新型2-[4-(3-嗎啉基丙氧基)苯氧基]乙基異硫脲的合成*

孫益群, 席海濤, 陳 穎, 孫小強

(常州大學 化學化工學院,江蘇 常州 213164)

分子自組裝技術由于制備簡單、成膜效果好、穩定性強及缺陷小等優點[1，2]，被廣泛應用于電化學、分子器件等領域[3～8]。研究發現由于含氮原子的化合物對金屬離子、有機或無機陰離子具有較高的選擇配位性，因而被廣泛應用于金屬離子的分離與提取、離子選擇性電極等方面[9～11]。

本文基于這兩方面的研究成果，以對芐氧基苯酚和硫脲為原料設計并合成了具有特殊功能的含硫脲基酚醚類衍生物，期待實現功能疊加。以對芐氧基苯酚為原料,經三步反應合成了2-[4-(3-氯丙氧基)苯氧基]乙醇(3);在3中引入嗎啉基團制得2-[4-(3-嗎啉丙氧基)苯氧基]乙醇(4);利用甲磺酰氯將4的羥基轉化為離去基團，再引入硫脲基團成功地合成了新型含硫脲基的酚醚類衍生物——2-[4-(3-嗎啉丙氧基)苯氧基]乙基異硫脲(6, Scheme 1),其結構經1H NMR,13C NMR和MS確證。

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

WRS-2微機熔點儀(溫度計未校正)；BrukerARX-500型核磁共振譜儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；津島LC-MS-QP 2010型液相色譜-質譜聯用儀。

柱層析用硅膠H，青島海洋化工有限公司；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 4-芐氧基-1-(2-羥乙氧基)苯(1)的合成

在三口燒瓶中加入對芐氧基苯酚30.0 g(150 mmol)和乙醇200 mL,攪拌使其完全溶解；回流下滴加KOH 16.8 g(300 mmol)的乙醇(100 mL)溶液，滴畢，加入氯乙醇24.0 g(300 mmol),反應至終點(TLC跟蹤)。旋蒸除去乙醇200 mL,加20%NaOH溶液150 mL(析出沉淀),抽濾,濾餅用乙醇重結晶得白色片狀晶體1 32.54 g,收率88.9%, m.p.100.3 ℃～101.0 ℃;1H NMRδ: 3.92～3.95(m, 2H, a-H), 4.03～4.05(t,J=5.0 Hz, 2H, b-H); 5.02(s, 2H, c-H), 6.85～6.92(m, 4H, ArH), 7.26～7.43(m, 5H, PhH)。

(2) 4-(2-羥乙氧基)苯酚(2)的合成

在單口燒瓶中依次加入1 6.1 g(25 mmol)的甲醇(250 mL)溶液和Pd/C 1.0 g,攪拌下于常溫常壓通入H2至反應體系不再吸氫。過濾，濾液濃縮后經柱層析[洗脫劑:A=V(丙酮) ∶V(石油醚)=1 ∶1]分離得淡黃色固體2 3.1 g,收率80.5%, m.p.87.4 ℃～89.2 ℃;1H NMRδ: 2.01～2.03(t,J=6.0 Hz, 1H, OH), 3.93～3.96(m, 2H, a-H), 4.02～4.04(t,J=5.0 Hz, 2H, b-H), 4.49(s, 1H, ArOH), 6.76～6.83(m, 4H, ArH)。

(3)3的合成

在三口燒瓶中依次加入21.54 g(10 mmol), 1-氯-3-溴丙烷4.73 g(30 mmol)和乙腈30 mL,攪拌使其完全溶解；加入粉狀K2CO34.14 g(30 mmol)，回流(80 ℃)反應10 h。抽濾，濾液旋干溶劑得黃色固體，用乙腈重結晶得白色固體32.1 g,收率91.07%, m.p.63.1 ℃～63.5 ℃;1H NMRδ: 2.06(s, 1H, OH), 2.18～2.24(m, 2H, d-H), 3.72～3.75(t,J=8.0 Hz, 2H, e-H), 3.94(s, 2H, a-H), 4.02～4.08(m, 4H, b,c-H), 6.85(s, 4H, ArH)。

(4)4的合成

在三口瓶中依次加入33.45 g(15 mmol), 嗎啡啉3.9 g(45 mmol),粉狀K2CO36.21 g(45 mmol), KI 0.5 g(3 mmol)和甲苯100 mL，攪拌下回流(110 ℃)反應10 h。過濾，濾液旋干得綠色油狀液體，經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶4)分離得淡黃色固體43.0 g,收率71.1%, m.p.51.0 ℃～51.4 ℃;1H NMRδ: 1.91～2.00(m, 2H, d-H), 2.45～2.47(t,J=5.5 Hz, 4H, f-H), 2.49～2.53(t,J=8.0 Hz, 2H, e-H), 3.72～3.74(t,J=5.5 Hz, 4H, g-H), 3.91～3.93(t,J=6.0 Hz, 2H, a-H), 4.01～4.03(t,J=5.0 Hz, 2H, c-H), 4.07～4.09(t,J=6.5 Hz, 2H, b-H), 6.81～6.86(m, 4H, ArH)。

