季戊四醇及其衍生物的合成

几种季戊四醇衍生物的合成

杜斌 指导老师：曹成

( 河西学院化学系 甘肃张掖 734000 )

摘要：近年来，由于季戊四醇衍生物在树状大分子合成领域发展非常迅速，其对称结构和独特的性能已引起了广泛的关注，本文以季戊四醇为母体,拟合成了下列季戊四醇衍生物：季戊四醇四苯磺酸脂，四溴代季戊烷，四咪唑季戊烷，A1和A2。 关键词：季戊四醇；咪唑；树状大分子

Synthesis of several pentaerythritol derivatives

Du Bin Instructor: Cao Cheng

(department of chemistry, Hexi University, Zhangye Gansu 734000)

Abstract: In recent years, pentaerythritol derivatives in the field of dendrimer synthesis developed rapidly, The symmetry and unique performance has attracted wide attention. In this article, pentaerythritol as the population fit into the following derivatives of pentaerythritol: synthesis of pentaerythrityl benzenesulfonate, pentaerythrityl tetrabromide, 1- (2,2-bis ((1H-imidazol-1-1yl)methyl) - (1H-imidazol-1-yl ) propyl) -1H-imidazole, A1 and A2. Keywords：Pentaerythritol; imidazole; dendrimer

1978年，Vogtle首次合成了季戊四醇的对称衍生物。它主要研究了分子之间的非共价键的弱相互作用，如氢键、配位键等之间的相互作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能[1]。根据这一特性化学家创造出了上千万种化合物，而这些化合物在理论上都可以组成取决与组装体结构且具有特殊功能的对称分子体系，这必将开创新物质和新材料的无限发展空间。随着合成方法的不断成熟，季戊四醇对称分子的研究得到了快速发展，目前已经逐步从合成与性质研究转向功能化与应用研究阶段[2]。

1对称分子与季戊四醇衍生物概述

季戊四醇衍生物分子架构紧密，结构对称，具有高支化度，纳米级尺寸和精致的结构，其分子大小、形状和体积可以进行分子水平控制，结构的规整性和均匀性，使分子的结构与性能的关系更加趋向合理[3]。其中比较典型中间体如季戊

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四溴、季戊四胺、季戊四乙二胺，目前的合成方法基本成熟，Wei Xu等用季戊四溴与吡啶反应，得到四咪唑季戊烷，见实验2.2.3。1982年，Weber以季戊四醇为核，又合成了以螺旋结连接在一起的多环化合物[4]。通过调节环的大小，这类化合物可作为多选择性的阳离子受体。季戊四醇与对苯酚乙酸乙酯化合后，见实验2.2.5。再通过一定的条件反应得到对溴苄基苯酚的季戊四醇醚化产物，这种基于季戊四醇的四溴化物可用于环状螺旋形化合物的构筑。该四溴化物有两大优点：增强了苄基溴化物的反应性能；环化时，消除了芳香核间存在的空间位阻

[5]

。Rajakumar等利用上述化合物作核，合成了螺双环环芳化合物，其双环的结

构能够识别双客体，是一种潜在的双接体，这样两客体即使存在静电排斥，也可以包容在同一分子内[6]。因为芳环分子中的两个环是处于相互垂直的位置，所以所获得的络合物位于不同的平面内，这种现象可用作新型电和磁材料的构造。结构规整的季戊四醇衍生物分子有中心的核、支化单元和外围集团通过化学键连接而成，其分子的特殊结构赋予其与线性分子不同的物理和化学性能[7]。季戊四醇衍生物分子在生物医药、材料科学、催化剂、主客体化学人工天线等领域具有广阔的应用前景[8]。

以季戊四醇及其衍生物为核的对称分子种类较多，根据取代基的不同可以分为好几种类型[2]。本文主要介绍季戊四醇与卤素取代基和一些常见的类卤素取代基的反应。

1.1 卤素取代基对称分子

季戊四醇的羟基可被多种卤代物取代形成多卤代烷，醇的卤代是合成卤代烃的最适用的方法。由于许多经典方法也常伴随消除、重排等副反应，因此反应条件缓和、选择性好的卤代试剂被不断研究出来，卤素交换反应特别适用制取卤代烃，卤代烃的取代反应可看成是间接的卤素交换反应，它是合成不活泼卤代烃的方法[3]。若将醇转变成磺酸脂，在进行卤代，可防止醇直接卤代时所发生的消除、重排等副反应。 1.2 类卤素取代基对称分子

由于季戊四醇的羟基比较活泼，在一定的条件下可以和一些类卤素的取代

基发生反应，如和苯磺酸基、咪唑基等的反应。该类反应可以看作是醇羟基在特定条件下直接被苯磺酸基和咪唑基所取代的反应。

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2 实验部分 2.1 主要仪器

DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器；恒温箱；XT4-100A 显微熔点测定

仪；电子天平；整套玻璃反应装置。 2.2 试 剂

季戊四醇、吡啶、苯磺酰氯、甲醇、盐酸、二甘醇(DEG)、聚乙二醇(PEG-600)、

溴化钠、咪唑、二氯甲烷、三氯甲烷、DMF、DMSO、水杨醛、对羟基苯甲酸乙脂、碳酸钾、氢氧化钠等。 2.3 试 验

2.3.1 季戊四醇四苯磺酸脂的合成[9,10]

