新型苯乙酰脒類(lèi)化合物的合成及其感光性能*

馮筱晴，王瑞瑞，唐龍，姚昶旭，宋國(guó)強(qiáng)

(1.常州大學(xué)制藥與生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 常州 213164; 2.常州市藥品制造與質(zhì)量控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213164)

新型苯乙酰脒類(lèi)化合物的合成及其感光性能*

馮筱晴1，2，王瑞瑞1，唐龍1，姚昶旭1，宋國(guó)強(qiáng)1

(1.常州大學(xué)制藥與生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 常州 213164; 2.常州市藥品制造與質(zhì)量控制工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213164)

以氫化鋁鋰為還原劑，甲基叔丁基醚為溶劑，1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-壬烯(1)于55℃反應(yīng)9 h制得1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］壬烷(2)，收率87.9%，純度＞95.0%。2分別與溴代苯乙酮(3a)，對(duì)甲氧基溴代苯乙酮(3b)和對(duì)溴基溴代苯乙酮(3c)進(jìn)行消除反應(yīng)合成了3個(gè)新型的苯乙酰基潛雙環(huán)脒類(lèi)化合物(4a～4c)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和LC-MS表征。采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)合成4a～4c的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。在最佳反應(yīng)條件［以甲苯為溶劑，3a 25.2mmol，n(3a)∶n(K2CO3)∶n(2)=1.0∶2.0∶1.4，于15℃反應(yīng)24 h］下，1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-苯乙?；赏?4a)收率89.0%，純度87.9%。感光性能研究結(jié)果表明，1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-(4-甲氧基)苯乙酰基壬烷(4b)經(jīng)紫外曝光400 mJ·cm-1，其引發(fā)性能最強(qiáng)，分解轉(zhuǎn)化近45%;曝光2 000 m J· cm-1，4b分解轉(zhuǎn)化近90%。

1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-壬烯;1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］壬烷;光產(chǎn)堿劑;合成;感光性能

光產(chǎn)堿劑(PBGs)主要指那些經(jīng)紫外光照射可產(chǎn)生胺等堿類(lèi)物質(zhì)的化合物［1-2］。相對(duì)于PBGs，光產(chǎn)酸劑研究報(bào)道較多［3-5］，但其存在一定缺陷，如經(jīng)紫外線照射后產(chǎn)生強(qiáng)酸，可能會(huì)對(duì)反應(yīng)體系基線產(chǎn)生腐蝕，致使產(chǎn)品發(fā)生故障等。為此研究者們對(duì)PBGs的研究產(chǎn)生興趣［6-9］。經(jīng)過(guò)近二十年的研究和更新?lián)Q代，PBGs發(fā)展速度極快，其熱穩(wěn)定性、溶解性、多功能性以及光敏性等均得到顯著提高，由此發(fā)展出了一系列新型PBGs［10］。這些PBGs可以光引發(fā)單體聚合、解聚、交聯(lián)及與去交聯(lián)等反應(yīng)，尤其適用于汽車(chē)涂層和微電子加工等領(lǐng)域［11］。

PBGs的優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，其分子經(jīng)光照后，產(chǎn)生的有機(jī)堿在空氣中穩(wěn)定，克服氧阻聚，可應(yīng)用于金屬涂層不易產(chǎn)生腐蝕［12-13］，催化除含碳碳雙鍵以外的含其他官能團(tuán)的新型樹(shù)脂聚合，也可以催化代兩種不同基團(tuán)的樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)聚合。隨著PBGs在微電子成像及其他UV固化涂層領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用［14-17］，PBGs的市場(chǎng)需求量不斷增長(zhǎng)，對(duì)其性能要求也不斷提高。

取代苯乙酰基雙環(huán)脒類(lèi)PBGs是以1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-壬烯(1)為結(jié)構(gòu)主體，經(jīng)紫外光曝照后釋放出的1是一種弱親核性的有機(jī)強(qiáng)堿，且樹(shù)脂相溶性較好，由此可以期待此類(lèi)PBGs在多種類(lèi)型官能團(tuán)陰離子固化配方中應(yīng)用，開(kāi)闊輻射固化涂層的應(yīng)用領(lǐng)域，所以對(duì)此類(lèi)PBGs的合成工藝研究具有非常重要的意義［18-20］。

