新型苯乙酰脒类化合物的合成及其感光性能*

冯筱晴，王瑞瑞，唐龙，姚昶旭，宋国强

(1.常州大学制药与生命科学学院，江苏 常州 213164; 2.常州市药品制造与质量控制工程重点实验室，江苏 常州 213164)

新型苯乙酰脒类化合物的合成及其感光性能*

冯筱晴1，2，王瑞瑞1，唐龙1，姚昶旭1，宋国强1

(1.常州大学制药与生命科学学院，江苏 常州 213164; 2.常州市药品制造与质量控制工程重点实验室，江苏 常州 213164)

以氢化铝锂为还原剂，甲基叔丁基醚为溶剂，1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-壬烯(1)于55℃反应9 h制得1，5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷(2)，收率87.9%，纯度＞95.0%。2分别与溴代苯乙酮(3a)，对甲氧基溴代苯乙酮(3b)和对溴基溴代苯乙酮(3c)进行消除反应合成了3个新型的苯乙酰基潜双环脒类化合物(4a～4c)，其结构经1H NMR和LC-MS表征。采用正交实验对合成4a～4c的反应条件进行了优化。在最佳反应条件［以甲苯为溶剂，3a 25.2mmol，n(3a)∶n(K2CO3)∶n(2)=1.0∶2.0∶1.4，于15℃反应24 h］下，1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-苯乙酰基壬烷(4a)收率89.0%，纯度87.9%。感光性能研究结果表明，1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-(4-甲氧基)苯乙酰基壬烷(4b)经紫外曝光400 mJ·cm-1，其引发性能最强，分解转化近45%;曝光2 000 m J· cm-1，4b分解转化近90%。

1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-壬烯;1，5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷;光产碱剂;合成;感光性能

光产碱剂(PBGs)主要指那些经紫外光照射可产生胺等碱类物质的化合物［1-2］。相对于PBGs，光产酸剂研究报道较多［3-5］，但其存在一定缺陷，如经紫外线照射后产生强酸，可能会对反应体系基线产生腐蚀，致使产品发生故障等。为此研究者们对PBGs的研究产生兴趣［6-9］。经过近二十年的研究和更新换代，PBGs发展速度极快，其热稳定性、溶解性、多功能性以及光敏性等均得到显著提高，由此发展出了一系列新型PBGs［10］。这些PBGs可以光引发单体聚合、解聚、交联及与去交联等反应，尤其适用于汽车涂层和微电子加工等领域［11］。

PBGs的优势独特，其分子经光照后，产生的有机碱在空气中稳定，克服氧阻聚，可应用于金属涂层不易产生腐蚀［12-13］，催化除含碳碳双键以外的含其他官能团的新型树脂聚合，也可以催化代两种不同基团的树脂进行交联聚合。随着PBGs在微电子成像及其他UV固化涂层领域广泛地应用［14-17］，PBGs的市场需求量不断增长，对其性能要求也不断提高。

取代苯乙酰基双环脒类PBGs是以1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-壬烯(1)为结构主体，经紫外光曝照后释放出的1是一种弱亲核性的有机强碱，且树脂相溶性较好，由此可以期待此类PBGs在多种类型官能团阴离子固化配方中应用，开阔辐射固化涂层的应用领域，所以对此类PBGs的合成工艺研究具有非常重要的意义［18-20］。

本文以氢化铝锂为还原剂，甲基叔丁基醚为溶剂，1于55℃反应9 h制得1，5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷(2)，收率87.9%，纯度＞95.0%。2分别与溴代苯乙酮(3a)，对甲氧基溴代苯乙酮(3b)和对溴基溴代苯乙酮(3c)进行消除反应反应合成了3个新型的苯乙酰基潜双环脒类化合物(4a～4c，Scheme 1)，其结构经1H NMR和LC-MS表征。采用正交实验对合成4a～4c的反应条件进行了优化。并用履带式光固化机和TG研究了4a～4c的光敏性和热稳定性，探究了该系列PBGs的分子构效关系。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

岛津紫外光谱仪;岛津GC-2010型气相色谱仪;岛津LC-10ATVP型液相色谱仪;Bruker DRX 500型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);岛津液相色谱-质谱联用仪;紫外光固化机，保定市特种光源电器厂。

1，工业级;3a，上海凌峰化学试剂有限公司; 3b和3c，化学纯;氢化铝锂，上海润捷化学试剂有限公司;DMF，甲基叔丁基醚(MTBE)和THF，分析纯，使用前按标准方法干燥除水。

1.2 合成

(1)2的合成

在四口烧瓶中加入1 10.0 g(0.16 mol)和MTBE 100 mL，搅拌下于55℃分批加入氢化铝锂1.9 g(0.10 mol)，加毕，于55℃反应9 h(GC跟踪)。降温至-5℃，依次加入水3.6 mL，10% NaOH溶液3.6 mL和水3.6 mL，于室温反应1 h。抽滤，滤液旋蒸除溶得淡黄色液体2 8.3 g，收率89.0%，纯度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为例)

在四口烧瓶依次加入3a 5.0 g(25.2 mmol)，KI 0.42 g，K2CO35.2 g(37.8 mmol)及THF 80 mL，搅拌下于室温滴加2 4.75 g(37.7 mmol，30 min内)，滴毕，于15℃反应24 h(LC跟踪)。过滤，滤液旋蒸除去THF，残余物用100 mL乙酸乙酯溶解，有机相用蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥，蒸除溶剂得4a 4.90 g。

