（应用化学专业论文）水溶性四氮唑盐的合成研究.pdf

摘要 摘要 四氮唑盐类是目前在生物化学及细胞生物学方面应用非常广泛的生物染色剂，尤其是 近年来发展起来的水溶性四氮唑盐，不但本身水溶性很好，而且其还原态有色甲膜 ( f o r m a z a n ) 在水中也有很好的溶解度，并且四氮唑盐本身及其还原态f o r m a z a n 均无毒，可 以直接进行生物体的活体分析和体内分析，因此特别适用于细胞活性的定量分析，用于直接 检测细胞毒性，细胞增殖和抗肿瘤药敏实验等领域。目前国内尚无四氮唑盐类生物染色剂的 生产，完全依赖进口，其合成的研究对于填补国内空白，增强我国医学关键试剂在国际上的 竞争力具有非常重要的意义 本论文对芳环上含有磺酸基团的水溶性四唑盐类产品开发进行了研究，合成了四唑盐 2 ，3 双( 2 一甲氧基4 硝基- 5 磺酸苯基) 5 一苯胺甲酰基- 2 h - 四氮唑单钠盐及其新衍生物2 , 3 一双( 2 一 甲氧基_ 4 硝基5 磺酸苯基) - 5 - x t 氯苯胺甲酰基- 2 h 四氮唑单钠盐，还合成了4 - 1 一对硝基苯基 5 - x 十碘苯基一3 - 甲膜基】一1 ，3 一苯二磺酸钠，通过熔点、瓜和h n m r 图谱等验证了其结构。 2 ，3 一双( 2 甲氧基- 4 硝基一5 - 磺酸苯基) - 5 一苯胺甲酰基一2 h - 四氮唑单钠盐的合成路线采用了 由重氮盐和含活性亚甲基的化合物反应生成f o r m a z a n ，然后氧化成四唑盐的方法，以3 一氨 基一4 一甲氧基苯磺酸和苯胺为起始原料经七步反应制得，氧化收率大大提高到了5 0 5 ，并 探讨了影响反应的各种因素，找出了较佳的反应条件，为该类产品的工业生产打下了基础。 4 - 1 对硝基苯基5 对碘苯基一3 - 甲膳基】- 1 ，3 一苯二磺酸钠的合成中采用了由重氮盐和芳 香腙反应生成f o r m a z a n 的合成路线，首先合成了对碘苯胺，然后以苯甲醛2 , 4 - 二磺酸钠与 对硝基苯肼缩合形成芳香腙，然后与对碘苯胺生成的重氮盐缩合形成甲膜( f o r m a z a n ) ，总 收率达到2 9 。 设计两条路线合成了新结构四唑盐2 , 3 一x y ( 2 甲氧基- 4 一硝基一5 - 磺酸苯基) 5 对氯苯胺甲 酰基- 2 h 一四氮唑单钠盐，其中创新性地以氯气做氧化剂，一步再将甲膜( f o r m a z a n ) 氧化关 环的同时在苯胺基对位氯化取代生成了目标产物，使得该步收率大为提高。同时氯气氧化副 产物少，产品提纯大为简化。 关键词：合成，四氮唑盐，水溶性，f o r m a z a a ，生物还原 a b s t r a c t t h et e t r a z o l i u ms a l t sa r ew i d e l yu s e di nb i o c h e m i s t r ya n dc e l lb i o l o g ya sc h r o m o g e n i c i n d i c a t o r s h o w e v e r , m o s tf o r m a z a nd y e sa l ei n s o l u b l ei nw a t e rw h i c hl i m i t sf u r t h e ra p p l i c a t i o n si n b o t ha r e a s r e c e n t l y , an o v e lt e t r a z o l i u ms a l tw h i c hp r o d u c e sah i g h l yw a t e rs o l u b l ef o r m a z a nd y e t h a tp r o v e dt ob ee x t r e m a yu s e f u la sac e l l - v i a b i l i t yi n d i c a t o ri nc o l o r i m e l r i cq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s f o rt e s t i n gc e l lp r o l i f e m t i o n c y t o t o x i n ( e g ，i nt h et u m o rs e n s i t i v i t yt e s t ) n o wn os u c hr e a g e n t sa r 0 p r o d u c e d i n c h i n a , s os t u d i e s o n t h e i rs y n t h e s i s a r e o f g r e a t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h er e s e a r c hi n d e v e l o p i n gw a t e rs o l u b l e t e t r a z o f i u ms a l t so fi n c l u d i n gs u l f o n a t e g r o u p , w h i c hw a st h em a j o rw o r ko ft h i sp a p e r 2 , 3 - b i s ( 2 - m e t h o x y - 4 - n i t r o 5 - s u l f o p h e n y l ) - 5 - 。 ( p b e n y l a m i n o ) - e a r b o n y l - 2 h t e t r a z o l i u mi n n e rs a l t m o n o s o d i u ms a l ta n d i t sn e wd e r i v a t e sw e r e s y n t h e s i z e d 4 - 1 - ( 4 - i n t m p h e n y l ) - 5 一( 4 一i o d o p h e n y l ) - f o r m a z - 3 - y i - 1 ，3 - b e n z e n ed i s o l f o n a t es o d i u m a l s o w a ss y n t h e s i z e d t h e f i n a l p r o d u c t s w e r e i d e n t i f i e d b y m e l t i n g p o i n t ，u v i ra n d h n m r 2 ，3 - b i s ( 2 - m e t h o x y - 4 - n i t r o 5 s u l f o p h e n y l ) 一5 一【( p h e n y l a m i n o ) - e a r b o n y l 一2 h t e t r a z o l i u mi n n e r s a l ta n di t si m wd e r i v a t a sw e l es y n t h e s i z e da c c o r d i n gt oaf e a s i b l er o u t e s i tw a st h a tt h e c o m p o u n di n c l u d i n ga c t i v a t em e t h y l e n ew h i c hs u b j e c t e dt oc o u p l ew i t ht h ed i a z o l i u ms a l to f a r o m a t i ca m i n et of o r mf o r m a z a n ，f o l l o w i n gb yo x i d a t i o nt o g a i n t e t r a z o l i u ms a l t 4 - 1 ( 4 n i t r o p h e n y l ) 一5 - ( 4 i o d o p h e n y l ) 一f o r m a z - 3 y i 一1 ，3 - b e n z e n e d i s u l f o n a t e s o d i u mw a s e x p l o i t e di na c c o r d a n c ew i t ht h eo t h e rm e t h o d ，w h i c hi sa sf o l l o w s ：a r o m a t i ch y d r a z o n er e a c t e a d w i t ht h ed i a z o l i u ms a l to fa r o m a t i ca m i n et of o r mf o r m a z a n f o n n a z a nw a so x i d e dt ot e t r a z o l i u m s a l t t h eo p t i m u mc o n d i t i o nf o rp r e p a r i n gt h et c 灯a z o f i u mw a se x p l o i t e d c o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o nm e t h o di nl i t e r a t u r e , t h ey i e l dw a si n c r e a s e dg r e a t l y c h o r i n ew a sf i r s tu s e d 懿o x i d a n tf o r p r e p a r a t i o no f t e t r a z o f i u mf i - o mf o r m a z a n k e yw o r d s ：t c t r a z o l i u ms a l t ，b i o r e d u e i b i l i t y ，w a t e rs o l u b i l i t y ，s y n t h e s i s ，f o r m a z a n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 期：碎正 第一章绪论 第一章绪论 四唑盐类化合物( 捃删i ms a l t s ) 是一类季铵化的四氮唑，其中五元环上含一个碳原子 和四个氮原子，因此具有类盐的一些性质。