含溴丙基十五元三烯氮杂大环的合成及表征

印 野，彭晓宏，王 洋，周 为

（华南理工大学 材料科学与工程学院，广东 广州 510640）

精细化工

含溴丙基十五元三烯氮杂大环的合成及表征

印 野，彭晓宏，王 洋，周 为

（华南理工大学 材料科学与工程学院，广东 广州 510640）

以1-苯基-3-溴丙烷、氯磺酸、1，4-二溴-2-丁烯和2，4，6-三异丙基苯磺酰胺等为主要原料依次合成了4-（3-溴丙基）苯磺酰胺、N-叔丁氧甲酰基-2，4，6-三异丙基苯基磺酰胺、N-［4-溴-2-丁烯基］-N-（叔丁氧甲酰基）（2，4，6-三异丙基苯基）磺酰胺、1，11-二（叔丁氧甲酰基）-1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮杂十一烷-3，8-二烯、1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮杂十一烷-3，8-二烯和最终产物1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮环十五烷-3，8，13-三烯。利用FTIR，1H NMR ，MALDI-TOF-MS等方法对中间产物和目标产物的结构进行了分析。表征结果显示，中间产物和目标产物均符合分子设计的要求，合成路线合理可行。

1-苯基-3-溴丙烷；溴丙基十五元三烯氮杂环；合成

杂环化合物种类繁多且应用广泛。近年来，许多含氮杂环化合物因具有独特的光谱、结构、光电磁化学性质及热力学和动力学稳定性，得到广泛的关注和研究［1-3］，也常被用作医药、农药、染料、生物及其他精细化工产品的中间体［4］和配位体［5-6］。

大环配位体是指至少有3个或3个以上配位原子的环状化合物［7］。十五元氮杂环配位体是其中较常见的一种。十五元三烯氮杂大环配位体中的三烯双键是极佳的以过渡金属原子为中心的配体，并且大环配体具有较高的抗氧化稳定性，易与金属原子形成配合物而回收金属及稳定金属纳米粒子［8］，若将其运用到多相催化反应体系，则可使负载的金属纳米催化剂同时具有均相催化（高催化活性）与异相催化（易于分离回收）的特点［9-11］。对于多相体系新型催化剂配体的研究将具有重要的意义。大环内部采用烯类双键是极个别的。关于这方面的研究鲜有报道，仅Loobet等［12-14］对该合成进行了探讨。

本工作以1-苯基-3-溴丙烷、氯磺酸、1，4-二溴-2-丁烯和2，4，6-三异丙基苯磺酰胺等为主要原料依次合成了4-（3-溴丙基）苯磺酰胺（产物Ⅰ）、N-叔丁氧甲酰基-2，4，6-三异丙基苯基磺酰胺（产物Ⅱ）、N-［4-溴-2-丁烯基］-N-（叔丁氧甲酰基）（2，4，6-三异丙基苯基）磺酰胺（产物Ⅲ）、1，11-二（叔丁氧甲酰基）-1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮杂十一烷-3，8-二烯（产物Ⅳ）、1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮杂十一烷-3，8-二烯（产物Ⅴ）和最终产物1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮环十五烷-3，8，13-三烯（产物Ⅵ）。利用FTIR，1H NMR，MALDI-TOF-MS等方法对合成的化合物进行了表征。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

1-苯基-3-溴丙烷（纯度90%（w））、氯磺酸（纯度95%（w））：阿拉丁化学试剂（上海）有限公司；2，4，6-三异丙基苯磺酰胺：AR，成都优联科技有限公司；1，4-二溴-2-丁烯（纯度98%（w））、二碳酸二叔丁酯（Boc酸酐，纯度98%（w））、4-二甲氨基吡啶（DMAP，纯度99%（w））、三氟乙酸（AR）：上海安耐吉化学有限公司。

Excalibur-FTS 3000型傅里叶变换红外光谱仪：Bio-Rad公司；UltraShied 400型核磁共振波谱仪：Bruker公司，溶剂为氘代二甲基亚砜或氘代氯仿（DCCl3）；Autofl ex III smartbean 型基质辅助激光解析串联飞行时间质谱仪：Bruker公司；Vario EL III 有机元素分析仪：Elementar公司，溶剂DCCl3。

