噻二唑衍生物（共6篇）
噻二唑衍生物 篇1
摘要：为了开发高强度的有机电致发光材料,在吡唑的1位上引入苯基以及苯并噻唑基,在3位上引入芳基,在4位上引入醛基。用一步法合成了1,3,4-噁二唑,并通过Wittig反应将噁二唑与4-甲酰基吡唑相连合成了6种未见报道的口恶二唑类化合物,用红外光谱、质谱、核磁共振谱和元素分析对合成化合物进行了结构表征。用荧光光谱仪对它们的荧光性能进行了测试,所合成化合物的荧光性能较好,荧光发射波长在410440nm之间,并且荧光量子产率最高能达到0.68。
关键词：噁二唑,吡唑,荧光,合成
有机电致发光材料由于其驱动电压低、耗能低、发光效率好等特点,已经成为光学材料领域的研究热点之一。1,3,4-口恶二唑(OXD)衍生物由于具有优良的电子注入和传输功能,已广泛应用于有机电致发光材料[1,2,3]。吡唑类化合物因具有较好的生物活性而日益成为杂环化学研究的热门课题之一[4,5,6,7,8,9]。苯并噻唑类化合物具有较好的光化学性质和光物理性能,其在电致发光和光致变色材料等方面具有广泛的应用前景[10]。如果将1,3,4-口恶二唑“嵌入”到苯乙烯结构中,可能会很好的改善苯乙烯型衍生物的空穴和电子传输的平衡,有望合成出高效率蓝色有机电致发光材料。为此我们设计合成了6种口恶二唑类化合物,并用1H-NMR、IR、MS对其结构进行了表征,运用紫外光谱和单分子荧光光谱系统研究了目标产物的光谱性质。合成路线如下:
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
所用试剂均为市售分析纯。美国PerkinElmer Spectrum One傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片);瑞士Bruker AVANCE 400核磁共振仪(内标TMS,溶剂CDCl3);美国Agilent 1100 Series LC/MSD Trap SL液相质谱联用仪;德国Elementar Vario EL Ⅲ元素分析仪;北京泰克仪器有限公司X-4型数字显示显微熔点测定仪;日本岛津RF-5301PC荧光分光光度计;美国PerkinElmer Lambda 25紫外/可见分光光度计。
1.2 中间体及目标化合物的合成
1.2.1 对甲基苯基1,3,4-口恶二唑及溴代甲基苯基1,3,4-口恶二唑的合成
参照相关文献[11]制备。
1.2.2 6-取代-2-氨基苯并噻唑的合成
参照相关文献[10]制备。
1.2.3 4-取代苯乙酮-6-取代-2-氨基苯并噻唑腙的合成
在100mL圆底烧瓶中依次加入苯肼(2.71g)和苯乙酮(3.00g)以及20mL乙醇,滴入3滴冰醋酸,氮气保护,并在77 ℃回流3h,减压蒸馏蒸出多余的乙醇,冷冻1h,有大量固体析出,抽滤,乙醇重结晶,得淡黄色固体7a。
分析数据如下:
7a:黄色,产率98.8%,熔点:105～107 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):3368,1627,1659,1545,1500,1249,1112;C14H14N2的元素分析理论值(%):C 80.00,H 6.67;实验值:C 79.73,H 6.42。
7b:红褐色,产率97.4%;熔点:138～140 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):3339,1603,1592,1548,1490,1319,1254,1189,1107,1061;C14H13N3O2的元素分析理论值(%): C 65.88,H 5.10,N 16.47;实验值:C 65.51,H 5.37,N 16.14。
7c:白色,产率97.3%;熔点:130～132 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):3337,2926,2836,1652,1599,1562,1500,1252,1100,1068;C15H16N2O 的元素分析理论值(%):C 75.00,H 6.67,N 11.67;实验值:C 75.39,H 6.86; N 11.49。
7d:黄色,产率95.4%;熔点:154～156 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):3335,1616,1603,1559,1496,1454,1417,1226,1110;C15H13N3S的元素分析理论值(%):C 67.42,H 4.87,N 15.73;实验值:C 67.77,H 4.56,N 15.54。
7e:黄色,产率92.9%;熔点:184～186 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):3354,2938,2836,1610,1568,1513,1447,1296,1248,1182,1116,1076;C16H15N3OS的元素分析理论值(%):C 64.65,H 5.05,N 14.14,O 10.77;实验值:C 64.33,H 5.35,N 13.92,O 10.49。
7f:深红色,产率91.2%;熔点:223～225 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):3335,1603,1564,1507,1447,1406,1340,1268,1147,1109;C15H12N4O2S的元素分析理论值(%):C 57.69,H 3.85,N 17.95,O 10.26;实验值:C 57.44,H 4.21,N 17.61,O 10.59。
1.2.4 1-取代-3-芳基-4-甲酰基吡唑的合成
在冰浴下,将三氯氧磷(3.2mL) 缓慢滴加到装有DMF(3.5mL)的50mL三颈烧瓶中,滴加完毕,搅拌1.5h,形成金黄色Vilsmeier配位络合物。将溶有7a(4.47g)的25mL DMF溶液缓慢滴加到上述络合物中,室温下搅拌3h,然后在86℃下,回流3h,冷却后将反应液呈细流状倒入60 mL蒸馏水中,得到棕黄色粘稠状物,用碳酸钠粉末调至中性,电磁搅拌水解1 h,抽滤,干燥,乙醇重结晶,得到黄色晶体8a。
分析数据如下:
8a:黄色,产率83.2%;熔点:138～140℃;IR (ν,KBr,cm–1):1689,1612,1600,1500,1304,1248,870,767,695,574;C16H12N2O的元素分析理论值(%):C 77.42,H 4.84,N 11.30;实验值:C 77.09,H 4.53,N 11.61。
8b:棕色,产率84.7%;熔点:138～140 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):1703,1610,1600,1531,1507,1344,1109,857,711,682;C16H11N3O3的元素分析理论值(%):C 65.59,H 3.78,N 14.34;实验值:C 65.81,H 3.41,N 14.03。
8c:咖啡色,产率89.3%;熔点:140～142 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):2929,2857,1674,1616,1599,1520,1500,1458,1261,1105,1055,840,754,684;C17H14N2O2的元素分析理论值(%):C 73.45,H 5.08,N 10.08;实验值:C 73.26,H 5.16,N 10.00。
