本发明属于大环化合物制备领域，具体涉及一种氮氧环蕃的高度稀释制备方法。
背景技术：
环蕃是超分子化学中的一个重要分支，越来受到人们的关注，它是人类模拟酶研究中发现的一类新化合物，对其进行适当的修饰，如改变环的形状和大小或引入具有活性的基团，可能产生理想的酶模型。分子识别是主体(或受体)对客体(或底物)选择性的结合并产生一些特定功能的过程，包括所有阳离子、阴离子及中性有机、无机或生物分子的识别，尤其是含氮和氧原子的环蕃，具有许多特异的性质，有更重要的研究价值，已经成为材料、化学、药物、生物等学科的研究热点。但是环蕃的合成相对比较困难，尤其是它的纯化更不易，主要是因为副产物较多，而且通常副产物与目标产物的极性很相似，这对纯化带来了很大的困难，结果导致产率很低，很难超越达到50％的产率，为了提高产率人们做了大量的研究。
目前报道的优化的合成方法主要有模板法和高度稀释法。但是模板法要选择出合适孔径的金属离子不是很容易的，所以高度稀释法更为常用，即使产率偏低，副产物较多，溶剂消耗量大。曾经有文献报道，使用1,1′-二茂铁二甲酸直接与醇反应制备环蕃，催化剂和吸水剂用浓硫酸，但是它的氧化性太强而阻碍了反应，原则上也可以通过携水剂将水及时带出，促使反应向正方向进行。环蕃高温聚合严重，合成一般选择在低温下反应，大量实验表明低温有利于环的形成。后处理时，首先粗产品使用水洗除去生成的吡啶盐和部分聚合产物。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种氮氧环蕃的高度稀释制备方法，能够简化环蕃的合成过程，提高其产率与荧光强度，节省加工成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
步骤1)，加入干燥的ch2cl2、吡啶及苯胺衍生物后搅拌；
步骤2)，用无水处理过的ch2cl2溶解1,1′-二茂铁二甲酰氯，向三颈瓶中缓慢滴加，滴加完毕后先在常温下进行反应，再缓慢升温，回流；
用薄层色板监测反应进程，当其中一个原料点消失，停止反应；
步骤3)，蒸除溶液中的二氯甲烷，余液用水多次洗涤，将收集到的有机相用无水mgso4干燥后减压蒸除溶剂，再向余液中拌入硅胶，采用洗脱剂进行洗脱，选择洗脱剂：v石油醚:v乙酸乙酯＝3:1，过柱纯化，得到最终的氮氧环蕃。
优选的，所述的步骤1)在三颈瓶中，加入300～500ml无水ch2cl2，0.003～0.006mol的吡啶，苯胺衍生物0.001～0.003mol；步骤2)用无水处理过的200～300mlch2cl2溶解0.001～0.003mol的1,1′-二茂铁二甲酰氯。
优选的，所述1,1′-二茂铁二甲酰氯的制备方法包括以下步骤：
首先，加入无水三氯化铝和二氯甲烷，搅拌均匀，然后再滴加二茂铁、二氯甲烷和的乙酰氯的混合液，滴加完毕后，在室温下反应，然后回流，用蒸馏水水解三氯化铝，水解完全后用二氯甲烷萃取，分去下层产物，上层水液用ch2cl2萃取多次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁；
然后，将得到的1,1'-二乙酰基二茂铁和naclo溶液在避光环境下加热搅拌，加入naclo溶液，过滤反应溶液，在滤液中加入hcl至呈酸性，产生橙黄色粉末状固体，用naoh溶液溶解此固体，抽滤，滤液用hcl溶解并沉淀，抽滤得到棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸；
最后，将经过无水处理过的二氯甲烷作溶剂，吡啶作为缚酸剂，在得到的1,1′-二茂铁二甲酸中，加入草酰氯，温度控制在0℃，滴加完毕后，先室温反应，回流，停止反应；减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色的粗产品；再用石油醚重结晶，最后得到红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯。
优选的，所述1,1′-二茂铁二甲酰氯的制备方法包括以下步骤：
(1)加入0.1～0.18mol无水三氯化铝和二氯甲烷60ml，搅拌均匀，再将0.03～0.06mol二茂铁、二氯甲烷100ml和0.1～0.16mol的乙酰氯18ml的混合液缓慢滴加，滴加完毕后，先在室温下反应5h，然后回流4h，停止反应，用100ml蒸馏水水解三氯化铝，水解完全后用二氯甲烷萃取，分去下层产物，上层水液用ch2cl2萃取多次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁；
