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24二氯苯甲醛乙酰腙及其中间体的合成与生产工艺
苏州科技学院化学与生物工程材料学院
《中间体化学》论文
2,4-二氯苯甲醛乙酰腙及其中间体的合成与生产工艺
年级
1012
专业
应用化学
作者姓名
张程程
学号
1020109207
指导老师
韩志慧
完成日期
2013年11月26日
2,4-二氯苯甲醛乙酰腙及其中间体的合成与生产工艺
1前言
近些年来,酰腙类化合物的研究引起了人们广泛的兴趣。
酰腙类化合物是由酰肼与醛或酮缩合而成的一类Schiff碱类化合物,在亲生物的环境下表现出良好的生物活性、较强的配位能力和多样的配位方式,因此在医药、农药、材料和分析试剂等方面受到了广泛的关注,其应用研究也越来越受到人们的重视。
新型酰腙类化合物由于其分子中存在席夫碱基(-CH=N-)和酰胺基(-CONH-)等活性基团,其大多具有除草、杀菌、抗癌等生理活性。
该类化合物成为当今研究热点之一。
另据文献报道,某些酰腙类化合物具有抗肺结核,抗麻风病,抗肿瘤和抗病毒感染等作用,研究和开发新型酰腙类化合物,有着非常广阔的前景和实际意义。
基于这些,本课题决定对2,4-二氯苯甲醛乙酰腙进行探索与研究。
测定了化合物的熔点,并通过红外进行表征。
通过实验探索出了最佳反应条件和合成方案。
2选题背景
2.1研究的目的和意义
随着我国农业现代化的发展和农业劳动力的逐步转移,栽培耕作方式趋向于规模化和集约化,对农药的需求量显著增加。
同时,随着我国沙尘暴等环境问题的日益突出,生态保护和环境安全要求农田耕作模式转向少动土的保护性耕作,全国正在进行大范围的少免耕示范和技术集成,推广保护性耕作是种植业发展的趋势,而除草除虫是其中的关键技术环节,农药产业有着巨大的潜力。
我国农药生产主要以仿制为主,大多数为老品种,且布局不合理,由于受到知识产权的保护,仿制新品种受到极为严格的限制,这将成为长期困扰中国农药工业发展的重要因素。
另外,腙类化合物由于其分子中存在席夫碱基(-CH=N-)和酰胺基(-CONH-)等活性基团,具有除草、杀菌、杀虫、杀线虫及对植物生长起调节作用。
据文献报道酰腙类化合物一般都具有杀菌、除草和植物调节活性。
芳酰腙类化合物还是金属离子的良好配体,许多实验表明植物的生物调节与植物体内本身的金属离子有关,即能与金属离子形成稳定配合物的配体有关。
R.shai等人详细探讨了几种金属离子与其配体的稳定性与生物活性的关系,探讨了植物生长激素的可能作用模式,指出其生物活性大小同其与金属离子形成的鳌合物的稳定性有关,金属鳌合物稳定性越强活性越高。
R.B.Joharil等讨论了苯甲酰肼水杨醛腙的合成及其与C02+,Ni2+,Cu2+,Zn2+二价离子配合物的合成及生物活性,显示配合物比配体具有更强的杀真菌活性。
使得酰腙类化合物在新型超高效农药研制中发挥出越来越重要的作用,是近年来发展的一个热点。
因此,本课题的研究对于我国开发和创制高效新型除草剂、推进我国有自主产权农药的开发与研制有着双重现实价值和实践指导作用。
2.2国内外研究进展、主攻方向及展望
酰腙类化合物是由酰肼与醛或酮缩合而成的一类Schiff碱类化合物,在亲生物的环境下表现出良好的生物活性、较强的配位能力和多样的配位方式,因此在医药、农药、材料和分析试剂等方面受到了广泛的关注。
近年来,研究人员发现,酰腙类化合物具有抗菌、消炎和除草等多种生物活性,某些酰腙还具有抗癌作用。
自从20世纪70年代顺铂被发现具有抗癌活性并应用于临床之后,无机药物的研究有了新进展,从中筛选活性强的金属基药物成了无机化学的一个热门领域。
由于酰腙类化合物表现出较强的生物活性,而且比普通的席夫碱化合物稳定,所以许多研究者选择其作为配体,合成了它们与过渡元素和稀土元素的金属配合物,并研究他们的抗菌和抗肿瘤活性,以期寻找出活性更好的金属基药物。
