1、毕 业 论 文新型二茂铁双酰腙化合物的合成及表征学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师： 2017 年 6 月朱德亚 1304014144化工与环境学院化学工程与工艺马文兵新型二茂铁双酰腙化合物的合成及表征摘 要自二茂铁首次合成以来，众多学者对其进行了深入研究。二茂铁及其衍生物因其具有独特的“三明治”型夹心结构，广泛应用于医药、催化剂、液晶材料、电化学材料以及航天航空等领域。众所周知，酰腙化合物较易与过渡金属、稀土元素形成配合物，并具有良好的生物活性。因此，进一步合成出新型二茂铁双酰腙化合物具有一定的意义。本论文以 1,1-二茂铁双酰肼和芳香醛为原料，冰乙酸为催化剂，无水乙醇为溶剂，
2、在氩气氛围下，合成出 11 种 1,1-二茂铁双酰腙化合物，并对目标化合物结构进行红外表征、紫外测试。关键词：1,1- 二茂铁双酰腙，芳香醛，合成，表征Synthesis and characterization of novel ferrocenyl hydrazone compoundsAbstractSince the first synthesis of ferrocene, lots of scholars have done study depty. The ferrocene and derivatives have greatly in the field of medicin
3、e, catalyst, liquid crystal materials, electrochemical materials and aerospace due to have unique “sandwich“ type sandwich structure. It is well known that acylhydrazone compounds are more likely to form complexes with transition metals and rare earth elements and have good biological activity. Ther
4、efore, it was that some significance to synthesize new ferrocene dihy- drazone compounds.In this paper, the 1,1-ferrocene bis-hydrazide and aromatic aldehydes was raw materials, glacial acetic acid was catalyst and anhydrous ethanol was solvent. Under the argon atmosphere, 11 kinds of 1,1-ferrocene
5、bis acylhydrazone compounds were synthesized, and their structure were characterized by infrared characterization, UV testing.Key words: 1,1-ferrocene diacylhydrazone, aromatic aldehyde, synthesis, characterization第 1 页 共 1 页目 录1、绪论 .11.1 二茂铁概述 .11.1.1 二茂铁简介 .11.1.2 二茂铁的物化性质 .11.2 二茂铁衍生物的应用 .11.2.1
