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N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的合成与表征

更新时间:2009-03-28

席夫碱是一类含有亚氨(-CH=N-)基团的重要含氮化合物,结构独特,合成方法简单。通过改变反应物的电子给予基团和取代基团,就能衍生出很多结构不同、性能各异的席夫碱[1-2]。席夫碱从结构上划分,可分为单席夫碱、对称、不对称的双席夫碱、大环席夫碱、席夫碱聚合物等;按反应物取代基类型划分,可分为水杨醛类席夫碱、氨基酸类席夫碱、磺胺类席夫碱、硫脲类席夫碱等。席夫碱种类的多样性使其物理与化学性质各不相同,因而在多个领域发挥着重要作用。在医药方面,席夫碱具有抑菌活性;在催化方面,席夫碱可以提高反应速率;在化学分析方面,席夫碱可以分离难以分解的物质,也可以检测某些重金属的含量;在防腐蚀方面,某些芳香族的席夫碱被运用在金属防锈领域,能够有效将金属表面与外界的腐蚀介质隔绝;在光学方面,某些席夫碱也可以发出荧光[3-8]

作者以苯甲醛与1-萘胺为原料,以无水乙醇为溶剂,在室温条件下首次成功合成了N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱,考察了反应时间和反应物投料比(苯甲醛与1-萘胺物质的量比)对产物收率的影响,通过核磁共振氢谱、红外光谱、紫外可见光谱对产物结构进行了表征,采用毛细管法对产物熔点进行了测定,为新型席夫碱的研发提供参考。

1 实验

1.1 试剂与仪器

苯甲醛,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;1-萘胺,分析纯,天津光复精细化工研究所;无水乙醇、浓硫酸,分析纯,北京化工厂;所有药品使用前未经处理。

FTIR-650型傅立叶变换红外光谱仪,天津港东科技发展股份有限公司;TU-1900型双光束紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;300 MHz Avance Ⅲ型核磁共振仪,Bruker公司;BSA124S型电子天平,北京赛多利斯仪器有限公司;DF-101S型集热式恒温磁力搅拌器,巩义予华仪器有限责任公司。

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1.2 方法

采用核磁共振氢谱、红外光谱、紫外可见光谱对产物结构进行表征。采用毛细管法测定产物熔点:将产物用研钵研成细粉末状,毛细管装入高度约2~3 mm的样品;选用浓硫酸为传热介质。

1.3 分析测试

准确移取一定量苯甲醛于100 mL单口圆底烧瓶中,加入30 mL无水乙醇,将圆底烧瓶置于25 ℃的恒温水浴锅中,搅拌均匀。然后向圆底烧瓶中加入溶有一定量1-萘胺的无水乙醇溶液10 mL,搅拌反应一定时间。将反应混合物滴入盛有去离子水的烧杯中沉淀,抽滤,将固体产物用水洗涤3次,乙醇重结晶3次,得到黄色固体粉末,晾干,称重并计算收率。

2 结果与讨论

2.1 N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱合成反应条件探究

2.1.1 反应时间对N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率的影响

2.2.1 核磁共振氢谱(图3)

根据已有的研究结果[3-5],按多元logistic回归模型中样本容量的计算方法,利用2013年第五次国家卫生服务调查重庆农村地区的相关数据,失访率以50%计,计算样本容量为270人。实际共抽得高血压患者280人。利用Epidata录入问卷调查数据,数据整理和分析采用统计工具软件stata.11。

由图1可知,随着反应时间的延长,N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的收率先升高后降低;反应时间为2.5 h时,收率达到最高,为98.14%。这是因为,随着反应时间的延长,反应逐渐趋于完全,当反应时间为2.5 h时,反应基本完成。由于该反应为可逆反应,随着反应时间的继续延长,反应产物可能分解,从而导致收率降低。因此,确定最佳反应时间为2.5 h。

  

图1 反应时间对N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率的影响

 

Fig.1 Effect of reaction time on yield ofN-benzylidenenaphthalen-1-amine Schiff base

