腙類化合物以及衍生物的合成結構及熱穩(wěn)定性研究

寶雞文理學院化學化工學院畢業(yè)論文題目: 腙類化合物以及衍生物的合成、結構及熱穩(wěn)定性研究 學生姓名李飛（200992074052）指導教師郭亞寧班 級2009級1班專 業(yè)化學工程與工藝學 院寶雞文理學院2013年5月27日目錄摘 要1Abstract11 引言11.1 腙類化合物在農藥方面的應用21.1.1 抗菌活性21.1.2 殺蟲活性31.1.3 除草活性41.1.4 植物生長調節(jié)活性41.2 腙類化合物在醫(yī)學方面的應用51.3 腙類金屬化合物在光學方面的應用51.4 腙類化合物以及金屬配合物在其他領域的應用62 實驗部分72.1 儀器和試劑72.2 苯肼的合成72.3 腙類化合物的合成72.3.1 苯甲醛苯腙(11)的制備72.3.2 4-甲氧基苯甲醛縮4-硝基苯腙(12)的制備82.3.3 對羥基苯甲醛縮4-硝基苯腙(13)的制備82.3.4 4-甲氧基苯甲醛縮對羧基苯腙(14)的制備92.4 腙類衍生物1-(4-硝基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)-4-甲?；吝?15)的合成92.5 腙類化合物以及衍生物的熱分析實驗103 結果與討論103.1 化合物11的TG-DTG圖103.2 化合物12的TG-DTG圖113.3 化合物14的TG-DTG圖113.4衍生物15的TG-DTG圖124 結論13參考文獻14謝辭16腙類化合物以及衍生物的合成、結構及熱穩(wěn)定性研究李飛 交稿日期：2013-05-27 指導教師：郭亞寧作者簡介：李飛 (1990-)，男，陜西安康人，化學化工學院2013屆畢業(yè)生（寶雞文理學院 化學化工學院， 陜西 寶雞 721013）摘 要：以一些常見的醛與肼為原料通過縮合反應生成了一系列腙類化合物以及衍生物，利用元素分析和NMR對其結構進行表征。并且對所合成的部分化合物熱穩(wěn)定性做了初步分析。關鍵詞：腙；衍生物；結構表征；熱穩(wěn)定性Study on synthesis, structure and thermal stability of hydrazones and their derivatives Li Fei（College of Chemistry &Chemical engineering Baoji University of Arts &Sciences, Shaanxi, Baoji, 721013）Abstract: A series of hydrazones and derivatives were synthesized by condensation reaction using aldehydes and hydrazine as raw materials. And their structures were characterized by NMR and elemental analysis. In addition, thermal stability of some hydrazones and their derivatives were preliminary analyzed.Keywords: hydrazones; derivatives; structural characterization; thermal stability1 引言腙類化合物是指分子結構中含有亞結構(NHN=C)的一類化合物，通常是由肼與醛或酮縮合而成，是有實用價值的一類有機合成中間體，在金屬羰基化合物、有機化合物和席夫堿配體，特別是雙核配體中被用作功能基團1，因而可以衍生出很多具有較高生物活性和多樣配位形式的化合物。而該類化合物因含有氧和氮等配位原子，能夠與過渡金屬、稀土金屬等多種金屬元素形成金屬離子配合物，這類配合物具有獨特的抗結核病菌、消炎、殺菌以及抗腫瘤等藥理和生理活性，是當今農藥，醫(yī)藥配合物研究的熱點2。所以腙類化合物以及金屬配合物在醫(yī)藥、農藥、材料和檢測等方面受到廣泛的關注。到目前為止，國外的一些公司相繼開發(fā)了數(shù)十個腙類的殺菌劑、殺蟲劑、植物生長調節(jié)劑等新品種。如作為殺菌劑的醌肟腙、殺蟲劑氟蟻腙、除草劑氟吡草腙等。因而，它在農藥、醫(yī)藥和分析試劑等方面一直是人們廣泛研究的對象。