唐文淵 鄭人華 趙瑛梅 周清清

（臺州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江 臺州318000）

鄰菲羅啉及其衍生物是一類重要的化工中間體，具有許多重要的作用，如作為光敏劑和光催化劑，一些超分子化合物的重要組成部分，和生命科學(xué)研究中重要的電子傳遞劑等[1-3]；也廣泛應(yīng)用于染料、醫(yī)藥、添加劑、表面活性劑、螯合劑、光度分析劑以及電致發(fā)光材料等領(lǐng)域[4-9]。

長期以來，科研工作者通過取代反應(yīng)在1,10-鄰菲羅啉的不同位置引入取代基和官能團(tuán)，改變1,10-鄰菲羅啉的配位結(jié)構(gòu)，從而得到許多新穎的以1,10-鄰菲羅啉為基體的新型配體，并發(fā)現(xiàn)其與過渡金屬形成的配合物表現(xiàn)出良好的光化學(xué)、電化學(xué)以及生物學(xué)性能[10-15]。在此，筆者課題組在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以1,10-鄰菲羅啉為原料，經(jīng)氧化和氯化反應(yīng)生成2-氯-1,10-鄰菲羅啉，再與碳酸鉀及乙酰胺作用合成2-氨基-1,10-鄰菲羅啉[16]。并改進(jìn)了合成方法，探討影響反應(yīng)的因素。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Varian NMR-200 MHz型核磁共振儀（氘代氯仿為溶劑，四甲基硅烷TMS作內(nèi)標(biāo)）；Quattro Micro API型質(zhì)譜儀；IR用IR-408型紅外分光光度計測定，KBr壓片；熔點用WR-52數(shù)字熔點儀測定，溫度未經(jīng)校正。

所有原料以及溶劑，均為商品試劑。所有反應(yīng)均使用TLC跟蹤，紫外燈檢測，產(chǎn)物用柱層析分離。TLC板用硅膠GF 254與羧甲基纖維素鈉自制，使用前活化，柱層析用粒徑0.48～0.75mm硅膠進(jìn)行。

1.2 合成實驗

1.2.1 1,10-鄰菲羅啉氧化物的合成

在100 mL的三口燒瓶中分別加入1,10-鄰菲羅啉一水合物5.0 g（25.2 mmol）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的雙氧水3.0 mL和乙酸30 mL，升溫至70℃反應(yīng)3 h，接著加入3.0 mL雙氧水繼續(xù)反應(yīng)3 h，然后冷卻至室溫，再加入2.0 mL雙氧水，攪拌10 h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)使反應(yīng)液濃縮至10 mL，隨后加入水35 mL，再次旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮為10mL，然后邊攪拌邊加入無水碳酸鉀50 g，接著將此反應(yīng)物轉(zhuǎn)入500 mL分液漏斗中，加入300mL三氯甲烷萃取，靜置3 h后分離，再在此溶液中加入適量的活性炭和無水硫酸鎂，靜置20min后減壓抽濾，將濾液蒸干得到綠色粉末固體3.11 g，收率為62.6%。熔點172～176℃。

反應(yīng)式為：

1.2.2 2-氯-1,10-鄰菲羅啉的合成

在100 mL三口燒瓶中分別加入1,10-鄰菲羅啉氧化物1.0 g（5.1 mmol）、氯化鈉5.0 g和N,N′-二甲基甲酰胺（DMF）15.0mL，混勻；在0℃下，用滴管小心的加入三氯氧磷2.0 mL（21.8 mmol），然后加熱至100℃維持8 h；反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入40 mL水，搖勻，用氨水溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH至7～8，再加入氯化鈉固體至反應(yīng)液飽和，減壓抽濾除去濾渣，用三氯甲烷萃取（30 mL×3），合并萃取液，再用飽和鹽水洗滌（30mL×3）。然后在溶液中加入適量的無水硫酸鎂，靜置20 min，減壓抽濾除去固體濾渣，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到粗產(chǎn)品。反應(yīng)式為：