从图3可知,N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱在δ7.3和δ7.7附近出现了多重峰,其归于席夫碱萘环和苯环上的氢的化学位移;在δ8.39处的单峰为席夫碱亚胺基团(-CH=N-)上的氢的化学位移。1HNMR数据表明,成功合成了N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱。

固定反应时间为2.5 h、反应温度为25 ℃,考察反应物投料比对N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率的影响,结果如图2所示。

  

图2 反应物投料比对N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率的影响Fig.2 Effect of molar ratio of reactantson yield of N-benzylidenenaphthalen-1-amine Schiff base

由图2可知,当反应物投料比小于1.4∶1时,随着反应物投料比的增大,N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率逐渐升高;当反应物投料比为1.4∶1时,收率最高,达99.3%;当反应物投料比超过1.4∶1时,收率有所下降。这可能是由于,反应物苯甲醛和1-萘胺本身易氧化。因此,确定最佳反应物投料比为1.4∶1。

2.2.3 紫外可见光谱

2.2 N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的结构表征

固定苯甲醛与1-萘胺物质的量比为1∶1、反应温度为25 ℃,考察反应时间对N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率的影响,结果如图1所示。

2.1.2 反应物投料比对N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱收率的影响

为了进一步鉴定产物的结构,在4 000~400 cm-1波数范围内对产物进行红外光谱测定,结果如图4所示。

  

图3 N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的核磁共振氢谱Fig.3 1HNMR spectrum of N-benzylidenenaphthalen-1-amine Schiff base

2.2.2 红外光谱

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图4 N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的红外光谱Fig.4 FTIR spectrum of N-benzylidenenaphthalen-1-amine Schiff base

由图4可知,3 170 cm-1处的吸收峰为Ar-H的伸缩振动,1 700 cm-1处的吸收峰为C=N的伸缩振动,1 650 cm-1、1 520 cm-1、1 480 cm-1处的吸收峰为苯环上碳骨架振动。此外,980 cm-1处的吸收峰对应于反式的-CH=N上C-H的面外弯曲振动,说明样品为反式结构;710 cm-1和770 cm-1处的吸收峰为苯环C-H的面外弯曲振动,说明苯环和萘环都为单取代。红外光谱数据表明,成功合成了N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱。

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图5为苯甲醛、1-萘胺和N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的紫外可见光谱。

从图5可知,N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的吸收峰较反应物的吸收峰均发生了红移,这说明产物的共轭体系增大,进而证明产物成功合成。产物在230~260 nm处的尖峰为产物中苯环和萘环的π共轭体系中π-π*跃迁所产生,在340 nm处的尖峰为C=N双键n-π*跃迁所产生。

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图5 苯甲醛(a)、1-萘胺(b)N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱(c)的紫外可见光谱Fig.5 UV-Vis spectra of benzaldehyde(a),1-naphthylamine(b), and N-benzylidenenaphthalen-1-amine Schiff base(c)

2.3 N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的熔点测定

以浓硫酸为传热介质,平行测定N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱熔点3次,分别为74~76 ℃、73.5~77 ℃、74~77 ℃,熔点平均值为75 ℃。

3 结论

以苯甲醛和1-萘胺为原料,室温条件下首次成功合成了N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱。该席夫碱为淡黄色固体粉末,熔点约为75 ℃。最佳合成条件为:反应温度25 ℃、反应时间2.5 h、苯甲醛与1-萘胺物质的量比1.4∶1,在此条件下,N-(1-萘基)-苯甲亚胺席夫碱的收率最高,达99.3%。目前,随着席夫碱化合物研究的不断深入,越来越多的席夫碱化合物在医药、催化、光学等领域展现出了广阔的应用前景,缩萘胺类席夫碱的合成为席夫碱研究提供一定的理论参考依据。

参考文献

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张秋平,张文银,孙帅博,董钟,张佳慧
《化学与生物工程》 2018年第05期
《化学与生物工程》2018年第05期文献

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