另外，研究表明腙類化合物還是合成雜環(huán)化合物的一類重要中間體，雜環(huán)化合物由于結構復雜，作用機制多樣，因此應用范圍也極其廣泛，涉及醫(yī)藥、香料、染料、高分子材料等。目前，國內外有關腙及其衍生物的研究與應用主要有以下幾個方面：1.1 腙類化合物在農藥方面的應用1.1.1 抗菌活性實驗表明，多數(shù)腙類化合物在農藥方面有一定活性，如抗菌活性。2003年，范志金等3設計合成了l，3-二甲基-5-甲硫基-4-苯腙基羰基吡唑衍生物1，并采用菌體生長速率法進行生物活性測試。實驗結果表明:化合物1b對番茄早疫病菌的抑制率為58.3%，化合物1a對小麥赤霉病菌，化合物1c和1d對蘋果輪紋病菌有較好的抑制作用。2004年，黃明智等4合成了2-甲硫基-1-苯基乙酮苯甲酰腙類化合物2。并以黃瓜灰霉病菌(Bcinerea)、小麥赤霉病菌(Gzeae)為供試對象，對目標化合物的抑菌活性進行初步測試。實驗表明:實驗用藥濃度為500 mg/L時，化合物2a對黃瓜灰霉病菌、小麥赤霉病菌抑制率均達到95%以上;化合物2b對水稻稻瘟病菌，2c對小麥赤霉病菌具有較好的殺菌活性，其抑制率達到70%95%。 2005年，龍德清等5設計合成了5,7-二甲基-1,2,4-三唑并1,5-嘧啶-2-甲酰腙類化合物3。初步的生物活性測試結果表明，目標化合物3a、3b和3c在50 mg/L濃度下對水稻紋枯病菌的抑制率達90%以上。 2006年，龍德清等6以間苯二甲酸為原料，設計合成了具有對稱結構的間苯雙酰腙類化合物4。采用離體平皿法進行初步生物活性測試。結果表明:目標化合物4對水稻紋枯病菌（Rhizoctonia solani)和小麥赤霉病菌(Gibberella zea1)的抑制率均達90%以上，同時，對棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum)、黃瓜灰霉病菌(Botrytis cinereapers)和蘋果輪紋病菌(Dothiorella gre-garia)也表現(xiàn)出了不同程度的抑制活性。1.1.2 殺蟲活性實驗表明，多數(shù)腙類化合物在農藥方面有一定活性，如殺蟲活性。2006年江定心等7用魚藤酮和水合肼反應，得到新化合物魚藤酮腙5，殺蟲活性測定結果表明，魚藤酮和魚藤酮腙對家蠅的LC50值分別為82.80、75.37g/mL和對黃曲條跳甲的LC50值分別為61.41g/mL、82.58g/mL。1.1.3 除草活性實驗表明，多數(shù)腙類化合物在農藥方面有一定活性，如除草活性。2009年陳小保等8用1-(雜芳基)甲基-5-甲基-1H-1，2，3-三唑基-4-甲酰氯與2-氨基-5-烷基-1，3，4-噻二唑進行縮合反應，制備得到化合物6a和6b，除草活性測試結果表明，在100 mg/L質量濃度下對雙子葉植物(油菜)表現(xiàn)出76.1%和71.4%的抑制活性。1.1.4 植物生長調節(jié)活性實驗表明，多數(shù)腙類化合物在農藥方面有一定活性，如植物生長調節(jié)活性。2008年魏太保等9合成了2-芳氧甲基苯并咪唑-1-水楊醛乙酰腙衍生物7。初步生物活性試驗結果表明，目標化合物對小麥幼苗的生長具有明顯的調節(jié)作用。1.2 腙類化合物在醫(yī)學方面的應用實驗表明，腙類化合物分子在治療疾病方面顯現(xiàn)出多種生物活性。腙類化合物在生化反應中起到轉氨基作用，碳氮雙鍵是該類化合物具有生物活性的效應基團。它可以抑制生物體內諸多生理化學過程,，如抗高血糖、抗腫瘤，尤其是近年來在抗真菌和制備免疫抑制劑(如類風濕、牛皮癬、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等疾病)等方面的研究備受關注。2006年Alice MRBernardino等10合成了吡唑酰腙類化合物8a和8b，抗利什曼原蟲活性顯示化合物8a和8b抗利什曼原蟲的EC50分別為80M/L和50M/L，低于商品藥酮康唑。2007年Carolina DDuarte等11合成了酰腙類化合物9a和9b，消炎和鎮(zhèn)痛生物活性顯示，化合物9a和9b在300mol/kg時對水腫形成的抑制率分別為31.7%和36.4%。1.3 腙類金屬化合物在光學方面的應用實驗表明，多數(shù)吡啶腙類金屬化合物在光學方面表現(xiàn)出熒光性。