CN115448914A

CN115448914A - 一种呫吨酮类衍生物及其制备方法和含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物

Info

Publication number: CN115448914A
Application number: CN202211185393.9A
Authority: CN
Inventors: 徐明珍; 范泽旭; 胡嘉彬; 李博; 任登勋
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2022-12-09

Abstract

本发明公开了一种呫吨酮类衍生物及其制备方法和含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物，通过简单温和的工艺条件，即可获得硝基化的呫吨酮衍生物，可作为高分子材料的合成中间体；通过常规的还原反应即可获得氨基化的呫吨酮化合物，可作为高性能高分子材料的合成中间体及功能化高分子材料的固化剂、改性剂等；通过引入苯并噁嗪及腈基官能团，获得一种具有自催化特性的高分子树脂衍生物，可作为耐高温树脂聚合物的树脂基体，用于热防护聚合物材料领域。

Description

一种呫吨酮类衍生物及其制备方法和含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物

技术领域

本发明涉及高分子材料的合成制备技术领域，更具体的说是涉及一种呫吨酮类衍生物及其制备方法和含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物。

背景技术

呫吨酮是一类含有芳香环的化合物，其衍生物广泛分布于自然界中，是药用植物的有效成分之一。最早引起关注是因其表现出的抗菌、抗病毒等药理活性，可作为新型抗癌药物的有效组份。现阶段围绕呫吨酮及其衍生物的研究主要集中在其药理活性研究领域。通过对呫吨酮结构及衍生物的拓展研究可发现，呫吨酮自身结构对称，含有丰富的芳香环和六元杂环，结构稳定且具有突出的热稳定性，有望作为高性能树脂材料的主体结构获得应用。发明人针对呫吨酮的结构特点，利用分子结构设计，采用简单的合成步骤，提出系列呫吨酮衍生物的制备方法。

现阶段围绕呫吨酮类衍生物的研究主要集中在合成方法设计及药理活性研究方面，其衍生物的应用也主要限制在抗病毒、抗病菌以及对细胞活性的影响方面，还未开展呫吨酮衍生物的功能化和高性能树脂合成研究工作。

本发明围绕呫吨酮化合物，通过分子结构设计引入硝基官能团、氨基官能团及苯并噁嗪和腈基官能团，获得系列呫吨酮衍生物，为高性能树脂材料领域提供新的树脂合成思路和材料选择。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种呫吨酮类衍生物及其制备方法，能够拓展现有呫吨酮类衍生物的应用领域，丰富其衍生物的合成方法和衍生物的结构种类，为高性能树脂领域提供新的材料种类。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种呫吨酮类衍生物，包括：硝基化呫吨酮衍生物和氨基化呫吨酮衍生物；

其中，所述呫吨酮结构如式1所示：

所述硝基化呫吨酮衍生物的结构如式2所示：

所述氨基化呫吨酮衍生物的结构如式3所示：

上述的一种呫吨酮类衍生物的制备方法，所述硝基化呫吨酮衍生物通过以下方法制得：

A)将呫吨酮、浓硫酸按比例加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

B)控制体系温度在10～20℃，加入硝酸钾，充分搅拌混合均匀；

C)待硝酸钾加入完毕后，在室温条件下保持搅拌持续反应5～8小时；

D)反应结束后，将反应液转移至足量的去离子水中，沉淀析出产物；

E)将析出的产物过滤分离后采用去离子水反复洗涤过滤，检测滤液呈中性后，结束洗涤；

F)将上述过滤后的产物置于干燥箱中干燥，设置温度90～110℃，干燥时间6～10小时，得到硝基化的呫吨酮衍生物；

所述氨基化呫吨酮衍生物通过以下方法制得：

1)将上述步骤F)所得硝基化的呫吨酮衍生物溶解于乙酸乙酯中，搅拌均匀；

2)在上述溶液体系中加入定量的氯化亚锡，升高温度至60～70℃，持续反应8～10小时；

3)反应结束后，待反应液冷却至室温后在通风厨中过滤，用乙酸乙酯洗涤后过滤干燥，即得到氨基化的呫吨酮衍生物。

优选的，步骤A)中所述浓硫酸为98％浓硫酸；

所述呫吨酮、浓硫酸的质量比为1：12～15；偏离此比例投料会导致反应不充分和资源浪费；

步骤B)温度设定10～20℃，高于此温度，投料时存在急剧放热风险，有安全隐患；低于此温度需要通过低温***辅助实现，增加设备复杂程度，增加生产成本；呫吨酮与硝酸钾的质量比为1:2～2.3，高于此比例，加料风险较大且造成资源浪费，低于此比例，硝化反应不彻底，产率低。