(2)将10～20mmol得到的1,1'-二乙酰基二茂铁2～5g和100ml质量浓度为5％～8％的naclo溶液在避光环境下搅拌，控制温度在44～50℃，分三次加入共20～50ml的naclo溶液，搅拌反应10h，趁热过滤反应溶液，在滤液中加入质量浓度为5％～10％的hcl至呈酸性，在滴加过程中用玻璃棒搅拌，产生橙黄色粉末状固体，用naoh溶液溶解此固体，抽滤，滤液再用质量浓度为5％～10％的hcl溶解并沉淀，抽滤得到棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸；
(3)将30ml经过无水处理过的二氯甲烷作溶剂，5～7mmol的吡啶作为缚酸剂，在2～3.5mmol得到的1,1′-二茂铁二甲酸中，加入1.5ml草酰氯，温度控制在0℃，滴加完毕后，先室温反应7h，回流5h，停止反应；减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色的粗产品；再在60～90℃下，用石油醚重结晶，最后得到红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯。
优选的，所述1,1′-二茂铁二甲酰氯的制备方法包括以下步骤：
(1)加入0.18mol无水三氯化铝和二氯甲烷60ml，搅拌均匀，然后再将0.06mol二茂铁、二氯甲烷100ml和0.16mol的乙酰氯18ml的混合液缓慢滴加，滴加完毕后，先在室温下反应5h，然后回流4h，停止反应，用100ml蒸馏水水解三氯化铝，水解完全后用二氯甲烷萃取，分去下层产物，上层水液用ch2cl2萃取多次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁；
(2)将20mmol得到的1,1'-二乙酰基二茂铁5g和100ml质量浓度为8％的naclo溶液在避光环境下搅拌，控制温度在44～50℃，4小时内分三次加入共50ml的naclo溶液，搅拌反应10h，趁热过滤反应溶液，在滤液中缓慢加入质量浓度为10％的hcl至呈酸性，在滴加过程中用玻璃棒搅拌，产生橙黄色粉末状固体，用naoh溶液溶解此固体，抽滤，滤液再用质量浓度为10％的hcl进行溶解并沉淀，抽滤得到棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸；
(3)将30ml经过无水处理过的二氯甲烷作溶剂，7mmol的吡啶0.3ml作为缚酸剂，在3.5mmol得到的1,1′-二茂铁二甲酸中，从恒压滴液漏斗将1.5ml草酰氯加入，温度控制在0℃，滴加完毕后，先室温反应7h，回流5h，停止反应；减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色的粗产品；再在60-90℃下，用石油醚重结晶，最后得到红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯。
优选的，所述步骤2)在常温下进行反应的反应时间为15～24h，回流时间为2～4h。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：环蕃的合成相对比较困难，尤其是它的纯化更不易，主要是因为副产物较多，而且通常副产物与目标产物的极性很相似，这对纯化带来了很大的困难，结果导致产率很低，很难超越达到30％的产率，为了提高产率人们做了大量的研究，目前报道的优化的合成方法主要有模板法。但是模板法要选择出合适孔径的金属离子不是很容易的，所以本发明选择高度稀释法，为了保证高度稀释的反应体系，加入大量的溶剂，而且反应试剂的滴加速度控制的很慢，虽然溶剂消耗量大。合成条件温和，选择低温25-45℃反应，有利于环的形成，避免高温聚合严重。后处理比较容易，吡啶作缚酸剂，除去反应中有hcl生成，促使反应平衡向右进行，而且产率提高到50％-60％。
附图说明
图1本发明制备得到的五种氮杂氧环蕃荧光谱图；
图2本发明制备得到的五种氮杂氧环蕃紫外谱图；