如把濃度均為1.010-3mol/L的配體分別與Tb(NO3)3和Eu(NO3)3的儲備液（1.010-3mol/L）按體積比為3:1配制成濃度為1.0105mol/L的水溶液，同時用緩沖溶液（pH=7）定容，再測量體系的熒光強度12。由表1可知，吡啶-2，6-二甲酰肼苯甲醛腙和吡啶-2，6-二甲酰肼水楊醛腙作為熒光敏劑，對Eu3+和Tb3+的熒光敏化性能比吡啶-2，6-二甲酰肼要好，且同種配體與Tb3+形成的配合物的熒光強度明顯優(yōu)Eu3+配合物。在分子偶極矩較小的溶劑中稀土配合物熒光強度較強。表1 四種吡啶-2，6-二甲酰腙類化合物與兩種稀土離子形成的配合物在水溶液中的熒光強 稀土離子不同配體所構成的配合物的熒光強度nm化合物10化合物10a化合物10b化合物10c Eu3+(614nm) Tb3+(543nm)2057322.1629.4275.2615.7108117 激發(fā)狹縫寬2.5nm，發(fā)射狹縫寬2.5nm，配合物濃度為1.010-5mol/L。1.4 腙類化合物以及金屬配合物在其他領域的應用研究發(fā)現(xiàn)由金屬離子和酰腙配體自組裝構筑得到的金屬配合物，特別是以d10金屬為中心形成的配合物，在發(fā)光材料方面有著巨大的潛在應用前景13。而在分析化學方面，腙類化合物廣泛地被作為熒光試劑，用來檢測或分離含有羰基或過渡金屬的化合物14。該類化合物與配體腙相比，除了在藥物方面具有用途廣泛的特點, 而且還具有特殊的電學、磁學、光學性質, 因此在非線性化學、分析測試和催化學方面也有廣泛的應用。腙類試劑是一類理想的熒光分析試劑, 用其測定Al3+、Zn2+、Cu2+的試驗結果已顯示出其靈敏度高和選擇性好等優(yōu)點。盡管對于腙類化合物以及衍生物的研究方興未艾，但是，研究的方向主要如上所述，為了進一步拓展該類化合物的研究范圍，本文合成了一些腙類化合物及其衍生物，對其結構進行表征，并對其熱穩(wěn)定性進行研究。這為進一步研究這類化合物的結構及其性質方面提供了數(shù)據(jù)。2 實驗部分2.1 儀器和試劑Bruker AM-300 超導核磁共振儀（瑞士Bruker公司）、Nicolet 170SX FT-IR 紅外光譜儀（KBr壓片）（上海分析儀器有限公司）、PE-2400元素分析儀（德國PE公司）、XT-4雙目顯微熔點測定儀（溫度計未校正）（北京泰克儀器有限公司）；TG/DTA熱分析儀。苯胺(99%)(天津市致遠化學試劑有限公司)，亞硝酸鈉(96%)，濃鹽酸（30%）(中平能化集團開封東大化工有限公司試劑廠)，亞硫酸氫鈉(天津市致遠化學試劑有限公司)，氨水(25%)(開封化學試劑總廠)，氫氧化鈉(30%)(天津化學試劑有限公司)，無水乙醇(開封化學試劑總廠)，無水甲醇(天津化學試劑有限公司)，冰醋酸(天津醫(yī)藥化學有限公司)，苯甲醛(天津化學試劑有限公司)，對羥基苯甲醛(天津化學試劑有限公司)，4-甲氧基苯甲醛(95%)(天津化學試劑有限公司)，4-硝基苯肼(天津市百世化工有限公司)，DMF(天津市致遠化學試劑有限公司)，POCl3(天津市百世化工有限公司)均為市售化學純或分析純。2.2 苯肼的合成向100 mL圓底燒瓶中加入鹽酸13 mL，苯胺4.65 g(0.05 mol)和一定量的水，冷卻至2 ，控制在05 滴加亞硝酸鈉溶液6.4 mL，攪拌30 min反應完畢。向另一燒瓶中加亞硫酸氫鈉28.3 g，氨水10 mL，加溫至80 ，控制在8085 、pH=6.26.7，在20 min內將上述重氮液細流加入，繼續(xù)攪拌1.5 h，再加入鋅粉，攪拌過濾。在上述濾液中，于70 加入30 %鹽酸進行酸析，控制溫度在8590，攪拌10 min，冷卻至20以下，吸濾。向燒杯中加入堿液，在攪拌下加入上述苯肼鹽酸鹽和適量的水，升溫至50 ，在5060 攪拌1 h，靜置8 h以上，分出下層水溶液，得上層油狀物即為苯肼15。2.3 腙類化合物的合成162.3.1 苯甲醛苯腙(11)的制備在100 mL的三口圓底燒瓶中加入苯甲醛（0.05 mol，5.31 g），苯肼（0.05 mol，7 mL）及無水乙醇15 mL，攪拌下緩慢加入幾滴冰醋酸，回流反應4-5 h。反應完畢冷卻至室溫，放置析晶，有沉淀出現(xiàn)，抽濾，干燥，最后用無水乙醇重結晶，得黃色針狀固體4.39 g，產率44.7%。 