这类化合物在1 8 9 4 年就已被发现，但其广泛的 研究开始于1 9 4 1 年，此时，k u l m 和h e r c h e l 发现它们具抗菌活性并能使细菌的特定部位染 色【“。从此大量的四唑盐被合成出来并被用于各方面的研究，尤其是生物化学方面的应用 研究。 1 1 选题背景 四唑盐类可用下图的结构通式来表示。 产 一r 3j c l 一 j 许多四氮唑盐的变化主要在于2 , 3 ，5 位的三个不同的取代基，绝大多数的均为芳香环。 这类化合物的一个显著特点是：它们在氧化态一般为无色的化合物，而且由于其季铵盐结构 通常是水溶性的，水溶液在紫外区有吸收：但被还原生成的还原态甲膜( f o r m a z a n ) 由于其 大的共轭体系而为有色物，在可见光区有吸收。 r 氧化态 & 望 。 2 h 还原态 许多四唑盐的氧化还原势与生物系统中的氧化化还原势值相近，在细胞脱氢酶等生物系 统还原下生成深色甲膜( f o r m a z a n ) 类化合物，因此可以作为生物细胞的着色剂，同时利用 氧化还原染料的比色实验还可以检测微生物和细胞的活性，并且四唑盐及甲媵( f o i 蚴z a n ) 无毒，可直接用于微生物或哺乳动物的活性组织研究，作为生物化学、组织化学及l 临床诊断 1 砌锄 p 一 即 东南大学硕士学位论文 上的重要试剂得到了广泛的的应用。 作为在生物化学、组织化学及临床诊断上的应用，其发展可划分为两个阶段。第一阶段 为八十年代前，早在五、六十年代就已开始应用，这个阶段的四唑盐的芳香环上均不含磺酸 基团，但由于季铵盐结构在水中仍有一定的溶解度，而其还原态甲膳( f o r m a z a n ) 均为水不 溶性化合物，可作为有色物沉积在还原它的组织上，从而可便于显微镜观察，因而作为细胞 着色剂在临床上广泛用于脱氢酶的定位及定性。 第二阶段是近年来合成的四唑盐。由于大多数甲脱( f o r m a z a n ) 不溶于水，在细胞活性 方面进行细胞增殖及细胞毒性的定量检测时，则由于需用有机溶剂将不溶的甲腰提取后比色 测定，这使工作量增加而且对实验的重现性产生影响。因此合成出了芳环上含有磺酸基团的 四唑盐，不但本身水溶性很好，而且其还原态有色甲服( f o r m a z a n ) 在水中也有很好的溶解 度，因此特别适用于活细胞定量分析，用于直接检测细胞毒性，细胞增殖和抗肿瘤药敏实验 等领域蚺”。 1 1 1 四唑盐的应用 1 1 1 1 过氧化物岐化酶( s o d ) s o d 能催化过氧化物阴离子发生岐化作用，生成过氧化氢和分子氧，是一种很重要的 抗氧化酶。其活性测定法有很多，其中硝基蓝四唑( n b t ) 由于使用方便而被广泛使用，但 是它有几个缺点：例如，它的甲腹染料水溶性差，且易和黄嘌呤氧化酶的还原形相互作用， 因此常用于定性测试。而高度水溶性的四唑盐2 ( 4 _ 碘苯基) 一3 ( 4 - 硝基苯基) 5 - ( 2 a 一苯二磺 酸) - 2 h - 0 0 唑单钠盐( w s t - i ) ，在过氧化物阴离子的还原作用下能产生一种水溶性的甲膑染 料，可以方便地用于s o d 测定 6 1 。 1 1 1 2 脱氢酶 脱氢酶能从底物中将电子转移到氧化试剂或电子体上。四唑盐做为受氢体在反应中由脱 氢酶将底物氢原子转移到四唑盐而形成有色的甲膜( f o r m a z a n ) 局部沉淀，显微镜下可判明 该酶在细胞的定位。至于显示何种脱氢酶则由所用底物而定，如用琥珀酸钠，是琥珀酸脱氢 酶作用下的产物，用乳酸钠或苹果酸钠则是乳酸脱氢酶或苹果酸脱氢酶作用的结果。但有些 脱氢酶需有辅酶i ( n a i n 或辅酶i i ( n a d p + ) 才能发生作用，显示这种脱氢酶时须另加所需的 辅酶，辅酶i 、辅酶或黄素蛋t j ( f a d 或嘲可作为氢接受体，当n a d + 和n a d p + 接受 2 第一章绪论 脱氢酶释放的氢时，它们即成为还原n a d ( 即n a d h ) 和还原n a d p ( 即n a d p h ) 【7 ，”，其 电子转移示意图为图1 1 底物 厂固 脱氢酶 黄素蛋白 一l 国j 或f m n ) 图1 1 电子转移到四唑盐的图解 f a d ：黄素腺嘌呤一核苷酸f m n ：黄素单核苷酸 1 1 1 3 细胞增殖突变及毒性试验 1 9 8 3 年m o s m m m 建f f _ l t t t 9 1 比色法用于测定细胞活性和细胞增殖分析，可用于检查细胞 增殖突变及毒性试验酶诊断和i 临床化学，自此在细胞增殖和活性分析上的研究层出不穷，新 型细胞检测改良试剂x , r r t l 0 1 ，w s t i l ”，m t s t l 2 垮被不断开发应用。