N-烷基-N-酰基磺酰胺聚苯乙烯基微球作为固相酰化剂的研究

资源类型:pdf 资源大小:391.00KB 文档分类:数理科学和化学 上传者:刘东儒

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【作者】 李树锋  杨新林  黄文强 

【关键词】聚苯乙烯基N-烷基磺酰胺 聚苯乙烯基N-烷基-N-酰基磺酰胺 酰基转移 酰胺合成 

【出版日期】2005-05-15

【摘要】一种可循环使用的固相试剂:N-烷基-N-酰基磺酰胺聚苯乙烯基微球(5),通过对聚苯乙烯磺酰氯微球树脂进行两步功能基化的修饰反应来制备.制备过程如下:聚苯磺酰氯树脂(1)与伯胺(2)反应得到聚苯乙烯基N-烷基磺酰胺树脂(3),树脂3用酰氯(4)或酸酐酰化得到N-烷基-N-酰基磺酰胺聚苯乙烯基树脂(5).酰化的树脂5作为酰基转移试剂与亲核试剂胺反应得到二级酰胺.根据5上取代基对酰胺生成的程度的影响结果表明,烷基R1和酰基(R2CO)对酰基转移反应活性的大小依次分别为:苯基>苄基>甲基>正丁基>>H和对硝基苯甲酰基>苯甲酰基>乙酰基.胺的亲核能力对酰胺的收率也有一定的影响.N-苯基-N-苯甲酰基磺酰胺树脂重复使用3次没有发现活性降低.

