光引發(fā)劑9-PA的合成實(shí)驗(yàn)研究,生物化學(xué)論文

光引發(fā)劑9-PA的合成實(shí)驗(yàn)研究,生物化學(xué)論文吖啶類化合物是大環(huán)共軛體系，具有剛性平面構(gòu)造，熒光性能極強(qiáng)，是一類良好的熒光試劑，具有良好的生物活性，廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析及抗菌、抗瘧、驅(qū)蟲、抗癌等藥物領(lǐng)域.9-苯基吖啶〔簡稱9-PA〕當(dāng)前主要應(yīng)用于光聚合領(lǐng)域，可作為光聚合體系中的光引發(fā)劑使用，可以以作為增感劑引發(fā)光引發(fā)劑進(jìn)行光聚合。9-苯基吖啶作為光引發(fā)劑，是UV光固化體系的重要組成部分，它使配方體系在光源照射下，低聚物和活性稀釋劑迅速發(fā)生交聯(lián)固化反響，是光固化速率和光固化程度的重要決定因素之一.其作為增感劑，在吸收光能后能發(fā)生光物理經(jīng)過至它的某一激發(fā)態(tài)后，發(fā)生分子內(nèi)或分子間能量轉(zhuǎn)移，傳遞至另一分子〔單體或引發(fā)劑〕產(chǎn)生初級(jí)活性種〔一般是自由基〕.在這類能量轉(zhuǎn)移機(jī)理中，增感劑本身并不消耗或者改變構(gòu)造，因而，增感劑能夠看作是光化學(xué)反響的催化劑，其作用在于提高光化學(xué)反響的量子效應(yīng).9-苯基吖啶傳統(tǒng)合成道路是伯恩特森法,根據(jù)文獻(xiàn)[7]方式方法，以二苯胺為原料，在氯化鋅和85%磷酸組成的復(fù)合催化劑的催化作用下，直接與苯甲酸或取代苯甲酸反響，生產(chǎn)9-苯基吖啶及某些吖啶類化合物。該法由于在高溫以及多聚磷酸條件下反響，對反響釜有很大的腐蝕作用，并且產(chǎn)生大量的鋅鹽固體廢渣，對環(huán)境有一定的污染。根據(jù)文獻(xiàn)[8]方式方法，微波法是以二苯胺和苯甲酸為原料，研磨后與催化劑氯化鋅混合置于微波爐中高火加熱，反響結(jié)束用乙酸乙酯將反響物溶解，靜置分層后將有機(jī)層冷凍析晶，可得到9-苯基吖啶。該方式方法利用微波輻射進(jìn)行反響，合成9-苯基吖啶，并對后處理方式進(jìn)行了改良。但微波反響在反響經(jīng)過中存在微波造成原料升華、碳化；氯化鋅作為催化劑有很強(qiáng)的吸水性，容易影響催化效果等缺陷，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本課題提供了一條新的制備方式方法，以N-苯基鄰氨基苯甲酸為起始原料，在酸性條件下生成吖啶酮，同時(shí)使用溴苯與鎂反響生成格氏試劑，再將吖啶酮與格氏試劑反響生成9-苯基-9-羥基吖啶，最后經(jīng)復(fù)原得到9-苯基吖啶。由于在第二步反響中需使用格氏試劑，導(dǎo)致反響條件較為嚴(yán)格，但避免了高溫反響，以及金屬催化劑的使用。通過對影響產(chǎn)品合成的主要因素的考察，以期為9-苯基吖啶的合成提供幫助和參考。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要儀器與試劑DRX500型核磁共振儀〔德國Bruker公司〕;GC-2018型氣相色譜儀、LC-10ATVP液相色譜儀、LCMS-2020液質(zhì)聯(lián)用儀〔日本島津公司〕.濃硫酸、甲苯、發(fā)煙硫酸、乙醇〔工業(yè)級(jí)，含量均99.0%〕;N-苯基鄰氨基苯甲酸、多聚磷酸、溴苯、鎂條、四氫呋喃、乙醚、乙酸、醋酐、碘化鉀、次亞磷酸鈉均為分析純。1.2產(chǎn)物分析色譜條件實(shí)驗(yàn)采用液相分析，均通過面積歸一法得出各物質(zhì)的純度。