例如改良试剂( c c k - 8 ) 其基本原理为：该试剂中含有w s t - 8 其化学名称为：2 ( 2 甲氧基4 硝基苯基) 3 私一硝基苯 基) 5 ( 2 ，4 二磺酸苯) - 2 1 t 四唑单钠盐 ，它在电子还原受体1 甲氧基5 甲基吩嗪嗪硫酸二甲 酯( 1 - m e t h o x y p m s ) 的存在下被细胞线粒体中的脱氢酶还原为具有高度水溶性的黄色甲膜 ( f o r m a z a n ) 染料，生成的甲膜物的数量与活细胞的数量成正比，因此可利用这一特性直接 进行细胞增殖和毒性分析，具有使用简便、安全、快速、准确等特点，已在日本、美国和欧 洲等国家被众多从事生物细胞研究和药物筛选的科学家所采用，备受青睐。现已在很多研究 中用于细胞活性的检测，) c r r 适合于抗h 和抗肿瘤药物测试及细胞增殖检测，w s t - 1 适合 于细胞增殖和毒性分析，m 叮s 适合于检测脱氢酶陋1 4 1 。 1 1 1 4 蛋白质含量的测定 蛋白质含量有很多测定方法，例如：酚试剂法、b c a 法、双缩脲法等。其中酚试剂法 和b c a 法是较常用的蛋白质含量测定方法。这两种方法都需要高浓度的二价铜离子溶液。 3 东南大学硕士学位论文 而使用四唑盐类生物染色剂则可以避免这种缺陷，例如同仁产品蛋白质定量试剂盒一广泛试 剂盒，它的原理是利用w s t - 8 在碱性条件下可被蛋白质的糖类还原而生成甲膳染料，该染 料在p h 中性条件下显黄色，在p h 值高于1 2 5 时显兰色，其最大吸收波长在6 5 0 r i m ，从而 可以测定出蛋白质的含量。 1 1 1 5 植物选种 种子生活力的生化测定：在短期内急需了解种子发芽率或当某些样品在发芽末期尚有较 多的休眠种子时，可应用生活力的生化法快速估测种子生活力。生活力测定是应用氯化四氮 唑无色溶液作为一种指示剂，这种指示剂被种子活组织吸收后，接受活细胞脱氢酶中的氢， 被还原成一种红色的、稳定的、不会扩散的和不溶于水的三苯基甲膜。据此，可依据胚和胚 乳组织的染色反应来区别有生活力和无生活力的种子。除完全染色的有生活力种子和完全不 染色的无生活力种子外，部分染色种子有无生活力，主要是根据胚和胚乳坏死组织的部位和 面积大小来决定，染色颜色深浅可判别是键全的，还是衰弱的或死亡的种子。 1 1 1 6 对贵重金属的缓蚀 巯基苯并四氮唑等一些杂环化合物对青铜具有优异的缓蚀作用，正日益引起人们的重 视，在文物和青铜制品的保护方面显示了四氮唑盐类化合物的另一个广阔的应用前景。 1 1 2 市场需求与部分四唑盐商品 目前开发成功的四唑盐类生化试剂可用于检测各种脱氢酶、氧化还原酶的活性，细胞增 殖突变及毒性，蛋白质及核酸的检测等，特别在肿瘤发病率越来越高的情况下，寻找用于抗 肿瘤药物筛选等i 缶床领域的优秀试剂得到高度关注，但目前国内仅限于其应用方面的研究， 未见关于合成方面的报道，院校、研究单位的科研及大医院用的该类诊断试剂全靠进口，因 此，该系列产品价格相当昂贵，故研究这类化合物的合成对于填补国内空白及增强我国自产 这类医疗关键试剂在国际市场上的竞争力具有重大的意义。 部分作为商品的四唑盐产品见表1 1 和1 2 所示 4 第一章绪论 表1 1 早期开发的常见四唑盐 n a m e a b b r e v i a t i o ns t r u c t u r e 嘴 一c r 曜 _ 一电一 c r 必一 盯 淼n e 一3 ”，3 ”b i s ( 2 一( 4 一n 附o p h e n l 惭 i 稿牛 y i 卜5 - p h e ny lt e t r a z 叫i u m = e n e - 3 ”，3 ”白i s ( 2 ，5 d i p h e n n y i b t p b t 茹芬0 t e t 懵z o l i u mc h l o r i d e l u u 如 | 篡- d i p h e n y i e 卅n t e t r a z o u m 3 h b t 2 , n l o b t c觯匀埘c h i o d e ) l 5 东南大学硕士学位论文 表1 2 近期开发的常见四唑盐 a b b r e v i a t n a m es t r u c t u r e l o n 4 一【3 一( 4 - 1 d o p h e n y l ) - 2 - ( 4 - n i t r o p 。o 盎 h e n y i ) 一2 h 一5 - t e t r a z o l i o 1 。3 - b 叫口味! 心s 。