本文以氫化鋁鋰為還原劑，甲基叔丁基醚為溶劑，1于55℃反應(yīng)9 h制得1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］壬烷(2)，收率87.9%，純度＞95.0%。2分別與溴代苯乙酮(3a)，對(duì)甲氧基溴代苯乙酮(3b)和對(duì)溴基溴代苯乙酮(3c)進(jìn)行消除反應(yīng)反應(yīng)合成了3個(gè)新型的苯乙?；鶟撾p環(huán)脒類(lèi)化合物(4a～4c，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和LC-MS表征。采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)合成4a～4c的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。并用履帶式光固化機(jī)和TG研究了4a～4c的光敏性和熱穩(wěn)定性，探究了該系列PBGs的分子構(gòu)效關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

島津紫外光譜儀;島津GC-2010型氣相色譜儀;島津LC-10ATVP型液相色譜儀;Bruker DRX 500型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));島津液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;紫外光固化機(jī)，保定市特種光源電器廠。

1，工業(yè)級(jí);3a，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司; 3b和3c，化學(xué)純;氫化鋁鋰，上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司;DMF，甲基叔丁基醚(MTBE)和THF，分析純，使用前按標(biāo)準(zhǔn)方法干燥除水。

1.2 合成

(1)2的合成

在四口燒瓶中加入1 10.0 g(0.16 mol)和MTBE 100 mL，攪拌下于55℃分批加入氫化鋁鋰1.9 g(0.10 mol)，加畢，于55℃反應(yīng)9 h(GC跟蹤)。降溫至-5℃，依次加入水3.6 mL，10% NaOH溶液3.6 mL和水3.6 mL，于室溫反應(yīng)1 h。抽濾，濾液旋蒸除溶得淡黃色液體2 8.3 g，收率89.0%，純度95.0%(HPLC);1H NMRδ:3.27～3.32(t，1H，CH)，2.12～3.11(t，4H，CH2)，1.61～2.00(m，6H，CH2)，1.39～1.49(m，2H，CH2);LC-MS m/z:127{［M+H］+}。

(2)4a～4c的合成(以4a為例)

在四口燒瓶依次加入3a 5.0 g(25.2 mmol)，KI 0.42 g，K2CO35.2 g(37.8 mmol)及THF 80 mL，攪拌下于室溫滴加2 4.75 g(37.7 mmol，30 min內(nèi))，滴畢，于15℃反應(yīng)24 h(LC跟蹤)。過(guò)濾，濾液旋蒸除去THF，殘余物用100 mL乙酸乙酯溶解，有機(jī)相用蒸餾水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，蒸除溶劑得4a 4.90 g。

用類(lèi)似的方法合成4b(于15℃反應(yīng)8 h)和4c(于10℃反應(yīng)6 h)。

1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-苯乙酰基壬烷(4a):紅褐色黏稠狀液體，收率80.0%，純度82.0%(HPLC，下同);1H NMRδ:7.98～7.96 (d，J=8.0 Hz，2H，ArH)，7.65～7.61(t，1H，ArH)，7.53～7.49(t，2H，ArH)，4.17～3.60 (d，J=5.0 Hz，2H，NCH2CO)，3.28～3.20(m，1H，NCH)，2.38～2.10(m，4H，NCH2)，2.27～2.22(q，2H，NCH2)，2.09～1.47(m，6H，CH2);LC-MS m/z:245{［M+H］+};UV-Vis λmax:246 nm。

1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-(4-甲氧基)苯乙?；赏?4b):橙黃色油狀液體，收率85.0%，純度89.92%;1H NMRδ:7.73～7.71(d，J= 8.1 Hz，2H，ArH)，7.54～7.52(d，J=8.0 Hz，2H，ArH)，4.37～4.28(d，J=5.6 Hz，2H，NCH2CO)，3.92～3.81(s，3H，OCH3)，3.14～3.10(m，1H，NCH)，2.49～2.10(m，4H，NCH2)，2.04～1.79(q，4H，CH2)，1.73～1.61 (m，1H，CH2)，1.59～1.47(m，3H，CH2); LC-MS m/z:275{［M+H］+};UV-Visλmax:275 nm。