步骤C)反应时间5-8小时，长于此时间，生产效率低，增加能耗；短于此时间，反应不充分，产率低；

步骤D)中去离子水用量与浓硫酸的质量比为5～8：1，高于此比例，易造成水资源浪费和增加废水处理的难度，低于此比例，会因浓硫酸的大量放热存在安全隐患。

步骤F)中，干燥温度的设定，高于此温度时，增加能耗，并造成产物干燥过程中的性状转变，低于此温度干燥效率低；长于此时间造成能源浪费，短于此时间干燥不充分。

优选的，步骤1)中硝基化呫吨酮衍生物与乙酸乙酯的质量比为1:10～15，高于此比例硝基化呫吨酮在溶液中的溶解性不佳，影响后续反应，低于此比例，一方面造成溶剂资源的浪费，另一方面降低反应效率。

步骤2)中硝基化呫吨酮与氯化亚锡的质量比为1：7～10，高于此比例，还原反应不彻底，杂质含量高；低于此比例，易造成氯化亚锡的资源浪费；温度60～70℃，高于此温度易导致副反应急剧增加，产率收率低；低于此温度，反应速率低；反应时间8～10小时，长于此时间，生产效率低，增加能耗；短于此时间，反应不充分，产率低。

步骤3)洗涤用乙酸乙酯的用量与氯化亚锡的质量比为3～5：1，高于此比例，易造成乙酸乙酯资源浪费，低于此比例，易导致产物洗涤纯化不彻底

一种含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物，所述腈基化苯并噁嗪衍生物由氨基化呫吨酮衍生物制得，其结构如式4所示:

上述的一种含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将上述氨基化呫吨酮、对羟基苯甲腈、多聚甲醛、二甲苯、无水乙醇按比例加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

(2)升高体系温度至85～95℃，持续搅拌反应4～6小时；

(3)反应结束后，保持反应温度，减压蒸馏除去体系中的溶剂；

(4)将除去溶剂的粘稠反应溶液转移至足量的去离子水中，沉淀析出产物；

(5)将析出的产物过滤分离后用去离子水反复洗涤过滤，在温度90～100℃条件下，干燥时间6～10小时，得到含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物。

优选的，步骤(1)中氨基化呫吨酮、对羟基苯甲腈、多聚甲醛的摩尔比例为1:2:4.01～4.05；偏离此比例投料会导致反应不充分和副反应的发生，导致产物收率低、杂质含量高；

二甲苯与无水乙醇的用量质量比为5:3，高于此比例，原料在体系中的溶解性较差，影响反应效率，低于此比例，共混溶剂体系的共沸点会降低，无法满足反应所需温度；

二甲苯与无水乙醇的总质量与氨基化呫吨酮、对羟基苯甲腈、多聚甲醛三者的总质量之比为4:6，高于此比例，易造成溶剂资源浪费，增加后续蒸馏溶剂的难度，低于此比例，反应体系粘度过大导致原料混合不均匀，影响反应的进行；

上述原料的投料顺序依次为对羟基苯甲腈，多聚甲醛、二甲苯、无水乙醇，氨基化呫吨酮需最后分批次缓慢加入，调整氨基化呫吨酮加入顺序及加入速度会导致氨基化呫吨酮优先与多聚甲醛反应形成结构稳定的三嗪结构而无法形成目标结构，导致反应失败。

步骤(2)中，高于此温度或长于此时间，易导致副反应的发生和生产效率降低，低于此温度或短于此时间，易导致反应不充分，产率低。

步骤(4)中去离子水用量与二甲苯和无水乙醇总质量之比为3～5：1，高于此比例，易造成水资源浪费和增加废水处理的难度，低于此比例，会导致产物沉析不充分，产物内部包裹溶剂和未反应的小分子，导致产物纯度低。

步骤(5)中，干燥温度设定，高于此温度时，增加能耗，并造成产物干燥过程中的性状转变，低于此温度干燥效率低；长于此时间造成能源浪费，短于此时间干燥不充分。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)通过简单温和的工艺条件，即可获得硝基化的呫吨酮衍生物，可作为高分子材料的合成中间体；

2)通过常规的还原反应即可获得氨基化的呫吨酮化合物，可作为高性能高分子材料的合成中间体及功能化高分子材料的固化剂、改性剂等；

3)通过引入苯并噁嗪及腈基官能团，获得一种具有自催化特性的高分子树脂衍生物，可作为耐高温树脂聚合物的树脂基体，用于热防护聚合物材料领域。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种呫吨酮衍生物及其制备方法，包括以下步骤：