s - n r w s t 一1 e n z e n ed i s u l f o n a t es o d i u m 一9一 s a l t 一 n 0 20 3 s 一 4 一 3 - ( 4 一i d o p h e n y l ) - 2 ( 2 ，4 - d i n i t r o p h e n y i ) - 2 h - 5 - t e t r a z o l i o 一1 ， 叫心畦淬s o s 一 n 一 w s t 3 3 - b e n z e n ed i s u l f o n a t e 一 s o d i u ms a l t 2 - b e n z o t h i a z o l y l - 3 - ( 4 - c a r b o x 噼蚪s 盼 y - 2 - m e t h o x y p h e n y l ) 一5 【4 ( 2 一s 岔测。 洲3 w s t - 4 u l f o e t h y l c a r b a m o y l ) p h e n y l 一2 h t e t r a z o l i u ms a l t 一一 4 一 2 一( 4 一n i t r o p h e n y i ) - 3 一( 2 一m e t 啦n 仑催玲0 3 s s 吼一 n a * h o y - 4 一n i t r o p h e ny | ) 一2 h - 5 - t e t r w s t 8 办洲s a z o l i o 】- 1 ，3 - b e n z e n e d i s u l f o n a t es o d i u ms a l t s o d i u m , o c h 3 3 ，3 - 1 - ( p h e n y l a m i n o ) c a r b o n 啦蟛旬 十 n a y l 3 4 - t e t r a z o l i u m 一b i s ( 4 一m e t x 丌 苗 呱一 h o x y - 6 一n i t m ) b e n z e n e s u l f o n i o a c i dh y d r a t e 6 第一章绪论 1 2 合成文献综述 四氮唑盐主要通过甲脱( f o n n a z a n ) 氧化得到。 f o r m a z a n 1 2 1 甲脱( f o r m a z a n ) 的合成方法 1 2 1 1 由重氮盐制备 四氮唑盐 1 2 1 1 1 重氮盐和芳香腙反应 重氮盐和乙醛或乙醛酸芳香腙的偶合反应需要在碱性条件下进行，通常是用强碱、吡啶 或者醋酸钠。许多己知的甲脱( f o r m a z a n ) 用这种方法合成。反应式如下： + 1 2 1 i 2 由重氮盐和含活性亚甲基或次甲基的化合物反应 渺n p 1 2 1 1 3 重氮盐与脂肪族含氮化合物反应 重氮盐可以和有可取代基团的脂肪族含氮化合物缩合。这一反应和上述方法基本是相同 的，但是，有些脂肪族含氮化合物可以再和一个重氮盐反应。这样脂肪族化合物上就可以连 上两个不同的芳香基。以苯偶氮乙酰醋酸酯与重氮盐反应为例，其反应式如下： n = n o 5 + n r 划一6 入 7 哆 昔 一 n + 萨0 + 乒 c吃电c i c 。= 卜旧 c ho b 肾 东南大学硕士学位论文 1 2 1 2 由芳香肼反应 苯肼可和多种化合物反应生成甲脱( f o r m a z a n ) 。这个反应需要两分子苯肼，一分子形 成苯腙，还有一分子形成叠氮基，然后被氧化为偶氮基。 1 2 1 2 1 苯肼与甲酸乙酯反应 1 6 1 甲酸乙酯和苯肼反应生成1 ，5 一二苯基f o r m a z a n ，反应式为： m 卧m 2n h n h c h o 0+ n c o o 吼一o io d d 嘲 1 2 i 2 2 苯肼和亚氨基醚反应“7 1 亚氨基醚和苯肼反应生成f o r m a z a n 。但是有些反应有很多副产物产生，这与所使用的亚 氨基醚有关，例如，当使用p h e n y la c e t i m i d a t e 1 肼反应时，很容易产生对应的f o r m a z a a ，而 p h e n y l2 1 ) h e i l y l a c c 6 m i d a t e 和肼反应则生成f o r m a z 和相关的氨基腙，如： 一2 f 飞i - - n h n h 2 + 产一矿9 p h e n y la c e t i m i d a t e f o r m a z a n h h 2 冗 r 。一c 弋j o p h e n y l2 - p h e n y l a c e t i m i d a t e 4 0 1 2 1 2 3 苯肼和卤化叠氮物反应【1 8 】 8 o z ：熙 姗 o h 姗b 第一章绪论 苯肼和卤化叠氮物反应生成f o n n a z a n ，这个反应应该有着广泛的应用前景，但是文献仅 有两个反应报道过，一个r i = r 2 = r 3 = 苯基，另一个r i = r 2 = 苯基，r 3 = 2 ，4 - 二溴苯基。 r 2 - - h n 一n - c - r 。骂r 2 n h n ：午c - 1r 1 一 t 4r 2 一一2 r 厂n h n h 2 妒h一蔓nh如丝h瞥nnncr i n - - n = ( 5 - - k i 1 坠旦 。一一_ 上一 r2一。