液相色譜：Shim-packCLC-ODS6.0mm150mm5m、1.0mL/min流速、柱溫25℃、流動(dòng)相：90%甲醇，檢測波長254nm.1.3合成方式方法1.3.1吖啶酮的制備【1】將15gN-苯基鄰氨基苯甲酸參加250mL四口燒瓶中，緩慢參加60mL已在60℃加熱15min的多聚磷酸作為溶劑，油浴加熱至95℃開場攪拌，反響3h后停止攪拌，靜置冷卻。待反響液冷卻完全后倒入熱水中，再緩慢滴加10%NaHCO3溶液，調(diào)節(jié)反響液至中性，抽濾后水洗枯燥得淡黃色產(chǎn)品，收率89.2%.1HNMR〔DMSO,400MHz〕,：7.23~7.27〔t,2H,ArH〕;7.53~7.55〔d,2H,ArH〕;7.71~7.73〔d,2H,ArH〕;8.22~8.24〔t,2H,ArH〕;11.73〔s,1H,-NH-〕.MS,m/z:196[M+1]+.1.3.29-羥基-9-苯基吖啶〔1〕的制備【2】將鎂帶打磨光亮，除去外表氧化膜，剪成屑狀，向反響器中通入氬氣，趕走空氣后投入5.3g鎂屑，參加40mL四氫呋喃和一粒碘，氬氣保衛(wèi)下緩慢滴加12g溴苯與20mL四氫呋喃混合溶液，微微振蕩或適當(dāng)加熱反響液引發(fā)反響，反響采用冰水浴，溫度控制在0~5℃。攪拌10min左右，碘的顏色逐步消失，待鎂屑反響完全，將生成的格氏試劑用滴管吸出置入滴液漏斗密封冷藏備用。將10g吖啶酮和50mL四氫呋喃參加四口燒瓶，升溫至60℃，攪拌至吖啶酮大部分溶于四氫呋喃，降溫至30℃再緩慢滴加格氏試劑，反響1h后停止攪拌。反響結(jié)束加大量的水除去四氫呋喃，再用二氯甲烷萃取，靜置分液后將有機(jī)相旋蒸，所得固體用石油醚重洗滌后抽真空烘干，收率65%.1HNMR〔CDCl3,400MHz〕,：1.72〔s,1H,-OH〕;6.59~7.41〔m,13H,ArH〕.MS,m/z:274[M+1]+.1.3.39-苯基吖啶的制備【3】將10g化合物1參加反響瓶中，參加80mL乙醇為溶劑，升溫至75~80℃開場攪拌，分批參加10g碘化鉀和20g次亞磷酸鈉，加完后繼續(xù)反響4h.反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)品濾出，加入5%NaHCO3溶液水洗，調(diào)節(jié)pH至中性，過濾出產(chǎn)品后烘干，產(chǎn)品用甲苯重結(jié)晶后抽真空烘干，收率91.5%.1HNMR〔DMSO,400MHz〕,：7.49~7.68〔m,9H,ArH〕;7.84~7.86〔t,2H,ArH〕;8.21~8.24〔d,2H,ArH〕.MS,m/z:256[M+1]+.2結(jié)果與討論2.1吖啶酮的制備2.1.1溶劑的選擇在吖啶酮制備經(jīng)過中，以強(qiáng)酸作為催化劑，原料N-苯基鄰氨基苯甲酸的羧基在酸性條件下與鄰位的苯環(huán)發(fā)生親電加成、脫水反響?？紤]到反響溫度較高，使用氯苯、硝基苯等具有苯環(huán)構(gòu)造的溶劑有可能同羧基反響，直接選擇高沸點(diǎn)強(qiáng)酸作為溶劑。因而考察了不同溶劑對N-苯基鄰氨基苯甲酸環(huán)合反響的影響，15.0g原料、50mL溶劑，95℃反響3h,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1.【表1】從表1中的數(shù)據(jù)能夠看出：不同強(qiáng)酸催化效果有明顯差距，以多聚磷酸為溶劑時(shí)收率較高。使用濃硫酸為溶劑時(shí)反響液粘稠，濃硫酸容易與未反響的原料成鹽導(dǎo)致攪拌困難，少量原料反響不完全。使用發(fā)煙硫酸因有反響水生成而劇烈放熱，導(dǎo)致溫度不易控制，產(chǎn)品發(fā)生磺化反響，副產(chǎn)物增加，產(chǎn)品純度降低，同時(shí)后處理消耗更多NaHCO3.