一种硫诱导3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物及其合成方法

摘要

本发明提出了一种3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物及其合成方法。本发明以腈和水合肼为原料，乙醇为溶剂，用廉价易得的硫来诱导合成3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物。本方法具有成本低廉，反应简单，条件温和，反应时间短，产率较高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种单质硫诱导3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物及其合成方法，属于化学化工领域。

背景技术

3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪及其衍生物由于其独特的生物活性和良好的光学性质而被广泛地应用于农药、医药、及材料等领域，可作为杀虫剂、除草剂、活性药物、荧光材料和含能材料。同时，3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪衍生物还具有良好的电化学性质，可用于标签试剂、传感器、荧光开关、细胞成像和光伏电池成分等，其在有机合成方面也有重要应用，可作为高度缺电子的物质被亲核试剂进攻，发生四嗪环上的亲核取代反应，还可以与有机金属试剂反应形成络合物，最重要的是参与反电子需求的Diers-Alder反应合成许多杂环化合物和天然产物。

近年来，有许多关于1,2,4,5-四嗪衍生物应用的文献报道。对称取代-1,2,4,5-四嗪多有文献报道，而关于3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪的报道却相对较少一些，因为不对称双取代-1,2,4,5-四嗪的合成不容易，并且已报道的不对称四嗪化合物大部分都是在C3，C6位上特殊基团取代的，如烷基，烷硫基等，在C3，C6位上芳香杂环取代的不对称四嗪化合物很少有报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物；

本发明目的之二是提供一种工艺简单、反应条件温和、生产成本低、环境污染小、易于大规模工业化生产的合成3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种结构式（I）所示的3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物：

                                                 

其中，R¹和R²为吡啶基和取代苯基，所述取代选自甲基、甲氧基、三氟甲基、氨基、卤素基。

将腈与水合肼在硫诱导下反应合成结构式（I）所示的化合物，反应过程如下：

 

其中，S表示单质硫，乙醇为溶剂。

反应中腈与水合肼的摩尔比为1:10；腈与硫的摩尔比为1: 4；反应温度为70~80 ^oC，反应时间为7~15小时。

本发明提出了一种在硫诱导下以腈和水合肼为起始原料合成目标化合物3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物的简单方便廉价的合成法，该方法明具有工艺流程简单，反应条件温和，原料成本相对廉价，有利于工业化生产；合成的目标化合物3,6-芳香杂环不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物未见文献报道。

附图说明

图 1为化合物（1a）的单晶结构图；

图2为化合物（1a）的核磁共振H谱；

图3为3-(2-吡啶基)-6-(4-甲基苯基)- 1,2,4,5-四嗪（1a）的核磁共振C谱；

图4为3-(2-吡啶基)-6-(4-甲基苯基)- 1,2,4,5-四嗪（1a）的红外光谱图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详述，但本发明并不限于这些实施例。

3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物的合成：以1a, 1d, 1g, 1j为例进行详细说明。

实施例1

3-(2-吡啶基)-6-(4-甲基苯基)- 1,2,4,5-四嗪（1a）的合成

将0.5 mmol 2-氰基吡啶、0.5 mmol 4-甲苯腈、2.0 mmol硫和3.0 mL乙醇加入到25mL的圆底烧瓶中，在搅拌条件下滴加5.0 mmol水合肼，然后在反应温度为78 ^oC下混合物搅拌过夜。反应结束后（TLC监测）冷却至室温。加入8mL二氯甲烷和5mL水，过滤除去硫。剩余混合液经萃取、无水氯化钙干燥、过滤得到有机相，有机相浓缩得到粗产品。粗产品经过硅胶柱色谱分析纯化（石油醚和乙酸乙酯（2:1）混合作为洗脱剂）得到紫色固体99.6 mg，产率为80 %。其单晶结构图见图1。

表征数据：Mp: 178-181^oC; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.97 (d, J = 3.4 Hz, 1H), 8.70 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 8.60 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 8.00 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 7.62-7.53 (m, 1H), 7.44 (d, J = 7.9 Hz, 2H), 2.50 (s, 3H) ppm (见图2); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ 164.6, 163.5, 151.1, 150.6, 144.1, 137.7, 130.4, 129.0, 128.6, 126.5, 124.0, 22.0 ppm (见图3); IR (KBr): ν 1605, 1580, 1393, 1245, 1177, 1116, 919, 812 cm^-1 (见图4); HRMS: m/z calcd for C₁₄H₁₁N₅+Na⁺: 250.1093 [M+Na]⁺ ; found: 250.1093。