一k2- 齐9c h c k + 0 n i i n h 2 一 芍伽1 2 + 0 一 d n h n h 2 酽卅+ 犷 1 2 1 2 5 苯胼和三氯甲苯反应 苯肼和三氯甲苯在乙醇中加热反应生成三苯基f o r m a z a n ，并且有很高的产率，如 牢c 1 3竿h n h 2 0 + b 一 伊2 一器n 瑚：一万秽。 0 + 酬一一伊一b h 一 1 2 1 3 氧化二苯基卡巴肼或二苯基硫化卡巴肼 二苯基卡巴肼或二苯基硫化卡巴肼及其环取代衍生物可以在碱性条件下用过氧化氢作 9 o h n卜 俨h 甚b o z = n i e 黛6 东南大学硕士学位论文 氧化剂氧化成含o h 或豌基的f o r m a z a n 。并且反应所用的卡巴肼通过苯肼和碳酰氯，二氯硫 化碳，或者二硫化碳缩合得到。如： 1 2 1 4其它方法 h o hn c - n n h o 一 一庐 1 2 1 4 1 加热 t e i a a z a n 本反应得到n 酰化f o r m a z a n ，如 o h n = n c 2 n 0 葑。 舯一6 弩 b n = n 掣5 蝎n n w o z 一6 m c 种h 3 n h 。 05 地1 n 0 2 一n 一 1 2 2 从f o r m a z a n 氧化制备四氮唑盐 常用的氧化剂有：四醋酸铅或亚硝酸异戊酯，次氯酸叔丁酯等，这几种方法经证明都可 以得到产品，但产品的收率差别较大，对于同一种四唑盐，发现不同文献报道的熔点经常存 在不一致的情况，这主要是由于不同的合成方法特别是不同的提纯方法对产品的质量至关重 要。研究表明，采用不同的方法重结晶将使得产品中含有不同的结晶溶剂以及氯化氢等，如 是高纯物质，则其熔点即为分解温度，若产品中含有结晶水或结晶溶剂或氯化氢，则熔点必 然下降，而且有时则不是分解，而是熔化温度。因此确定这类产品准确的方法一是通过滴定 法测定其中卤素负离子的含量，或者通过紫外吸收检测其最大吸收处的波长的方法以确定。 综上所述，在众多的合成方法中，主要的合成方法为：由重氮盐和含活性亚甲基或次甲 l o 叶b 第一章绪论 基的化合物反应生成f o r m a z a n ，然后在氯化氢存在下氧化成四唑盐。或者由重氮盐和芳香腙 反应生成f o r m a z a n ，然后在氯化氢存在下氧化成四唑盐。 1 3 本论文的研究目的及内容 四唑盐已在生物化学，临床分析等方面有着广泛的应用，但目前国内这方面还完全是空 白，完全依赖进口，价格昂贵，本文的目的是合成具有较大应用价值的含水溶性基团的四唑 盐化合物，探索其实验室和工业生产的可行方法，并希望通过合成新结构衍生物来扩展水溶 性四唑盐的品种，填补国内生产及研究空白。 本文采用重氮盐和含活性亚甲基的化合物反应生成f o r m a z a a ，然后氧化成四唑盐的方法 合成了2 , 3 双( 2 甲氧基_ 4 一硝基- 5 磺酸苯基) 5 对氯苯胺甲酰基- 2 h 四氮唑单钠盐及其新结 构衍生物，并对其进行工艺优化。同时采用了由重氮盐和芳香腙反应生成f o r m a z a n ，然后 氧化生成四氮唑盐的方法合成了2 - 录j 硝基苯基一3 对碘苯基5 ( 2 4 二磺酸苯基) 2 h 四氮唑 单钠盐的还原态4 - 1 对硝基苯基5 一对碘苯基3 一甲胰基 - 1 ，3 一苯二磺酸钠，并进行了工艺优 化，为四氮唑盐类的开发提供了有益的参考。 东南大学硕士学位论文 第二章2 ，3 - 双( 2 - 甲氧基一4 一硝基- 5 - 磺酸苯基) 一5 - 苯胺甲酰基 2 h 四氮唑单钠盐的合成 2 , 3 - 双( 2 一甲氧基4 一硝基一5 - 磺酸苯基) - 5 - 苯胺甲酰基- 2 h 一四氮唑单钠盐分子式为 c 2 2 h 1 6 n t n a o l 3 s 2 ，英文名2 ，3 - b i s ( 2 一m e t h o x y - 4 - n i 缸 o 5 - s u l f o p h e n y l ) 一5 - ( p h e n y l a m i n o ) - c a r b o n y l - 2 h t 咖a z o l i u mi n n e rs a l t , m o n o s o d i m ns a l t 。最早由g - m e t h 等在1 9 8 8 ”四年合成，结构为 + n a 2 ，3 一双( 2 一甲氧基q 一硝基一5 一磺酸苯基) 一5 一苯胺甲酰基一2 h _ 四氮唑单钠盐可被活细胞中 线粒体脱氢酶还原为具有高度水溶性的黄色f o r m a z a n 产物，生成量与活细胞的数量成正比， 在波长近4 5 0 n m 处有最大吸收峰，检测此波长下的吸收值与活细胞数之间在一定浓度范围内 有良好的线性关系，因此可利用这一特性进行细胞增殖和毒性分析 1 9 - 2 0 l 。 