綜合考慮產(chǎn)品純度及收率，選多聚磷酸為最佳溶劑。2.1.2溶劑用量的選擇由于多聚磷酸在室溫下為無色透明的黏稠狀液體，需在60℃左右加熱至有一定流動(dòng)性才能作為溶劑。因而考察了以多聚磷酸為催化劑，15.0g原料，95℃反響3h,溶劑用量對反響的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2.【表2】從表2中的數(shù)據(jù)能夠看出：在溶劑用量為60、70、80mL時(shí)，收率和純度基本一致。溶劑用量為50mL時(shí)，固然原料反響完全，但產(chǎn)品顏色較深。隨著溶劑用量增加，收率與純度并無明顯變化，后處理時(shí)反而會(huì)增加NaHCO3用量。綜合考慮，選60mL多聚磷酸為最佳溶劑用量。2.2化合物1的制備2.2.1投料比對反響的影響在格氏試劑制備經(jīng)過中，通常首選乙醚為溶劑，由于其易揮發(fā)，在反響液上層構(gòu)成蒸汽保衛(wèi)層，隔絕易與格氏試劑反響的水蒸氣、二氧化碳等。但在本反響中吖啶酮在四氫呋喃的溶解度高于乙醚，因而選擇四氫呋喃為溶劑。10g原料吖啶酮、12g溴苯、5.3g鎂屑，30℃反響1h,不同投料比對反響的影響見表3.【表3】從表3中的數(shù)據(jù)能夠看出：隨著投料比增加，收率有所提高，純度變化并不顯著，在溴苯、鎂、吖啶酮的物質(zhì)的量比為2.0∶2.0∶1.0時(shí)收率及純度最高。由于反響經(jīng)過中有少量水蒸氣以及吖啶酮氨基的活潑氫的存在，因而格氏試劑用量需大于吖啶酮用量，避免副反響消耗較多的格氏試劑導(dǎo)致吖啶酮反響不完全。反響結(jié)束有部分原料殘留可通過有機(jī)溶劑萃取，抽真空烘干除去。綜合考慮原料用量、產(chǎn)品收率及純度，選擇1.5∶1.5∶1.0為最佳投料比。2.39-苯基吖啶的制備2.3.1溶劑的選擇在復(fù)原體系中，通常使用極性質(zhì)子性溶劑，有利于復(fù)原反響進(jìn)行。因而考察了甲苯、醋酐、乙酸、乙醇4種溶劑，次亞磷酸鈉為復(fù)原劑，碘化鉀為催化劑，10g原料，反響溫度75~80℃，反響4h,不同溶劑對反響的影響見表4.【表4】從表4中的數(shù)據(jù)能夠看出：質(zhì)子性溶劑的復(fù)原效果優(yōu)于非質(zhì)子性溶劑，以乙酸及乙醇為溶劑的收率及純度均高于以醋酐及甲苯為溶劑的反響。以甲苯為溶劑時(shí)反響不完全，有部分原料殘留，后處理時(shí)需屢次重結(jié)晶。乙酸由于其酸性較強(qiáng)，易與9-苯基吖啶生成季銨鹽，需使用堿猝滅，增加后處理難度。綜合比照，選擇乙醇為最佳溶劑。3結(jié)論3.1以N-苯基鄰氨基苯甲酸為原料，多聚磷酸為溶劑合成吖啶酮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示清楚：反響溶劑對反響影響較大，在高溫條件下，多聚磷酸作為溶劑有利于吖啶酮的合成。3.2化合物1的合成需在氬氣保衛(wèi)條件下進(jìn)行，溴苯、鎂、吖啶酮物質(zhì)的量比為1.5∶1.5∶1.0,30℃反響1h,收率65%,純度98%.3.3次亞磷酸鈉為復(fù)原劑，乙醇為溶劑，回流反響4h合成9-苯基吖啶，收率91.5%,純度98%.以下為參考文獻(xiàn)：[1]嚴(yán)正權(quán)，劉傳芳。吖啶類化合物化學(xué)發(fā)光機(jī)理的研究和應(yīng)用[J].安徽化工，2005,136〔4〕:5-7.[2]金養(yǎng)智。輻射固化技術(shù)與電子信息產(chǎn)業(yè)[J].信息記錄材料，2006,7〔1〕:43-46.[3]呂延曉。輻射固化的全球產(chǎn)業(yè)化與市場動(dòng)態(tài)〔