8d:土黄色,产率81.4%;熔点:178～180 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):1688,1607,1600,1531,1455,1406,1357,1185,936,764,708; C17H12N3OS的元素分析理论值(%):C 66.67,H 3.92; N,13.73 O,5.23;实验值:C 66.46,H 4.24,N 13.98,O 5.00。
8e:灰色,产率88.7%;熔点:187～189 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):2916,2844,1683,1616,1603,1548,1513,1450,1259,1111,1069,843,785,743,653,611;C18H14N3O2S的元素分析理论值(%):C 64.29,H 4.20,N 12.51,O 9.52;实验值:C 64.00,H 4.37,N 12.45,O 9.66。
8f:棕红色,产率77.6%;熔点:184～186 ℃;IR (ν,KBr,cm–1):1693,1621,1603,1545,1513,1441,1349,1195,1108,930,859,758,708;C17H11N4O3S的元素分析理论值(%):C 58.17,H 3.16,N 15.96,O 13.67;实验值:C 58.05,H 3.27,N 15.90,O 13.51。
1.2.5 2,5-二(1-取代-3-芳基-4-吡唑基)烯苯基-1,3,4-口恶二唑的合成
在无水环境下,在100mL三颈烧瓶中加入化合物2(2.04g),三苯基膦(2.88g)和30mL DMF,待反应物完全溶解后,升温至100 ℃,恒温回流3h,得到无色澄清液,然后将反应液冷却至室温得到化合物3,在反应液中直接加入8a(3.59g),待其溶解后,控制反应温度在30 ℃以下,在磁力搅拌器的充分搅拌下,将溶有乙醇钠(0.82g)的6mL无水乙醇溶液滴加到反应器中,升温至50 ℃,恒温搅拌4 h,冷却,调节pH值至10,出现橙黄色固体,抽滤,用三氯甲烷-无水乙醇重结晶,得橙黄色粉末9a。
分析数据如下:
9a:橙黄色,产率71.1%;熔点>250℃;UV-vis (CHCl3)λmax:360 nm;IR (ν,KBr,cm–1):1614,1602,1548,1493,1447,1408, 1353,1211,1168,1062,953;C48H34N6O的元素分析理论值(%):C 81.13,H 4.79,N 11.83;实验值:C 81.41,H 4.99,N 11.46;ESI-MS m/z 的元素分析理论值(%):733.8 ([M+Na]+,100);1H-NMR (CDCl3,400MHz):δ(ppm)=6.99(d,J=15.3Hz,2H,phenylethyllene–H),7.19(d,J=16.7 Hz,2H,phenylethyllene–H),7.23–8.14(m,28H,aryl–H),8.28(s,1H,pyrazole–H)。
9b:深黄色,产率69.4%;熔点 > 250℃;UV-vis (CHCl3)λmax:352 nm;IR (ν,KBr,cm–1):1631,1598,1540,1491,1409,1340,1211,1162,1072,964;C48H32N8O5的元素分析理论值(%):C 72.07;H 4.03,N 14.01;实验值:C 72.31;H 4.27,N 14.11;ESI-MS m/z 的元素分析理论值(%):823.8 ([M+Na]+,100);1H-NMR (CDCl3,400 MHz):δ(ppm)=6.98(d,J=15.2 Hz,2H,phenylethyllene-H),7.20(d,J=16.2 Hz,4H,phenylethyllene–H),6.92–8.13(m,26H,aryl–H),8.25(s,1H,pyrazole-H)。
9c:黄色,产率68.7%;熔点 > 250 ℃;UV-vis (CHCl3) λmax:365 nm;IR (ν,KBr,cm–1):2920,2840,1620,1602,1484,1404,1329,1249,1175,1064,957;C50H38N6O3的元素分析理论值(%):C 77.92,H 4.94,N 10.91;实验值:C 77.61,H 5.22,N 10.80;ESI-MS m/z 的元素分析理论值(%):793.8 ([M+Na]+,100);1H-NMR (CDCl3,400MHz):δ(ppm)=1.7(s,3H,–CH3),6.99(d,J=15.3 Hz,2H,phenylethyllene–H),7.17(d,J=16.0 Hz,2H,phenylethyllene–H),6.89–8.13(m,26H,aryl–H),8.21(s,1H,pyrazole–H)。
9d:黄色,产率69.9%;熔点 > 250℃;UV-vis (CHCl3) λmax:331 nm;IR (ν,KBr,cm–1):1627, 1489,1450,1365,1303,1170,1117,1072,1110,955;C50H32N8OS2的元素分析理论值(%):C 72.79,H 3.91; N 13.58,O 1.94;实验值:C 72.51,H 4.24,N 13.97,O 2.28;ESI-MS m/z 的元素分析理论值(%):847.98 ([M+Na]+,100);1H-NMR (CDCl3,400MHz):δ(ppm)=6.99(d,J=15.4 Hz,2H,phenylethyllene–H),7.18(d,J=16.7 Hz,2H,phenylethyllene–H),6.91–8.28(m,26H,aryl–H),8.34(s,1H,pyrazole–H)。
9e:棕色,产率78.1%;熔点>250℃;UV-vis (CHCl3) λmax:336 nm;IR (ν,KBr,cm–1):1636,1598,1489,1365,1280,1187,1120,1072,1018,941;C52H34N8O3S2的元素分析理论值(%):C 70.73,H 3.88,N 12.69,O 5.44;实验值:C 70.39,H 4.22,N 12.51,O 5.77;ESI-MS m/z 的元素分析理论值(%):906.0 ([M+Na]+,100);1H-NMR (CDCl3,400MHz):δ(ppm)=1.72(s,3H,-CH3),6.97(d,J=15.4 Hz,2H,phenylethyllene–H),7.17(d,J=16.7 Hz,2H,phenylethyllene–H),7.04–8.01(m,24H,aryl-H),8.31(s,1H,pyrazole-H)。
