泰兆基金结题报告20011012酒石酸衍生物的合成与其结构与光学

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1、泰兆基金结题报告2001.10.12酒石酸衍生物的合成与其结构与光学活性关系的探讨(附带研究:1.以简易核磁碳谱探讨亚异丙基酒石酸二乙酯与甲胺的动力学反应;2.以简易核磁碳谱测定甲胺在乙醇溶液中的含量)化学与分子工程学院98级柳敬元摘要：本课题工作中合成了一系列的L-半螺旋型酒石酸衍生物1-6,检测其比旋光度后发现酒石酸二乙酯2形成五元环亚异丙基酒石酸二乙酯3后旋光度急剧往左偏移,二乙酯3酰胺化后旋光往右偏移,而二胺5或二醇6则出现左旋性质.本文试图从分子的半螺旋结构与基团的极化性质来了解酒石酸衍生物结构与光学活性间的关系.亚异丙基酒石酸二乙酯3与甲胺形成二甲

2、酰胺4b反应的动力学,可以很简便的由简易核磁碳谱探讨得到.改变甲胺浓度,从中观察到反应由二级过渡到准一级反应的数据.甲胺于无水乙醇的含量可以经济而简便的从核磁碳谱检测与计算得.以乙醇的亚甲基为内标,测量各个溶液甲胺碳峰的积分值,可以判断该溶液甲胺所含的重量或摩尔数,从而简易的推断达到某浓度所需的通气时间.在近一年的研究中,我们合成了一系列酒石酸衍生物,初步探讨了手性螺旋结构化合物与光学活性的关系.研究过程涉及到许多合成,设计上以L型酒石酸为起始原料,将酒石酸中间的两个羟基结合成五元环,形成带有半螺旋结构的化合物.然后改变两端基团,得到二酯3,二酰胺4a,二甲酰

3、胺4b,二胺5a,二甲胺5b,二醇6等化合物.由旋光仪测量其比旋光度,分析与探讨这些分子中半螺旋结构与官能基团对于旋光的影响.1,2亚异丙基酒石酸二酯3与甲胺的乙醇溶液反应形成二甲酰胺4b的反应现象分明,我们应用了课题组新发现和正在发展的免氘代试剂简易核磁碳谱操作探讨了这步反应的动力学,观测到因甲胺数量的改变反应从准一级到二级反应的情形.在制备甲胺-乙醇溶液时,我们也应用简易核磁碳谱技术依据甲胺的积分值推算溶液中甲胺的含量.合成酒石酸衍生物的工作以L-型酒石酸为起始物和手性源,路线见Scheme1.首先将酒石酸1酯化为酒石酸二乙酯2,3然后与丙酮缩合将中间两个

4、羟基联结成环,得到亚异丙基酒石酸二乙酯3.将二乙酯3转换成二酰胺4a与4b后,分别以氢化锂铝还原成二胺5a与5b.在实验过程中曾遭遇一些问题,但最后都得到圆满的解决。在大量制备酒石酸二乙酯2时,我们改进了产物的纯化手续,利用萃取法除去盐酸,避免了直接蒸馏可能导致的聚合反应.对于3的合成我们不采用文献提供的无水氯化铁催化法,因为产率低而且费时;我们改用以原酸酯HC(OEt)3为脱水剂,在丙酮回流下,便捷的得到高产率的二缩醛3.二酯3转换为二酰胺4的反应十分顺利,产率高且无副反应发生.我们制备了二酰胺4a与二甲酰胺4b.其中氨气和甲胺气的制备由氨水或甲胺水溶液滴加

5、入氢氧化钠固体得到,产生的气体导入含有乙醇的反应瓶里.二酯3和氨气或甲胺气在乙醇室温下搅拌过夜即可获得酰胺产物,蒸除溶剂后分别得到白色固体的4a与4b.将4溶于无水四氢呋喃以氢化锂铝还原,可以得到双胺5a和5b.这个步骤比较复杂,淬灭氢化锂铝后使用乙醚和自动提取器多次提取以提高5的收率,产物经减压蒸馏纯化,为无色透明液体.将二酯3在无水四氢呋喃中以氢化锂铝还原得到二醇6,以减压蒸馏纯化产品.除了上述半螺旋状分子,我们还进行一些关二环的反应.由双酯3与二胺类化合物7形成二环酰胺8.我们进行了以下几个反应(乙二胺,丙二胺,丁二胺,己二胺,以及苯二胺(邻,间,对位)

6、)得到产物8(Scheme2).反应中曾出现单取代产物9,加入乙酸后将其转换成8.由二胺4合成二环酰胺10的反应(Scheme3),我使用了下列二酯,其中草酸二乙酯,丙二酸二乙酯为现有化合物;丁二酸二乙酯,戊二酸二乙酯,己二酸二乙酯则由相对应的二酸制备得到(由二酸与乙醇在硫酸催化下回流过夜).我们也顺便探讨了4a对二苯乙二酮衍生物的关环反应得到11a(Scheme3).由半螺旋结构化合物1-6的比旋光度,我们尝试了解结构与旋光的关系.在DMSO溶剂中25°C时,化合物1,2,3,4a,4b,5a,5b,与6的比旋光度经测量及计算分别为0.29°,3.00°,-

7、45.03°,11.19°,2.14°,-0.52°,-4.92°,-2.95°.分析上面数据,我们发现下列现象:(1).酒石酸二乙酯2中间的两个羟基联结成5元环成亚异丙基酒石酸二乙酯3后,旋光急剧往左偏移,由[a]D25=3.00°变为[a]D25=-45.03°.在不同溶剂中比旋光度也出现相同情形,在DMF中,2与3的比旋光度分别为21.80°与-41.66°.纯液体2的比旋光度为8.30°,3在二氯甲烷中为-36.84°.(2).由酸转变成酯后,旋光度略有增加,例如由酒石酸1形成酒石酸二乙酯2,旋光从0.29°略增为3.00°(于DMSO),或由4.49

8、°略增为21.80°(于DMF).(3