1.2 制备原理

十五元三烯氮杂大环的合成原理见图1。

图1 十五元三烯氮杂大环的合成原理Fig.1 The synthesis route of 15-membered triolefi nic macrocyle.Ⅰ：1-bromo-3-phenylpropane；Ⅱ：N-（t-butoxyformyl）（2，4，6-triisopropylphenyl）sulfonamide；Ⅲ：N-［4-bromo-2-butenyl］-N-（t-butoxyformyl）（2，4，6-triisopropylphenyl）sulfonamide；Ⅳ：1，11-di（t-butoxyformyl）-（E，E）-1，6-bis［（2，4，6-triiso-propylphenyl）sufonyl］-11-［（4-3-bromopropyl）sulfonyl］-1，6，11-triazacyclopentadeca-3，8，13-diene；Ⅴ：（E，E） -1，6-bis［（2，4，6-triiso-propylphenyl）sufonyl］-11-［（4-3-bromopropyl）sulfonyl］-1，6，11-triazacyclopentadeca-3，8，13-diene；Ⅵ：（E，E，E）-16-bis［（2，4，6-triiso-propylphenyl）sufonyl］-11-［（4-3-bromopropyl）sulfonyl］-1，6，11-triazacyclopentadeca-3，8，13-triene.

1.3 产物Ⅰ的合成

取氯磺酸0.74 mol、氯仿40 mL于250 mL三口烧瓶中，在-10～0 ℃下向烧瓶中滴加1-苯基-3-溴丙烷0.1 mol，滴加时间持续1 h。滴毕后升温至40 ℃反应0.5 h，再升温至55 ℃，搅拌2.5 h。反应完毕后，将反应液以细流状加入到混合有碎冰和氯仿的烧杯中，剧烈搅拌，静置分出水层，保留氯仿层。然后在搅拌下将氯仿层缓慢加入到120 mL氨水中，冰水浴控制反应温度低于13 ℃，加入完毕，45 ℃下保温反应3 h。反应完毕后冷却，反应液用氯仿萃取3次，氯仿层用无水硫酸镁干燥3 h，过滤，减压旋转蒸馏除去溶剂，得黑色油状物。用硅胶柱层析油状物，洗脱液为V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=3∶2，收集的洗脱液用减压旋转蒸馏得粗产物。接着用V（油醚）∶V（乙酸乙酯）=13∶4对粗产物重结晶，得白色固体，即为产物Ⅰ，熔点82 ℃，收率33%。

1.4 产物Ⅱ的合成

取20 mmol 2，4，6-三异丙基苯磺酰胺、20 mmol DMAP、22 mmol三乙胺溶于30 mL二氯甲烷中。然后将23 mmol Boc酸酐溶于40 mL二氯甲烷并滴加到上述混合液中，滴加5 min，边滴边搅拌。滴加完后室温反应2 h。接着减压蒸馏除去溶剂，剩余物中用240 mL乙酸乙酯和160 mL 1 mol/L盐酸的混合液萃取3次，上层有机相加无水硫酸镁干燥3 h，抽滤旋蒸得粗产物；粗产物采用正己烷重结晶，干燥后得到白色固体产物Ⅱ，熔点147 ℃，收率94%。

1.5 产物Ⅲ的合成

取产物Ⅱ 22.2 mmol、1，4-二溴-2-丁烯88.8 mmol、碳酸钾111 mmol溶于150 mL乙腈中，然后在82 ℃下回流反应5 h。反应结束后，过滤旋蒸除去溶剂得到黄色油状物。用硅胶柱层析油状物，洗脱液配比为V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=20∶1。收集后出物，旋蒸得到无色油状黏液产物Ⅲ，收率80%。

1.6 产物Ⅳ的合成

取4-（3-溴丙基）苯磺酰胺5 mmol、产物Ⅲ10 mmol、碳酸钾50 mmol置于250 mL单口烧瓶中，装上冷凝管和换气装置，置换氮气3次后加入100 mL乙腈，82 ℃下搅拌回流反应20 h；反应完毕后，过滤旋蒸，得微黄色油状液体；用硅胶柱层析油状液体，洗脱液配比为V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=9∶2，取中间点，旋蒸得近无色黏液产物Ⅳ，收率67%。