9f:草绿色,产率76.4%;熔点>250℃;UV-vis (CHCl3) λmax:325 nm;IR (ν,KBr,cm–1):1619,1596,1498,1436,1365,1196,1077,949,863;C50H30N10O5S2的元素分析理论值(%):C 65.64,H 3.30,N 15.31,O 8.74;实验值:C 65.29,H 3.64,N 15.72,O 8.31;ESI-MS m/z (%):937.9([M+Na]+,100);1H-NMR(CDCl3,400MHz):δ(ppm)=6.99(d,J=15.4 Hz,2H,phenylethyllene–H),7.18(d,J=16.7 Hz,2H,phenylethyllenev–H),7.04–8.19(m,24H,aryl–H),8.27(s,1H,pyrazole–H)。
2 结果与讨论
2.1 目标产物红外图谱分析
化合物1在1618cm-1处出现了1,3,4-口恶二唑环的C=N的伸缩振动峰,在1072,822 cm-1处出现了1,3,4-口恶二唑环的C-O-C的振动吸收峰,由此证明得到了口恶二唑环。化合物2在595cm-1处出现了C-Br强的振动吸收峰。在化合物8中,1617 cm-1左右为吡唑环上的C=C的吸收峰,1540cm-1左右出现吡唑环中 CH=N的吸收峰,1600～1450cm-1为芳环及吡唑环的骨架振动吸收峰。噻唑基团在1500～1300cm-1 范围内具有环的振动带,N-C的伸缩振动在1280～1180cm-1范围内,Ar-S在1090cm-1附近具有特征吸收谱带,1680左右出现醛基的峰,目标产物9a—9e分子结构中都有两个二苯乙烯结构单元,在955cm-1附近都出现一个中等强度的尖峰,可认定为反式二苯乙烯基的C-H面外振动特征峰,说明通过Wittig反应合成的6个目标产物中的二苯乙烯基具有反式结构。
2.2 核磁数据分析
在核磁共振谱中,1.8ppm(10-6,下同)左右处出现宽而大的单峰,这是与苯直接相连的甲基上氢原子的信号。吡唑五位上的氢信号出现在8.1～8.3 ppm,而且是单峰。这一点成功的证明吡唑的合成成功。在6.9 ppm、7.2ppm附近出现乙烯基 C=C上的质子2组偶合双峰且偶合常数均在14.8～16.7ppm之间,说明二苯乙烯基C=C上的2个质子化学环境有微小差异以及目标化合物分子结构中的C=C双键为反式结构,在6.8～8.5ppm出现苯环氢的多重吸收峰。
2.3 目标化合物的光学性能
在荧光谱中,各个化合物的最大激发波长大约在350nm左右,最大发射波长在430～452 nm之间,这是一类蓝紫色荧光化合物。相对9a—9c而言,9d—9f的发射波长发生蓝移,可能是吡唑一位上的苯并噻唑基的位阻所致。相对9a和9c而言,9d和9e中的苯并噻唑基与乙烯基之间的位阻较大,分子的刚性结构较好,分子内的振动和转动耗散引起的内转换几率减少,所以它们的荧光性能较好,量子产率较高。化合物9d和9e的荧光曲线出现了明显的双峰,可能是在激发态时,苯并噻唑基团绕σ(C–N)键旋转90°,分子内电荷发生转移(TICT)所致。在同一个分子内部,甲氧基是一个好的助色基团而硝基是强吸电子基,所以9c和9e的荧光强度较好,9b和9e发生荧光粹灭。
3 最终产物荧光量子产率的测定
在荧光光谱中,荧光的量子产率(YF)或发光效率可以定义为发光辐射的强度(IF)与吸收辐射的强度(I0-IT,即入射光的强度与透射光的强度差)之比(公式1)。
YF= IF/ (I0-IT) (1)
荧光量子产率可以采用参比法测定,通过测定稀溶液中待测荧光物质和已知量子产率的参比荧光物质的积分荧光强度(即荧光光谱的面积),并测定该激发波长的入射光的吸光度,由实验结果可计算出待测荧光物质的量子产率(公式2)。
undefined
式中,Y待测和Y参比分别表示待测物质和参比物质的荧光量子产率,F待测和F参比分别表示待测物质和参比物质的积分荧光强度,A待测A参比分别表示待测物质和参比物质对该激发波长的入射光的吸光度。
我们用硫酸奎宁作为参比物质,在0.05mol·L-1的硫酸溶液中的荧光量子产率为0.55,各化合物荧光量子产率见表1。
由图2和表1可知,各个化合物的最大激发波长大约在350nm左右,最大发射波长在430～452nm之间,根据最长发射波长在415～430nm之间,荧光呈紫色光,在431～450nm间呈蓝光,可见这是一类蓝紫色荧光化合物。从荧光性能与结构方面来比较,相对9a-9c而言,9d-9f的发射波长发生蓝移,这可能是由于吡唑一位上具有苯并噻唑基,由于其与吡唑环形成位阻要比苯基大,而且在一定程度上也影响吡唑环与口恶二唑环的共面性,从而使整个分子的共面性不太好导致的。与9a和9c相比较,在9d和9e的分子中,由于吡唑一位上的苯并噻唑基与其4位上的乙烯基之间形成的位阻很大,分子的刚性结构很好,从而使分子内的振动和转动耗散所引起的内转换几率减少,而且苯并噻唑基团本身就具有较好的荧光性能,所以化合物9d和9e的荧光性能很好,量子产率较高。硝基对化合物的荧光性能具有淬灭的作用,所以9b与9f的荧光量子产率非常的低。
4 结论
在口恶二唑的合成中,当三氯氧磷与甲烷磺酸的质量比为5∶1时,混合脱水剂的效果最好,可以一步且高效的合成出对称的2,5-二取代口恶二唑。通过苯肼或者苯并噻唑肼与4-取代苯乙酮合成出腙,然后通过Vilsmeier-Haak试剂成功的将腙合成4-甲酰基吡唑,当三氯氧磷与腙的摩尔比为2.5∶1时,效果最好。然后用Wittig反应将口恶二唑和4-甲酰基吡唑通过乙烯键联接起来得到了一类新的电子传输型的化合物, 通过红外光谱、质谱、核磁共振谱和元素分析对合成化合物结构表征,确证了其结构。目标产物荧光量子产率较好, 最高达到0.68,说明在有机发光材料领域有较好的应用前景。
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噻二唑衍生物 篇2
关键词：1, 3, 4-噁二唑,2H-苯并吡喃-2-酮,哒嗪酮,合成
许多文献报道哒嗪类化合物具有良好生物活性的化合物[1,2,3,4,5,6], 自4-羟基哒嗪酮作为植物生长调节剂上市以来, 以其母体结构修饰在药物研发中迅速成为研究的热点之一。目前已经商品化的哒嗪类农药品种有杀菌剂哒菌清、杀虫 (杀螨) 剂哒嗪酮、除草剂杀草敏、植物生长调节苯哒嗪钾等。而1, 3, 4-噁二唑是具有杀虫、除草、杀菌、调节植物生长及抗病毒等活性的用量低、对环境友好的活性结构[7,8,9,10,11], 目前商品化杀菌剂中有很多含1, 3, 4-噁二唑结构, 如噁虫酮、噁草酮等。而许多文献亦报道含苯并吡喃酮结构衍生物具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗凝血及抗癌等广泛的生物活性[12,13,14,15,16]。为了寻找高效、低毒性及环境友好的先导化合物, 根据对文献的综合分析, 结合前期工作[17,18], 本文采用活性基团拼接法, 将哒嗪基团、1, 3, 4-噁二唑基团和苯并吡喃酮引入到同一分子中, 设计合成了未见文献报道的4-{2-[ (2H-苯并吡喃) -2-酮]-1, 3, 4-噁二唑-5-硫醚}-2-苄基-5-{2-[ (2H-苯并吡喃) -2-酮]-1, 3, 4-噁二唑-5-硫醚}哒嗪-3 (2H) -酮化合物, 并通过1H NMR, IR以及元素分析对目标化合物的结构进行了确证。合成路线如图1。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
X-5型熔点测定仪 (温度计未校正) ;IR Prestige-21型红外光谱仪 (KBr压片) , 日本岛津公司;JEOL-ECX 400 NMR核磁共振仪 (TMS作内标) , 日本电子;Elementar Vario-III型元素分析仪, 德国产。
