降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子的合成方法与流程

本发明涉及一种降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子的合成方法。

背景技术：
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三脚架化合物在生物界普遍存在，例如，天然铁载体的Enterobactin和Ferrichrome这两种以内酯环为中心的三脚架结构的化合物[Biochem.Biophys.Acta,1970(215):393；J.Chem.Soc.Perkin Trans.，1992(2):1347]，通过三条配位链上的酚氧原子与铁离子配位，将铁离子输送到生物体内维持平衡代谢。三脚架化合物因为特殊的结构和性质在配合物、阴离子识别、分子二聚胶囊、超分子凝胶等方面有非常好的应用前景，但是，关于三脚架型功能单体在分子印迹中的应用鲜有报道，而关于降冰片烯酰亚胺结构的三脚架型功能单体的合成尚未见报道。

三(氨基乙基)胺为骨架的三脚架化合物以其优异的预组织性及易修饰的特点受到了广泛关注。刘双等研究组[Synthetic Communication,2001,31(10):1531]用三(2-氨基乙基)胺与5-氨基-2-羟基苯甲醛反应制得席夫碱型化合物，然后再通过KBH₄还原得到仲胺型三脚架结构化合物，并与镧系金属进行配位得到其金属离子配体，通过比较发现，在碱性和酸性条件下，仲胺型配体都比席夫碱型配体稳定；Catherine等研究组[Tetrahedron,1996,52(13):4659]以8-羟基喹啉为初始原料，经过羧基化反应，再与三(2-氨基乙基)胺反应得到酰胺型三脚架结构化合物，这类化合物可作为Fe³⁺的螯合剂；等研究组[Chem.Eur.J.2009,15,4836]合成了一系列取代芳基修饰的三脲基受体，其受体可以与[PtCl₆]^2-八面体结构中电荷密度较高的面或棱很好地作用，并对其表现出明显高于Cl^-的选择性，这一作用可以使其作为萃取剂将[PtCl₆]^2-从盐酸溶液中提取到有机相里，从而实现对复杂八面体阴离子的萃取分离。Das等研究组[Inorg.Chem.2007,46,5817]合成了三(2-氨基乙基)胺受体，在CH₃CN/H₂O中，两分子三胺受体可以包裹SO₄^2--(H₂O)₃-SO₄^2-而得到一个中性分子胶囊结构；Ghosh等研究组[Chem.Commun.2007,5214]合成了含强吸电子的五氟苯基团的三胺受体，晶体结构显示其为一个包结两分子磷酸根的准二聚胶囊结构。Esch和Feringa等研究组[Eur.J.Org.Chem.2000,3675]报道了基于三(2-氨基乙基)胺手性骨架的三脲基凝胶因子；Steed等研究组[Chem.Commun.2006,3199]报道了苯乙基修饰的三(2-氨基乙基)胺有机凝胶。

降冰片烯因其具有对称的结构，热稳定性高，原料廉价易得且容易将进行结构修饰而被广泛应用，降冰片烯是个很好的单体，可以进行开环烯烃复分解聚合(Ring-opening metathesis polymerization,ROMP),烯烃加成聚合，离子聚合等[Polymer.2010，51，2927-2946.]，不同聚合方式得到聚合物具有不同的结构和性能。其中，降冰片烯开环烯烃复分解聚合物中单体中的环状结构在所得到的聚合物重复单元中依旧保持不变，降冰片烯聚合物依然能够保持其单体对离子的识别能力；加成型聚降冰片烯聚合物主链中不含双键,并且链单元中仍然保留了双环结构因而具有高热稳定性、高机械性能、优异的抗离子蚀刻能力等优异性能,目前，聚降冰片烯类化合物已被广泛应用于材料科学和生物化学上。

Vijayakameswara RN等研究组[Biomacromolecules，2012，13(1):221]设计合成了降冰片烯阿霉素衍生物，降冰片烯乙二醇衍生物，通过开环烯烃复分解聚合得到它们的均聚物和共聚物(COPY-DOX)，这些精细设计的聚合物对药物部分能起到很好的识别作用并能确定其纳米结构；Santu Sarkar和Raja Shunmugam等研究组[ACS Appl.Mater.Interfaces 2013,5(15):7379]以8-羟基喹啉修饰降冰片烯所合成的化合物在水溶液中对Cd²⁺有荧光增强并且伴随着164nm的红移,这种不同寻常的红移现象则是由8-羟基喹啉和降冰片烯部分产生光诱导电子转移效应产生的，以此单体通过开环烯烃复分解聚合所形成的聚合物也可以通过小纸片对Cd²⁺进行荧光检测，这一系统的光行为可以区分Zn²⁺和Cd²⁺。