1.7 产物Ⅴ的合成

将二氯甲烷25 mL、三氟乙酸25 mL、产物Ⅳ5 mmol混合，室温下搅拌2 h，反应液旋蒸得深黄色黏液。采用V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=2∶1快速过柱层析深黄色黏液，除去色素，旋蒸得白色产物Ⅴ，熔点126 ℃，收率89%。

1.8 产物Ⅵ的合成

氮气保护下，将碳酸钾5.00 mmol加入煮沸的乙腈50 mL中，再取1 mmol产物Ⅴ 、1 mmol 1，4-二溴-2-丁烯溶于60 mL四氢呋喃中，滴加到上述悬浮液中，滴加时间2 h。过滤旋蒸得淡黄色黏液。并用V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=7∶2过柱，减压蒸馏得到白色固体，即为大环化合物的产物Ⅵ，熔点139 ℃，收率77%。

2 结果与讨论

2.1 FTIR表征结果

2.1.1 产物Ⅰ的FTIR表征结果

产物Ⅰ中，3 358，3 273 cm-1处的吸收峰归属于磺酰胺中N—H键的非对称伸缩振动；2 930，2 851 cm-1处的吸收峰归属于亚甲基中C—H键的伸缩振动；1 595，1 550 cm-1处的吸收峰归属于苯环骨架振动；1 329，1 168 cm-1处的吸收峰为S=O键的特征吸收峰；902 cm-1处的吸收峰为C—Br键的特征吸收峰。

2.1.2 产物Ⅱ的FTIR表征结果

产物Ⅱ中，2 963，2 881 cm-1处的吸收峰归属于甲基和亚甲基中C—H键的伸缩振动；3 452，3 313 cm-1处的吸收峰归属于磺酰胺中N—H键的非对称伸缩振动，该吸收峰为伯胺基的特征峰，与Boc酸酐反应后，该伯胺基双峰变成3 234 cm-1处的单峰，即为产物Ⅱ中仲胺基的特征峰，表明磺酰胺基中的一个H原子被取代；1 740 cm-1处的吸收峰归属于酯基中C=O键的特征峰，说明Boc酸酐参与了反应。

2.1.3 产物Ⅲ的FTIR表征结果

产物Ⅲ中，2 965 cm-1处的吸收峰归属于甲基和亚甲基中C—H键的伸缩振动；1 723 cm-1处的吸收峰归属于Boc酸酐中C=O键的伸缩振动。与产物Ⅱ对比可看出，3 234 cm-1处归属于亚胺基非对称伸缩振动的吸收峰消失，表明亚胺基中的H原子被取代；在972 cm-1处出现了归属于C—Br键伸缩振动的吸收峰，表明存在C—Br键，即产物Ⅱ与1，4-二溴-2-丁烯发生了反应。

2.1.4 产物Ⅳ的FTIR表征结果

产物Ⅳ中，2 962，2 872 cm-1处的吸收峰归属于甲基和亚甲基中C—H键的伸缩振动；1 726 cm-1处的吸收峰归属于Boc酸酐中C=O键的伸缩振动。与产物Ⅲ相比，972 cm-1处出现归属于C—Br键的伸缩振动；1 336，1 157 cm-1处归属于S=O键的两个吸收峰的强度，相对1 726 cm-1处归属于C=O键的吸收峰强度明显增强，说明产物中S=O键的相对含量增加。FTIR表征结果充分显示，在产物中引入了对溴丙基苯磺酰胺，得到产物Ⅳ。

2.1.5 产物Ⅴ的FTIR表征结果

产物Ⅴ中，2 962 cm-1处的吸收峰归属于甲基和亚甲基中C—H键的伸缩振动；1 599 cm-1处的吸收峰归属于C=C键的伸缩振动；972 cm-1处的吸收峰归属于C—Br键的伸缩振动；1 336，1 157 cm-1处的吸收峰为S=O键的特征峰。与产物Ⅳ对比可看出，3 312 cm-1处归属于亚胺基非对称伸缩振动的单吸收峰再次出现，同时1 726 cm-1处归属于C=O键的特征峰消失，说明产物Ⅳ中叔丁氧甲酰基的酸解反应完成，氨基去保护成功。