【刊名】化学学报

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由于液相组合合成技术的发展,含有固定在聚合物骨架上的反应性功能基团的高分子试剂近年来受到合成化学家越来越广泛的注意[1].高分子试剂具有在其上固载的反应性功能基团的化学性质和聚合物骨架的物理性能.合适的聚合物骨架提供反应部位特定的微环境,可以大大改善反应的动力学、选择性和反应转化的程度[2].功能基团结合到聚合物链上以后可以形成一种具有不同结构、反应活性和选择性的新试剂[3].这类试剂与其低分子的对应物相比的主要优点是,可以采用过量的试剂使反应达到完全,反应后采用简单的过滤方法就可以将用过的和未反应的聚合物试剂从反应混合物体系中分离出来,用过的试剂经过简单的处理可以再生重复使用.自从固相肽合成方法出现以来,已经开发了许多种类的高分子试剂,其中高分子酰化试剂已在制备酰胺和肽合成得到许多应用[4].文献报道的高分子酰化试剂有聚合物支载的2-硝基苯酚酯[5]、2,3,5,6-四氯对苯二酚酯[6]、对苯甲砜基苯酚酯[7]、酰化的1-羟基苯并三唑(HOBt)[8]、O-酰基-N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)[9]、酸酐[10]、二硫代氨基甲酸酐[11]、肟酯[12]、羟肟酸酯[13]等.这些高分子试剂有的用于醇和胺的酰化,有的可选择性地对胺进行酰化.1971年Kenner[14]利用酰基磺酰胺的稳定性进行固相有机合成,所得到的聚合物支载的酰基磺酰胺产物在用亲核试剂进行解脱前,用重氮甲烷对N原子进行烷基化得到N-甲基-N-酰基磺酰胺树脂,最后用亲核试剂处理将产物从载体上解脱下来.我们从另外一个角度,即先用聚苯乙烯磺酰氯树脂直接与伯胺反应制备N-甲基磺酰胺树脂,然后用酰氯酰化制备了N-酰基-N-甲基聚苯乙烯基磺酰胺作为酰基转移试剂合成了N-取代的酰胺,并发现这种酰基转移剂对含有羟基和胺基的化合物分子可以选择性地只对氨基进行酰化[15].该方法的反应简单,先形成N-烷基磺酰胺树脂,然后酰化得到活化的N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂,避免了使用重氮甲烷对N原子进行烷基化而活化的步骤.为了考察N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂在酰基转移过程中的反应活性,在本文中我们采用磺酰氯树脂与伯胺反应制备了N-烷基磺酰胺树脂,然后与酰氯或酸酐进行酰化反应制得了一系列的新型的N-烷基(芳基)-N-酰基磺酰胺树脂微球,研究了不同取代基结构对N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂作为酰基转移试剂合成二级酰胺化合物的影响.同时,对亲核试剂胺的结构对酰胺的合成影响也进行了考察.实验中发现,这种酰基转移剂能够重复使用而不降低其性能.1实验部分1.1仪器与试剂Bio-RadFTS135傅立叶红外光谱仪;漫反射光谱采用入射光直接照射研细的珠体粉末,检测反射光谱;FossHeraeus元素分析仪;Mercury-300BB核磁共振仪;日本芝山制作所MP-500精密熔点仪(温度计未校准);HP-G1800A气相色谱-质谱联用仪.所有试剂在使用前都经过提纯和干燥.聚苯乙烯基磺酰氯树脂(2.50mmolSO2Cl/g,1%DVB交联)由天津南开和成公司提供.1.2聚苯乙烯基N-烷基磺酰胺树脂3的制备1.2.1聚苯乙烯基N-甲基磺酰胺树脂(3b)的制备在250mL圆底烧瓶中,加入10g(25.0mmol)磺酰氯树脂1,100mL25%(800mmol)的甲胺水溶液(31倍过量),5mL(61mmol)吡啶,于60℃反应24h后,滤出树脂,依次用二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醚分别洗涤三次.真空干燥后,用元素分析氮含量法测得树脂3b的功能基含量为2.39mmol/g.1.2.2聚苯乙烯基N-苯基磺酰胺树脂(3h)的制备在250mL圆底烧瓶中,加入6g(15.0mmol)磺酰氯树脂1,13.5mL(148mmol)苯胺溶液,100mL吡啶,于室温下反应24h后,滤出树脂,依次用二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醚分别洗涤三次.真空干燥后,用元素分析氮含量法测得树脂3h的功能基含量为2.16mmol/g.用同样的方法用相应的伯胺与聚苯乙烯基磺酰氯树脂反应制备N-正丁基磺酰胺树脂(3c),N-苄基磺酰胺树脂(3d),N-邻氯苄基磺酰胺树脂(3e),N-对甲基苄基磺酰胺树脂(3f),N-对甲氧基苄基磺酰胺树脂(3g),N-邻氯苯基磺酰胺树脂(3i),N-对氯苯基磺酰胺树脂(3j),N-邻甲苯基磺酰胺树脂(3k),N-邻甲氧基苯基磺酰胺树脂(3l).用元素分析氮含量法对所制得的磺酰胺树脂的功能基含量进行了测试.1.3聚苯乙烯基N-甲基-N-酰基磺酰胺树脂(5)的制备1.3.1聚苯乙烯基N-甲基-N-乙酰基磺酰胺树脂(5ba)的制备在10mL烧瓶中,加入0.1g(0.24mmol)N-甲基磺酰胺树脂(3b),3mL吡啶,0.31mL(2.4mmol)乙酸酐,于60℃反应24h后,滤出树脂,依次用二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醚分别洗涤三次.真空干燥后,用元素分析氮含量法测得树脂5ba的酰基含量为2.26mmol/g.1.3.2聚苯乙烯基N-甲基-N-苯甲酰基磺酰胺树脂(5bb)的制备在250mL三口瓶中,加入10g(24.0mmol)N-甲基磺酰胺树脂(3b),80mL吡啶,30mL(240mmol)苯甲酰氯,室温下反应24h后,滤出树脂,依次用二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醚分别洗涤三次.真空干燥后,用元素分析氮含量法测得树脂5bb的酰基含量为2.06mmol/g.1.3.3聚苯乙烯基N-甲基-N-对硝基苯甲酰基磺酰胺树脂(5cb)的制备在100mL圆底烧瓶中,加入2.3g(5.5mmol)N-甲基磺酰胺树脂(3b),10.2g(55mmol)对硝基苯甲酰氯,60mL吡啶,升温至60℃反应24h后,滤出树脂,依次用二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醚分别洗涤三次.