附图中：1为1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3,5-二甲基)-苯基氮[9]二茂铁酯环蕃；2为1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3-甲基)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃；3为1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3-氯)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃；4为1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(2-甲基)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃；5为1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3-氯,4-甲基)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本发明氮氧环蕃的高度稀释制备方法包括以下步骤：在三颈瓶中，加入300ml的ch2cl2，吡啶0.003mol，苯胺衍生物0.001mol后快速搅拌。用无水处理过的200mlch2cl2溶解1,1′-二茂铁二甲酰氯0.001mol，自滴液漏斗加入三颈瓶中，为了给反应提供一个高度稀释的环境，将滴加速度控制缓慢，大约8h滴加完毕。先在常温下反应20h，再缓慢升温，回流2h，用自制的薄层色板监测反应进程，当其中一个原料点消失，可以停止反应。蒸除大部分二氯甲烷，余液用水多次洗涤，收集的有机相用无水mgso4干燥后减压蒸除大部分溶剂，余液拌少量硅胶，选择洗脱剂：v石油醚:v乙酸乙酯＝3:1，过柱纯化，得到最终产物。
1,1′-二茂铁二甲酰氯的制备方法包括以下步骤：
(1)加入0.1mol无水三氯化铝和二氯甲烷60ml，搅拌均匀，再将0.03mol二茂铁、二氯甲烷100ml和0.1mol的乙酰氯18ml的混合液缓慢滴加，滴加完毕后，先在室温下反应5h，然后回流4h，停止反应，用100ml蒸馏水水解三氯化铝，水解完全后用二氯甲烷萃取，分去下层产物，上层水液用ch2cl2萃取多次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁；
(2)将10mmol得到的1,1'-二乙酰基二茂铁2g和100ml质量浓度为5％的naclo溶液在避光环境下搅拌，控制温度在44℃，分三次加入共20ml的naclo溶液，搅拌反应10h，趁热过滤反应溶液，在滤液中加入质量浓度为5％的hcl至呈酸性，在滴加过程中用玻璃棒搅拌，产生橙黄色粉末状固体，用naoh溶液溶解此固体，抽滤，滤液再用质量浓度为5％的hcl溶解并沉淀，抽滤得到棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸；
(3)将30ml经过无水处理过的二氯甲烷作溶剂，5mmol的吡啶作为缚酸剂，在2mmol得到的1,1′-二茂铁二甲酸中，加入1.5ml草酰氯，温度控制在0℃，滴加完毕后，先室温反应7h，回流5h；减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色的粗产品；再在60℃下，用石油醚重结晶，得到红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯。
实施例2
本发明氮氧环蕃的高度稀释制备方法包括以下步骤：在1000ml的三颈瓶中，加入500ml的ch2cl2，吡啶0.006mol，苯胺衍生物0.003mol后快速搅拌。用无水处理过的300mlch2cl2溶解1,1′-二茂铁二甲酰氯0.003mol，自滴液漏斗加入三颈瓶中，为了给反应提供一个高度稀释的环境，将滴加速度控制缓慢，大约12h滴加完毕。先在常温下反应24h，再缓慢升温，回流4h，用自制的薄层色板监测反应进程，当其中一个原料点消失，可以停止反应。蒸除大部分二氯甲烷，余液用水多次洗涤，收集的有机相用无水mgso4干燥后减压蒸除大部分溶剂，余液拌少量硅胶，选择洗脱剂：v石油醚:v乙酸乙酯＝3:1，过柱纯化，得到最终产物。
1,1′-二茂铁二甲酰氯的制备方法包括以下步骤：