用类似的方法合成4b(于15℃反应8 h)和4c(于10℃反应6 h)。

1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-苯乙酰基壬烷(4a):红褐色黏稠状液体，收率80.0%，纯度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。

1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-(4-甲氧基)苯乙酰基壬烷(4b):橙黄色油状液体，收率85.0%，纯度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-溴基苯乙酰基)-1，5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷(4c):红棕色油状液体，收率75.5%，纯度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 结果与讨论

2.1 2的合成

通过对反应时间、溶剂和投料比的选择探究合成2的最佳工艺。实验得出当以LiAlH4为还原剂，MTEBE为溶剂，1 0.16 mol，n(1)∶n(Li-AlH4)=1.0∶0.6，于55℃反应9 h，收率最高(89.0%)。

2.2 4a的合成工艺优化

以2和3a反应合成4a为模板，采用三因素［溶剂(A)，n(3a)∶n(K2CO3)(B)和n(3a)∶n (2)(C)］三水平进行L9(33)正交实验，考察诸因素对反应的影响，结果见表1。从表1可见，各因素对收率的影响顺序为:B＞A＞C，最佳反应条件为A3B3C2。在此条件下进行重复性实验，收率最高为89.0%，纯度87.9%。

表1 合成4a的正交试验设计与结果*Table 1 Design and result of orthogonal experiment for synthesizing 4a

从表1还可知，在合成4a的反应中，作为缚酸剂的碱用量对产率的影响最大。碱的用量太少，消除反应所产生的HBr会消耗掉部分2，导致反应不完全，产率降低。溶剂对反应的影响次之，投料比的影响相对来说较小。

2.3 4b和4c的合成工艺优化

分别采用四因素(碱用量、投料比、反应时间和反应温度)，三水平对合成4b和4c的反应条件进行优化，结果见表2。

2.4 构效关系

溴代苯乙酮苯环上含有溴基等吸电子基时可以增强苯乙酰基的活性，使其与2的反应活性增加，所需活化能降低，反应时间缩短，且反应温度也较低;而当含有甲氧基(3b)这类给电子基时，苯乙酰基活性降低，反应所需活化能增加，反应时间增加，产率较高。

表2 4b和4c的正交实验结果Table 2 Orthogonal experimental results for synthesizing 4b and 4c

2.5 性能

(1)感光性能

以甲醇为溶剂，配制c(4)为1.0×10-2mol· L-1，在经过一定强度(mJ·cm-2)的紫外光照射后，用液相色谱跟踪4的分解转化，结果见图1。由图1可见，经过不同强度的紫外光照射后，4a～4c都有不同程度的转化。曝光400 mJ·cm-2后，4b的引发活性最高，先被引发，分解转化近45%; 4a的光引发性能最弱，只转化55%左右。经曝照2 000mJ·cm-2后，4a～4c的转化均在50%以上，其中4b最终转化90%。相比之下，4c只转化60%。由此说明，溴代苯乙酮苯环上取代相应的吸电子或给电子基团时，可以明显地增强此类取代苯乙酰基DBN类光产碱剂的紫外光引发活性。

图1 4a～4c的紫外曝光强度与转化率曲线Figure 1 UV exposure intensity and conversion curves of 4a～4c

2.6 热稳定性

4a～4c的TG曲线见图2。由图2可见，4a的热稳定性较4b和4c差，失重5%和10%的温度分别为132℃和161℃。而4b和4c失重5%和10%的最低温度提高至161℃和182℃。其中4c的热稳定性相对最好，其失重5%和10%的温度分别高于180℃和202℃，由此可以推测在溴代苯乙酮苯环上取代卤素、甲氧基等基团时可以明显提高取代苯乙酰基DBN类光产碱剂的热稳定性。

图2 4a～4c的TG曲线Figure 2 TG curves of4a～4c

3 结论

(1)以DBN和带有不同取代基的溴代苯乙酮类化合物为起始原料，采用两步法合成了一系列取代苯乙酰基DBN脒类光产碱剂(4a～4c)。该方法新颖独特，方便快捷，操作简单且产率高、成本低、纯度高。

(2)合成1，5-二氮杂双环［4.3.0］-5-苯乙酰基壬烷(4a)的最佳反应条件为:以甲苯为溶剂，3a 25.2mmol，n(3a)∶n(K2CO3)∶n(2)=1.0∶2.0∶1.4，于15℃反应24 h，收率89.0%，纯度87.8%。4a失重5%的温度为132℃。

(3)合成5-(4-甲氧基苯乙酰基)-1，5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷(4b)的最佳反应条件为:以DMF为溶剂，3b 28.1 mmol，n(3b)∶n(K2CO3)∶n (2)=1.0∶1.3∶1.5，于15℃反应8 h，收率91.2%。4b失重5%的温度为161℃。

(4)合成5-(4-溴基苯乙酰基)-1，5-二氮杂双环［4.3.0］壬烷(4c)的最佳反应条件为:以二口恶烷为溶剂，3c 18 mmol，n(3c)∶n(K2CO3)∶n (2)=1.0∶1.6∶1.2，于10℃反应6 h，收率87.8%。4c失重5%的温度为180℃。

(5)性能研究表明，当溴代苯乙酮苯环上有吸电子或给电子基团时，可以明显地增强取代苯乙酰基DBN类光产碱剂的紫外光引发活性，为潜双环脒类光产碱剂的进一步研究提供理论参考。

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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

常州大学校基金资助项目(czuyj10012)

冯筱晴(1974-)，女，汉族，江苏常州人，博士，讲师，主要从事药物合成及电子材料方面的研究与开发。

宋国强，教授，E-mail:drugs@vip.sina.com