同时,研究发现某些酰腙类化合物的金属配合物具有良好的发光和催化活性,在材料科学领域有着潜在的应用价值。
2.2.1医药领域
酰腙类化合物分子中由于同时含有氧原子与氮原子因而可以参与生物体中氢键的形成,增加受体之间的亲和性,进而可以抑制生物体内诸多生理化学过程,如抗高血糖、抗肿瘤,尤其是近年来在抗真菌和制备免疫抑制剂(如类风湿、牛皮癣、系统性红斑狼疮等疾病)等方面的研究备受关注。
1982年Johnson等曾报道,芳香腙表现出奇特
的抑制DNA合成效果,并能抑制啮齿细胞链的增长。
1988年Mohan等合成了7个含有双吡啶环的芳香腙,并以它们为配体合成了大量的过渡金属配合物,并对配体及配合物的抗肿瘤活性进行了测试。
结果表明,配体均表现出明显的活性,配合物中Cu(PCPH)Cl2表现出比配体更强的活性。
另据杨正银等报道,1-苯基-3-甲基-4苯甲酰基-5-吡啶酮异烟腙配合物对O2-有明显的清除作用,1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡啶酮异烟腙稀土金属配合物对O2-也有一定的清除作用,所以,PMBP及其配合物未来有可能用于治疗ROS引发的脂质过氧化类疾病,如心血管疾病、癌变、白内障和细胞衰老等老年慢性病。
大量研究表明,酰腙在形成配合物后活性显著增强,因此,酰腙表现生物活性的过程一定与中心的金属离子有关。
酰腙及其配合物的抑制作用可能是由于酰腙与生物细胞中的金属离子配位所致,从而阻止了很多由金属离子催化的酶反应,不过,由于人们对酰腙及其配合物生物活性的机理了解不多,这些推测尚待验证。
2.2.2农药领域
酰腙类化合物由于分子结构中含有一类很好的活性亚结构基团(-CONHN=CH-),因而表现出良好的除草和杀菌等生物活性,是目前农药界研究的热点之一。
腙类化合物在杀虫剂、杀菌剂与除草剂的良好表现,引起了众多农药公司与科研工作者的广泛兴趣。
1973年杜邦公司首次介绍了某些结构简单的二苯甲酮腙的杀虫活性,其后,巴斯夫、拜耳和孟山等公司均介入了该领域进行研究。
目前已商品化的品种有杀菌剂嘧菌腙(fermizone)和玉米田苗后除草剂氟吡草腙(diflufenzopyr)。
据报道,5,7-二甲基-1,2,4-三唑并[1,5-a]嘧啶-2-硫乙酰腙类衍生物表现出不同程度的除草及杀菌活性。
异烟肼的腙衍生物有一定的杀菌活性,尤其对水稻纹枯病(Rhizoctoriasolani)有良好的抑制作用,部分化合物还有一定的抗烟草花叶病毒活性;含有三唑环的苯乙酮腙类化合物具有良好的杀菌活性;含有甲硫基的苯乙酮苯甲酰腙类化合物对黄瓜灰霉病菌和小麦赤霉病菌具有良好的杀菌活性,对蚜虫具有良好的杀虫活性。
2.2.3其它领域
酰腙类化合物由于具有较强的配位能力以及多样的配位形式,能与众多金属离子形成金属配合物。
该类配合物与配体酰腙相比,除了在药物方面具有用途广泛的特点,而且还具有特殊的电学、磁学、光学性质,因而在非线性化学、分析测试和催化学
方面也有广泛的应用。
例如,腙类试剂是一类理想的荧光分析试剂,用其测定Al3+、Zn2+、Cu2+的试验结果已显示出其灵敏度高和选择性好等优点,受到人们的关注。
一些研究证实,脑组织对铝元素有亲和性,脑组织中的铝沉积过多,可使人记忆力减退、智力低下、行动迟钝、催人衰老,所以,研究日常生活中微量铝的测定方法具有重要意义。
腙类试剂测定铝的荧光方法已有报道,如刘建宁等研究表明,一种新的荧光试剂2,4-二羟基苯乙酮酰腙测定铝的线性范围为0~120g,检测下限为0.2g/L,该试剂成功用于生理盐水、葡萄糖注射液、饮料和油条中铝的测定。
随着生物学、医药科学、催化化学以及环境科学的发展,阴离子在这些领域所起的作用越来越重要,如何检测、分离和识别阴离子的研究愈加引起人们的广泛关注。
因此,设计和合成生物学、医学和环境科学中重要阴离子的非共价键合和识别的受体分子已成为当今超分子化学十分活跃的研究领域。
酰腙的N-H键也有一定的酸性,分子中可以形成空腔,且可根据需要设计成不同大小、不同种类的官能化的受体,还可以作为识别阴离子的“钳形”受体。