所用试剂均为分析纯。
1.2 合成
1.2.1 中间产物的合成
2- (2H-苯并吡喃-2-酮-3-基) -5-巯基-1, 3, 4-噁二唑 (4) 的制备采用文献[12]的方法合成, 收率68%, m.p.147~149℃.1H NMR (400 MHz, DCCl3) δ:11.14 (s, 1H, SH) , 9.01 (s, 1H, pyran-H) , 6.97~7.70 (m, 4H, Ph-H) ;Anal.calcd for C11H6N2O3S:C 53.65, H 2.46, N 11.38;found C 53.86, H 2.77, N 11.68。
1.2.2 目标化合物的合成
将1.23 g (5 mmol) 中间体4、40 m L DMF及0.7 g (5 mmol) K2CO3置于100 m L反应瓶中, 于125℃反应5 min, 然后慢慢滴入0.51 g (2 mmol) 中间体5的DMF溶液2 m L。继续反应, TLC检测原料点消失。反应液倾入20 m L冰水中, 过滤, 得到的固体粗产物经硅胶柱层析[洗脱剂:V (石油醚) ∶V (乙酸乙酯) =3∶1]分离, 得到4-{2-[ (2H-苯并吡喃) -2-酮]-1, 3, 4-噁二唑-5-硫醚}-2-苄基-5-{2-[ (2H-苯并吡喃) -2-酮]-1, 3, 4-噁二唑-5-硫醚}哒嗪-3 (2H) -酮6白色晶体, 收率68.6%, m.p.197~199℃;1H NMR (400 MHz, DCCl3) δ:11.14 (s, 1H, N=CH) , 9.01 (s, 1H, pyran-H) , 8.95 (s, 1H, pyran-H) , 8.94 (d, J=7.5 Hz, 1H, Ph-H) , 7.69 (d, J=3.6 Hz, 1H, Ph-H) , 7.25~7.59 (m, 7H, PhH) , 7.08 (t, J=7.5 Hz, 1H, Ph-H) , 6.96~6.98 (m, 3H, Ph-H) , 5.24 (s, 2H, CH2) ;IR (KBr, cm-1) νmax:2927, 1 618, 1 597, 1 485, 1 450, 765, 668;Anal.calcd for C33H18N6O7S2:C 58.75, H 2.69, N 12.46;found C 58.60, H 2.52, N 12.58。
2 结果与讨论
2.1 合成
中间体3的合成中, CS2要慢慢的逐滴滴入反应体系, 防止反应剧烈, 将中间体2包夹导致反应不完全。目标化合物的合成中, 逐滴滴入中间体5的DMF溶液, 当改变滴加顺序时, 从TLC看主要生成单取代的副产物7。当投料比[n (4) ∶n (5) ]小于2.5时, 从TLC看有两种产物生成, 柱层析分离得目标化合物6和单取代的副产物7。副产物7的可能形成过程如图2。
2.2 化合物红外和核磁共振氢谱解析
化合物6红外谱图中, C=O的伸缩振动吸收峰在νmax1 618 cm-1;在2 927 cm-1为Ar-H的伸缩振动吸收峰;苯环C=C骨架伸缩振动吸收在νmax1 597, 1 485, 1 450 cm-1;在668 cm-1有C-S-C伸缩振动强吸收峰。
中间体4的1H NMR中, SH质子峰化学位移值在δ14.03 ppm出现, 吡喃环中的C=CH质子峰化学位移值在9.01 ppm出现, 苯环上质子峰化学位移值在δ6.97~7.70 ppm出现;化合物6的1H NMR中, 哒嗪环中N=CH质子与2个杂环连接, 屏蔽效应较大, 化学位移往低场方向移动, 化学位移值在δ11.14出现;吡喃环中的2个C=CH质子峰化学位移值分别在为8.95和9.01 ppm出现。苯环上质子峰化学位移值在δ6.96~8.94ppm出现。CH2质子由于受哒嗪环的吸电子作用, 化学位移往低场方向移动, 化学位移值为5.24 ppm。
参考文献
噻二唑型缓蚀剂缓蚀性能的研究 篇3
喷气燃料中的活性硫引起的航空发动机镀银部件腐蚀,汽油中的活性硫引起的车用发动机铜部件腐蚀都可能会导致安全事故的发生,因此在燃油中添加缓蚀剂已成为防腐蚀技术中应用最有效的手段之一[1,2,3,4]。有机缓蚀剂由于用量少、不改变金属本性、缓蚀性能高等特点得到广泛应用。有机缓蚀剂分子中电负性较大的S、N、O、P等原子、不饱和键以及共轭体系可以与金属原子的空轨道结合,从而稳定吸附在金属表面,能够有效抑制腐蚀现象的发生[5,6]。噻二唑化合物中含有S和N等原子,易与银、铜等过渡金属形成配位键,牢固吸附在金属表面上,从而起到减缓腐蚀、保护金属的作用[7]。本工作利用极化曲线、表面分析技术、量化计算和分子动力学模拟研究了不同浓度条件下2,5-二巯基-1,3,4噻二唑(DMTD)在硫-乙醇溶液中对金属银、铜的缓蚀性能和作用机理。
1 实验
1.1 仪器和试剂
自动磨抛机(BUEHLER,Automet 250),超声波清洗机(山东省济宁市奥波超声电气有限公司),金相显微镜(上海万衡精密光学仪器厂),非接触式三维表面轮廓仪(美国nano公司),电化学工作站(PGSTAT302N,瑞士万通中国有限公司)。
银片(纯度不低于99.9%),铜片(纯度不低于99.9%),2,5-二巯基-1,3,4噻二唑(天津市光复精细化工研究所),无水乙醇(天津永晟精细化工有限公司),沉降硫(上海化学试剂)。
1.2 金属片预处理
将大小均一的银片和铜片用碳化硅砂纸逐级打磨,除去表面氧化物,用磨抛机抛光,经去离子水、乙醇清洗,超声清洗5min后,冷风干燥,待用。
1.3 电化学测试
电化学测试采用三电极体系,工作电极分别为用环氧树脂封装的银、铜电极,有效工作面积为0.1cm2,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极。实验前用碳化硅砂纸打磨工作电极至镜面光亮并用无水乙醇清洗。电化学测试均在室温条件下,50mg/L的硫-乙醇溶液中进行。极化曲线扫描速率为0.01mV/s,扫描范围-0.7~0.4V。
1.4 量化计算
采用Material Studio 6.0软件构建DMTD分子结构,分子优化采用Dmol3模块,运用GGA/PBE方法,在DND基组水平上对分子进行优化。频率分析确保所建结构对应于势能面上的极小点,在同一基组水平上计算分子的前线轨道能量、Mulliken电荷分布、Fukui指数等参量。
1.5 分子动力学模拟
利用Material Studio 6.0软件的Discover模块进行分子动力学模拟。选取Cu(111)和Ag(111)晶面为吸附表面,首先构建厚度为5层的表面体系,铜、银原子分别共计500个,再利用Build vacuum slab crystal命令构建厚度为20 的真空层。计算过程中“冻结”金属表面体系所有原子,缓蚀剂分子处于弛豫状态。选用Compass力场对整个体系进行优化,选取正则系综(NVT),模拟温度298K,周期性边界条件模拟金属与缓蚀剂分子的相互作用。
2 结果与讨论
2.1 极化曲线
图1 为银电极和铜电极在添加了不同含量缓蚀剂DMTD的50mg/L硫-乙醇溶液中的极化曲线。由Tafel曲线外推法求得的相应的电化学参数列于表1中。缓蚀效率的计算公式[8]为:
式中:i0corr和icorr分别为工作电极在空白和含不同浓度缓蚀剂溶液中的腐蚀电流密度。