中国专利(专利号：201410704537)公开了一种共聚酯交联单体和基于该单体的共聚酯及其制备方法，通过引入交联基团为环状的烯烃结构(交联单体包括：降冰片烯酰亚胺类、苯酰亚胺类、吲哚类和吡咯类)，使其具有独特的结构和双键可以在高温下进行化学分解重排导致交联，在燃烧过程中大大提高了共聚酯的复数粘度，使其成炭能力增加，从而具备了优异的阻燃抗熔滴性能，显著提高共聚酯的玻璃化转变温度。

中国专利(专利号：201510095589)公开了一种降冰片烯酰亚胺的耐热聚合物多孔材料及其制备方法，所述方法包括：降冰片烯酸酐和多元有机胺化合物，通过一步法或者两步法制备降冰片烯酰亚胺单体化合物，然后将纯化的单体化合物溶解在有机溶剂中，将温度保持在-10～100℃，加入Grubbs催化剂进行聚合，反应温度为-10～120℃，反应时间为5分钟～2周，进行后处理得到耐热聚合物多孔材料。

中国专利(专利号:201510293383)公开了一种含氟的高介电性聚降冰片烯类-聚(1,6-庚二炔)类嵌段共聚物及其制备方法，所述降冰片烯单体与含氟的1,6-庚二炔类单体通过连续的开环烯烃复分解聚合(ROMP)和易位环化聚合(MCP)形成的聚降冰片烯类-聚(1,6-庚二炔)类嵌段共聚物，该发明所述的共聚物具优异介电性能，独特纳米结构，良好热稳定性和环境温度性。

中国专利(专利号：201511005391)公开了一种基于声音控制的形状记忆聚合物的驱动方法，具体过程为：步骤一：制备形状记忆聚合物试件，其试件的材料为形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、聚降冰片烯、聚异戊二烯、双马酰亚胺等等；步骤二，将连接有整流器，温度传感器的声音识别控制驱动器，用于驱动形状记忆聚合物的试件，实现基于声音控制的形状记忆聚合物的驱动。

中国专利(专利号：201510853143)公开了一种波长转换装置的动平衡调节方法，该方法包括：在波长转换装置上形成配重涂层(配重涂层是由单体与散热粒子制成，其所述单体为3,3',4,4'-二苯酮四羧酸二乙酯、丙二醛和降冰片烯亚胺)；检测形成额配重涂层的波长转换装置的动平衡情况，确定配重涂层的厚度和面积进行调节至波长转换装置达到平衡。

分子印迹技术(Molecular imprinting technique，MIT)是模拟自然界存在的分子识别原理，如酶和底物、抗体和抗原的相互作用，以目标分子为模板合成具有分子识别功能的分子印迹聚合物。分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymers，MIPs)由交联剂和功能单体相互交联形成的具有刚性结构的高分子材料，它是一种有固定孔穴大小和形状、以及有一定排列顺序的功能型聚合物，它对模板分子表现出高的识别性能。由于分子印迹聚合物具有化学性质稳定、对环境优异的耐受性和对模板分子的高选择性被广泛，从而在食品检验、环境检测、临床药物分析、药物分离和分析等方面得到应用。

分子印迹聚合物的制备经过3个步骤:①模板分子与功能单体通过官能团之间的共价、非共价或半共价作用形成主客体配合物；②加交联剂、致孔剂使之发生聚合反应；③去除聚合物中的模板分子。

功能单体的选择主要由模板分子决定，两者之间的作用力强度和空间取向是使聚合物获得识别作用的关键。根据与模板分子之间相互作用的不同，功能单体可分为共价型和非共价型，典型的功能单体有羧基类(甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸、丙烯酸、乙烯基丁二酸)、丙烯酰胺类(如甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺)以及杂环弱碱类(2或4-乙烯基吡啶)等。在这些单体中，最为常用的是甲基丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基吡啶。交联剂的作用是使模板分子和功能单体形成高度交联的刚性聚合物，将“印迹空穴”固定。在选择交联剂时应要求合成的聚合物具有一定的刚性，保证聚合物对目标分子的选择特异性；同时，也应当具有一定柔韧性，增加结合位点的可接近性。交联剂的用量也会影响分子印迹聚合物的性能。

基于分子印迹技术的原理，分子印迹聚合物对模板分子的识别能力、吸附量、吸附动力学等性能取决于模板分子与单体之间的相互作用、印迹聚合物的形式及聚合物的刚性等。因此，在新型分子印迹聚合物的设计与合成过程中,难点之一就是要设计合成不同的功能单体分子和与之相匹配的交联剂。以三(氨基乙基)胺为骨架的三脚架功能单体的合成，通过在末端引入不同取代基一方面可以改变酸性，另一方面，通过各种功能基团的引入也拓宽了功能单体的适用范围。此外，三脚架化合物是一种半刚性的化合物,它通过三条侧链的自由翻转形成大小合适的空腔,加之侧链取代基的多样性,使其具有丰富多变的特异性识别的官能团结构。本发明设计合成的三脚架功能单体是通过一个顶端原子或基团连接三条至少各有一个特异性识别的官能团，它的三条强特异性识别的降冰片烯酰亚胺侧链可以和许多模板分子形成稳定的分子印迹聚合物,同时，它的三条强降冰片烯酰亚胺侧链可以从多个方向和角度包裹模板分子，从而提高对模板分子识别的特异性。因此，设计合成新颖的三脚架结构功能单体分子在分子印迹，化学传感器、固相萃取、色谱分离分析等方面有非常好的应用前景。

