一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，属于日用化工、医药化工和农药化工等领域。一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法：先利用乙酸酐保护嘧啶环上的氨基，制备N4-乙酰基胞嘧啶，再通过等体积比的二甲基亚砜和水的混合溶剂合成不同链长的嘧啶型手性表面活性剂，最后通过不同比例甲醇和三氯甲烷的混合溶剂提纯制得嘧啶型手性表面活性剂。该表面活性剂合成工艺简单，反应条件温和，并将在日用化工、手性药物识别与分离、手性农药制剂等领域具有很高的应用价值。
【专利说明】一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，属于日用化工、医药化工和农药化工等领域。
【背景技术】
[0002]表面活性剂是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生显著变化的物质。由于其具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，而呈现独特的两亲性。基于其分子结构，表面活性剂一般分为四大类:阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂以及非离子型表面活性剂。目前，表面活性剂的发展突飞猛进，由于其独特的乳化性 能、增溶性能、分散作用、起泡作用等，其应用领域已从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、能源、新型材料等技术部门。然而表面活性剂在给人们生活、给工农业生产带来极大方便的同时，也给环境带来了污染。
[0003](I)阴离子型表面活性剂由于具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性，因而广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。但是由于其分散性能差，容易导致污垢、难降解等原因目前被列为《地表水环境质量标准》基本控制项目之一。
[0004](2)阳离子表面活性剂一般用作织物柔软剂、油漆油墨印刷助剂、抗静电剂、杀菌剂，但是由于其去污力差、起泡性差、配伍性差、刺激性大、价格昂贵等原因导致其应用范围受到限制，其作液体洗涤剂时一般仅应用于高档产品中的辅助表面活性剂。
[0005](3)两性离子型表面活性剂是指具有两种离子性质的表面活性剂，按化学结构可分为:甜菜碱型、氨基酸型、磷酸酯型、咪唑啉型以及其它如高分子、杂原子类等两性表面活性剂。两性表面活性剂以其独特的多功能性著称，其具有极好的耐硬水性和耐高浓度电解质性、低毒性、低刺激性、良好的乳化性和分散性等优点。而其价格高、洗涤能力差等缺点使其只有在特殊情况下才使用。
[0006](4)非离子型表面活性剂具有良好的增溶、洗涤、抗静电、刺激性小、钙皂分散等性能；可应用PH范围比一般离子型表面活性剂更宽广，一般用作扩散剂、匀染剂、半防染剂、乳化剂等。然而由于其较差的起泡性能使得其只能制成液体或半固体状，由于其耐酸碱、耐高温、耐氧化剂等特性使得其不易生物降解。
[0007]随着社会经济发展以及人们环保意识的增强，发展环境友好生物相容的功能性手性表面活性剂已经引起了人们的广泛关注。作为手性识别材料的表面活性剂主要分为两大类:一类是天然的手性表面活性剂，另一类是合成的手性表面活性剂。目前，天然的手性表面活性剂主要包括胆酸盐类、皂苷类以及强心苷类三种，而合成的手性表面活性剂主要包括N-烷基氨基酸类表面活性剂、烷基苷类表面活性剂这两种。
[0008]胞嘧啶是核糖核酸DNA中重要的碱基之一。胞嘧啶核苷、胞嘧啶核苷酸均可作为升高白细胞的药物。同时，胞嘧啶是精细化工、农药和医药的重要中间体，特别在医药领域，主要用于合成抗艾滋病药物及抗乙肝药物拉米夫定，抗癌药物吉西他宾、依诺他宾以及5-氟胞嘧啶等，应用非常广泛。然而，由于嘧啶类衍生物的合成工艺复杂，反应原料价格较高、分离和提纯困难等缺点限制了嘧啶型手性表面活性剂的合成及其应用，因此发展简易有效的新型嘧啶型手性表面活性剂的合成路线尤为关键。合成嘧啶型表面活性剂的机理主要是基于Sn2亲核取代反应。然而，由于亲水基团具有独特的嘧啶环结构，因而在反应过程中会产生位阻效应，反应溶剂的选择也至关重要，形成过渡态时的稳定性也同样关乎反应成败，因此，设计有效的核苷碱基型手性表面活性剂合成路线则显得非常重要。该合成路线将为功能性手性识别材料及其在生物医药、农药、日化等领域的应用提供重要的理论依据。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，先利用乙酸酐保护嘧啶环上的氨基，制备N4-乙酰基胞嘧啶。再在等体积比的二甲基亚砜和水混合溶剂中合成不同链长的嘧啶型手性表面活性剂，最后通过不同比例的甲醇和三氯甲烷混合溶剂提纯制得嘧啶型手性表面活性剂，该表面活性剂合成具有工艺简单，反应条件温和，且具有很高的应用价值。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案实现，一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，包括以下步骤:
[0011](I)将胞嘧啶、乙酸酐投入反应器中，强烈搅拌4_5h，冷却，在冰浴条件下放置36-48h，过滤得到白色固体，用冰水、乙醇洗涤数次，得到N4-乙酰基胞嘧啶；
[0012](2)将步骤(1)得到的N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾溶于二甲基亚砜和水等体积比的混合溶剂，至N4-乙酰基胞嘧啶完全溶于二甲基亚砜，加热条件下，控制反应温度70°C，强烈搅拌回流48h，反应结束后，过滤得到的白色固体粗产品，用无水乙醇重结晶，得到白色产品，用乙醇钠调节PH，得到粗产物；
[0013](3)将步骤(2)得到的粗产物加入甲醇和三氯甲烷的混合溶剂中，在0.01MPa下旋转蒸发，并用乙醇重结晶，真空干燥24-48h，得白色粉末，即产物。
[0014]进一步地，所述胞嘧啶、乙酸酐的摩尔比为1:1.05。
[0015]进一步地，所述乙酸酐微过量。
[0016]进一步地，所述N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾的摩尔比为1:1.05:1.05。
[0017]进一步地，所述溴代烷基链和氢氧化钾微过量。
[0018]进一步地，所述二甲基亚砜和水的投料体积比为1:1。
[0019]进一步地，所述甲醇和三氯甲烷的溶剂比为9:1。
[0020]进一步地，粗产物与甲醇和三氯甲烷的混合溶剂之间的体积比为1:100。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0022]第一，本发明设计的嘧啶型手性表面活性剂合成方法可分别用于合成不同疏水链长的嘧啶型表面活性剂。胞嘧啶、乙酸酐混合时投料比为11.1g: 10.7g，即投料摩尔比为1:1.05。该投料比中乙酸酐微过量，可保证胞嘧啶环上的氨基充分反应，反应易于提纯。 [0023]第二，N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾的投料摩尔比为1: 1.05:1.05。该投料比中溴代烷基链和氢氧化钾微过量，可确保N4-乙酰基胞嘧啶充分反应。
[0024]第三，通过设计合成具有不同链长的嘧啶型表面活性剂分子，可调节表面活性剂的表面活性，从而扩大其应用范围。特别重要的是，该表面活性剂具有手性，可构筑手性胶束、手性仿生细胞等手性识别材料，为其在手性药物分离、手性药物载体、手性材料合成等方面提供了新型途径。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是实施例1中4-氨基-1- 丁基-1H-嘧啶_2_酮(缩写为C4cyt)的红外光谱图，其中A:胞嘧啶，B:溴代正丁烷，C:C4cyt。
[0026]图2是实施例1中C4Cyt的熔点图。
[0027]图3是实施例1中C4Cyt的核磁共振氢谱图，其中A:胞嘧啶，B:C4Cyt。
[0028]图4是实施例1中[C4cyt] Cl的表面张力曲线图。
[0029]图5是实施例1中[C4cyt] Cl的圆二色光谱图(0.01mM)，其中a:胞嘧啶，b: [C4cyt]Cl。
[0030]图6是实施例2中4-氨基-1-辛基-1H-嘧啶_2_酮(缩写为C8cyt)的红外光谱图，其中A:胞嘧啶，B:溴代正辛烷，C:C8cyt。
[0031 ] 图7是实施例2中C4Cyt的熔点图。
[0032]图8是实施例2中C8Cyt的核磁共振氢谱图，其中A:胞嘧啶，B:C8Cyt。
[0033]图9是实施例2中[C4cyt] Cl的表面张力曲线图。 [0034]图10是实施例2中[C4cyt]Cl的圆二色光谱图(0.01mM)，其中a:胞嘧啶，b: [C8cyt]Cl。
[0035]图11是实施例3中4-氨基-1-十二烷基-1H-嘧啶_2_酮(缩写为C12cyt)的红外光谱图，其中A:胞嘧啶，B:溴代十二烷，C:C12cyt。
[0036]图12是实施例3中C4Cyt的熔点图。
[0037]图13是实施例3中C12Cyt的核磁共振氢谱图，其中A:胞嘧唆，BiC12Cyt0
[0038]图14是实施例3中[C4cyt] Cl的表面张力曲线图。
[0039]图15是实施例3中[C4cyt]Cl的圆二色光谱图(0.01mM)，其中a:胞嘧啶，b: [C12cyt] Cl ο
【具体实施方式】
[0040]一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，包括以下步骤:
[0041](I)将胞嘧啶、乙酸酐投入反应器中，强烈搅拌4_5h，使其溶解。冷却，在冰浴条件下放置36-48h，过滤得到白色固体，用冰水、乙醇洗涤数次，得到N4-乙酰基胞嘧啶；
[0042](2)将步骤(1)得到的N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾溶于等体积比二甲基亚砜和水的混合溶剂中，只要保证N4-乙酰基胞嘧啶完全溶于二甲基亚砜即可，二甲基亚砜和水的混合溶剂稍过量，加热条件下，控制反应温度70°C，强烈搅拌回流48h，反应结束后，过滤得到的白色固体粗产品，用无水乙醇重结晶，得到白色产品，用乙醇钠调节PH，得到粗产物；
[0043](3)将步骤(2)得到的粗产物加入甲醇和三氯甲烷的混合溶剂中，在0.01MPa下旋转蒸发，并用乙醇重结晶，真空干燥24-48h，得白色粉末，即产物。
[0044]所述胞嘧啶、乙酸酐的摩尔比为1:1.05。乙酸酐微过量。
[0045]N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾的摩尔比为1:1.05:1.05。溴代烷基链和氢氧化钾微过量。
[0046]二甲基亚砜和水的投料体积比为1:1。
[0047]甲醇和三氯甲烷的体积比为9:1。
[0048]混合溶剂中二甲基亚砜和水的体积比为等体积比。
[0049]粗产物与甲醇和三氯甲烷混合溶剂体积比为1:100的比例关系。
[0050]实施例1
[0051]4-氨基-1- 丁基-1H-嘧啶-2-酮的合成:
[0052]I)将胞嘧啶、乙酸酐以投料比为11.1g: 10.7g投入IOOmL圆底烧瓶中，强烈搅拌4_5h，使其溶解。冷却，在冰浴条件下放置36-48h。过滤得到白色固体，用冰水、乙醇洗涤数次，得到N4-乙酰基胞嘧啶。
[0053]2)将上步得到的N4-乙酰基胞嘧啶、溴代正丁基、氢氧化钾以1:1.05:1.05的摩尔比溶于二甲基亚砜和水的混合溶剂中，加热条件下，控制反应温度70°C，强烈搅拌回流48h。反应结束后，过滤将得到的白色固体粗产品用无水乙醇重结晶，得到白色产品，用乙醇钠调节pH，得到粗产物。
[0054]3)将粗产物加入甲醇和三氯甲烷的混合溶剂中，在0.01MPa下旋转蒸发，并用乙醇重结晶，真空干燥24-48h，得白色粉末，即产物，命名为4-氨基-1-丁基-1H-嘧啶-2-酮，缩写为C4cyt，产率为65%。
[0055]
【权利要求】
1.一种嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，包括以下步骤: (1)将胞嘧啶、乙酸酐投入反应器中，强烈搅拌4-5 h，冷却，在冰浴条件下放置36 - 48h，过滤得到白色固体，用冰水、乙醇洗涤数次，得到N4-乙酰基胞嘧啶； (2)将步骤(1)得到的N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾溶于二甲基亚砜和水等体积比的混合溶剂中，加热条件下，控制反应温度70 °C，强烈搅拌回流48 h，反应结束后，过滤得到的白色固体粗产品，用无水乙醇重结晶，得到白色产品，用乙醇钠调节PH，得到粗产物； (3)将步骤(2)得到的粗产物加入甲醇和三氯甲烷不同体积比的混合溶剂中，在0.01MPa下旋转蒸发，并用乙醇重结晶，真空干燥24 - 48 h，得白色粉末，即产物。
2.根据权利要求1所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述胞嘧啶、乙酸酐的摩尔比为1:1.05。
3.根据权利要求2所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述乙酸酐微过量。
4.根据权利要求1所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述N4-乙酰基胞嘧啶、溴代烷基链、氢氧化钾的摩尔比为1: 1.05:1.05。
5.根据权利要求4所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述溴代烷基链和氢氧化钾微过量。
6.根据权利要求1所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述二甲基亚砜和水的投料体积比为1:1。
7.根据权利要求1所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述甲醇和三氯甲烷的溶剂比为9:1。
8.根据权利要求1所述的嘧啶型手性表面活性剂的合成方法，其特征是，所述粗产物与甲醇和三氯甲烷混合溶剂的体积比1:100。
【文档编号】B01F17/32GK104003945SQ201410259718
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】丁元华, 汪璐璐 申请人:扬州大学