m.p.156158； 1H NMR (DMSO-d6，400 MHz) : 8.10 (s，1H，C-H)， 6.467.60 (m，12H，Ar-H)，4.0 (s，1H，N-H)；13C NMR (DMSO-d，400 MHz) ：155.0，146.8， 131.4，131.0，129.4，129.0，128.8，118.3，115.5；Anal. calcd for C13H12N2：C 79.59，H 6.12， N 14.29；found C: 78.94，H 6.77，N 14.03。合成路線如圖所示。2.3.2 4-甲氧基苯甲醛縮4-硝基苯腙(12)的制備在裝有磁力攪拌器、回流冷凝管和溫度計的100 mL的三頸燒瓶中，加入4-硝基苯肼固體（0.05 mol，7.66 g），并用適量的無水乙醇溶解,再加入等物質的量的4-甲氧基苯甲醛（0.05 mol，6.80 g），攪拌下加熱，回流反應約5 h。反應畢，冷卻至室溫析出固體，抽濾得粗品，再用無水乙醇重結晶，干燥得紅褐色針狀晶體4-甲氧基苯甲醛縮4-硝基苯腙6.06 g，產率44.7%。m.p.159161。1H NMR (DMSO-d6，400 MHz) ：8.06 (s，1H，C-H)，6.757.98 (m，8H，Ar-H)， 4.0 (s，1H，N-H)，3.73（s，3H，-OCH3）；13C NMR (DMSO-d，400 MHz) ，： 164.5，154.1，152.8，138.2，130.0，124.7，123.4，116.1，114.3，56.0； Anal. calcd for C14H13N3O3：C 61.99，H 4.80， N 15.50；found C： 61.58，H 4.93，N 15.74。合成路線如圖所示。2.3.3 對羥基苯甲醛縮4-硝基苯腙(13)的制備在裝有回流冷凝管、磁力攪拌器和溫度計的100 mL三頸燒瓶中，加入4-硝基苯肼（0.05 mol，7.66 g），用適量的無水乙醇使其溶解，再加入等物質的量的4-甲氧基苯甲醛（0.05 mol，6.80 g），攪拌下加熱，回流反應約5 h。反應畢，冷卻至室溫析出固體，抽濾得粗品，再用無水乙醇重結晶，干燥得紅色針狀固體對羥基苯甲醛縮4-硝基苯5.88 g，產率45.7%。m.p.264266。1H NMR (DMSO-d6，400 MHz) ：8.05 (s，1H，C-H)，6.737.96 (m，8H，Ar-H)，4.0 (s，1H，N-H)，5.0(s，1H， -OH）；13C NMR (DMSO-d，400 MHz) : 159.8，154.3，152.8，138.3，130.3，124.1，123.5，116.0，115.7；Anal. calcd for C13H11N3O3: C 60.70，H 4.28，N 16.34；found C: 60.54，H 4.33，N 16.40。合成路線如圖所示。2.3.4 4-甲氧基苯甲醛縮對羧基苯腙(14)的制備在裝有溫度計、磁力攪拌器和回流冷凝管的100 mL三頸燒瓶中，加入對羧基苯肼（0.05 mol，7.61 g），用適量的無水乙醇使其溶解，再加入等物質的量的4-甲氧基苯甲醛（0.05 mol，6.80 g），攪拌下加熱，回流反應約5 h。反應畢，冷卻至室溫析出固體，抽濾得粗品，再用無水乙醇重結晶，干燥得黃色晶體4-甲氧基苯甲醛縮對羧基苯腙6.05 g，產率44.8%。m.p.254256。1H NMR (DMSO-d6， 400 MHz) ：11.0(s，1H，-COOH)，8.08 (s，1H，C-H)，6.697.90 (m，8H，Ar-H)，4.0 (s，1H，N-H)，3.73(s，3H，-OCH3)；13C NMR (DMSO-d，400 MHz) ：172.2，164.3， 154.8，152.2，131.3，130.0，120.3，115.1，114.3，56.1；Anal. calcd for C15H14N2O3：C 66.67，H 5.19，N 10.37；found C：66.54，H 5.22，N 10.76。合成路線如圖所示。2.4 腙類衍生物1-(4-硝基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)-4-甲?；吝?15)的合成攪拌下向15 mL冷卻至0 的DMF（N-N-二甲基甲酰胺）中滴加6.13 g新蒸的（0.04 mol）POCl3,溫度控制在10 以下。