新型含嘧啶基團(tuán)的彎曲型π-共軛化合物的合成*

謝大海，胡杰娜，張燈青，李賢英，金武松

新型含嘧啶基團(tuán)的彎曲型π-共軛化合物的合成*

謝大海1a，胡杰娜1a，張燈青1a，李賢英1b，金武松1a

(1.東華大學(xué)a.化學(xué)化工與生物工程學(xué)院;b.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620)

在Pd(0)催化下，5-溴-2-碘嘧啶分別與3，5-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧雜戊硼烷-2-基)苯甲醚和3，5-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧雜戊硼烷-2-基)苯十二烷基醚經(jīng)Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)合成了兩種新型的含有嘧啶基團(tuán)的彎曲型π共軛體系化合物——3，5-二(5-溴-嘧啶基)苯甲醚和3，5-二(5-溴-嘧啶基)苯十二烷基醚(6);6在Ni(cod)2的催化下經(jīng)聚合反應(yīng)合成了其二聚體，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13CNMR和EI-MS表征。

硼酸酯;Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng);Ni(cod)2催化;二聚體;合成

具有光電性能的π-共軛化合物由于在電致發(fā)光顯示、催化、藥物等方面具有潛在的應(yīng)用前景而成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。其中骨架上連有吸電子基團(tuán)的化合物，如含吡啶或嘧啶的衍生物不僅具有吸電子能力，而且還可以通過與金屬配位，N-質(zhì)子化，N-氧化、與鹵代烴進(jìn)行季銨化等反應(yīng)來改變其光學(xué)或電子特性［1-3］，如:釕、銥、鉑等與1，3-二吡啶苯配位形成的配合物具有光致發(fā)光和電致發(fā)光性能，特別是和三聯(lián)吡啶［4-8］配位形成的配合物性質(zhì)更為突出。鈀、鉑、汞與1，3-二吡啶苯反應(yīng)生成的配合物已被證實(shí)可以作為Heck反應(yīng)的催化劑［9-10］。1，3-二苯并噻唑苯和三聯(lián)吡啶等還可以用作藥物，不僅可控制鈣的傳輸，而且還具有抗腫瘤活性［11-12］。

迄今為止，雖然含有吡啶基團(tuán)的可溶性π-共軛化合物及其配合物被廣泛地報(bào)道，但針對(duì)含有嘧啶骨架的可溶性彎曲型π-共軛化合物的研究報(bào)道較少。和吡啶相比，富含氮原子的嘧啶雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)更加多樣、配位能力更強(qiáng)且能與多種金屬配位，容易形成π-π堆積、氫鍵及其它弱作用力，可以形成結(jié)構(gòu)新穎和功能獨(dú)特的配合物。

為此，本文設(shè)計(jì)并合成了一類新型含嘧啶的可溶性π共軛化合物。在Pd(0)的催化下，5-溴-2-碘嘧啶分別與3，5-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧雜戊硼烷-2-基)苯甲醚(3)和3，5-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧雜戊硼烷-2-基)苯十二烷基醚(4)經(jīng)Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)合成了兩種新型的含有嘧啶基團(tuán)的彎曲型π共軛體系化合物——3，5-二(5-溴-嘧啶基)苯甲醚(5)和3，5-二(5-溴-嘧啶基)苯十二烷基醚(6);6在Ni (cod)2的催化下經(jīng)聚合反應(yīng)合成了其二聚體7 (Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和EIMS表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Brucker Model Avance DMX 400(400 MHz)型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));島津QP-2010型裂解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;ABSciex 4800型基質(zhì)輔助激光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(MALDI-TOF-Mass)。

3，5-二溴苯甲醚(1)和3，5-二溴苯十二烷基醚(2)參考文獻(xiàn)［13-14］方法合成;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)3和4的的合成

在Schlenk反應(yīng)瓶中依次加入1 500 mg (1.88 mmol)，雙頻吶醇合二硼1.05 g(4.1 mmol)，PdCl2(dppf)70 mg(0.23 mmol)和AcOK 1.1 g(11.3 mmol)，氬氣保護(hù)下抽換氣三次，加入冷凍除氧的無水DMF 40mL，于80℃反應(yīng)2.5 h。自然冷卻至室溫，用二氯甲烷(3×50 mL)萃取，合并有機(jī)相，用蒸餾水(3×50 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥，旋蒸除溶后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑: A=V(石油醚)∶V(二氯甲烷)=8∶1］純化得白色固體3 383 mg，產(chǎn)率56%;1H NMRδ:7.87(s，1H)，7.42(d，J=0.9 Hz，2H)，3.84(s，3H)，1.33(s，24H);13C NMRδ:158.56，133.60，122.79，83.78，55.33，24.87;EI-MS m/z:359.9［M+，100%］。