6、在医学上的应用 .21.2.2 在催化剂上的应用 .31.2.3 在材料上的应用 .41.3 酰腙金属配合物的应用 .61.4 酰腙金属配合物的研究进展 .61.5 课题研究的目的和意义 .102、研究方案 .102.1 实验仪器及试剂 .102.2 合成方法 .122.3 实验方案 .122.3.1 原料的制备 .122.3.2 二茂铁双酰腙化合物的合成 .143、结果与讨论 .153.1 红外光谱性质 .153.2 紫外光谱性质 .154、小结 .17参 考 文 献 .18致 谢 .20中 北 大 学 2017 届 毕 业 论 文第 1 页 共 20 页1、绪论1.1 二茂铁概述1.1.1
7、 二茂铁简介自从上世纪 50 年代 Kealy1第一次合成二茂铁以来，众多学者对其进行了深入地研究，同时通过核磁等一系列手段的表征确定了二茂铁的结构 键五角反棱柱“三明治”型夹心结构，一个铁原子处在两个平行的环戊二烯的环之间，结构式如图 1.1。 Fe图 1.1 二茂铁的结构式二茂铁具有芳香性、低毒性、稳定性等优点，在二茂铁基上引入其它化合物可以增强二茂铁化合物的生物活性。正因为如此，越来越多的学者进入到二茂铁化合物的研究领域，合成出来许多结构新颖的二茂铁化合物。不仅如此，二茂铁衍生物还具有抗肿瘤、抗贫血、抗菌、独特的电化学及光学特性等，因此，二茂铁衍生物在医药、催化剂，材料以及航空航天等领域
8、得到了广泛的应用。1.1.2 二茂铁的物化性质二茂铁，又叫做环戊二烯基铁，属于有机金属化合物，分子式为 Fe(C5H5)2。熔点在 172.5173 之间，沸点为 249 ，100 以上易升华，热稳定性好，可耐470 的高温，在沸水、10%沸碱液和浓盐酸沸液中既不溶解也不分解。为橙色晶型固体，有类似樟脑的气味；有抗磁性，偶极矩为零；不溶于水、NaOH 溶液和浓 HCl ，在稀 HNO3、浓 H2SO4、苯、乙醚、石油醚和 DMF 中易溶解。 二茂铁具有茂环，类似芳香族化合物，且化学性质稳定，在一定介质中反应活性要高于苯。二茂铁能发生许多化学反应，如烷基化反应、酰基化反应、磺化反应、硝化反应等，
9、可以在不同的催化剂作用下合成出不同的二茂铁衍生物。当二茂铁被氧化的时候，两个茂环之间的铁原子被氧化，茂环的电子流向金属使环的亲电取代反应受到阻碍。1.2 二茂铁衍生物的应用中 北 大 学 2017 届 毕 业 论 文第 2 页 共 20 页自从二茂铁被合成以来，二茂铁及其衍生物在合成、与金属离子的配位方式、性能及应用等方面得到了深入发掘。随着研究的深入，二茂铁衍生物在医药、催化剂、液晶材料、电化学材料以及航天航空等领域得到了广泛的应用。1.2.1 在医学上的应用二茂铁衍生物具有低毒性和亲油性，当它进入生物体时可以和细胞内的RNA、 DNA 及生物体内的各种酶等作用，为合成某些疾病的药物提供了原
10、料。其独特的“三明治 ”型夹心结构和较高的选择性，使二茂铁及其衍生物选择性的接近某些酶的活性部位。二茂铁及其衍生物属于有机铁，是合成抗贫血性药物的重要原料。1972 年，Nesmeyanov 等 2合成一种毒性低、对人体伤害很小的抗贫血剂，即邻羧基苯甲酰二茂铁钠盐(结构式为-NaOOC-Ph-CO-Fc ，Fc 表示二茂铁基 )。用小鼠做实验，结果显示，小鼠服用后药效良好，与以往用于治疗缺铁性贫血的无机铁药物相比，其负面作用大大降低。2002 年，刘惠英等 3人以邻二茂铁基苯甲酸、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、溴代四乙酰葡萄糖为原料合成出邻、间、对三种二茂铁基苯甲酸四乙酰葡萄糖酯，并对其抗