(1)一种硝基化呫吨酮衍生物的合成，包括以下步骤：

A)将呫吨酮(5g)、浓硫酸(98％，65g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

B)控制体系温度在20℃，将硝酸钾(10g)缓慢加入三颈瓶中，充分搅拌混合均匀；

C)待硝酸钾加入完毕后，在室温条件下保持搅拌持续反应8小时；

D)反应结束后，将反应液转移至去离子水(330g)中，沉淀析出产物；

F)将上述过滤后的产物置于干燥箱中干燥，设置温度100℃，干燥时间8小时，得到硝基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(1)中呫吨酮和硝基化呫吨酮衍生物的结构如下所示：

(2)一种氨基化呫吨酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

A)将上述硝基化呫吨酮衍生物(5g)溶解于乙酸乙酯(55g)中，搅拌均匀；

B)在上述溶液体系中加入氯化亚锡(35g)，升高温度至60℃，持续反应10小时；

C)反应结束后，待反应液冷却至室温后在通风厨中过滤，用乙酸乙酯(110g)洗涤后过滤干燥，即得到氨基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(2)中氨基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

(3)一种含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物的合成，包括以下步骤：

A)将上述氨基化呫吨酮(22.3g)、对羟基苯甲腈(23.8g)、多聚甲醛(12.05g)、二甲苯(24.23g)、无水乙醇(14.54g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

B)升高体系温度至85℃，持续搅拌反应6小时；

C)反应结束后，保持反应温度，减压蒸馏除去体系中的溶剂；

D)将除去溶剂的粘稠反应溶液转移至去离子水(120g)中，沉淀析出产物；

E)将析出的产物过滤分离后用去离子水反复洗涤过滤，在温度100℃条件下，干燥时间6小时，得到含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物。

所述步骤(3)中含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物的结构如下式所示：

实施例1得到黄色颗粒状的硝基化呫吨酮衍生物，产率62％；得到米黄色氨基化呫吨酮粉料，产率84％；得到土黄色含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物粉料，产率95％。

实施例2

(1)一种硝基化呫吨酮衍生物的合成，包括以下步骤：

A)将呫吨酮(5g)、浓硫酸(98％，75g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

B)控制体系温度在10℃，将硝酸钾(11g)缓慢加入三颈瓶中，充分搅拌混合均匀；

C)待硝酸钾加入完毕后，在室温条件下保持搅拌持续反应5小时；

D)反应结束后，将反应液转移至去离子水中(400g)，沉淀析出产物；

F)将上述过滤后的产物置于干燥箱中干燥，设置温度90℃，干燥时间10小时，得到硝基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(1)中呫吨酮和硝基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

(2)一种氨基化呫吨酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

A)将上述硝基化呫吨酮衍生物(5g)溶解于乙酸乙酯(65g)中，搅拌均匀；

C)反应结束后，待反应液冷却至室温后在通风厨中过滤，用乙酸乙酯(115g)洗涤后过滤干燥，即得到氨基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(2)中氨基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

A)将上述氨基化呫吨酮(22.3g)、对羟基苯甲腈(23.8g)、多聚甲醛(12.1g)、二甲苯(24.23g)、无水乙醇(14.54g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

B)升高体系温度至95℃，持续搅拌反应4小时；

D)将除去溶剂的粘稠反应溶液转移至去离子水(125g)中，沉淀析出产物；

E)将析出的产物过滤分离后用去离子水反复洗涤过滤，在温度90℃条件下，干燥时间10小时，得到含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物。

实施例2得到黄色颗粒状的硝基化呫吨酮衍生物，产率60％；得到米黄色氨基化呫吨酮粉料，产率86％；得到土黄色含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物粉料，产率93％。

实施例3

(1)一种硝基化呫吨酮衍生物的合成，包括以下步骤：

A)将呫吨酮(5g)、浓硫酸(98％，70g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

B)控制体系温度在10℃，将硝酸钾(10.5g)缓慢加入三颈瓶中，充分搅拌混合均匀；

D)反应结束后，将反应液转移至去离子水(560g)中，沉淀析出产物；

F)将上述过滤后的产物置于干燥箱中干燥，设置温度110℃，干燥时间6小时，得到硝基化的呫吨酮衍生物。

(2)一种氨基化呫吨酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

A)将上述硝基化呫吨酮衍生物(5g)溶解于乙酸乙酯(50g)中，搅拌均匀；

B)在上述溶液体系中加入氯化亚锡(50g)，升高温度至70℃，持续反应8小时；

C)反应结束后，待反应液冷却至室温后在通风厨中过滤，用乙酸乙酯(150g)洗涤后过滤干燥，即得到氨基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(2)中氨基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