用類似的方法(于80℃反應(yīng)3.0 h，洗脫劑: A=8∶1+2%Et3N)合成得淡黃色油狀物4 1.29 g，產(chǎn)率53%;1H NMRδ:7.87(s，1H)，7.44(d，J=0.7 Hz，2H)，4.01(t，J=6.4 Hz，2H)，1.77 (m，2H)，1.58(s，2H)，1.50～1.41(m，2H)，1.35(s，24H)，1.29(s，14H)，0.91(t，J=6.8 Hz，3H);13C NMRδ:158.19，133.42，123.47，83.73，67.88，31.92，29.67，29.63，29.61，29.44，29.41，29.34，26.08，24.86，22.68，14.10;MALDI-TOF-MS m/z:Calcd for 514.352 0 {［C30H52B2O5］+}，found 514.277 0。

(2)5和6的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入3 1 g(2.77 mmol)，5-溴-2-碘嘧啶2.36 g(8.31 mmol)及Pd(PPh3)4256 mg(0.16 mmol)，氬氣保護(hù)下抽換氣三次，依次加入冷凍除氧的甲苯15 mL和K2CO3溶液8 mL和冷凍除氧的THF 30 mL，攪拌下于80℃回流反應(yīng)48 h。自然冷卻至室溫，用二氯甲烷(3× 50 mL)萃取，合并有機(jī)相，用蒸餾水(3×50 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥，旋蒸除溶后經(jīng)中性氧化鋁柱層析(洗脫劑:A=4∶1)純化得白色固體5 601 mg，產(chǎn)率52%;1H NMRδ:9.09(s，1H)，8.88 (s，4H)，8.13(s，2H)，4.00(s，3H);13C NMR δ:162.26，160.56，157.85，138.34，120.71，118.66，116.26，55.75;EI-MS m/z:421.55［M+，100%］。

用類似的方法合成白色固體6 545 mg，產(chǎn)率49%;1H NMRδ:9.08(s，1H)，8.88(s，4H)，8.13(d，J=1.1 Hz，2H)，4.17(t，J=6.4 Hz，2H)，1.91～1.83(m，2H)，1.57～1.24(m，18H)，0.90(t，J=6.8 Hz，3H);13C NMRδ: 162.29，160.05，157.76，138.18，120.47，118.56，116.79，68.40，31.92，29.69，29.65，29.62，29.43，29.36，29.33，26.08，22.69，14.12; MALDI-TOF-MS m/z:Cacld for 576.371 0{［C26H32Br2O］+}，found 576.955 6;Anal.calcd for C26H32Br2O:C 54.18，H 5.60，N 9.72;found C 54.16，H 5.56，N 9.734。

(3)7的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入6 100 mg(0.17mmol)，2，2'-聯(lián)吡啶60 mg(0.38 mmol)及Ni(cod)2106 mg(0.38 mmol)，氬氣保護(hù)下抽換氣三次，加入冷凍除氧的無水DMF 6 mL，攪拌下于80℃反應(yīng)36 h。自然冷至室溫后，用二氯甲烷(3×50 mL)萃取，合并有機(jī)相，用蒸餾水(3×50 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥，旋蒸除溶后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑: V(石油醚)∶V(甲醇)=50∶1］純化得黃色固體，經(jīng)制備凝膠滲透色譜(GPC)純化得淡黃色固體7 3 mg，產(chǎn)率3.5%;1H NMRδ:9.26(s，1H)，9.15(s，2H)，8.89(d，J=4.7 Hz，2H)，8.23 (d，J=8.8 Hz，2H)，4.22(t，J=6.5 Hz，2H)，1.94～1.85(m，2H)，1.56～1.48(m，18H)，0.90(t，J=6.7，3H);MALDI-TOF-MS m/z:Cacld for 836.175 2{［C52H64Br2N8O2-2Br］+}，found 836.281 4。