將粗產(chǎn)品通過柱色譜（洗脫劑乙酸乙酯、正己烷體積比3:2）分離提純，得到黃色固體0.66 g，收率為60.2%。熔點128～130℃；1H NMR（200 MHz，CDCl3）δ：9.23（dd，J=1.6，4.0 Hz，1H），8.28～8.23（m，1H），8.22（d，J=8.8 Hz，1H），7.81～7.77（m，2H），7.65～7.62（m，2H)；IR（KBr）：3 445、2 925、1 582、1 492、1 440、1 394、1 332、1 221、1 124、1 071、840、730、615 cm-1.MS（ESI):m/z 215.1（M+).

1.2.3 2-氨基-1,10-鄰菲羅啉的合成

在100mL三口燒瓶中分別加入2-氯-1,10-鄰菲羅啉1.0 g（4.7 mmol）、乙酰胺6.0 g（101.7 mmol）和碳酸鉀4.0 g，加熱攪拌，升溫至180℃并維持反應(yīng)2.0 h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入水30 mL，用二氯甲烷萃取此混合物（50mL×4），合并萃取液，再用飽和鹽水洗滌（30 mL×3），然后在溶液中加入適量的無水硫酸鎂，靜置20 min，減壓抽濾除去固體雜質(zhì)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到粗產(chǎn)品。反應(yīng)式為：

將粗產(chǎn)品通過柱色譜（洗脫劑NH4OH（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%）、甲醇乙酸乙酯體積比3:7:90）分離提純，得到黃色固體粉末0.56 g，收率為61.1%。熔點202～20 4℃；1H NMR（200 MHz，CDCl3）δ：9.11（dd，J=1.6，4.2 Hz，1H），8.20～8.16（m，1H），8.00（d，J=8.8 Hz，1H），7.67（d，J=8.6 Hz，1H），7.57～7.50（m，2H），6.92（d，J=8.8Hz，1H），5.19（brs，2H）；IR（KBr）：3 420，3 193，2 924、1 632、1 591、1 513、1 464、1 294、1 145、844、740 cm-1；MS（ESI）m/z：195.5（M+）。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成2-氯-1,10-鄰菲羅啉條件優(yōu)化

2.1.1 投料比

使用實驗室制備的1,10-鄰菲羅啉氧化物與三氯氧磷經(jīng)氯化反應(yīng)得到2-氯-1,10-鄰菲羅啉，考察了不同的鄰菲羅啉氧化物（投料量保持1.0 g）與三氯氧磷（POCl3）的投料比對反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)投料比對氯代反應(yīng)收率的影響Tab 1 Effect of material ratio on product yield of chloro-reaction

由表1可知，當(dāng)反應(yīng)物鄰菲羅啉氧化物與三氯氧磷的投料比減小時，反應(yīng)收率也隨著明顯增加。但是當(dāng)投料比從1 g:2.0 mL繼續(xù)減小至1 g：2.5 mL時，反應(yīng)的收率并沒有隨之增加，表明當(dāng)投料比為1 g：2.5mL時反應(yīng)基本完全，再增大比例不經(jīng)濟(jì)，所以選擇此反應(yīng)的投料比為1 g:2.0 mL。

2.1.2 溶劑用量

反應(yīng)時間均為8 h，考察溶劑DMF用量對該反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。

表2 溶劑用量對氯代反應(yīng)收率的影響Tab 2 Effect of solvent volume on product yield of chloro-reaction

由表2可知，溶劑用量對反應(yīng)收率的影響較大，當(dāng)溶劑用量為15.0mL時，反應(yīng)收率達(dá)到較大?？赡苁谴朔磻?yīng)為單分子取代反應(yīng)，溶劑用量的多少影響了反應(yīng)物的含量，適宜的溶劑用量可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。溶劑量太大時反應(yīng)物含量相對較低，則反應(yīng)分子之間的碰撞幾率就小，反應(yīng)產(chǎn)率會有所降低；當(dāng)溶劑量太小時反應(yīng)物含量太大，副反應(yīng)也會比較多，可能會發(fā)生二取代反應(yīng)，反應(yīng)收率也會下降。綜合上述實驗結(jié)果，選擇二甲基甲酰胺溶劑用量15.0mL為宜。

