王春山， 張 澤

(安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

1,3-苯二甲醛類化合物在合成大環(huán)類功能性大分子及構(gòu)建一些特殊幾何構(gòu)型分子方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1～3]。而這樣的結(jié)構(gòu)單元往往需要通過另外的官能團(tuán)被嫁接到特定的載體上，其中羥基就是一種理想的選擇。另一方面，具有液晶性質(zhì)的大環(huán)功能性大分子在電子物理學(xué)及材料學(xué)等許多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，如何有效構(gòu)建這一類性質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元是目前有機(jī)合成及材料學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4～6]。而長烷基鏈的引入往往能起到這方面的功能修飾作用[7～9]。

本文以對(duì)羥基苯甲醛(1)為原料，經(jīng)酚苯環(huán)的二溴代、酚羥基的烷基化、醛的還原、醇羥基的保護(hù)、二甲?；⑷ケＷo(hù)六步反應(yīng)合成了一種多功能基化合物2-十六烷氧基-5-羥甲基-1,3-苯二甲醛(7， Scheme 1)，總收率44%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR， IR和HR-MS確證。

本路線和方法高效可靠、收率較高，且操作相對(duì)便捷。7中兩個(gè)互為間位的醛基、醇羥基以及長烷氧基鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其在合成一些大環(huán)或具有液晶性質(zhì)的功能性分子方面具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

XT-4型雙目顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正)；Bruker AVANCE 300型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))； Brucker Vector-22型紅外光譜儀(KBr壓片)；Micromass GCT-MS型高分辨質(zhì)譜儀(+EI)。

Scheme1

叔丁基二甲基氯硅烷(TBSCl)，正丁基鋰和四丁基氟化銨(TBAF)， Acros公司；其余所用試劑均為分析純，其中DMF和CH2Cl2用前經(jīng)CaH2回流蒸餾純化；Et2O和THF經(jīng)金屬鈉回流蒸餾純化。

1.2 合成

(1) 3,5-二溴-4-羥基苯甲醛(2)的合成

在圓底燒瓶中加入1 22.0 g(180 mmol),醋酸鈉46.0 g(560 mmol)和醋酸600 mL，攪拌下于室溫緩慢滴加液溴19.5 mL(191 mmol)的醋酸(200 mL)溶液(40 min)；反應(yīng)4 h。傾入燒杯中，攪拌下加水1.5 L，過濾，濾餅用水洗滌，于60 ℃真空干燥得白色固體2 47.4 g，收率94%， m.p.180 ℃～182 ℃(180 ℃～182 ℃[10])；1H NMRδ: 9.80(s, 1H), 8.02(s, 2H), 6.44(s, 1H)。

(2) 3,5-二溴-4-十六烷氧基苯甲醛(3)的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入228.0 g(100 mmol)， K2CO334.5 g(250 mmol)， KI 330 mg(2 mmol)，n-C16H33Br(R-Br)34.0 g(110 mmol)及DMF 600 mL，攪拌下于140 ℃反應(yīng)24 h。減壓蒸除大部分溶劑后用混合溶劑[V(Et2O) ∶V(H2O)=1 ∶1](2×200 mL)萃取，合并有機(jī)層，用無水MgSO4干燥，減壓蒸除溶劑后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=8 ∶1]純化得白色固體3 42.3 g，收率84%， m.p.49 ℃～50 ℃；1H NMRδ: 9.80(s, 1H), 7.99(s, 2H), 4.09(t,J=6.6 Hz, 2H), 1.85～1.92(m, 2H), 1.49(m, 2H), 1.21～1.33(m, 24H), 0.87(t,J=6.7 Hz, 3H)； IRν: 2 920, 2 853, 1 684, 1 576 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C23H36O2Br2(M+) 502.108 2, found 502.107 7。