2 1 主要药品与仪器 苯胺、吡啶分析纯上海凌峰化学试剂有限公司 n b s 分析纯太仓市第四化工厂 丙二酸二乙酯、次氯酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司 对甲苯磺酰氯分析纯国药集团化学试剂有限公司 亚硝酸钠分析纯上海振兴试剂厂 3 一氨基_ 4 甲氧基一苯磺酸 上海发展实业有限公司 北京电光学仪器厂x l - 4 型数字熔点仪 b r u k e r d r x ( 5 0 0 m h z ) 型核磁共振光谱仪，内标1 m s ； v c c t o r 2 2 + t g a 型傅立叶红外光谱仪( 德国布鲁克光谱仪器公司) ( k b r 压片) ： u v - 2 4 0 1 型紫外吸收光谱仪( 日本岛津公司) ； 第二章2 , 3 一双( 2 一甲氧基4 硝基一5 一磺酸苯基) - 5 一苯胺甲酰基一2 h 一四氮唑单钠盐的合成 2 2 合成路线 + p e t 。一q + o c 地 n a n 0 2 - h c l f o m a z n 2 3n 苯基丙二酸单酰胺的合成 2 3 1 实验方法 卜 2 , 3 b i s r 2 一m e t h o x y - 4 一n i t r o - 5 一s u l f o p h e n y l ) 5 ( p h e n y l a m i n o ) 一c a r b o n y l 一2 h - m t r a z o l i u m i n n e rs a l t , m o n o s o d i u ms a l t 在带有搅拌，温度计，蒸馏装置的三颈圆底烧瓶中加入苯胺( 7 0 9 ，0 7 5 2 m 0 0 ，丙二酸_ - - k , 酯( 2 4 0 9 ，i s m o o ，搅拌，缓慢加热升温至1 5 5 ( 2 ，并滴加碳酸钠保持溶液弱碱性p h = 9 1 0 。 蒸出乙醇大约4 1 m l ，然后冷却到9 5 ( 2 ，出现白色固体悬浮液，滴加1 0 n 氢氧化钠2 5 0 m i ， 东南大学硕士学位论文 滴加过程中保持温度8 5 c 以滴加的相同速度再蒸出乙醇9 0 m l ，滴加完后混合溶液加水稀释 到7 5 0 m l ，滤出不溶物，滤饼用水2 5 0 m l 洗涤，滤液加入浓盐酸1 2 5 m l 酸化，室温保存4 小 时，过滤并水洗两次得到粗品，以水重结晶得到白色粉末固体5 5 5 9 ，产率4 1 3 ，m p 1 3 1 1 3 3 1 2 ( 文献口1 1 ：n a p 1 3 2 5 ，产率2 2 ) 。 2 , 3 2 反应历程 酯与胺反应生成酰胺，其基本的机理如下： 缩合胺化反应历程： o 9 皆之 。 耋d w 予日一d “亏+ h o 舾日 苫 2 3 4 产品结构表征 对合成的n 一苯基丙二酸单酰胺进行了h n m r 谱图分析。 5 l ；g 吣刹 ! i 1l。 1yw测哥斟 图2 1 卅苯基丙二酸单酰胺的1 h n m r 谱图 1 4 第二章2 , 3 双( 2 甲氧基4 硝基一5 磺酸苯基卜5 一苯胺甲酰基一2 h 一四氮唑单钠盐的合成 1 h n l v i r 谱图( d m s o d 6 ，5 0 0 m h z , p p m ) 6 = 1 2 6 0 1 ( s ，1 h ，h a ) ： 6 = 1 0 0 9 6 ( s ，1 h ，h b ) 6 = 7 5 7 1 - 7 5 8 7 ( m ，2 h ，h c ) 6 - 7 2 9 3 - 7 3 2 4 ( t ，2 h 。h d ) 8 = 7 0 4 2 - 7 0 7 l ( t ，1 h ，- h e ) 6 3 3 5 6 ( 8 ，2 h - h f ) o a o h 罕2 on 琶食c d e 2 43 氨基4 甲氧基6 硝基苯磺酸钠的合成 2 4 1 反应路线 3 一氨基叫一甲氧基- 6 - 硝基苯磺酸钠是制备目标化合物的重要中间体，本文采用相对易得 的3 一氨基一4 一甲氧基苯磺酸为起始原料经磺酰胺化、硝化和脱保护三步制得，反应过程如下： n h ， ，。鼍 6 码颚嘞 p臼 h 3 c 。饭蛐一岫旗洲。 1 5 东南大学硕士学位论文 2 4 2 实验方澍1 0 矧 3 一( n 一对甲苯磺酰胺) - 4 - 甲氧基苯磺酸钠盐的制备 幽h 向带有冷凝管，温度计，搅拌器的四颈瓶中加入1 0 9 ( o 0 5 m 0 1 ) 3 - 氨基一4 一甲氧基苯磺酸， 5 0 m l 吡啶，剧烈搅拌，然后在半个小时内分批缓缓加入对甲苯磺酰氯9 8 4 9 ( 0 0 5 1 6 m 0 1 ) ，反 应温度升高到6 0 。加料完毕后保持温度5 5 c 搅拌反应8 小时，室温储存过夜，减压4 0 浓缩到油状物产生。向油状物中加入1 5 m l 水和1 0 氢氧化钠溶液5 0 m l 溶液，用乙醚提取 ( 5 x 2 0 m 1 ) ，保留水层，水层真空减压浓缩出现粘性固体，加入无水乙醚促使固化，固体再 次加入n a o h 溶液溶解，加入乙醚提取，水层减压浓缩，乙醚固化，得到固体1 8 5 9 ，产率 9 7 5 ，可以直接用于下步反应。 