真空干燥后,用元素分析氮含量法测得树脂5cb的酰基含量为1.70mmol/g.用同样的方法制备了其它含有不同取代基的磺酰胺树脂5,用元素分析氮含量法测得相应树脂的酰基含量总结在表1中.1.4聚苯乙烯基N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂(5)的胺解(酰基转移反应)典型的反应过程:在二氯甲烷中加入聚苯乙烯基N-苯基-N-苯甲酰基磺酰胺树脂(5hb)1.0g(1.7mmol),正丁胺(6a)0.061g(0.87mmol),在40℃反应24h.反应结束后,向体系中加入磺酸型大孔吸附树脂除去未反应的胺.过滤,收集滤液,用二氯甲烷洗涤树脂,合并滤液,旋蒸除去溶剂,得到粗产物酰胺.再经硅胶柱色谱(洗脱液:乙酸乙酯/石油醚=1/1,V/V)分离后,得到纯的酰胺.2结果与讨论酰基转移剂聚苯乙烯基-N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂(5)的制备及酰基转移过程如Scheme1所示.1%二乙烯基苯(DVB)交联的聚苯乙烯磺酰氯树脂(1)与烷基伯胺(2)反应得到N-烷基磺酰胺树脂(3),接着在吡啶中用酰氯(4)进行酰化反应得到N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂(5).树脂5作为酰基转移试剂与胺6进行酰化反应得到酰胺.Scheme12.1聚苯乙烯基N-烷基磺酰胺树脂(3)的制备聚苯乙烯-N-烷基磺酰胺树脂(3)由伯胺(2)与磺酰氯树脂(1)反应制得.以聚苯乙烯基-N-苄基磺酰胺树脂(3d)的制备为例,用红外光谱跟踪反应的进行,分别选取吡啶、二氯甲烷为溶剂,对反应条件进行优化.结果发现,用二氯甲烷作溶剂、吡啶为缚酸剂时,反应24h后树脂的红外光谱图中,1375cm-1处磺酰氯的特征吸收峰仍然存在.当采用吡啶作溶剂室温反应24h后,树脂的红外光谱图在1375cm-1处磺酰氯的特征吸收峰消失,在1330,3286cm-1处出现了磺酰胺的特征吸收峰,说明磺酰氯树脂已经完全转化为N-苄基磺酰胺树脂(3c).因此,磺酰氯树脂与胺的反应选取吡啶作溶剂.结果表明,磺酰氯树脂与过量的伯胺在吡啶中反应,功能基团的转化率达到96%~100%,得到的数据总结在表1中.2.2聚苯乙烯基-N-烷基-N-酰基磺酰胺树脂(5)的制备以聚苯乙烯基-N-甲基磺酰胺树脂(3b)为例,分别进行树脂的乙酰化、苯甲酰化和对硝基苯甲酰化反应制备N-甲基-N-酰基磺酰胺树脂(5).当树脂3b与乙酰氯在吡啶中酰化时,反应较为剧烈,反应后树脂的颜色很深,其红外光谱图在3293cm-1处N—H吸收仍很明显存在,说明乙酰化反应不完全.选用乙酸酐代替乙酰氯,乙酸酐与磺酰胺树脂的摩尔比为10∶1,在吡啶中60℃下反应24h后树脂的红外光谱图在1700cm-1处出现了明显的羰基吸收峰,3293cm-1处N—H特征吸收峰消失,说明树脂的乙酰化反应已进行完全,乙酰基的负载量为2.26mmol/g.N-甲基磺酰胺树脂(3b)与苯甲酰氯在吡啶中室温下反应24h后,树脂的红外光谱在3293cm-1处N—H特征吸收峰消失,1685cm-1处出现了强的羰基吸收峰,说明苯甲酰化反应进行较完全.树脂上苯甲酰基的负载量达到2.06mmol/g.用红外光谱跟踪树脂3b与对硝基苯甲酰氯的反应,优化后的最佳反应条件为:吡啶作溶剂,对硝基苯甲酰氯与磺酰胺树脂的摩尔比为10∶1,在60℃反应24h.反应后树脂3bc的红外光谱图在1687cm-1处出现羰基的特征吸收,1526cm-1处出现硝基的特征吸收峰,3293cm-1处N—H吸收峰消失.树脂上对硝基苯甲酰基负载量为1.70mmol/g.用类似的方法制得的N-烷基(芳基)磺酰胺树脂(3)和N-烷基(芳基)-N-酰基磺酰胺树脂(5)的N含量(%)及相应的功能基负载量见表1.2.3聚苯乙烯-N-烷基(芳基)-N-酰基磺酰胺树脂(5)的胺解(酰胺的合成)聚苯乙烯N-烷基(芳基)-N-酰基磺酰胺树脂(5)(1.70mmol)与胺6(0.87mmol)在40℃于二氯甲烷中进行酰基转移反应生成酰胺7.改变取代基R1,R2的结构,考察树脂5上的取代基对酰基转移反应的影响.2.3.1R2固定考察R1的影响在本文中首先将R2固定为苯基或对硝基苯基,即表1N-取代的聚苯乙烯磺酰胺树脂的结构及功能基含量Table1ThestructuresofN-substitutedpolystyrenesulfonamideresinsandtheloadingofthefunctionalgroupsontheresinsResin3R1N/%Loading/(mmol?g-1)Resin5R1R2N/%A(cmymlolol?adging/-1)3aH3.402.435abHPh2.902.073bCH33.352.395baCH3CH33.172.265bbCH3Ph2.882.065bcCH3p-NO2C6H44.741.703cn-C4H93.272.315cbn-C4H9Ph2.812.003dPhCH23.092.215daPhCH2CH32.972.105dbPhCH2Ph2.361.675dcPhCH2p-NO2C6H44.061.453eo-ClC6H4CH22.741.955eao-ClC6H4CH2CH32.661.905ebo-ClC6H4CH2Ph2.261.613fp-CH3C6H4CH23.252.305fbp-CH3C6H4CH2Ph2.551.823gp-CH3OC6H4CH23.002.015gbp-CH3C6H4CH2Ph2.551.823hPh3.062.165haPhCH32.671.915hbPhPh2.281.705hcPhp-NO2C6H43.971.423io-ClC6H43.162.255ibo-ClC6H4Ph2.371.695ico-ClC6H4p-NO2C6H43.631.303jp-ClC6H43.282.345jbp-ClC6H4Ph2.181.535jcp-ClC6H4p-NO2C6H43.761.343ko-CH3C6H42.832.025kbo-CH3C6H4Ph2.561.833lo-CH3OC6H42.862.045lbo-CH3OC6H4Ph2.751.965lco-CH3OC6H4p-NO2C6H44.251.52酰基为苯甲酰基或对硝基苯甲酰基的条件下,研究R1的结构对酰基转移活性的影响,数据结果列于表2.磺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