2.1.3 反應(yīng)時間

考察反應(yīng)時間對該反應(yīng)的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知，反應(yīng)收率是隨著反應(yīng)時間的增加而明顯增加。但是當(dāng)超過8 h時，反應(yīng)的收率并沒有隨著增加，可能是8 h的反應(yīng)時間已經(jīng)接近了反應(yīng)的終點，再延長反應(yīng)時間是不經(jīng)濟(jì)的，所以選擇反應(yīng)時間為8 h為宜。

2.2 合成2-氨基-1,10-鄰菲羅啉條件優(yōu)化

2.2.1 投料比

使用實驗室制備的2-氯-1,10-鄰菲羅啉經(jīng)氨基化反應(yīng)得到2-氨基-1,10-鄰菲羅啉，考察了不同的2-氯-1,10-鄰菲羅啉（保持1.0 g）與乙酰胺（C2H5ON）的投料比對反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表4。

表4反應(yīng)投料比對氨基化反應(yīng)收率的影響Tab 4 Effect of material ratio on product yield of amination reaction

由表4可知，當(dāng)反應(yīng)物2-氯-1,10-鄰菲羅啉與乙酰胺的投料質(zhì)量比大于1:6時，反應(yīng)收率是隨著投料比的減小而明顯增加；而繼續(xù)減小投料質(zhì)量比小于1:7時，反應(yīng)的收率并沒有隨之增加，這表明當(dāng)投料質(zhì)量比為1:6時，反應(yīng)基本完全，再增大比例不經(jīng)濟(jì)，因此選擇投料質(zhì)量比1:6為宜。

2.2.2 溫度

考察反應(yīng)溫度對該反應(yīng)的影響，結(jié)果見表5。

表5 反應(yīng)溫度對氨基化反應(yīng)收率的影響Tab 5 Effect of reaction temperature on product yield of amination reaction

由表5可知，當(dāng)反應(yīng)溫度小于120℃時，反應(yīng)基本不進(jìn)行，收率很低；升高反應(yīng)溫度至120～180℃時，反應(yīng)進(jìn)行順利，反應(yīng)的收率隨著反應(yīng)溫度的升高而明顯增加；而繼續(xù)升高反應(yīng)溫度時，產(chǎn)率并沒有繼續(xù)增加。綜上所述，選擇反應(yīng)溫度180℃為宜。

2.2.3 反應(yīng)時間

考察反應(yīng)時間對該反應(yīng)的影響，結(jié)果見表6。

表6 反應(yīng)時間對氨基化反應(yīng)收率的影響Tab 6 Effect of reaction time on product yield of amination reaction

由表6可知，隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)收率逐漸提高?？赡苁欠磻?yīng)時間越充裕，反應(yīng)就越完全。但當(dāng)反應(yīng)時間從2.0 h增加到2.5 h，反應(yīng)收率并沒有增加。因此選擇反應(yīng)時間2.0 h為宜。

3 結(jié)論

研究了以1,10-鄰菲羅啉為原料經(jīng)氧化、氯代反應(yīng)合成2-氯-1,10-鄰菲羅啉，再經(jīng)氨基化反應(yīng)得到2-氨基-1,10-鄰菲羅啉的工藝，收率分別達(dá)到60.2%和61.1%。同時對該工藝中氯代反應(yīng)和氨基化反應(yīng)的反應(yīng)投料比、溶劑用量、反應(yīng)溫度和時間等重要因素進(jìn)行了考察，得到氯代反應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)條件為：投料比為1 g:2mL，溶劑DMF用量為15 mL，反應(yīng)時間為8 h；氨基化反應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)條件為：投料質(zhì)量比為1:6，反應(yīng)溫度為180℃、時間為2.0 h。

該方法具有原料易得、反應(yīng)條件溫和、高效經(jīng)濟(jì)、工藝簡單、綠色環(huán)保等特點，可為鄰菲羅啉衍生物的產(chǎn)業(yè)化提供借鑒。

[1]Sahai R,Morgan L,Rillema D P.Ruthenium(II)cluster complexes:A series of homooligonuclear complexes based on bidentate bridging ligands[J].Inorg Chem,1988,27(20):3495-3500.