(1)加入0.18mol无水三氯化铝和二氯甲烷60ml，搅拌均匀，再将0.06mol二茂铁、二氯甲烷100ml和0.16mol的乙酰氯18ml的混合液缓慢滴加，滴加完毕后，先在室温下反应5h，然后回流4h，停止反应，用100ml蒸馏水水解三氯化铝，水解完全后用二氯甲烷萃取，分去下层产物，上层水液用ch2cl2萃取多次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁；
(2)将20mmol得到的1,1'-二乙酰基二茂铁5g和100ml质量浓度为8％的naclo溶液在避光环境下搅拌，控制温度在50℃，分三次加入共50ml的naclo溶液，搅拌反应10h，趁热过滤反应溶液，在滤液中加入质量浓度为10％的hcl至呈酸性，在滴加过程中用玻璃棒搅拌，产生橙黄色粉末状固体，用naoh溶液溶解此固体，抽滤，滤液再用质量浓度为10％的hcl溶解并沉淀，抽滤得到棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸；
(3)将30ml经过无水处理过的二氯甲烷作溶剂，7mmol的吡啶作为缚酸剂，在3.5mmol得到的1,1′-二茂铁二甲酸中，加入1.5ml草酰氯，温度控制在0℃，滴加完毕后，先室温反应7h，回流5h；减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色的粗产品；再在90℃下用石油醚重结晶，得到红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯。
实施例3
本发明氮氧环蕃的高度稀释制备方法包括以下步骤：在1000ml的三颈瓶中，加入400ml的ch2cl2，吡啶0.005mol，苯胺衍生物0.002mol后快速搅拌。用无水处理过的2500mlch2cl2溶解1,1′-二茂铁二甲酰氯0.002mol，自滴液漏斗加入三颈瓶中，为了给反应提供一个高度稀释的环境，将滴加速度控制缓慢，大约10h滴加完毕。先在常温下反应24h，再缓慢升温，回流3h，用自制的薄层色板监测反应进程，当其中一个原料点消失，可以停止反应。蒸除大部分二氯甲烷，余液用水多次洗涤，收集的有机相用无水mgso4干燥后减压蒸除大部分溶剂，余液拌少量硅胶，选择洗脱剂：v石油醚:v乙酸乙酯＝3:1，过柱纯化，得到最终产物。
1,1′-二茂铁二甲酰氯的制备方法包括以下步骤：
(1)加入0.15mol无水三氯化铝和二氯甲烷60ml，搅拌均匀，再将0.05mol二茂铁、二氯甲烷100ml和0.13mol的乙酰氯18ml的混合液缓慢滴加，滴加完毕后，先在室温下反应5h，然后回流4h，停止反应，用100ml蒸馏水水解三氯化铝，水解完全后用二氯甲烷萃取，分去下层产物，上层水液用ch2cl2萃取多次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁；
(2)将15mmol得到的1,1'-二乙酰基二茂铁3g和100ml质量浓度为7％的naclo溶液在避光环境下搅拌，控制温度在47℃，分三次加入共35ml的naclo溶液，搅拌反应10h，趁热过滤反应溶液，在滤液中加入质量浓度为7％的hcl至呈酸性，在滴加过程中用玻璃棒搅拌，产生橙黄色粉末状固体，用naoh溶液溶解此固体，抽滤，滤液再用质量浓度为7％的hcl溶解并沉淀，抽滤得到棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸；
(3)将30ml经过无水处理过的二氯甲烷作溶剂，6mmol的吡啶作为缚酸剂，在3mmol得到的1,1′-二茂铁二甲酸中，加入1.5ml草酰氯，温度控制在0℃，滴加完毕后，先室温反应7h，回流5h；减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色的粗产品；再在80℃下，用石油醚重结晶，得到红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯。