(3) 3,5-二溴-4-十六烷氧基苯甲醇(4)的合成

在反應(yīng)瓶中加入325.2 g(50 mmol)和混合溶劑[V(CH2Cl2) ∶V(MeOH)=1 ∶1]500 mL,攪拌下于室溫分批加入NaBH41.9 g(50 mmol)；于室溫反應(yīng)3 h。加入飽和NH4Cl溶液50 mL，攪拌15 min。減壓蒸除大部分溶劑后用乙醚(500 mL)溶解,用水洗滌兩次，分液，有機(jī)層用MgSO4干燥，減壓蒸除溶劑得白色固體4 24.3 g，收率96%， m.p.53 ℃～54 ℃；1H NMRδ： 7.49(s, 2H), 4.61(d,J=5.4 Hz, 2H), 3.99(t,J=6.6 Hz, 2H), 1.97(t,J=5.4 Hz, 1H), 1.85～1.91(m, 2H), 1.50(m, 2H), 1.21～1.33(m, 24H), 0.87(t,J=6.8 Hz, 3H)； IRν: 2 925, 2 854, 1 594, 1 490 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C23H38O2Br2(M+) 504.123 9, found 504.124 3。

(4) 3,5-二溴-4-十六烷氧基苯甲醇TBS保護(hù)產(chǎn)物(5)的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)，在反應(yīng)中依次加入44.0 g(8.0 mmol)，咪唑0.7 g(10.0 mmol)和DMF 10 mL，攪拌下于0 ℃緩慢滴加TBSCl 1.4 g(9.5 mmol)的CH2Cl2(25 mL)溶液，滴畢，于室溫反應(yīng)過夜。加入CH2Cl250 mL，依次用飽和NaHCO3和水洗滌，分液，有機(jī)層用無水MgSO4干燥，減壓蒸除溶劑得白色固體5 4.72 g，收率95%， m.p.47 ℃～50 ℃；1H NMRδ: 7.45(s, 2H), 4.91(d,J=5.4 Hz, 2H), 3.96(t,J=6.6 Hz, 2H), 1.78(m, 2H), 1.38(m, 2H), 1.25～1.35(m, 24H), 0.99(s, 9H), 0.90(t,J=6.8 Hz, 3H), 0.09(s, 6H)； IRν： 2 955, 2 924, 2 857, 1 598, 1 452 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C29H52O2Br2Si(M+) 618.210 3, found 618.210 9。

(5) 2-十六烷氧基-5-TBS保護(hù)羥甲基-1,3-苯二甲醛(6)的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)，在反應(yīng)瓶中加入54.4 g(7.1 mmol)和Et2O 50 mL，攪拌使其溶解；于-78 ℃緩慢注入n-BuLi/正己烷溶液9 mL(2.5 mol·L-1, 22.5 mmol)，滴畢，于-78 ℃反應(yīng)2 h;于0 ℃反應(yīng)30 min；于-78 ℃迅速注入DMF 2.0 mL，于室溫反應(yīng)過夜。加入乙醚80 mL，冰浴冷卻下用水淬滅反應(yīng)，用乙醚(500 mL)萃取，合并有機(jī)層，用無水MgSO4干燥，減壓蒸除溶劑后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=6 ∶1)純化得白色固體6 2.5 g，收率68%， m.p.83 ℃～85 ℃；1H NMRδ： 10.37(s, 2H), 7.92(s, 2H), 4.90(d,J=5.4 Hz, 2H), 3.93(t,J=6.6 Hz, 2H), 1.79(m, 2H), 1.37(m, 2H), 1.24～1.33(m, 24H), 0.98(s, 9H), 0.89(t,J=6.8 Hz, 3H), 0.09(s, 6H)； IRν： 2 825, 2 724, 1 694, 1 598, 1 410 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C31H54O4Si(M+) 518.379 1, found 518.379 3。

