由Mannich反应合成新型Salen配体

王暖升， 李俊英， 李天铎

(山东轻工业学院 山东省轻工助剂重点实验室，山东 济南 250353)

N,N′-双(水杨醛)乙二胺(Salen)配体的氮和氧原子可以与金属原子形成配位键，在生物活性、磁性材料和化学材料等方面具有广泛的应用前景[1,2]。Salen金属配合物在催化烯烃的环氧化[3，4]、腐蚀[5]、分子识别[6]等方面也具有非常广泛的应用。

目前Salen配体主要通过水杨醛类化合物和对称的乙二胺生成，生成的席夫碱较容易纯化，但所用的胺必须是伯胺，仲胺则无法生成席夫碱。Mannich反应是合成有机物的一种重要方法，可以由含有活泼氢的酸组分、碱组分(既可以是伯胺也可以是仲胺)和醛(通常是甲醛)形成新的C-C键[7]。采用Mannich反应不仅能更有效的对Salen配体的芳环进行修饰，而且能增大胺的选择范围。

本文以乙二胺或乙二胺衍生物为碱，与甲醛、对甲酚通过Mannich反应生成了四种Salen配体(1～4， Scheme 1)，其结构经1H NMR， IR， MS和元素分析表征。其中2～4为新化合物。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

XRC21型显微熔点仪(温度未校正)；Bruker AVANCE 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Bruker TENSOR-27型红外光谱仪(KBr压片)；Elmentar Vario ELⅢ型元素分析仪；API 4000型液质联用仪;Bruker SMART CCD型X-射线单晶衍射仪。

所用试剂均为分析纯。

Scheme1

1.2 合成

(1)N,N′-二(2-羟基-5-甲基苄基)乙二胺(1)的合成

在单口瓶中加入乙二胺600 mg(10 mmol)， 95%多聚甲醛630 mg(20 mmol)，对甲酚2.16 g(20 mmol)及乙醇20 mL，搅拌下回流反应4 h。旋蒸除溶后加入绝对无水乙醇10 mL，通入过量的氯化氢气体，搅拌1 h。过滤，滤饼干燥得1·HCl。氮气保护下，将1·HCl用水溶解，加入5%碳酸钠溶液，过滤，滤饼干燥后用无水乙醇重结晶得无色晶体1 930 mg，产率33.21%, m.p.138 ℃～139 ℃;1H NMRδ: 6.98～6.67(m, 3H, ArH), 3.85(s, 2H, NCH2CH2), 2.83(s, 2H, ArCH2N), 2.25(s, 3H, CH3); Anal.calcd. for C18H24N2O2: C 71.97, H 8.05, N 9.33; found C 71.90, H 8.19, N 9.49。

(2)N,N,N′-三(2-羟基-5-甲基苄基)乙二胺(2)的合成

在单口烧瓶中加入乙二胺600 mg(10 mmol)， 95%多聚甲醛950 mg(30 mmol)和对甲酚5.4 g(50 mmol)，搅拌下于85 ℃(浴温)反应18 h。冷却至室温，加无水乙醇10 mL，超声10 min；过滤,滤饼用无水乙醇重结晶得无色晶体2 1.71 g，产率40.7%， m.p.171 ℃～172 ℃;1H NMRδ: 6.94～6.78(m, 9H, ArH), 3.80(s, 2H, NCH2Ar), 3.67(s, 4H, NCH2Ar), 2.86(t,J=6.0 Hz, 2H， NCH2CH2), 2.70(t,J=6.0 Hz, 2H, NCH2CH2), 2.25(s, 6H, CH3), 2.21(s, 3H, CH3); IRν: 3 261, 2 914, 1 616, 1 500, 1 271, 1 112, 813 cm-1; MSm/z: 421.4{[M+1]+}; Anal.calcd for C26H32N2O3: C 74.26, H 7.67, N 6.66; found C 73.99, H 7.49, N 6.52。

(3)N,N′-二(2-羟基-5-甲基苄基)-N,N′-二苄基乙二胺(3)的合成

在三口瓶中加入苯甲醛5.41 g(51 mmol)和乙醇10 mL，搅拌下于室温缓慢滴加乙二胺1.5 g(25 mmol)的乙醇(50 mL)溶液，滴毕，回流反应2 h。降至室温，分批加入NaBH43.5 g(94 mmol)，加毕，回流反应2 h。旋蒸除溶，用乙酸乙酯(5 mL)萃取；在有机相中加入冰醋酸3 g(50 mmol)，析出白色晶体，抽滤，滤饼真空干燥得白色固体N,N′-二苄基乙二胺二乙酸盐6.83 g，产率75.91%。