B)升高体系温度至90℃，持续搅拌反应4小时；

D)将除去溶剂的粘稠反应溶液转移至去离子水(190g)中，沉淀析出产物；

实施例3得到黄色颗粒状的硝基化呫吨酮衍生物，产率65％；得到米黄色氨基化呫吨酮粉料，产率87％；得到土黄色含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物粉料，产率95％。

实施例4

(1)一种硝基化呫吨酮衍生物的合成，包括以下步骤：

A)将呫吨酮(5g)、浓硫酸(98％，60g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

C)待硝酸钾加入完毕后，在室温条件下保持搅拌持续反应7小时；

D)反应结束后，将反应液转移至去离子水(300g)中，沉淀析出产物；

(2)一种氨基化呫吨酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

B)在上述溶液体系中加入氯化亚锡(45g)，升高温度至70℃，持续反应10小时；

C)反应结束后，待反应液冷却至室温后在通风厨中过滤，用乙酸乙酯(180g)洗涤后过滤干燥，即得到氨基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(2)中氨基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

B)升高体系温度至85℃，持续搅拌反应5小时；

D)将除去溶剂的粘稠反应溶液转移至去离子水(180g)中，沉淀析出产物；

E)将析出的产物过滤分离后用去离子水反复洗涤过滤，在温度100℃条件下，干燥时间7小时，得到含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物。

实施例4得到黄色颗粒状的硝基化呫吨酮衍生物，产率63％；得到米黄色氨基化呫吨酮粉料，产率85％；得到土黄色含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物粉料，产率96％。

对比实施例1

(1)一种硝基化呫吨酮衍生物的合成，包括以下步骤：

A)将呫吨酮(5g)、浓硫酸(98％，50g)加入三颈瓶中，室温下搅拌混合均匀；

D)反应结束后，将反应液转移至去离子水(400g)中，沉淀析出产物；

F)将上述过滤后的产物置于干燥箱中干燥，设置温度100℃，干燥时间10小时，得到硝基化的呫吨酮衍生物。

(2)一种氨基化呫吨酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

A)将上述硝基化呫吨酮衍生物(5g)溶解于乙酸乙酯(75g)中，搅拌均匀；

B)在上述溶液体系中加入氯化亚锡(30g)，升高温度至70℃，持续反应10小时；

C)反应结束后，待反应液冷却至室温后在通风厨中过滤，用乙酸乙酯(200g)洗涤后过滤干燥，即得到氨基化的呫吨酮衍生物。

所述步骤(2)中氨基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

B)升高体系温度至85℃，持续搅拌反应6小时；

D)将除去溶剂的粘稠反应溶液转移至去离子水(170g)中，沉淀析出产物；

实施例4得到暗黄色颗粒状的硝基化呫吨酮衍生物，产率51％；得到黄色氨基化呫吨酮粉料，产率68％；得到土黄色含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物粉料，产率90％。

对比实施例2

(1)一种硝基化呫吨酮衍生物的合成，包括以下步骤：

D)反应结束后，将反应液转移至去离子水(450g)中，沉淀析出产物；

(2)一种氨基化呫吨酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

B)在上述溶液体系中加入氯化亚锡(50g)，升高温度至50℃，持续反应8小时；

所述步骤(2)中氨基化呫吨酮衍生物的结构如下式所示：

B)升高体系温度至75℃，持续搅拌反应6小时；

E)将析出的产物过滤分离后用去离子水反复洗涤过滤，在温度100℃条件下，干燥时间10小时，得到含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物。

对比实施例2得到黄色颗粒状的硝基化呫吨酮衍生物，产率62％；得到黄色氨基化呫吨酮粉料，产率67％；得到土黄色含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物粉料，产率83％。

上述实施例1-4制得的呫吨酮衍生物样品的颜色可在一定程度上反映体系的纯度，颜色越暗，说明体系中存在杂质越多；产率用于说明反应的收率，产率越高说明反应进行越充分和彻底；其中硝基化呫吨酮衍生物的产率高于60％说明反应具有较好的收率，氨基化呫吨酮衍生物的产率高于80％说明反应具有较好的收率；含呫吨酮结构的腈基化苯并噁嗪衍生物的产率高于90％说明反应进行的彻底，具有较好的收率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。