从图1中可以看出,DMTD的加入对银和铜电极的阴、阳极电化学过程均有抑制作用,相比较而言,缓蚀剂对银、铜电极的阴极过程抑制作用更大一些。从表1 中可以看出,阴、阳极极化曲线的Tafel斜率较空白时小,且阴极的斜率数值降低最明显,说明缓蚀剂的加入可以抑制阴极发生的还原反应。随着缓蚀剂浓度的增加,缓蚀效率增大,当缓蚀剂浓度达到50 mg/L时,银、铜电极的缓蚀效率最高均达到92.3%。继续增加缓蚀剂的浓度,可以看出缓蚀效率降低,可能是由于分子之间的作用力增大,使得金属表面吸附的缓蚀剂分子减少,导致缓蚀效率降低。
2.2 金相显微镜
图2为银和铜片在未加缓蚀剂和加入DMTD溶液中腐蚀后的金相显微图。图2(a)、(c)分别为银片和铜片在未加缓蚀剂的50mg/L硫-乙醇溶液中腐蚀后的表面形貌,可以看出银片和铜片经打磨后出现划痕,金属片表面出现了黑色的腐蚀坑,腐蚀现象较为严重。图2(b)、(d)为银片和铜片在浓度为50mg/L的DMTD溶液中腐蚀后的表面形貌,与图2(a)、(c)相比,金属表面比较光滑,黑色的腐蚀坑消失,腐蚀现象得到明显抑制,说明DMTD对银片和铜片均起到了很好的缓蚀作用。
图1银电极(a)和铜电极(b)在不同浓度缓蚀剂DMTD中的极化曲线Fig.1 Polarization curves for silver(a)and copper(b)electrodes with different concentrations of DMTD
2.3 三维表面轮廓仪
图3分别为银片和铜片在未加缓蚀剂和添加50mg/L缓蚀剂溶液中腐蚀后的三维表面轮廓,其中图3(a)、(b)分别为银和铜片在未加缓蚀剂溶液中腐蚀后的表面轮廓,图3(c)、(d)为缓蚀剂DMTD浓度为50mg/L时腐蚀后表面轮廓。测样面积为1mm2,根据所得三维表面轮廓计算出金属片的面粗糙度Sa。测得银片在未加缓蚀剂和加入缓蚀剂后的面粗糙度分别为237.2nm和112.3nm,铜片在未加缓蚀剂和加入缓蚀剂后面粗糙度分别为206.5nm和153.5nm。面粗糙度Sa的降低,图3中金属片表面粗糙度的变化,都说明缓蚀剂DMTD的加入明显抑制了金属银和铜的腐蚀。
2.4 量化计算
为了研究缓蚀效率与分子结构之间的关系,采用密度泛函理论(DFT)对缓蚀剂分子进行了量化计算。前线轨道理论认为[9,10],分子轨道中能量最高的占据轨道和能量最低的空轨道在反应中是至关重要的。分子的最高占有轨道能量EHOMO是分子给出电子能力的量度,最低空轨道能量ELUMO是分子接受电子能力的量度,最低空轨道与最高占有轨道的能量差 ΔE(ELUMO-EHOMO)是分子稳定性的重要指标,其差值越大,稳定性越强;反之,分子越不稳定,越易参与化学反应。
图4给出了DMTD分子优化后的几何构型、最高占有轨道和最低空轨道的分布图。从图4中可以看出,缓蚀剂分子的HOMO主要离域在五元环的C、N原子以及相连巯基的S原子上,而LUMO几乎离域在整个分子的各个原子上。这种分布说明,缓蚀剂分子既可以通过HOMO与金属空轨道作用,也可以通过LUMO接受电子成键,从而稳定吸附在金属表面。 缓蚀剂分子的最高占有轨道能量EHOMO=-5.551eV,最低空轨道能量ELUMO= -2.094eV,ΔE=3.457eV。
图4 DMTD优化后的分子结构(a)与前线分子轨道分布图(HOMO(b),LUMO(c))Fig.4 Optimized molecular structure(a)and the frontier molecular orbital density distribution of DMTD(HOMO(b),LUMO(c))
为了进一步确定分子可能的吸附位点,对缓蚀剂分子进行了Milliken电荷分布和Fukui指数的计算,结果列于表2。从表2中可以看出,DMTD分子五元环上的N2、N3、S5、S6、S7具有较大的亲电指数值F-,说明上述这些原子可能是亲电反应的活性位点;而S5、S6、S7同时具有较大的亲核指数值F+,说明这些原子也可能是亲核反应位点。S5、S6、S7这些原子同时具有较大的F-和F+数值,说明它们可以向金属提供电子形成配位键,同时也可以接受电子形成反馈键。
2.5 分子动力学模拟
采用分子动力学模拟研究缓蚀剂DMTD分子在金属银、铜表面的吸附过程。图5给出了缓蚀剂分子在金属表面平衡时的吸附构型。从图5中可以看出,平衡时缓蚀剂分子DMTD几乎平行吸附在金属表面上,这种吸附构型表明缓蚀剂分子能够在金属银、铜表面形成高覆盖度致密的分子膜,可以有效隔绝腐蚀介质与金属表面接触,从而起到很好的缓蚀作用。
缓蚀剂分子与金属表面的结合强度是衡量其缓蚀性能的一个重要指标。吸附能越大,缓蚀剂分子在金属表面的吸附越稳定,缓蚀性能越好[11]。DMTD分子在Ag(111)和Cu(111)面上的吸附能(Eads)计算公式为:
式中:Einh为缓蚀剂分子的能量,Emetal为金属体系的能量,Etotal为包含缓蚀剂分子和金属原子体系的总能量。
DMTD分子在Ag(111)的吸附能为-34.147kcal/mol,在Cu(111)表面的吸附能为-33.446kcal/mol,二者吸附能相差不大,与电化学测试中在相同浓度缓蚀剂作用下缓蚀效率相差不大结果相一致。
3 结论
(1)当缓蚀剂DMTD浓度达到50mg/L时,银片和铜片在50 mg/L的硫-乙醇溶液中的缓蚀效率均可以达到92.3%。随着缓蚀剂浓度的增大,由于分子间作用力的增强,缓蚀效率略有下降。
(2)通过表面分析得到,在相同浓度的腐蚀液中,添加缓蚀剂的金属片与未加缓蚀剂的金属片相比,表面粗糙度明显降低,腐蚀情况得到明显改善。
(3)量化计算结果表明,DMTD分子中的S、N等杂原子具有较大亲电指数,易与金属空轨道作用形成配位键,同时某些S原子具有亲核指数,也可以与金属形成反馈键,从而可以稳定吸附在金属表面。 通过分子动力学模拟得出,DMTD分子可以平行吸附在金属表面,这样的吸附方式更有利于缓蚀剂分子在金属表面形成致密的分子膜,从而有效抑制腐蚀介质。
摘要：利用电化学测试和表面分析技术,研究了2,5-二巯基-1,3,4噻二唑(DMTD)在硫-乙醇溶液中对金属银、铜的缓蚀性能,结合量子化学计算和分子动力学模拟对DMTD在金属表面的吸附行为和缓蚀作用机理进行了分析讨论。结果表明,DMTD在50mg/L的硫-乙醇溶液中,对金属银、铜均起到较好的缓蚀作用。极化曲线结果表明,当缓蚀剂DMTD浓度达到50mg/L时,缓蚀效率可以达到92.3%。表面分析技术表明,缓蚀剂的加入在金属表面形成吸附膜,明显抑制了腐蚀速率。量化计算和分子动力学模拟得到了缓蚀剂分子的活性位点和缓蚀剂在金属表面的吸附形态。
关键词：噻二唑,极化曲线,分子动力学模拟
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噻二唑衍生物 篇4
20世纪末以来,化学工作者发现1,3,4-噻二唑在许多领域都有重要应用。在工业方面,1,3,4-噻二唑类化合物主要被用作润滑油脂抗磨极压剂[1,2],也用作钼、石墨等矿石的浮选剂[3]。在农业方面,1,3,4-噻二唑类化合物主要用作除莠剂、灭草剂、杀菌、抑菌剂[4,5]、植物生长调节剂等,用来防治水稻百叶枯病、柑橘溃疡病、蕃茄青枯病等[6]。在医药方面,1,3,4-噻二唑是一类具有较高生物活性的杂环化合物,常作为药物中间体主要用来合成具有抗菌、抗焦虑、抗癌活性的药物[7,8]。因而近年来1,3,4-噻二唑类化合物已成为研究的重点课题。