取13.6g(96mmol)季戊四醇和65ml吡啶加入250ml圆底烧瓶中，搅拌状态下滴加55ml（420mmol）苯磺酰氯。反应温度不超过35℃，1.5小时滴完，继续在40℃搅拌反应2.5小时。将反应混合物缓慢加入到一只盛有80ml氯化氢，100ml水，200ml甲醇的800ml大烧杯中，生成白色但稍粘稠的季戊四醇四苯磺酸脂的沉淀，过滤，水洗三次，甲醇洗三次，70-80℃烘干，得白色粉末状产品65.2g。收率：98％，m.p.98-104℃。 反应方程式：

HOOHCHOOHC6H5SO2ClC6H5O2SOOSO2C6H5pyridineCC6H5O2SOOSO2C6H5

Scheme 1 季戊四醇四苯磺酸脂的合成

2.3.2 四溴代季戊烷的合成[10]

在1000ml三颈瓶中加入52.5g（75.6mmol）干燥的季戊四醇四苯磺酸脂，120ml二甘醇(DEG)，9g（15mmol）的聚乙二醇-600(PEG-600)和46.5g溴化钠（450mmol）,140-148℃的温度下搅拌反应12h，待反应物冷却到室温时加入600ml的冰水，析出大量的白色粒状沉淀，抽滤，用冰水洗三次，在80℃左右干燥得白色晶体24.6g，收率：84％，m.p.146-160℃。 反应方程式：

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C6H5O2SOOSO2C6H5CC6H5O2SOOSO2C6H5NaBrDEG/PEG-600BrBr140-148℃BrCBr

Scheme 2 四溴代季戊烷的合成

2.3.3四咪唑季戊烷的合成[14~17]

取5.44g(80mmol)咪唑和3.2g(80mmol)氢氧化钠的混合物加入到盛有16mlDMSO的50ml圆底烧瓶中，在60℃下搅拌一小时，之后将7.714g(20mmol)四溴代季戊烷加入到上述混合物中，将得到的混合物在90℃蒸发除去DMSO，之后冷却到室温，向其中加入48ml水。然后用的二氯甲烷萃取，有机相干燥后，除去二氯甲烷得到产品。收率：34％，m.p.105-114℃。 反应方程式：

NNNHBrBrNNNCBrBrNaOHDMSONNCNN

Scheme 3 四咪唑季戊烷的合成

2.3.4 A1的合成[11,13]

将2.5g水杨醛溶于甲醇溶液中，在室温下加入1.8g碳酸钾，将四溴代季戊烷2g溶于无水甲醇中，在回流状态下由滴液漏斗缓慢滴入，在反应过程中有白色物质生成，继续回流搅拌4h,将反应改为蒸馏装置，蒸出甲醇。将反应液倒入水中，有灰色粉末析出，抽滤，用乙醇洗三次。收率：49％；m.p.174-178℃。 反应方程式：

BrBrOHCHOCHOOOCHOOHCOCBrBrCOOHC4HBrScheme 4 化合物A1的合成

2.3.5 A2的合成[13]

取四溴代季戊烷2g，对羟基苯甲酸乙脂3.43g，碳酸钾8.57g。加入50ml的圆底烧瓶 ，加入DMF39ml，在90℃的条件下加热反应92h后，冷却到室温，蒸馏，加入39ml的水，用二氯甲烷萃取，得产品。收率：63％；m.p.﹥200℃。

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反应方程式：

BrBrC2H5O2CHOBrCO2C2H5C2H5O2COOOCO2C2H5CBrCOCO2C2H5Scheme 5 化合物A2的合成

2.3.6 四咪唑季戊烷表征数据：

C17H30N8O5 (Mr = 426.49): IR(cm-1): 3468(s), 3150(w), 1655(s), 1501(s), 1447(m), 1428(w), 1407(w), 1368(w), 1386(m), 1235(s), 1097(s), 1072(w), 1028(m), 915(m), 845(m), 763(m), 730(w), 659(m), 628(m), 537(w). 3 结果与讨论

由于季戊四醇中有四个醇羟基，羟基中的氧原子中有未共用的电子对，氧原子的电负性比氢原子的电负性和碳原子的电负性大，C-O键和O-H键有非常强的极性，C-O键和O-H键是醇进行化学反应的主要部位[3,18]。因此，在本试验中用化学试剂使C-O键和O-H键断裂，与其它的取代基连接组装成新的化合物，以达到合成目的。经季戊四醇反应得到的衍生物四溴代季戊烷是合成各种对称化合物的一种很好的反应基元，并且在四溴代季戊烷与各种物质反应过程中，发现用DMSO做有机溶剂比用DMF做溶剂，反应效果更好。例如：在制备四咪唑季戊烷时，用的是DMSO的碱溶液，若换成DMF的碱溶液，则几乎得不到产物。

季戊四醇及其衍生物在有机合成中的作用和非常广泛，它的衍生物可制备多种对称超分子构筑基元，为超分子组装体的制备提供了一种很好的原材料[2,11]。我们现在是合成了以季戊四醇为核的一系列化合物，相信随着季戊四醇及其衍生物对称超分子研究的不断深入，季戊四醇及其衍生物的应用也会不断深化。

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