3 一( n 一对甲苯磺酰胺) _ 4 一甲氧基- 6 一硝基苯磺酸钠盐的合成 生坠竺j 带有冷凝管，温度计，搅拌器恒压滴液漏斗的四颈瓶中加入1 8 9 ( 0 0 4 7 5 m 0 1 ) 3 一( n 一对甲苯 磺酰胺) _ 4 一甲氧基苯磺酸钠盐，二氯甲烷溶液8 0 m l ，开启搅拌，搅拌悬浮液，冰盐浴冷到o 5 c 。滴加浓硫酸2 5 m l ，保持0 5 c 滴加完毕，然后控温0 5 c ，缓缓滴加制各好的混酸 ( 5 0 m l 硫酸：3 7m l 硝酸) ，以冰水浴和滴加速度控制反应温度，2 0 分钟滴加完毕后，继续保 持温度o 5 搅拌1 h ，然后加热到回流温度反应9 0 分钟，反应结束，冷却到o 5 ，上 层二氯甲烷溶液倾倒出，剩余橙色物加入饱和食盐水9 0 m l ，o 剧烈搅拌，过滤，用饱和食 盐水洗( 3 x 1 0 m 1 ) ，固体加入1 0 0 m l 丙酮溶解，将不溶无机盐滤掉，滤液浓缩到4 0 m l ，冷却 到0 c ，过滤，固体用v 丙酮：v - 氯甲烷= 1 ：5 ( 3 x 5 0 m 1 ) 洗，干燥得固体1 2 9 , 产率5 9 6 ， 待用。 1 6 童掣吨审莩吨 第二章2 , 3 双( 2 甲氧基4 硝基5 磺酸苯基) 一5 苯胺甲酰基一2 h 一四氮唑单钠盐的合成 臼h2 哪瓿鼢产邺。卑她 四颈瓶中加入l o g ( o 0 2 4 m 0 1 ) 3 - ( n 一对甲苯磺酰胺) - 4 一甲氧基一6 - 硝基苯磺酸钠，加入3 m 的氢氧化钠水溶液4 0 m l ，开动搅拌，加热回流3 h ，溶液趁热过滤，然后滤液于冰浴中冷却 2 h ，过滤，固体用冰水溶液( 3 x l o m l ) ，n = * j ( 4 x i o r a l ) 洗涤，固体干燥，以水重结晶，得产物 4 2 舀产率6 5 o ，m p 3 0 0 c 2 4 3 反应历程 2 4 3 13 - t n - x , l 苯磺酰胺m 一甲氧基苯磺酸钠盐的合成反应历程 一降一心一r 繁一r c r 之 屯 + h 2 0+ c i - h 2 n 一心 2 4 3 23 a 对甲苯磺酰胺m 甲氧基硼基苯磺酸钠的合成反应历程【2 4 】 硝化在工业上居重要地位，它与磺化，氯化一样均为将硝基取代基引入其它基团的基本 方法。芳香化合物的硝化在芳香族亲电取代反应中是研究的较为深入的反应之一，特别是在 不同的条件下，定量地研究了硝化反应的反应速度和产物中异构体的比例，对芳香亲电取代 1 7 o i 孔0f审娜 即 l l 一 。r 东南大学硕士学位论文 反应的理论发展了很大的作用。硝化的主要活泼质点是n 0 2 + ，n 0 2 + 的产生是由于硝酸在浓硫 酸作用下，先质子化，然后水离去变为正硝基离子： h n q + h 2 s 0 4 ；= h s 0 4 - t - h 2 0 + n c h h 2 0 + n 0 2 ；= = h 2 0 + n 0 2 + h 2 04 - h 2 s 0 4 = ；= = = 苎h 3 0 + 工h s 0 4 。 i - i n 0 3 + 2 h 2 s o - 正硝基离子的结构是直线型的( o 刑+ 旬) ，为一强亲电试剂，此反应氢被取代，经。配 合物的两步反应进行的。 第一步 r 第二步 r h + n 吖些 o 配合物 其中 r k l k l “配合物 。配合物 r 盯0 2 h s o a n a h 第一步是。配合物的生成。当亲电试剂n 0 2 + 进攻苯环时，首先与苯环上离域的、闭合 共轭的电子体系相作用，形成配合物，接着n 配合物的n 0 2 + 从苯环上的闭合n 电子 体系获得两个电子，同时，与苯环上的某一个碳原子形成。键，并生成。配合物。 第二步是产物的生成。既。配合物脱落一个旷而生成取代产物。 1 8 $ 。 第二章2 , 3 双( 2 一甲氧基一4 硝基一5 一磺酸苯基) - 5 一苯胺甲酰基- 2 h 一四氪唑单钠盐的合成 2 4 4 合成影响因素研究 2 4 4 13 - ( n - x j 苯磺酰胺h 一甲氧基苯磺酸钠盐的合成研究 用酰卤合成酰胺的反应温度一般在5 以下，反应在较短时间内完成，但由于3 一氨基一4 一 甲氧基苯磺酸的反应活性比一般的低，空间位阻大，且对甲苯磺酰氯的活性不高，反应易于 控制，采用常用的条件来合成，往往收率较低嘲。 2 4 4 1 1 物料配比的影响 增加某一反应物浓度是促进化学平衡朝正方向进行的主要因素之一。3 一氨基- 4 一甲氧基 苯磺酸和对甲苯磺酰氯发生化学反应的理论剂量关系是8 - - - n ( 对甲苯磺酰氯) ：n ( 3 一氨基- 4 甲氧基苯磺酸) = 1 ：1 。为了研究物料比对产物得率的影响，将设置不同6 值，其他实验条 件为实验方法所述，结果见表2 1 。 表2 1 物料配比对反应收率的影响 从表2 1 的结果可以看出，总的趋势是产物的得率随6 值的增加而增加，当为l ，l 时为 最高值。所以宜把物料比设为n ( 对甲苯磺酰氯) ：n ( 3 一氨基_ 4 一甲氧基苯磺酸) = 1 ，1 。 2 4 4 1 2 反应时间的影响 考察了不同反应时间对产物得率的影响，其他实验条件为实验方法所述，结果见