笔者根据Matysiak[9]报道得知,噻二唑环上的N-3、N-4和C-5位原子上的部分电荷、化合物的空间效应和脂水分配系数影响着抗癌药物的活性。基于此,笔者以5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑为母体,改变2,5位取代基的种类,合成可能具有药物活性的新化合物5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(N-甲基哌嗪磺酰胺)和5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(磺酰苯胺),对合成方法进行探索,并对产物结构进行表征。
2 实验
2.1 反应原理如下:
2.2 仪器和试剂
仪器:北京泰克X-4数字显示显微熔点测定仪(温度计未经校正);瑞士Bruker vanceⅡ400M型NMR仪(TMS为内标,DMSO-d6为溶剂)Nicolet 20DXB FT-IR色谱仪(KBr;压片);美国HP-6800气相色谱仪;美国HP1100液相色谱仪;美国HP1100 LC/MSD液相色谱/质谱联用分析仪。
试剂:5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑为市售品,其余试剂均为分析纯。
2.3 实验操作
2.3.1 5-乙酰胺基-2-巯基-1,3,4-噻二唑(化合物A)的合成
将5.45g(0.04mol)噻二唑和4.7ml(0.05mol)乙酸酐和冰醋酸12ml加入到三口烧瓶中,70℃水浴中加热搅拌20min,薄层色谱点板确定反应终点。冷却,将沉淀物过滤,得到黄色固体,水洗至p H=5左右,収率为88%左右。熔点:286~289℃(文献[10]值:288~290℃)。IR(v/cm-1,KBr):3421,3149,2909,2776,1695,1552。
2.3.2 5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(磺酰氯)(化合物B)的合成
将1.75g(0.01mol)化合物A加入到10ml的33%的醋酸溶液中,冰水浴控制反应液温度在0-4℃之间。打开磁搅拌,缓慢的通入氯气,溶液颜色慢慢变为浅黄色。待反应液为黄绿色,反应瓶内固体为白色,且尾气吸收处的气体均匀导出时,停止反应。抽滤,得白色固体,用水淋洗,干燥,收率为85%左右。用1,2-二氯乙烷重结晶,熔点:186~187.5℃(文献[10]值:192~194℃)。IR(v/cm-1,KBr):3431,3134,2914,2760,1695,1536,1383,1229,1188。
2.3.3 5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(N-甲基哌嗪磺酰胺)的合成
将0.41g(1.7mmol)化合物B和6ml无水乙醇加入到三口烧瓶中,搅拌形成悬浊液。加入0.33 g(3.4mmol)N-甲基哌嗪,白色固体迅速溶解,形成浅黄色溶液,又迅速出现白色固体,薄层色谱点板,待反应完全后抽滤,得到白色固体,收率为94%左右,丙酮重结晶得到白色针状晶体,纯度为97.8%。熔点:266~268℃。IR(v/cm-1,KBr):3446,3129,2914,2776,1680,1547,1490,1419,1357,1311,1229,1168。H-NMR(CDCl3,400Hz)δ:2.33(s,2H,CH2),2.50(s,3H,CH3),2.55(s,2H,CH2),3.42(s,3H,CH3CO),12.67(s,1H,NH)。
2.3.4 5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(磺酰苯胺)的合成
将0.41g(1.7mmol)化合物B和6ml无水乙醇加入到三口烧瓶中,搅拌形成悬浊液。加入0.3g(3.4mmol)苯胺,薄层色谱点板,待反应物反应完全后抽滤,得到白色固体,收率为88%左右,丙酮重结晶得到白色晶体,纯度为97.3%。熔点:289~290℃。IR(v/cm-1,KBr):3436,3139,2909,2796,1700,1547,1434,1372,1301,1239,1173。1H-NMR(CD3COCD3,400 MHz)δ:2.32(s,3H,CH3),7.18~7.34(m,5H,ph)。
3 结果与讨论
3.1 5-乙酰胺基-2-巯基-1,3,4-噻二唑(化合物A)的合成
3.1.1 物料比对产率的影响
反应温度保持70℃不变,冰醋酸12ml加热搅拌反应,薄层色谱点板跟踪反应进程,考察噻二唑与乙酸酐的物料比对化合物A的产率影响。
由表1可知,随着乙酸酐用量的增加,产品收率随之增大。当物料比超过1:1.25时,化合物A的收率基本保持不变。所以噻二唑与乙酸酐的物料比为1:1.25是实验较好的反应条件。
3.1.2 反应温度对产率的影响
物料比n(噻二唑):n(乙酸酐)=1:1.25不变,冰醋酸12ml加热搅拌反应,改变反应温度,薄层色谱点板跟踪反应进程,考察反应温度对化合物A收率的影响。
由表2可知,反应温度对实验收率有明显影响,对产品颜色也有影响。在不同的温度下反应,70℃条件下产品收率最高,薄层色谱点板发现,此温度下反应时间短,但是,当反应温度高于70℃时,产品的收率略有下降,故选择70℃为实验较佳反应温度。
3.1.3 溶剂量对产率的影响
在物料比为n(噻二唑):n(乙酸酐)=1:1.25,反应温度保持70℃不变,反应时间为20min条件下,改变冰醋酸溶剂的用量,考察溶剂用量对产品收率的影响。
由表3可以得出,随着反应体系中冰醋酸溶剂用量的增加,产品在溶剂中的溶解量增多,所以产品的收率下降。溶剂的用量过少,反应体系过于粘稠,不利于搅拌反应。故选择溶剂冰醋酸的用量为12ml是较佳的实验条件。
3.2 目标产物的制备
3.2.1 不同溶剂对生成5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(N-甲基哌嗪磺酰胺)的产率影响
物料比n(化合物B):n(N-甲基哌嗪)=1:2不变,在室温条件下反应,薄层色谱点板跟踪反应进程,考察不同溶剂对目标产物的影响。
由表4可知,用乙醇和丙酮作溶剂效果相差不大,但是考虑到溶剂的毒性,故选乙醇作溶剂较适合。
3.2.2 物料比对生成5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(N-甲基哌嗪磺酰胺)的产率影响
溶剂为乙醇,改变反应物的物料比,薄层色谱点板跟踪反应进程,室温条件下考察物料比对目标产物的影响。
由表5可知,随着N-甲基哌嗪用量的增加,产品的收率明显提高。当磺酰氯与N-甲基哌嗪的物料比为1:2时,产品收率达到最大。继续增加N-甲基哌嗪的用量,发现产品收率保持不变。故原料比n(磺酰氯):n(N-甲基哌嗪)=1:2为较好反应条件。
4 结论
1)得出原料酰基化的最佳条件为:物料比n(噻二唑):n(乙酸酐)=1:1.25,反应温度为70℃,冰醋酸12ml条件下,薄层色谱点板跟踪反应进程,目标产物収率为88%以上。
2)以5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑为原料,经过胺基酰基化、巯基氧化、亲核取代反应合成两个未见报道的新的目标化合物,得出生成目标化合物的最佳条件为:乙醇作溶剂,物料比1:2,薄层色谱点板跟踪反应进程,室温条件下目标产物收率在88%以上,产品纯度均在97%以上。