例如,在间苯双对硝基苯氧乙酰腙的溶液中加入F-和CH3COO-时,溶液颜色有明显变化,实现了裸眼识别。
2.2.4新型酰腙
为了寻求更具修饰潜力的农药或医药先导化合物,不少学者注重开发出具有更低毒副作用和更好药效的生物活性化合物,使得越来越多的新型酰腙类化合物被不断地合成出来。
例如,以没食子酸为起始原料,设计合成的3,4,5-三苄氧基苯甲酰腙类化合物在50mg/L浓度下对水稻纹枯病菌和小麦赤霉病菌的抑制率达90%以上,表现出很高的活性。
硫代双酰腙配体二甲氨基苯甲醛双缩二氨基硫脲(MABTC)与普通酰腙相比,其紫外可见吸收光谱的吸收带发生了显著的红移,吸收强度也有较大的提高,这对提高体系的发光强度是有利的。
以雷琐酸为原料合成的新型酰腙类化合物毒副作用更小、药效更好,未来可能取代雷米封和异烟酰肼香兰醛腙作为药物用于临床治疗结核病。
最近,根据活性子叠加和生物等排取代原理,将具有生物活性的各类化合物与酰肼反应,合成出新型的活性更强的酰腙类化合物已成为该领域一个新的研究热点。
例如,含有呋喃环的杂环化合物,大多数具有抗菌、消毒和杀虫等活性,又如,5-硝基-2-呋喃甲醛腙类化合物呋喃唑酮(又称痢特灵)就是一类光谱的抗菌药,主要用于菌痢、肠炎等肠道感染疾病的的治疗中。
李英俊等将具有生物活性的5-(4-溴苯基)-2-呋喃甲醛与
芳氧基乙酰肼连接起来,使各种活性基团(如呋喃环、芳氧乙酰基、酰胺键、碳氮双键)聚集在同一分子中,出新型的5-芳基-2-呋喃甲醛腙类化合物。
三唑并嘧啶类杂环衍生物由于其分子结构中同时含有三唑和嘧啶这2类重要的活性结构单元,因而表现出广谱的生物活性,长期以来一直受到人们的广泛关注。
陈琼等以三唑并嘧啶为原料,设计合成了新型的三唑并嘧啶类酰腙化合物。
从生物化学方面来看,呋喃和三唑并嘧啶环中的氧原子和氮原子可参与生物体中氢键的形成,增加授受间分子亲和性,将其导入化合物可能有助于提高化合物的生物活性。
有关这类新型化合物生物活性的研究正在逐步开展之中。
2.2.5展望
国内外学者在对酰腙类化合物的合成及应用进行研究后发现,未来该领域发展的研究热点是在以下几个方向:
①加大性质研究力度,开发酰腙类化合物在农药和医药方面的实际应用价值;②根据酰腙金属配合物所具有的特殊光学、电学和磁学性质研究该类配合物作为功能材料的可行性;③在利用微波技术合成化合物的基础上,探索新型的环境友好的绿色合成方法。
2.3目标化合物的合成路线及指导思想
(1)目标化合物的合成路线
①中间产物乙酰肼的合成:
②目标化合成的合成:
(2)指导思想
本文设计的指导思想为以乙酸乙酯和水合肼为原料经过回流发生亲核取代反应,得到中间产物乙酰肼;然后以中间产物乙酰肼和2,4-二氯苯甲醛为反应物合成目标化合物2,4-二氯苯甲醛乙酰腙,并根据已有文献记载的相似化合物的合成过程及合
成条件摸索出目标产物的合理合成方案及最佳合成路线(即最佳的反应温度、原料配比及反应时间等)。
3基本理论
3.1亲核取代反映机理
亲核取代反应:
指连接在饱和碳原子上的一个基团被另一个基团所取代的化学过程。
在亲核取代反应里,进攻试剂(亲核试剂)把电子对给基质,利用这对电子形成新键,离去基团带着电子对离开:
亲核取代反应分为四种类型:
(1)中性核物与中性亲核试剂作用:
(2)中性底物与负性亲核试剂作用:
(3)
正性底物与负性亲核试剂作用:
(4)
正性底物与中性亲核试剂作用:
双分子亲核取代反应(SN2):
亲核试剂从离去基团的背面进攻离去基团,旧键的断裂与新键的生成协同进行。
当新键与旧键生成达到势均力敌的时候,体系具有最高的能量是为过度态。
即
反应速度:
SN2主体化学的特征是构型翻转,反应物的结构不倾向于离解成碳正离子中间体,这是内在原因。
溶剂的极性不够强,亲核试剂易于接近
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