5-(4-溴基苯乙?；?-1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］壬烷(4c):紅棕色油狀液體，收率75.5%，純度81.6%;1H NMRδ:8.15～8.10(d，J=4.0 Hz，2H，ArH)，8.00～7.94(d，J=4.0 Hz，2H，ArH)，4.10～3.97(d，J=6.4 Hz，2H，NCH2CO)，3.38～3.10(m，1H，NCH)，2.85～2.52(m，4H，NCH2)，2.39～2.12(q，4H，NCH2)，2.07～1.02(m，4H，CH2);LC-MS m/z: 324{［M+H］+};UV-Visλmax:214 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 2的合成

通過(guò)對(duì)反應(yīng)時(shí)間、溶劑和投料比的選擇探究合成2的最佳工藝。實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)以LiAlH4為還原劑，MTEBE為溶劑，1 0.16 mol，n(1)∶n(Li-AlH4)=1.0∶0.6，于55℃反應(yīng)9 h，收率最高(89.0%)。

2.2 4a的合成工藝優(yōu)化

以2和3a反應(yīng)合成4a為模板，采用三因素［溶劑(A)，n(3a)∶n(K2CO3)(B)和n(3a)∶n (2)(C)］三水平進(jìn)行L9(33)正交實(shí)驗(yàn)，考察諸因素對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，各因素對(duì)收率的影響順序?yàn)?B＞A＞C，最佳反應(yīng)條件為A3B3C2。在此條件下進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，收率最高為89.0%，純度87.9%。

表1 合成4a的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果*Table 1 Design and result of orthogonal experiment for synthesizing 4a

從表1還可知，在合成4a的反應(yīng)中，作為縛酸劑的堿用量對(duì)產(chǎn)率的影響最大。堿的用量太少，消除反應(yīng)所產(chǎn)生的HBr會(huì)消耗掉部分2，導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)率降低。溶劑對(duì)反應(yīng)的影響次之，投料比的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)較小。

2.3 4b和4c的合成工藝優(yōu)化

分別采用四因素(堿用量、投料比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度)，三水平對(duì)合成4b和4c的反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.4 構(gòu)效關(guān)系

溴代苯乙酮苯環(huán)上含有溴基等吸電子基時(shí)可以增強(qiáng)苯乙?；幕钚裕蛊渑c2的反應(yīng)活性增加，所需活化能降低，反應(yīng)時(shí)間縮短，且反應(yīng)溫度也較低;而當(dāng)含有甲氧基(3b)這類(lèi)給電子基時(shí)，苯乙酰基活性降低，反應(yīng)所需活化能增加，反應(yīng)時(shí)間增加，產(chǎn)率較高。

表2 4b和4c的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results for synthesizing 4b and 4c

2.5 性能

(1)感光性能

以甲醇為溶劑，配制c(4)為1.0×10-2mol· L-1，在經(jīng)過(guò)一定強(qiáng)度(mJ·cm-2)的紫外光照射后，用液相色譜跟蹤4的分解轉(zhuǎn)化，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)不同強(qiáng)度的紫外光照射后，4a～4c都有不同程度的轉(zhuǎn)化。曝光400 mJ·cm-2后，4b的引發(fā)活性最高，先被引發(fā)，分解轉(zhuǎn)化近45%; 4a的光引發(fā)性能最弱，只轉(zhuǎn)化55%左右。經(jīng)曝照2 000mJ·cm-2后，4a～4c的轉(zhuǎn)化均在50%以上，其中4b最終轉(zhuǎn)化90%。相比之下，4c只轉(zhuǎn)化60%。由此說(shuō)明，溴代苯乙酮苯環(huán)上取代相應(yīng)的吸電子或給電子基團(tuán)時(shí)，可以明顯地增強(qiáng)此類(lèi)取代苯乙?；鵇BN類(lèi)光產(chǎn)堿劑的紫外光引發(fā)活性。

圖1 4a～4c的紫外曝光強(qiáng)度與轉(zhuǎn)化率曲線Figure 1 UV exposure intensity and conversion curves of 4a～4c

2.6 熱穩(wěn)定性

4a～4c的TG曲線見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，4a的熱穩(wěn)定性較4b和4c差，失重5%和10%的溫度分別為132℃和161℃。而4b和4c失重5%和10%的最低溫度提高至161℃和182℃。其中4c的熱穩(wěn)定性相對(duì)最好，其失重5%和10%的溫度分別高于180℃和202℃，由此可以推測(cè)在溴代苯乙酮苯環(huán)上取代鹵素、甲氧基等基團(tuán)時(shí)可以明顯提高取代苯乙?；鵇BN類(lèi)光產(chǎn)堿劑的熱穩(wěn)定性。