摘要：以5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑为原料,经过胺基酰基化、氯气氧化制得5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-磺酰氯,化合物与N-甲基哌嗪、苯胺反应,合成两个未见报道的目标产物:5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(N-甲基哌嗪磺酰胺)和5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(磺酰苯胺)。利用IR、H-NMR、LC-MS对目标产物进行表征。
关键词：5-氨基-2-巯基-1,3,4-噻二唑,5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-磺酰氯,N-甲基哌嗪,5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(N-甲基哌嗪磺酰胺),5-乙酰胺基-1,3,4-噻二唑-2-(磺酰苯胺)
参考文献
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噻二唑衍生物 篇5
关键词：咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑,ALK5,CoMFA,CoMSIA
转化生长因子 β ( transforming growth factor-beta TGF-β) 是一类广泛存在于细胞中的多功能细胞因子,在细胞增殖,免疫应答,生长,分化等生理活动中发挥着重要作用［1－2］。TGF-β的信号传导异常与多种疾病,如癌症、糖尿病、肾病、充血性心脏坏死、动脉硬化症等相关。因此TGF-β 的信号阻断剂有望在这些疾病的预防和治疗中发挥作用［3－5］。ALK5 是TGF-β信号传导的关键性节点,抑制ALK5 与底物Smad蛋白的结合就可以阻断TGF-β 信号向细胞核的传导,从而达到治疗的目的。因此,寻找高效的ALK5 抑制剂是国内外各大制药公司的研究热点之一［6］。咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑是ALK5 的强烈竞争性抑制剂,Harun M. Patel等合成了一系列咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑化合物,这些化合物都有好的抑制ALK5 活性［7］。本文分别应用比较分子场分析( Co MFA)［8］和比较分子相似性分析( Co MSIA)［9］方法对这批咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑化合物对ALK5 的抑制活性进行了三维定量构效关系( 3D - QSAR) 研究。所建立的模型不仅为咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑化合物药物在结构改造方面提供一些有利信息,也可以用来预测新合成的咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑化合物的抗ALK5 活性。
1 计算方法
1. 1 数据集
31 个ALK5 抑制剂的结构和活性都来源于Harun M. Pate等［7］的研究工作。根据随机和均匀分布的原则,将化合物分为两组: 选取23 个化合物作为训练集,用以构建模型; 选取8 个化合物( 以* 号标出) 作为测试集,用以检测模型的可靠性和预测能力。化合物对ALK5 的半抑制浓度IC50值均被转换为p IC50( 化合物9e、9f活性低,在本工作中IC50值设定为10) 。这些化合物的结构和活性值见表1。
1. 2 分子结构构建与叠合
所有的分子模拟过程均使用Tripos公司Sybyl［10］软件包完成。分子结构的优化采用Powell法在Tripos力场中进行,并在计算中加上Gasteiger - Hückel［11］电荷,能量收敛标准设为0. 005 kcal / mol,其余参数均为程序缺省值。优化得到的结构置于数据库进行分子叠合。
分子叠合的好坏直接影响着最终Co MFA和Co MSIA模型的合理性及预测能力的强弱。它的依据是所分析的配体分子以相同或相似作用方式与受体结合部位相互作用,因此必须保证药效团在空间的分布具有相同性。本文选取活性最高的分子6d为模板,以这批抑制剂的刚性主体部分为公共骨架,进行分子叠合。采用此方法叠合可保证每个分子力场的取向具有一致性,叠合构象见图1。
1. 3 3D-QSAR分析
正如前文提到的两模型均采用Tripos标准力场,以sp3杂化碳原子为探针,范德华半径设为1. 52 ,步长设为0. 2 nm。Co MFA模型研究立体场和静电场的贡献,二者的能量阀值和柱滤值分别均设为30 kcal/mol、2. 0 k J/mol。Co MSIA模型除了研究立体场和静电场的贡献外,还引入了疏水场、氢键给体场和氢键受体场的贡献,相关能量阀值和柱滤值的设定和Co MFA相同［12］。进行偏最小二乘法( Partial Least Squares,PLS［13－15］)分析时,首先采用留一法( Leave One Out,LOO［16－17］) 进行交叉验证得到最佳主成分数,然后应用非交叉验证方法验证模型［18］。
注:ap IC50实验值;bCo MFA模型预测值;c相对误差(实验值-预测值);dCo MSIA模型预测值;*测试集。
2 结果与讨论
2. 1 3D-QSAR模型的可靠性
所建立Co MFA和Co MSIA模型,交互检验结果分别为q2=0. 803 和0. 765,最佳主分数均为6,使用偏最小二乘法得出的非交互验证相关系数( r2) 分别为0. 969 和0. 938,标准偏差( SEE) 分别为0. 197 和0. 277。为了检验模型的稳定性和预测能力,我们选用了8 个化合物来作测试集。各个化合物预测的结果都列于表1 中。从建立的模型预测的结果和统计学参数,我们可以看出,Co MSIA模型和Co MFA模型都有很好的预测能力。图2 显示了模型的预测值与实验值的相关图,A表示的是Co MFA模型,B表示的是Co MSIA模型。
2. 2 3D-QSAR模型的统计结果
在Co MFA模型中,立体场和静电场的贡献分别是36. 4%和63. 6% 。Co MSIA模型中,立体场、静电场、疏水场、氢键给体场和氢键受体场的贡献分别是0. 538% 、9. 72% 、20. 2% 、68. 7% 和0. 788% 。由以上的一些统计参数可知,我们建立的模型是可靠的。
2. 3 三维等值图分析
Co MSIA和Co MFA模型的三维等值图可以提供一些结构上的信息来解释各种官能团对化合物活性的影响。因此,通过等值图,我们可以有效地设计新的可能具有高活性的抑制剂。
在立体场的等值图中,绿色区域表示立体效应是有利的,黄色区域表示立体效应是不利的,即绿色区域表示大的基团可以增加化合物的活性,相反的黄色区域表示小的基团可以增加化合物的活性。类似的,在静电场的等值图中,蓝色区域表示正电性的基团可以增加化合物的活性,红色区域表示负电性的基团可以增加化合物的活性［10，18］。为了更好的观察,我们把化合物6d放入了等值图中,Co MFA的三维等值图见图3。