11、贫血性做了探究，结果表明，该药物对治疗小鼠失血性贫血有良好的作用。很多二茂铁酰腙类化合物都含有氮、硫、氧原子作为配位原子，当这类化合物形成配合物时既可以提高生物活性又可以降低自由金属离子的毒性。如二茂铁基芳酰腙本身就具有一定的杀菌性能，当它形成配合物时，不但提高了其抗菌活性，而且大大降低了其副作用；二茂铁水杨醛类的酰腙衍生物与金属离子形成配合物时表现出很强的抗肿瘤杀菌抑酶等许多生物活性。青霉素是最早使用的抗生素，也是目前最常用的抗生素，在合成青霉素衍生物时，向青霉素和头孢菌素中引入二茂铁衍生物，可以很大程度上提高其药效。2009 年，刘玉婷等 4以乙酰基二茂铁和 2-氨基 -5-巯基-1,3,
12、4-噻二唑为原料通过脱水缩合，合成了一种毒性低、产率高的二茂铁 Schiff 碱乙酰基二茂铁缩 2-氨基 -5-巯基-1,3,4-噻二唑 Schiff 碱（结构式如图 1.2） ，并对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酿酒酵母菌、黑曲霉菌等进行抑菌测试，实验结果表明，该化合物对大肠杆菌、酿酒酵母菌、黑曲霉菌等有很好的抑制效果，目前此类化合物可应用到更广泛的领域。中 北 大 学 2017 届 毕 业 论 文第 3 页 共 20 页FeCCH3NNSSH图 1.2 乙酰基二茂铁缩 2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑 Schiff 碱的结构式用氯喹、奎宁等药物治疗疟疾已经有相当长的时间，有些疟原虫对其已
13、经产生了抗药性，以二茂铁衍生物为原料合成出新的抗疟疾药物可以改善这一缺陷。Patti 等 5以乙酰基二茂铁和 2-硝基苯甲醛原料，通过二茂铁与羰基的脱水缩合制备出一系列既可以抗疟疾又可以抑制寄生虫生长的二茂铁喹啉类衍生物。这类化合物具有良好的生物活性，因而在药物合成方面具有广阔的应用前景。顺-二氨基二氯化铂(cis-DDP)是一种传统的抗癌药物，该药物的生物活性范围窄、有肾毒，长期使用该药物使有些癌细胞对其产生了抗性。科研工作者受到了二茂铁衍生物具有胞毒性质、抗肿瘤活性和选择性高的启发，利用二茂铁基对其修饰，合成出二氨基丙二酸合铂配合物。与顺-二氨基二氯化铂(cis-DDP)相比，该药物肾毒低
14、，抗白血病活性高。Gimeno 等 6通过二茂铁衍生物与金属 Au 离子配位，合成出一系列具有优良抗癌效果的二茂铁酰胺金属配合物，该金属配合物可以更大程度地抑制癌细胞的生长。二茂铁衍生物与金属配合后具有很强生物活性。2010 年，刘明舜等 7人受到这一启发，用温和的路易斯酸三溴化铟高效催化Biginelli 反应，原位合成了多个由二茂铁取代的具有抗癌药物活性的二氢嘧啶(DHPM)化合物（结构式如图 1.3） 。 NHNHR3R12 OO图 1.3 二氢嘧啶类化合物的结构式1.2.2 在催化剂上的应用二茂铁衍生物催化剂是不对称合成与烯烃聚合催化等领域研究的热点之一，也是一类受到广泛关注的新型催化
15、剂。其研究主要集中在配位原子为 P、S 等的阴离子配体手性配合物催化剂和以二茂铁为骨架的钛锆类烯烃聚合催化剂的合成和应用中。中 北 大 学 2017 届 毕 业 论 文第 4 页 共 20 页在过渡金属不对称合成催化方面，具有手性特点的二茂铁膦配体，由于良好的电子效应、高效的催化活性、高选择性和特殊的刚性骨架结构成为手性配体类化合物研究的热点。-二茂铁乙胺及其膦基金属配合物是手性不对称有机合成的有效催化剂，并且在诱导不对称合成中，具有选择性。如在羰醛缩合成时以二茂铁膦为催化剂，选择性催化得到光学纯度的立体产物。在烯烃和酮的不对称氢化、烯烃和酮的不对称硅氢化、烯丙胺异构为烯胺以及格氏交叉偶联反应