技术实现要素：

本发明目的在于，提供一种降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子的合成方法，该方法通过降冰片烯酸酐和三(2-氨乙基)胺生成酰亚胺的方法，采用顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐和三(2-氨乙基)胺反应，通过控制反应原料的摩尔比，反应时间，反应溶剂，得到既含有羰基，又同时含有胺基和环状烯烃结构的降冰片烯酰亚胺功能单体分子。本发明所述方法操作简单，反应时间短，后处理简单，通过本发明所述方法获得的降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子可以用来合成新型分子印迹聚合物，所合成的新型分子印迹聚合物在分子印迹，化学传感器、固相萃取、色谱分离分析领域等领域有非常好的应用前景。解决了传统分子印迹聚合物合成中通过自由基引发聚合无法实现的自由基淬灭剂类模板分子有效印迹的难题。

本发明所述的一种降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子的合成方法，按下列步骤进行：

a、按摩尔比三(2-氨乙基)胺:顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐＝1:3-3.5称取反应原料，然后加入5mL-10mL的N,N-二甲基甲酰胺，升温至80-110℃，反应18-24h；

b、反应完毕后，将步骤a中的反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得的固体用水洗涤3次，在温度60℃真空干燥6h，得到白色固体为降冰片烯结构的酰亚胺类三脚架型功能单体分子。

本发明所述的一种降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子的合成方法，合成的一种降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子的反应式为：

本发明提供一种降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子的合成方法，该方法通过降冰片烯酸酐和三胺生成酰亚胺的方法，采用顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐和三(2-氨乙基)胺反应，通过控制反应原料的摩尔比，反应时间，反应溶剂，得到既含有羰基，又同时含有胺基和环状烯烃结构的降冰片烯酰亚胺功能单体分子。本发明所合成的降冰片烯酰亚胺类三脚架功能单体分子的优点为：三脚架功能单体是通过一个顶端氮原子连接三个特异性识别的酰亚胺官能团以及降冰片烯结构，它的三条特异性识别的酰亚胺侧链可以通过氢键和许多模板分子形成稳定的分子印迹聚合物，同时位于降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子核心的三级胺可以与酸性模板分子发生酸碱作用，从而产生非常强的分子识别作用，它的三条降冰片烯酰亚胺侧链可以从多个方向和角度包裹模板分子，从而提高对模板分子识别的特异性。此外，三条降冰片烯酰亚胺侧链上的双键可以通过开环烯烃复分解反应进行聚合，可以解决传统分子印迹聚合物合成中通过自由基引发聚合无法实现的自由基淬灭剂类模板分子有效印迹的难题。正是由于其独特的优点，本发明所设计合成的一种降冰片烯酰亚胺类三脚架型功能单体分子可以用来合成新型分子印迹聚合物，所合成的新型分子印迹聚合物在分子印迹，化学传感器、固相萃取、色谱分离分析领域等领域有非常好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的¹H NMR(核磁氢谱)图；

图2为本发明¹³C NMR(核磁碳谱)图；

图3为本发明MS(质谱)图。

具体实施方式

下面结合施实例对本发明进行详细说明。

实施例1

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3mmol,492mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至80℃，反应24h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl₃)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例2

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.3mmol,541mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至80℃，反应24h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl3)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例3

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至80℃，反应24h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl3)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例4

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至100℃，反应24h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl₃)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例5

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至110℃，反应22h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl₃)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例6

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至110℃，反应20h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl₃)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)

实施例7

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至110℃，反应18h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl₃)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例8

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在8mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至110℃，反应18h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl3)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。

实施例9

在圆底烧瓶中将三(2-氨乙基)胺(1mmol,146mg)和顺-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(3.5mmol,574mg)溶解在5mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，升温至110℃，反应18h；

反应完毕后，将反应体系冷却至室温，进行分离纯化，将反应液用旋蒸蒸发仪旋干，得到棕色固体，再将所得固体用H₂O洗涤3次，在温度60℃真空干燥烘6h，即得白色的固体为降冰片烯酰亚胺类结构的三脚架型功能单体分子。

¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ6.06(s,6H),3.41-3.21(m,18H),2.49(s,6H),1.69(d,J＝8.6Hz,3H),1.52(d,J＝8.6Hz,3H).¹³C NMR(400MHz,CDCl3)δ177.56(s),134.39(s),51.96(s),50.87(s),45.86(s),44.43(s),35.80(s).MS m/z 585(M+1)。