[2]Balzani V,Juris A,VentruiM,et al.Luminescent and redox-active polynuclear transitionmetal complexes[J].Chem Rev,1996,96(2):759-833.

[3]郭延河,蓋慶春,林華寬,等.新型含鄰菲羅啉多胺配體的金屬配合物穩(wěn)定性研究[J].南開大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2002,35(2):65-71.

[4]劉瑕,張曉欣,楊春艷,等.新型鈀(II)抗腫瘤配合物的合成(II)[J].沈陽化工學(xué)院學(xué)報,1999,13(2):139-142.

[5]Xu SL,Zhang JJ,Ren N,etal.Preparation,crystal structure and thermal decomposition process of dysprosium benzoate complex with 1,10-phenanthroline[J].Chinese Journal of Structural Chemistry,2008,27(2):233-237.

[6]Gladiali S,Chelucci G,Soccolini F,et al.Optically active phenanthroline in asymmetric catalysis.II.Enantioselective transfer hydrolgenation of acetophenore by rhodium-alkyl phenanthroline catalysts[J].Journal of Organometallic Chemistry,1989,370(1/3):285-294.

[7]霍燕芳,高煥瑞,朱莉娜.2-(4-羥苯基)咪唑并[4,5-f]1,10-鄰菲羅啉衍生物的合成及生物活性[J].化學(xué)與生物工程,2014,31(10):14-19.

[8]童碧海,馬鵬,張曼,等.以鄰菲羅啉為第二配體的銥配合物及其電致化學(xué)發(fā)光性能[J].發(fā)光學(xué)報,2014,35(7):813-818.

[9]Wang L,Li Y Y,Ge J,et al.Syntheses,structures,characterization,and bioactivities of new Cd(II)complex of 2,3-pyrazinedicarboxylate with 1,10-phenanthroline[J].Russian Journal of Coordination Chemistry,2015,41(3):169-174.

[10]張麗影,劉巨濤,趙曉菁,等.以1,10-鄰菲羅啉為基體的新型配體研究進(jìn)展[J].大連民族學(xué)院學(xué)報,2008,10(5):404-408.

[11]Zibaseresht R,Karimi P,Mohit-Azar S,et al.An improved synthesis of 2-(pyrid-2-yl)-1,10-phenanthroline tridentate terpyridyl ligand[J].International Journal of Chemical Research,2013,5(1):153-158.

[12]董春華,任寧,郝鵑鵑,等.3,5-二硝基甲酸釤與1,10-鄰菲羅啉配合物的合成、性能及與小牛胸腺DNA作用研究[J].化學(xué)試劑,2014,36(7):606-608.

[13]Chandraleka S,Chandramohan G.Larvicidal activity of copper(II)complexes with 1,10-phenathroline and 2,2′-bipyridyl against Culex and Anophelesmosquito larvae[J].International Journal of ChemTech Research,2014,6(14):5450-5457.

[14]Carlson B,Flowers S,Kaminsky W,et al.Properties and structure of two fluorinated 1,10-phenanthrolines[J].Journal of Fluorine Chemistry,2015,173:63-68.

[15]鄭盛美,何鳴.鄰二氮菲光度法測定氰氨化鈣中的鐵離子含量[J].化工生產(chǎn)與技術(shù),2013,20(3):32-34.

[16]Yoni E,Adi D,Emily R K,et al.Phenanthroline-derived rationmetric chemosensor for ureas[J].The Journal of Organic Chemistry,2007,72(7):2318-2328.