2.1.6 产物Ⅵ的FTIR表征结果

产物Ⅵ中，2 955，2 858 cm-1处的吸收峰归属于甲基和亚甲基中C—H键的伸缩振动；972 cm-1处的吸收峰归属于C—Br键的伸缩振动；1 595 cm-1处的吸收峰归属于C=C键的伸缩振动；1 313，1 155 cm-1处的吸收峰为S=O键的特征峰。与产物Ⅴ对比可看出，3 312 cm-1处归属于仲氨基非对称伸缩振动的单峰基本消失，说明产物Ⅴ中两个仲胺基上的H均被取代，得到了目的产物。

2.21H NMR的表征结果

2.2.1 产物Ⅰ的1H NMR表征结果

产物Ⅰ的1H NMR谱图见图2。从图2可看出，产物Ⅰ的化学位移（δ）为：1.28（2H，b），1.95 （2H，c），2.68（2H，a），6.48（2H，f），6.59（2H，d），6.92（2H，e）。表征结果显示，1-苯基-3-溴丙烷经氯磺化和氨基化反应，成功合成了产物Ⅰ。

2.2.2 产物Ⅱ的1H NMR表征结果

产物Ⅱ的1H NMR谱图见图3。从图3可看出，产物Ⅱ的δ为：1.26（27H，a，f），2.92（1H，b），4.14（2H，d），7.18（2H，c），7.50（1H，e）。表征结果显示，成功合成了产物Ⅱ。

2.2.3 产物Ⅲ的1H-NMR表征结果

产物Ⅲ的1H NMR谱图见图4。从图4可看出，产物Ⅲ的δ为：1.24（27H，a，i），2.91（1H，b），3.87～3.98（4H，h，e），4.42（2H，d），5.95～6.02 （2H，f，g），7.14（2H，c），仲氨基上的质子峰消失，在δ=3.87～3.98（h，e），δ=5.95～6.02（f，g）处出现了分别属于—CH2—C=C—CH2—的亚甲基质子峰和—C—CH=CH—C—双键质子峰，且氢原子数分别为4和2。表征结果显示，仲氨基与1，4-二溴-2-丁烯发生了亲核取代反应，成功合成了产物Ⅲ。

图2 产物Ⅰ的1H NMR谱图Fig.21H NMR spectrum of product Ⅰ.

图3 产物Ⅱ的1H NMR谱图Fig.31H NMR spectrum of product Ⅱ.

图4 产物Ⅲ的1H NMR谱图Fig.41H NMR spectrum of product Ⅲ.

2.2.4 产物Ⅳ的1H NMR表征结果

产物Ⅳ的1H NMR谱图见图5。从图5可看出，产物Ⅳ的δ为1.18～1.25（54H，k，j），2.19（2H，b），2.88（4H，c，n），3.39（2H，a），3.88（8H，f，i），4.35（4H，l），5.66～5.76（4H，g，h），7.13（4H，m），7.37（2H，d），7.78（2H，e）。表征结果显示，成功合成了产物Ⅳ。

图5 产物Ⅳ的1H NMR谱图Fig.51H NMR spectrum of product Ⅳ.

2.2.5 产物Ⅴ的1H NMR表征结果

产物Ⅴ的1H NMR谱图见图6。从图6可看出，产物Ⅴ的δ为1.26（36H，j），2.19（2H，b），2.90 （4H，c，m），3.39（2H，a），3.50（4H，f），3.72（4H，i），4.10（4H，k），5.50～5.59（4H，g，h），7.16（4H，l），7.36（2H，d），7.71（2H，e）。δ=1.26（j）处的吸收峰归属于—CH3的质子峰，其H原子数由产物Ⅳ的54变成36，其他质子的δ和H原子数与产物Ⅳ基本相同。表征结果显示，产物Ⅳ通过脱氨基保护反应成功合成了产物Ⅴ。

2.2.6 产物Ⅵ的1H-NMR表征结果

产物Ⅵ的1H NMR谱图见图7。从图7可看出，产物Ⅵ的δ为：1.24（36H，j），2.18（2H，b），2.87 （4H，c，m），3.39（2H，a），3.78（12H，f，i），4.08 （4H，k），5.77（6H，g，h），7.15（4H，l），7.36（2H， d），7.74（2H，e）。表征结果显示，成功合成了以溴丙基为端头的十五元氮杂三烯大环，即产物Ⅵ。

图6 产物Ⅴ的1H NMR谱图Fig.61H NMR spectrum of product Ⅴ.