实施例2

3-(2-吡啶基)-6-(4-甲氧基苯基)- 1,2,4,5-四嗪（1d）的合成

将0.5 mmol 2-氰基吡啶、0.5 mmol 4-甲氧基苯腈、2.0 mmol硫和3.0 mL乙醇加入到25mL的圆底烧瓶中，在搅拌条件下滴加5.0 mmol水合肼，然后在反应温度为78 ^oC下混合物搅拌过夜。反应结束后（TLC监测）冷却至室温。加入8mL二氯甲烷和5mL水，过滤除去硫。剩余混合液经萃取、无水氯化钙干燥、过滤得到有机相，有机相浓缩得到粗产品。粗产品经过硅胶柱色谱分析纯化（石油醚和乙酸乙酯（2:1）混合作为洗脱剂）得到白色固体106.0 mg，产率为80 %。

表征数据：Mp: >270 ^oC; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.70 (d, J = 4.4 Hz, 1H), 8.41 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.99 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 7.88 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.40 (dd, J = 12.4, 6.4 Hz, 1H), 7.02 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 3.89 (s, 3H) ppm; ¹³C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 172.2, 150.3, 150.1, 149.7, 137.4, 129.9, 125.7, 121.3, 121.2, 114.9, 100.3, 55.8 ppm; IR (KBr): ν 1606, 1517, 1437, 1408, 1307, 1249, 1173, 1115, 1029, 985, 828, 601 cm^-1; HRMS: m/z calcd for C₁₄H₁₁N₅O+Na⁺: 288.0861 [M+Na]⁺ ; found: 288.0827。

实施例3

3-(2-吡啶基)-6-(4-三氟甲基苯基)- 1,2,4,5-四嗪（1g）的合成

将0.5 mmol 2-氰基吡啶、0.5 mmol 4-三氟甲基苯腈、2.0 mmol硫和3.0 mL乙醇加入到25mL的圆底烧瓶中，在搅拌条件下滴加5.0 mmol水合肼，然后在反应温度为78 ^oC下混合物搅拌过夜。反应结束后（TLC监测）冷却至室温。加入8mL二氯甲烷和5mL水，过滤除去硫。剩余混合液经萃取、无水氯化钙干燥、过滤得到有机相，有机相浓缩得到粗产品。粗产品经过硅胶柱色谱分析纯化（石油醚和乙酸乙酯（2:1）混合作为洗脱剂）得到紫色固体115.2 mg，产率为76 %。

表征数据：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 9.00 (d, J = 4.2 Hz, 1H), 8.84 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 8.73 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 8.03 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.90 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 7.60 (t, 1H) ppm; ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ 163.6, 163.4, 150.9, 149.8, 137.4, 134.7, 134.5, 128.5, 126.5, 126.2, 126.1, 124.1 ppm; IR (KBr): ν 1581, 1398, 1327, 1156, 1113, 1067, 910, 825 cm^-1; HRMS: m/z calcd for C₁₄H₈F₃N₅+H⁺: 304.0810 [M+H]⁺ ; found: 304.0809。

实施例4

3-(2-吡啶基)-6-(4-氯苯基)- 1,2,4,5-四嗪（1j）合成

将0.5 mmol 2-氰基吡啶、0.5 mmol 4-氯苯腈、2.0 mmol硫和3.0 mL乙醇加入到25mL的圆底烧瓶中，在搅拌条件下滴加5.0 mmol水合肼，然后在反应温度为78 ^oC下混合物搅拌过夜。反应结束后（TLC监测）冷却至室温。加入8mL二氯甲烷和5mL水，过滤除去硫。剩余混合液经萃取、无水氯化钙干燥、过滤得到有机相，有机相浓缩得到粗产品。粗产品经过硅胶柱色谱分析纯化（石油醚和乙酸乙酯（2:1）混合作为洗脱剂）得到紫色固体99.5 mg，产率为74 %。

表征数据：Mp: 218-219 ^oC; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 8.98 (d, J = 4.6 Hz, 1H), 8.70 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 8.66 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 8.01 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.66-7.55 (m, 3H) ppm; ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ 164.0, 163.7, 151.2, 150.4, 139.9, 137.7, 130.2, 130.0, 129.9, 126.7, 124.2 ppm; IR (KBr): ν 2361, 1633, 1588, 1394, 1118, 1085, 913, 813 cm^-1; HRMS: m/z calcd for C₁₃H₈ClN₅+H⁺: 270.0546[M+H]⁺ ; found: 270.0544。

表1  3,6-不对称取代-1,2,4,5-四嗪化合物的合成