参见图1，测定五种得到的氮杂氧环蕃1，2，3，4和5的荧光光谱，由实验结可知，化合物5与化合物1，2，3和4的荧光谱图相比，3位为氯取代，具有一定吸电子的能力，尽管4位甲基取代是推电子基，总体还是3位氯的重原子效应对苯环电子的影响较大，导致1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3-甲基,4-氯)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃5荧光强度减弱。同时发射波长向短波移动，化合物1，2，3和4具有相似的荧光光谱形状，在334nm处具有一个较弱的峰，在395nm处又具有一个较强的峰，1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3,5-二甲基)-苯基氮[9]二茂铁酯环蕃1荧光最强，推测可能是3,5位甲基于苯环形成了σ-π共轭，增强了荧光强度，1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(3-甲基)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃2和1,9-二羰基-2,8-二氧-5-(2-甲基)苯基氮[9]二茂铁酯环蕃4荧光强度强，波长也较长，荧光谱图几乎重合，但是相比较化合物2的荧光强度较强，是由于3-甲基处于空间位阻较小的位置，增强了荧光强度，表明甲基取代基在苯环的2位和3位对体系荧光性质的影响差别微小。由此可知，取代基的不同或取代位置不同对化合物的荧光性质均影响。参见图2，测定五种环蕃的紫外光谱时，二氯甲烷作溶剂，二茂铁在225nm处有较弱的吸收，是有茂环中的
通过本发明氮氧环蕃的高度稀释制备方法具体的操作步骤测试光谱性质：
1)加入无水三氯化铝0.1-0.18mol和二氯甲烷30-60ml，搅拌均匀，然后将二茂铁0.03-0.06mol、二氯甲烷80-100ml和乙酰氯0.1-0.16mol的混合液缓慢滴加，滴加完毕，室温下先反应3-5h，然后回流3-4h，停止反应，用70-100ml蒸馏水缓慢的水解三氯化铝，防止飞溅，水解完全后用二氯甲烷萃取，在分液漏斗中分去下层产物，上层水液用少量ch2cl2萃取三次合并到产物中，用无水mgso4干燥，滤去mgso4，旋干溶剂，用水重结晶粗产品得红色针状晶体1,1'-二乙酰基二茂铁(a)收率：80％。m.p.118-120℃(文献值119-121℃)。
2)经过步骤1)得到的1,1'-二乙酰基二茂铁(a)10-20mmol和60-100mlnaclo5-8％溶液，避光，快速搅拌，控制温度在44～50℃，大约3-4小时内分三次加入共30-50mlnaclo溶液,搅拌反应8-10h。停止反应趁热过滤反应液热，在滤液中缓慢加入5-10％hcl至呈酸性，在滴加过程中用玻璃棒不断搅拌，产生橙黄色粉末状固体，同时有大量的气泡不断产生，抽滤，用naoh溶液溶解此固体，抽滤；滤液再用5-10％hcl沉淀，抽滤，得棕黄色固体1,1′-二茂铁二甲酸(b)收率：93％，m.p.250℃(文献值>250℃分解)。
3)在步骤2)得到的1,1′-二茂铁二甲酸(b)2-3.5mmol经过无水处理过的二氯甲烷20-30ml作溶剂，吡啶5-7mmol作为缚酸剂。在温度控制在0℃，从恒压滴液漏斗将1.5ml草酰氯缓慢加入。滴加完毕后，先室温反应6-7h，回流3-5h，停止反应。用真空泵减压旋干二氯甲烷溶剂，得到黑红色粗产品。为了得到纯产品用石油醚重结晶，得红色晶体1,1′-二茂铁二甲酰氯(c)0.51g。收率：47％。m.p.95-96℃(文献值98-100℃)。
将步骤3)得到的1,1′-二茂铁二甲酰氯(c)0.001-0.003mol)溶解在用无水处理过的200-300mlch2cl2，自滴液漏斗加入三颈瓶中，为了给反应提供一个高度稀释的环境，将滴加速度控制缓慢，大约6-12h滴加完毕。在三颈瓶中加入300-500ml干燥的ch2cl2，吡啶0.003-0.006mol，苯胺衍生物0.001-0.003mol后快速搅拌。先在常温下反应20-24h，再缓慢升温，回流3-4h，用薄层色板监测反应进程，当其中一个原料点消失，可以停止反应。蒸除大部分二氯甲烷，余液用水多次洗涤，收集的有机相用无水mgso4干燥后减压蒸除大部分溶剂，余液拌少量硅胶，选择洗脱剂：v石油醚:v乙酸乙酯＝3:1，过柱纯化，得到最终产物。
所得到的最终产物的反应化学式如下：
1r1＝hr2＝ch3r3＝hr4＝ch3
2r1＝hr2＝ch3r3＝hr4＝h
3r1＝hr2＝clr3＝hr4＝h
4r1＝ch3r2＝hr3＝hr4＝h
5r1＝hr2＝clr3＝ch3r4＝h。