滴加完畢后,在此溫度下充分攪拌0.5 h。再將4.53 g（0.02 mol）4-甲氧基苯甲醛縮4-硝基苯腙溶于12 mL DMF中,溫度控制在10 以下滴加到上述混合物中,在此溫度下繼續(xù)攪拌1 h后在室溫下再攪拌1 h升溫至60 攪拌2 h,然后冷卻至室溫倒入30 mL冰水中,接著用碳酸鈉溶液中和至pH817。pH調好后，抽濾，用蒸餾水洗滌,干燥，最后用無水甲醇重結晶得雜環(huán)化合物1-苯基-3-(苯基硝基)-4-甲?；吝?.31 g，產率51.2% 。m.p.300。1H NMR (DMSO-d6, 400 MHz) ：9.58(s，1H，-CHO)，7.80 (s，1H，C-H)，6.828.20 (m，8H，Ar-H)，3.71(s，3H，-OCH3)；13C NMR (DMSO-d，400 MHz) ：190.0，162.3，157.8，145.9，145.7，128.8，128.0，126.8，124.3，119.7，114.3，56.1；Anal. calcd for C17H13N3O4：C 63.16，H 4.02，N 13.00；found C: 63.61，H 4.68，N 13.44。合成路線如圖所示。2.5 腙類化合物以及衍生物的熱分析實驗 以10 /min升溫速率，用鋁坩堝裝入各種腙類化合物，N2氣保護，分別得到從50 到900 的熱重曲線。3 結果與討論3.1 化合物11的TG-DTG圖化合物11起始重量4.035 mg，從圖1 TG曲線可知，在152之前即有失重，約4.7，可能是樣品中含有少量溶劑或者樣品受保護氣體流動所致。隨著溫度升高，TG曲線在153300之間出現(xiàn)了第一個失重階段，失重91.8；300400出現(xiàn)了第二個失重階段，失重27.2；400500出現(xiàn)了第三個失重階段，質量變?yōu)?；501以后曲線出現(xiàn)負值，可能是樣品極易分解，急速沖出的氣體會帶出試樣粉塵，造成損失，出現(xiàn)負值，但在相對誤差允許范圍內。TG圖1 化合物11的TG-DTG圖3.2 化合物12的TG-DTG圖圖2 化合物12的TG-DTG圖化合物12起始重量4.699 mg，從圖2 TG曲線可知，在200之前即有失重，約4.3，可能是樣品中含有少量溶劑或者樣品受保護氣體流動所致。隨著溫度升高，TG曲線在201350之間出現(xiàn)了第一個失重階段，失重51.5；350500出現(xiàn)了第二個失重階段，失重31.3；500600出現(xiàn)了第三個失重階段，質量變?yōu)?；601以后曲線出現(xiàn)負值，可能是樣品極易分解，急速沖出的氣體會帶出試樣粉塵，造成損失，出現(xiàn)負值，但在相對誤差允許范圍內。3.3 化合物14的TG-DTG圖化合物14起始重量9.976 mg，從圖3 TG曲線可知，在210之前即有失重，約1.7，可能是樣品中含有少量溶劑或者樣品受保護氣體流動所致。隨著溫度升高，TG曲線在210350之間出現(xiàn)了第一個失重階段，失重67.8；350550出現(xiàn)了第二個失重階段，失重31.3；550650出現(xiàn)了第三個失重階段，質量變?yōu)?；601以后曲線出現(xiàn)負值，可能是樣品極易分解，急速沖出的氣體會帶出試樣粉塵，造成損失，出現(xiàn)負值，但在相對誤差允許范圍內。圖3 化合物14的TG-DTG圖3.4 衍生物15的TG-DTG圖衍生物15起始重量9.114 mg，從圖4 TG曲線可知，在80之前即有失重，約6.2，可能是樣品中含有少量溶劑或者樣品受保護氣體流動所致。隨著溫度升高，TG曲線在100200之間出現(xiàn)了第一個失重階段，失重12.7；200以后，樣品變化不是很大，說明成環(huán)物質較穩(wěn)定，不易分解。圖4 化合物15的TG-DTG圖4 結論本文以一些常見的醛與肼為原料通過縮合反應生成了一系列腙類化合物以及衍生物，并對結構進行了表征，還對其熱穩(wěn)定性質作了初步分析及研究，為進一步研究此類化合物的結構及結構與熱學性質等方面的聯(lián)系提供了基本的數(shù)據(jù)。參考文獻1 Monfared Pouralinardan O, Janiak C. 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