在单口瓶中加入N,N′-二苄基乙二胺二乙酸盐3.6 g(10 mmol)和水10 mL，搅拌下于室温加入NaOH 0.8 g(20 mmol)，反应30 min。用氯仿(10 mL)萃取，合并有机相，旋蒸除溶。加乙醇20 mL， 36%甲醛2.5 g(30 mmol)及对甲酚2.16 g(20 mmol)，回流反应2 h。冷却至室温，置冰箱中过夜；过滤，滤饼用无水乙醇重结晶得无色晶体3 3.79 g，产率78.96%， m.p.186 ℃～188 ℃;1H NMRδ: 7.38～6.74(m, 8H, ArH), 3.64(s, 2H, NCH2Ar), 3.53(s, 2H, NCH2Ar), 2.70(s, 2H, NCH2CH2), 2.24(s, 3H, CH3)； IRν: 2 968, 2 828, 1 498, 1 251, 1 057, 819, 741 cm-1; MSm/z: 481.1{[M+1]+}; Anal.calcd. for C32H36N2O2: C 79.96, H 7.55, N 5.83; found C 79.69, H 7.49, N 5.88。

(4)N,N′-二(2-羟基-5-甲基苄基)-N,N′-二(呋喃甲基)乙二胺(4)的合成

将乙二胺6 g(10 mmol)滴入呋喃甲醛19.2 g(20 mmol)的乙醇(50 mL)溶液中，搅拌2 h。旋蒸除溶，残余黏稠物用热石油醚(60 ℃～90 ℃)多次重结晶得无色针状晶体乙二胺呋喃甲醛席夫碱18.21 g，产率84.3%。

在反应瓶中加入乙醇50 mL和乙二胺呋喃甲醛席夫碱2.16 g(10 mmol)，搅拌下于60 ℃分三次加入NaBH41.40 g(37 mmol),加毕，反应3 h。加入95%多聚甲醛0.95 g(30 mmol)，对甲酚2.16 g(0.02 mmol)，回流反应3 h。趁热过滤，滤液静置过夜，过滤；浓缩滤液至1/3，静置，析出沉淀。合并两次滤饼，干燥得无色晶体4 2.16 g，产率47%， m.p.94 ℃～96 ℃;1H NMRδ: 7.39(d, 1H, Furan-H), 6.97～6.74(m, 3H, ArH), 6.42～6.26(m, 1H, Furan-H), 6.15(t,J=3.6 Hz, 1H, Furan-H), 3.72(s, 2H, NCH2Furan), 3.67(s, 2H, NCH2Ar), 2.71(d,J=10.4 Hz, 2H, NCH2CH2), 2.25(s, 3H, CH3); IR ν： 2 960, 2 835, 1 498, 1 246, 813, 744 cm-1; MSm/z: 461.1{[M+1]+}; Anal.calcd for C28H32N2O4: C 73.02, H 7.00, N 6.08; found C 72.99, H 7.11, N 6.12。

2 结果与讨论

1～4均属于Salen型配体，其中2和4比通常的Salen配体增加了具有配位能力的氧原子，为多种形式的配位提供了可能，从而会导致特殊的催化效果。

伯胺做碱组分时，由于含有两个氢原子，可以发生两步反应，因此伯胺引起的反应比预期的更复杂，产物不容易从体系中分离[8，9]。但采用2,4-二取代苯酚做酸组分，如乙二胺、甲醛和2,4-二取代苯酚生成Mannich碱，这种情况，产物也容易从体系中分离，所以目前以乙二胺通过Mannich反应生成Salen配体主要选用2,4-二取代苯酚。本文将1先转换为盐酸盐的形式，有效解决了此类Mannich碱较难分离的问题。2在无溶剂条件下合成，符合绿色环境化学要求。

在3的合成中，将乙二胺和苯甲醛、呋喃甲醛生成席夫碱，经NaBH4还原后，伯胺转变为仲胺，生成的Mannich碱不仅能在低温下从反应体系中以结晶的形式析出，而且可以加入过量的甲醛，提高反应速率，且没有副产物产生[10]。

为进一步确定化合物的结构，对2进行了晶体结构分析。将单晶2(0.32 mm×0.38 mm×0.50 mm)置衍射仪上,在298 K下，采用经石墨单色器单色化的Mo光源(λ=0.071 073 nm)辐射，在2.1°≤θ≤28.3°内收集13 440强衍射数据,其中独立衍射点5 280个(Rint=0.030)。晶体结构由Bruker SHELXTL程序解出。

2属单晶系，空间群P21/n (No.14),晶胞参数a=8.623 3(14) Å，b=10.265 5(16) Å，c=26.017(4) Å，V=2 291.3(6) Å3，Z=4，R1=0.056 9，R2=0.163 3。 2的分子量为420.54，其分子结构见图1。

图1 2的分子结构图
Figure1Molecular structure of2

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