图7 产物Ⅵ的1H NMR谱图Fig.71H NMR spectrum of product Ⅵ.

2.3 MALDI-TOF-MS与元素分析表征结果

产物Ⅵ的元素分析见表1，MALDI-TOF-MS图谱见图8。

表1 产物Ⅵ的元素分析Table 1 Elemental analysis of product Ⅵ

图8 产物Ⅵ的MALDI-TOF-MS谱图Fig.8 The MALDI-TOF-MS spectrum of product Ⅵ.

从表1可看出，产物Ⅵ主要由C，H，N，S，O元素组成，其中，C，H，N，S含量的实验测定值与理论值非常接近。因此可进一步说明成功合成了产物Ⅵ。由图8可看出，两个峰的位置分别为1 024［M+Na+］和1 039［M+K+］，由于［Na+］和［K+］的相对分子质量分别为23和39，因此可计算出产物Ⅵ的测试相对分子质量为1 000，而产物Ⅵ的分子式为C51H74BrN3S3O6，其理论相对分子质量为1 000，与测试结果非常吻合。

3 结论

1）1-苯基-3-溴丙烷、氯磺酸经氯磺化反应生成对位取代的氯磺化产物，然后在氨水的作用下生成产物Ⅰ。二碳酸二叔丁酯经亲核取代反应对2，4，6-三异丙基苯磺酰胺上的氨基进行保护生成产物Ⅱ。产物Ⅱ与1，4-二溴-2-丁烯经亲电取代反应生成产物Ⅲ。产物Ⅲ经氨基化反应与4-（3-溴丙基）苯磺酰胺上的活泼氢反应，生成产物Ⅳ。产物Ⅳ在三氟乙酸的作用下，其氨基去保护生成产物Ⅴ。

2）产物Ⅴ与1，4-二溴-2-丁烯发生亲电取代反应闭环生成产物Ⅵ，即目的大环化合物1，11-二［2，4，6-三异丙基苯磺酰基］-6-［4-（3-溴丙基）苯磺酰基］-1，6，11-三氮环十五烷-3，8，13-三烯。

3）FTIR，1H NMR ，MALDI-TOF-MS等表征结果显示，产物Ⅵ为目标化合物。

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（编辑 邓晓音）

Synthesis and Characterization of Bromopropyl-Containing 15-Membered Triolefinic Macrocycle

Yin Ye，Peng Xiaohong，Wang Yang，Zhou Wei
（College of Materials Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510640，China）

4-（3-Bromopropyl）benzenesulfonamide，N-（t-butoxyformyl）（2，4，6-triisopropylphenyl）sulfonamide，N-［4-bromo-2-butenyl］-N-（t-butoxyformyl）（2，4，6-triisopropylphenyl）sulfonamide，1，11-di（t-butoxyformyl）-（E，E）-1，6-bis［（2，4，6-triiso-propylphenyl）sufonyl］-11-［（4-3-bromopropyl）sulfonyl］-1，6，11-triazacyclopentadeca-3，8，13-diene，（E，E）-1，6-bis［（2，4，6-triisopropylphenyl）sufonyl］-11-［（4-3-bromopropyl）sulfonyl］-1，6，11-triazacyclopentadeca-3，8，13-diene and the fi nal product （E，E，E）-1，6-bis［（2，4，6-triiso-propylphenyl）sufonyl］-11-［（4-3-bromopropyl）sulfonyl］-1，6，11-triazacyclopentadeca-3，8，13-triene were synthesized successively from 1-bromo-3-phenylpropane，chlorosulfonic acid，1，4-dibromo-2-buten and 2，4，6-triisopropylbenzenesulfonamide. The intermediate and final products were characterized by means of FTIR，1H NMR and MALDI-TOFMS，and their structures were verifi ed.

1-bromo-3-phenylpropane；bromopropyl-containing 15-membered triolefi nic macrocycle；synthesis

1000 - 8144（2015）06 - 0729 - 06

TQ 25

A

2014 - 12 - 10；［修改稿日期］ 2015 - 03 - 15。

印野（1992—），男，湖南省常德市人，硕士生，电话 15013022159，电邮 yale0103@126.com。联系人：彭晓宏，电话13668961588，电邮 pxhpf@scut.edu.cn。

国家自然科学基金项目（ 51273071）。