圖2 4a～4c的TG曲線Figure 2 TG curves of4a～4c

3 結(jié)論

(1)以DBN和帶有不同取代基的溴代苯乙酮類(lèi)化合物為起始原料，采用兩步法合成了一系列取代苯乙酰基DBN脒類(lèi)光產(chǎn)堿劑(4a～4c)。該方法新穎獨(dú)特，方便快捷，操作簡(jiǎn)單且產(chǎn)率高、成本低、純度高。

(2)合成1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］-5-苯乙?；赏?4a)的最佳反應(yīng)條件為:以甲苯為溶劑，3a 25.2mmol，n(3a)∶n(K2CO3)∶n(2)=1.0∶2.0∶1.4，于15℃反應(yīng)24 h，收率89.0%，純度87.8%。4a失重5%的溫度為132℃。

(3)合成5-(4-甲氧基苯乙?；?-1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］壬烷(4b)的最佳反應(yīng)條件為:以DMF為溶劑，3b 28.1 mmol，n(3b)∶n(K2CO3)∶n (2)=1.0∶1.3∶1.5，于15℃反應(yīng)8 h，收率91.2%。4b失重5%的溫度為161℃。

(4)合成5-(4-溴基苯乙酰基)-1，5-二氮雜雙環(huán)［4.3.0］壬烷(4c)的最佳反應(yīng)條件為:以二口惡烷為溶劑，3c 18 mmol，n(3c)∶n(K2CO3)∶n (2)=1.0∶1.6∶1.2，于10℃反應(yīng)6 h，收率87.8%。4c失重5%的溫度為180℃。

(5)性能研究表明，當(dāng)溴代苯乙酮苯環(huán)上有吸電子或給電子基團(tuán)時(shí)，可以明顯地增強(qiáng)取代苯乙?；鵇BN類(lèi)光產(chǎn)堿劑的紫外光引發(fā)活性，為潛雙環(huán)脒類(lèi)光產(chǎn)堿劑的進(jìn)一步研究提供理論參考。

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Synthesis and Photosensitivities of Novel Phenylacetyl Am idines

FENG Xiao-qing1，2，WANG Rui-rui1，
TANG Long1，YAO Chang-xu1，SONG Guo-qiang1

(1.College of Pharmacy and Life Science，Changzhou University，Changzhou 213164，China;2.Key Laboratory of Pharmaceutical Manufacturing and Quality Control Engineering of Changzhou，Changzhou 213164，China)

1，5-Diazabicyclo［4.3.0］nonane(2)in yield of87.9%with 95%purity was prepared by reduction of 1，5-diazabicyclo［4.3.0］nonene using LiAlH4as the reductant and methyl tert-butyl ether as the solventat55℃for 9 h.Three novel amidine photobase generators(4a～4c)were synthesized by elimination reaction of 2 with bromoacetophenene(3a)，p-hydroxy-bromoacetophenene(3b) and p-bromoyl-bromoacetophenene(3c)，respectively.Reaction conditions of synthesizing 4a～4c were optimized by L9(33).The yield and purity of 1，5-diazabicyclo［4.3.0］-5-phenylacetyl-nonane (4a)were 89.0%and 87.9%under optimum reaction conditions［toluene was the solvent，3a 25.2 mmol，n(3a)∶n(K2CO3)∶n(2)was1.0∶2.0∶1.4，at15℃for24 h］.The structure and photosensitivity were characterized by1H NMR，LC-MS and TG.The results showed that conversion of 5-(4-methoxyphenylacetyl)-1，5-diazabicyclo［4.3.0］nonane(4b)at exposure 400 mJ·cm-1was 45%.Conversion of 4b was 90%at exposure 2 000 mJ·cm-1.

1，5-diazabicyclo［4.3.0］nonene;1，5-diazabicyclo［4.3.0］nonane;photolatent;synthesis;photosensitivity

O621.3

A

1005-1511(2014)02-0183-05

2013-01-06;

2014-01-16

常州大學(xué)?；鹳Y助項(xiàng)目(czuyj10012)

馮筱晴(1974-)，女，漢族，江蘇常州人，博士，講師，主要從事藥物合成及電子材料方面的研究與開(kāi)發(fā)。

宋國(guó)強(qiáng)，教授，E-mail:drugs@vip.sina.com