(6)7的合成

在反應(yīng)瓶中加入62.3 g(4.5 mmol)的THF(30 mL)溶液和TBAF 0.2 g，氮?dú)獗Ｗo(hù)下于室溫反應(yīng)4 h(TLC跟蹤)。濃縮反應(yīng)液，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=4 ∶1)純化得白色固體7 1.6 g，收率90%， m.p.103 ℃～105 ℃；1H NMRδ: 10.41(s, 2H), 8.12(s, 2H), 4.77(d,J=5.4 Hz, 2H), 4.11(t,J=6.6 Hz, 2H), 1.86～1.91(m, 2H), 1.56(brs, 1H), 1.49(m, 2H), 1.22～1.32(m, 24H), 0.87(t,J=6.8 Hz, 3H)； IRν： 3 358, 2 975, 2 894, 1 692, 1 602, 1 494 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C25H40O4(M+) 404.292 7, found 404.292 3。

2 結(jié)果與討論

2．1 合成

在2的合成中，醋酸的用量不能小，而且溴素要被醋酸稀釋后慢慢滴加，否則反應(yīng)可能過于劇烈，導(dǎo)致反應(yīng)物發(fā)黏致使反應(yīng)失敗。另外，要保持良好的攪拌狀況。

在3的合成中，由于大量碳酸鉀的存在導(dǎo)致反應(yīng)呈非均相，反應(yīng)速率較慢，加入少量的碘化鉀會(huì)有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。此外，在較高溫度及較長反應(yīng)時(shí)間的情況下，為防止酚及醛基的氧化，反應(yīng)須在惰性氣氛下進(jìn)行。

粗品4可不需純化直接用TBS保護(hù)合成5，其分離產(chǎn)率不受明顯影響。

要有效實(shí)現(xiàn)對(duì)TBS保護(hù)的二溴代物5中的兩個(gè)溴原子都被醛基置換，正丁基鋰的用量要大大過量，而且反應(yīng)時(shí)間要充分，且后期要注意快速注入大大過量的DMF。否則會(huì)有不少只上一個(gè)醛基的副產(chǎn)物生成。

粗品6也可不需純化而直接進(jìn)行最后產(chǎn)物7的合成。

[1] Morgan B, Dolphin D. Synthesis of hydrocarbon-strapped porphyrins containing quinone and phenolic groups[J].J Org Chem,1987,52(24):5364-5374.

[2] Gopalsamuthiram V, Huang R, Wulff W D. The synthesis of optically active calix[4]arenes with one or three substituents on the methylene bridges[J].Chem Commun,2010,46(43):8213-8215.

[3] Suzuki K, Iida J, Sato S,etal． Discrete and well-defined hydrophobic phases confined in self-assembled spherical complexes[J].Angew Chem Int Ed,2008,47(31):5780-5782.

[4] Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics[J].Phys Rev Lett,1987,58(20):2059-2062.

[5] John S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices[J].Phys Rev Lett，1987,58(23):2486-2488.

[6] Lopez C. Materials aspects of photonic crystals[J].Adv Mater,2003,15(20):1679-1704.

[7] He X Z, Zhang B Y, Meng F B,etal． Effect of the length o f the carbochain on the phase behavior of side-chain cholesteric liquid-crystalline elastomers[J].J Appl Polym Sci,2005,96(4):1204-1210.

[8] H?ger S, Enkelmann V, Bonrad K,etal． Alkyl-substituted shape-persistent macrocycles:The first discotic liquid crystal composed of a rigid periphery and a flexible core[J].Angew Chem Int Ed,2000,39(13):2268-2270.

[9] Weck M, Mohr B, Maughon B R,etal． Synthesis of discotic columnar side-chain liquid crystalline polymers by ring-opening metathesis polymerization[J].Macromolecules,1997,30(21):6430-6437.

[10] He L Y, Zhang L, Liu X F,etal． Discovering potent inhibitors against theβ-hydroxyacyl-acyl carrier protein dehydratase(FabZ) of helicobacter pylori:Structure-based design,synthesis,bioassay,and crystal structure determination[J].J Med Chem,2009,52(8):2465-2481.