(5) 2-[4-(3-嗎啉丙氧基)苯氧基]甲磺酰乙酯(5)的合成

在三口燒瓶中依次加入40.56 g(2 mmol),三乙胺10 mL和二氯甲烷25 mL，攪拌下低于-15 ℃(冰鹽浴)緩慢滴加甲磺酰氯1.48 g(12.91 mmol)，滴畢，反應至終點(TLC跟蹤)。加冰水10 mL，用二氯甲烷(3×10 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥,旋干溶劑得淡黃色油狀液體,經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶6)分離得褐色固體50.61 g,收率84.9%, m.p.57.4 ℃～58.7 ℃;1H NMRδ: 1.91～1.98(m, 2H, d-H), 2.46～2.53(m, 6H, e,f-H), 3.08～3.09(s, 3H, CH3in Ms), 3.70～3.72(t,J=6.0 Hz, 4H, g-H), 3.95～3.98(t,J=6.0 Hz, 2H, a-H), 4.17～4.20(m, 2H, c-H), 4.53～4.56(m, 2H, b-H), 6.83(s, 4H, ArH);13C NMRδ: 153.89(1C), 152.10(1C), 115.79(2C), 115.57(2C), 68.22(1C), 66.99(2C), 66.74(1C), 66.68(1C), 55.57(1C), 52.66(2C), 46.03(2C), 37.78(1C), 26.52(1C); MSm/z: 360.2{[M+1]+}。

(6)6的合成

在三口瓶中依次加入50.36 g(1 mmol),硫脲0.09 g(1.2 mmol)和乙腈25 mL,攪拌下回流(80 ℃)反應10 h。過濾，濾液旋干溶劑得黃褐色液體，用乙腈重結晶得黃色液體60.29 g,收率85.5%;1H NMR(CD3OD)δ: 1.91～1.98(m, 2H, d-H), 2.52～2.58(m, 6H, e,f-H), 3.69～3.72(t,J=6.0 Hz, 4H, g-H), 3.96～3.99(t,J=8.0 Hz, 2H, a-H), 4.18～4.20(m, 2H, c-H), 4.51～4.53(m, 2H, b-H), 6.83～6.90(m, 4H, ArH);13C NMRδ: 185.64(1C), 155.11(1C), 153.93(1C), 116.89(2C), 116.64(2C), 70.17(1C), 68.01(2C), 67.70(1C), 56.82(1C), 54.76(2C), 37.52(1C), 27.26(1C); MSm/z: 340.9{[M+1]+}。

2 結果與討論

合成4時，轉化率和收率都比較低，且反應時間過長。經過多次探索發現，增加反應體系的堿性，并以乙腈為溶劑，可有效提高轉化率和收率，但副產物增多。

在5的合成中副產物較多。優化反應條件(改變溶劑、反應溫度、縛酸劑等)即可以達到提高產率的目的。試驗發現，溶劑及縛酸劑對反應的影響不明顯。反應溫度是關鍵因素，當反應溫度低于-15 ℃時，反應完全且無副產物生成；當反應溫度為-10 ℃～0 ℃時，有多個副產物；當反應溫度高于0 ℃時，未檢測到5。因此，反應溫度選擇-15 ℃較為適宜。

[1] Nuzzo R G, Aliara D L. Adsorption of bifunctional organicdisulfides on gold surfaces[J].J Am Chem Soc,1983,105(13):4481-4483.

[2] Ulman A. Formation and structure of self-assembled monolayers[J].Chem Rev,1996,4(96):1533-1554.

[3] Clark S L, Montague M, Hammond P T. Selective deposition in multilayer assembly:SAMs as molecular templates[J].Supramolecular Science,1997,4(1-2):141-146.

[4] Sivanesan A, John S A. Highly sensitive electrochemical sensor for nitric oxide using the self-assembled Monolayer of 1,8,15,22-tetraamnophthalocyanatocobalt(Ⅱ) on glassy carbon electrode[J].Electroanalysis,2010,22(6):639-644.

[5] Mashhadizadeh M H, Eskandari K, Foroumadi A,etal. Self-assembled mercapto-compound-gold-nanoparticle-modified carbon paste electrode for potentiometric determination of cadmium(Ⅱ)[J].Electroanalysis,2008,20(17):1891-1896.

[6] Saha S, Leung K C F, Stoddart J F,etal. Nanovalves[J].Adv Funct Mater,2007,17( 5):685- 693.

[7] Ganesh V, Pandey R R, Malhotra B D,etal. Electrochemical characterization of self-assembled monolayers(SAMs) of thiophenol and aminothiophenols on polycrystalline Au:Effects of potential cycling and mixed SAM formation[J].J Electroanal Chem,2008,619-620:87-97.

[8] Liu S J, Nie H G, Jiang J H,etal. Electrochemical sensor for mercury(Ⅱ) based on conformational switch mediated by interstrand cooperative coordination[J].Analytical Chemistry,2009,81(14):5724-5730.

[9] Luckay R C, Mebrahtu F, Esterhuysen C,etal. Extraction and transport of gold(Ⅲ) using some acyl(aroyl)thiourea ligands and a crystal structure of one of the complexes[J].Inorganic Chemistry Communications,2010,13:468-470.

[10] Raposo M M M, García-Acosta B, Abalos T,etal. Synthesis and study of the use of heterocyclic thiosemicarbazones as signaling acaffolding for the recognition of anions[J].J Org Chem,2010,75:2922-2933.

[11] Wilson D, Aradab M A, Alegreta S,etal. Lead(Ⅱ) ion selective electrodes with PVC membranes based on two bis-thioureas as ionophores:1,3-Bis(N-benzoylthioureido)benzene and 1,3-bis(N-furoylthioureido)benzene[J].Journal of Hazardous Materials,2010,181:140-146.