2 結(jié)果討論

我們?cè)谠O(shè)計(jì)合成含有甲氧基的π-共軛體系化合物單體5和它的低聚體時(shí)發(fā)現(xiàn)，3的產(chǎn)率較低且分離困難，是合成的一個(gè)難點(diǎn)。為了提高3的產(chǎn)率，對(duì)底物、催化劑、反應(yīng)時(shí)間等條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，反應(yīng)時(shí)間對(duì)該反應(yīng)至關(guān)重要?？刂品磻?yīng)時(shí)間為2.5 h具有較好的產(chǎn)率(56%)。通過硅膠柱層析純化得3;3直接與5-溴-2-碘嘧啶進(jìn)行Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)以制備5。首先，采用單一甲苯或者四氫呋喃作溶劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)性能較差，產(chǎn)率較低(37%)。通過條件優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，使用混合溶劑［V(THF)∶V(甲苯)=2∶1］時(shí)，產(chǎn)率明顯提高(52%)。通過中性氧化鋁柱層析純化得白色固體粉末5;可能是柔性鏈為甲氧基，5的溶解性很差，幾乎不溶于用于催化聚合反應(yīng)的常規(guī)有機(jī)溶劑中，如DMF和甲苯等，這直接影響到催化聚合反應(yīng)的順利進(jìn)行。如以DMF為溶劑，利用Ni(cod)2催化劑進(jìn)行聚合時(shí)，MALDITOF-Mass測(cè)試發(fā)現(xiàn)雖然有少量線性低聚體生成，但溶解性太差而無法分離提純。因此，為了增加此類單體和低聚體的溶解性，我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了柔性鏈帶有十二烷基的化合物單體6。

與合成3相似，反應(yīng)時(shí)間是最重要的影響因素，控制反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí)產(chǎn)率較高，通過硅膠柱層析純化得黃色油狀物4。按照合成5的方法，通過Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)成功分離出白色粉末狀固體6。與5相比，6的溶解性顯著提高，易溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑中。以6為單體，Ni (cod)2為催化劑，催化聚合得到粗產(chǎn)物7，通過硅膠柱層析純化得黃色固體粗品，通過GPC進(jìn)一步提純得淺黃色固體7，產(chǎn)率3.5%。經(jīng)核磁及質(zhì)譜分析證明該黃色固體為二聚體7。同時(shí)，利用MALDI-TOF-Mass對(duì)反應(yīng)混合物研究發(fā)現(xiàn)，還有三聚體，四聚體，五聚體等其它線性低聚體生成，可能由于受到機(jī)器激光強(qiáng)度的影響，除了分子離子峰之外，還發(fā)現(xiàn)丟失一個(gè)Br和兩個(gè)Br的分子離子峰，但由于分離條件的限制，這些低聚體未能進(jìn)一步分離提純。

3 結(jié)論

由硼酸酯3和4通過Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)制備了含有嘧啶基團(tuán)的π-共軛化合物單體5和6。通過條件優(yōu)化提高了3～6的產(chǎn)率。以6為單體，Ni(cod)2為催化劑，催化聚合制備并分離了二聚體7。MALDI-TOF-Mass研究表明雖然反應(yīng)中還有其它線性低聚體生成，但由于分離手段的限制未能近一步分離提純。這類含有π-共軛體系的單體和低聚體在電致發(fā)光顯示、催化、藥物等方面具有潛在的應(yīng)用前景。

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Synthesis of Novelπ-Conjugated Compounds Containing Pyrim idine Segment

XIE Da-hai1a，HU Jie-na1a，ZHANG Deng-qing1a，LIXian-ying1b，JINWu-song1a

(a.College of Chemistry，Chemical Engineering and Biotechnology;b.School of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai201620，China)

Two novel compounds，3，5-di(bromopyrimidine-2-yl)-1-methoxybenzene and 3，5-di(5-bromopyrimidine-2-yl)-1-dodeyloxybenzene(6)，were prepared by Pd(0)-catalyzed Suzuki-Miyaura coupling reaction of5-bromo-2-iodopyrimidine with 3，5-di(4，4，5，5-tetramethyl-1，3，2-dioxaborolane-2-yl)-1-methoxybenzene and 3，5-di(4，4，5，5-tetramethyl-1，3，2-dioxaborolane-2-yl)-1-dodecyloxybenzene，respectively.A novel dimer was synthesized by polymerization of 6 using Ni (cod)2as the catalyst.The structureswere characterized by1H NMR，13C NMR and EI-MS.

boric acid ester;Suzuki-Miyaura coupling reaction;Ni(cod)2;dimer;synthesis

O621.3;O626.41

A

1005-1511(2014)02-0192-04

2013-01-02;

2014-01-20

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21172035)

謝大海(1986-)，男，漢族，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事功能有機(jī)分子的合成研究。E-mail:xiedahai1986@ 126.com

張燈青，副教授，E-mail:dqzhang@dhu.edu.cn;金武松，教授，E-mail:wsjin@dhu.edu.cn