从图3 可见,在C-2、C-6 取代基附近的黄色区域表示在这些位置引入大的官能团会降低活性,在C-2 取代位置,环丙基被苯基取代后,活性降低( 化合物的活性: 5 系列的均高于9、12 系列的) 。在静电场的等值图中,C-2 取代位置蓝色的区域表示正电性的官能团是有利的,C-6 的苯环上蓝色色区域表面正电性的官能团是有利的,而苯环的对位取代上的红色区域表示负电性的官能团是有利的,这也说明了苯环的对位取代上的卤素对咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑类抑制剂抗ALK5 的活性是很重要的。
Co MSIA的立体场和静电场的等值图大体上和Co MFA的是一致的,见图4( A和B) 。在立体场的等值图中C-5 取代基周围出现绿色区域,说明此处引入大的取代基会增加活性。相比较于化合物5 系列,化合物6 系列的甲酰基被丹宁-3-乙酸取代后,其活性升高。图4C展示了疏水场的等值图。黄色的区域和白色的区域分别表示疏水的官能团和亲水的官能团可以增加活性［10，18］。从图4 中可知,C-2 取代基附近的白色区域表示亲水取代基是有利的。C-6 的苯环上白色区域表示亲水取代基是有利的,而苯环的对位取代上的黄色区域说明疏水官能团对活性是有利的。
图4D和4E分别显示了Co MSIA的氢键给体和氢键受体场。在给体场中,蓝绿色的区域表明此处氢键给体能够增加化合物的活性,反之,紫色的区域表明此处氢键给体会降低化合物的活性［10，18］。在C-6 的苯环周围的蓝绿色区域表示在这些地方适合加入氢键给体取代基。在氢键受体场中,紫红色的区域表示氢键受体可以增加活性,而红色的区域表明氢键受体会降低化合物的活性［10，18］。在图中,咪唑[2,1-b][1,3,4]噻二唑主体环周围大块的红色区域表明在这些地方引入氢键给体可以增加活性。
由Co MFA和Co MSIA的三维等值图,我们可以得到很多结构信息来研究化合物的活性和它们的结构之间的关系,综合考虑各种场的影响,用这些结果来指导化合物结构上的修饰,以期望得到新的高活性的抑制剂。
3 结论
单噁二唑席夫碱的合成与光谱研究 篇6
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
4-硝基苯甲酸、SOCl2、乙醇、水合肼、吡啶、无水氯化钙、Zn粉、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、4-甲氧基苯甲醛、4-羟基苯甲醛、甲醇,以上试剂均为分析纯或化学纯,苯甲酰氯自制。
JB-3A型定时恒温磁力搅拌器,101A-1型电热鼓风干燥箱,玻璃仪器气流烘干器,SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵,WRR型熔点仪,MAGNA-IR 550型傅里叶变换红外光谱仪,AVANCE 400Hz型核磁共振波谱仪,TU-1901双光束紫外可见分光光度计,RF-5301 PC型荧光分光光度计。
1.2 化合物的合成
1.2.1 2-苯基-5-(对硝基苯基)-1,3,4-口恶二唑合成
参考相关文献[5],按照类似方法合成,得黄白色固体,熔点205～207℃,产率72.68%。IR(KBr)ν/cm-1:3070(Ar-H),1667(C=N),1512,1481(Ph ring C=C),1128(=C-O-C=)。1H NMR(DMSO,400M Hz)δ:8.27-8.24(d,2H,Ar-H), 7.73～7.70(d,2H,Ar-H),7.49～7.25(m,5H, Ar-H)。
1.2.2 2-苯基-5-(对氨基苯基)-1,3,4-口恶二唑合成
在100 mL的烧瓶中,加入适量 DMF使0.500 g 2, 5-二(4-硝基苯基)-1, 3, 4-口恶二唑溶解,再将氯化钙溶液(2.7 g/16.7 mL水)16.7mL加入,搅拌下加入5.0g锌粉,在90℃温度下电磁搅拌、回流10 h,抽滤,滤液倒入水中,析出沉淀,抽滤,重结晶得0.33 g蛋黄色固体,产率74.35%。IR(KBr)ν/cm-1: 3325,3217 (-NH2),3077(Ar-H), 1622(C=N), 1587,1495(Ph ring C=C),1175(=C-O-C=);1H-NMR (DMSO,400M Hz)δ:7.45 - 7.20(m,5H,Ar-H), 7.09-7.07(d,2H,Ar-H), 6.52-6.54 (d, 2H, Ar-H), 4.2 (s,2H,NH2)。
1.2.3 含单口恶二唑环的新型席夫碱合成
参考相关文献[5],按照类似方法合成。
6a:熔点189～191℃,黄色固体,产率85.45%。IR(KBr)(v/cm-1): 3064(Ar-H),2938 (CH3—H),1604(C=N),1574,1486( Ph ring C=C) 1077(=C-O-C=)。1H-NMR (CDCl3,400M Hz)δ:8.42(s,H,CH=N-), 7.50-7.25(m,11H,Ar-H), 6.81～8.82 (d, 2H, Ar-H), 3.22 (s, 3H, - CH3)。
6b:熔点228～230℃,黄色固体,产率63.98%。IR(KBr)(v/cm-1): 3337(-OH), 3039 (Ar-H),1604 (C=N),1583,1490 (Ph ring C=C),1075 (=C-O-C=)。1H-NMR (CDCl3, 400MHz):8.35(s,H, CH=N-),7.60-7.15(m,11H,Ar-H), 6.68～6.70 (d, 2H, Ar-H), 5.45 (s,H,-OH)。
2 结果讨论
2.1 合成反应
2-苯基-5-(对硝基苯基)-1,3,4-口恶二唑(4)的红外光谱图,在3077cm-1出现苯环的特征吸收峰,在1622cm-1处出现口恶二唑环的C=N键吸收峰,在1175cm-1处出现口恶二唑环的的=C-O-C=键吸收峰。与中间体N-苯甲酰基-N,-(对硝基苯甲酰基)-肼的结构表征对照可发现:环化反应后的化合物4的红外光谱上, N-H键的吸收峰消失。说明化合物(4)的合成成功。2-苯基-5-(对氨基苯基)-1,3,4-口恶二唑(5)的红外光谱图,在3325、3217cm-1出现N-H键的吸收峰,说明硝基被还原为氨基。1H-NMR的测试结果与目标化合物的结构相符。由于受口恶二唑基的强吸电子作用的影响,与其相连的苯环上的H因去屏蔽效应,共振发生移向低场,δ明显增大,出现在7.50左右。
2.2 UV-Vis光谱与荧光光谱分析
图2列出了2个目标化合物在DMF溶液中的UV-Vis光谱和荧光光谱。UV-Vis光谱中,吸收光谱曲线基本相似,在340附近出现最大的吸收峰,没出现口恶二唑环和席夫碱单元的特征吸收峰,主要是发生了能带杂化,形成新的能带。端基为给电子基团使吸收光谱发生红移,6a端基给电子性大于6b端基的给电子性,相对6b(335 nm),6a红移了15nm。荧光光谱图中,发射光谱曲线也基本相似,在435nm左右出现最大发射峰,发射强的蓝色荧光,端基为强给电子基团,同样出现最大发光波长红移, 6a端基给电子性大于6b端基的给电子性,相对6b(427nm), 6a红移了21 nm。
3 结论
以对硝基苯甲酸为原料,通过6步反应合成2个新型含口恶二唑环双元席夫碱,用1H-NMR、FT-IR对它们进行表征,光谱特性表明,目标化合物在350nm左右出现最大吸收峰,在440nm附近出现最大发射峰,是一种蓝色发光材料。
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