16、中起着重要作用。在合成不对称过渡金属催化剂的研究中，二茂铁衍生物因茂金属具有手性的特点而得到广泛的研究。二茂铁衍生物作催化剂的活性能达到 Phillips 和 Ziegler-Natta 催化剂活性的成百上千倍。例如，在 70 下，含 1g 锆的双芴基锆配合物(C13H8-C2H4-C13H8)ZrCl2 在助催化剂的活化下能生产 3105 kg 聚乙烯。以茂金属锆、铪配合物作催化剂，在 MAO 的作用下催化丙烯聚合时，可以催化生成全同立构含量较高的丙烯聚合物。以带有唑琳取代基的(S,S,S)-2-(4,5- 二苯基-2-唑琳基)-二茂铁基-二苯基膦 (S,S,S)-DIPOF与 Rh(I)和
17、 Ir(I)组成的络合物作催化剂可使苯乙酮不对称硅氢化反应化学产率达到 91%和 96%，并且优势构型相反的产物，以Ir(I)为催化剂时，得到 S 构型产物，以 Rh(I)为催化剂时，得到 R 构型产物。此外，二茂铁及其衍生物在羟醛缩合、燃速催化、烯烃常压氢化、苯酮氢化硅烷化等反应中也有广泛应用。以二茂铁衍生物作为燃速催化剂是提高火箭发动机燃速的方法之一，并且在航空航天中有巨大的作用。如二茂铁衍生物在丁羟推进剂燃烧过程中加速高氯酸的气相分解，从而提高推进剂的燃速。以二茂铁衍生物作催化剂，在甲苯氯化反应中，可以增加对氯甲苯的产率；以二茂铁作催化剂，在气相制备碳纤维时可以获得高质量的碳纤维产品。在
18、合成氨反应过程中，将二茂铁和钾吸附在活性炭上作为催化剂，可使合成氨反应在相对缓和的压强和温度下进行，研究表明，催化剂的活性随二茂铁含量的增加而增加。苯酚的羟基化在二茂铁衍生物的催化下产率可达百分之九十五，甲基丙烯酸甲酯在聚合反应中以二茂铁衍生物做催化剂，聚合物的转化率可以达到百分之百。在含有交联和过氧化物引发剂的不饱和聚酯树脂的聚合过程中，加入乙烯基二茂铁和某些二茂铁烯类化合物作催化剂，可加速树脂的交联和硬化。1.2.3 在材料上的应用中 北 大 学 2017 届 毕 业 论 文第 5 页 共 20 页二茂铁衍生物在材料功能方面可用作辐射吸收剂、热稳定剂、光稳定剂及阻烟剂。为了增加材料的敏化性
19、能，可在材料中加入少量的二茂铁衍生物。如聚乙烯二茂铁的氯笨溶液，用涂敷法制成半导体掩膜版的氧化铁透明掩膜，不仅效率高，且无毒。用作阻聚剂，为了增加聚合物的光稳定性和改善铝涂层薄膜的质量，可用少量的 1,1-二乙酰基二茂铁和乙烯-对苯二酸盐共聚。二茂铁及其衍生物在特殊功能材料方面可合成光学性能材料、特殊电化学性质材料、液晶材料以及磁性材料，特别是在液晶材料方面，上世纪 70 年代，合成了第一个二茂铁基的 Schiff 碱类过渡金属有机配合物（结构式如图 1.4），即第一个过渡金属有机液晶，此液晶合成推动了过渡金属有机液晶的发展。Bruce D W8用氢化硅烷化反应制备的二茂铁衍生物的液晶材料，这
20、种聚合物为向列刭液晶材料，聚合物在 35 经历玻璃化转变，然后在 53 熔融，熔化后出现双折射相，当聚合物经受机械应力时出现特征闪烁，为向列型液晶相，向列相温度可持续到250 以上。且发现侧链中柔性链段的碳原子数越多，熔点越高，显示出液晶具有良好的性能。 FcCONCOCR图 1.4 过渡金属有机液晶结构式二茂铁及其衍生物具有光化学性质，并且其光化学的研究在生产实践中已经得到应用。在平版印刷及集成印刷电路中，可以利用二茂铁支链上不饱和链的光聚合进行光成像。储高升等 9利用二茂铁衍生物的光敏性合成出了四种二茂铁衍生物，这类二茂铁衍生物是一种新型光敏成像体系，研究结果表明，这种成像体系具有优良的成
21、膜性、亲油性和光固化性能。二茂铁衍生物在材料中的应用除上述外，在非线线性材料、二阶非线线性材料、三阶非线线性材料、微球纳米材料、印刷显色材料等方面也有广泛的应用。然而，与国外研究相比，国内二茂铁功能材料的研究起步较晚，存在的问题较多，有待进一步研究。在航空航天和塑料领域，二茂铁衍生物因具有热稳定性和化学稳定性得到广泛应用。如在宇宙飞船外层涂上二茂铁甲酰基衍生物，可以提高宇宙飞船的耐辐射性能，在塑料加工中，加入二茂铁 Schiff 碱，不但可以增加表面的光滑性，也中 北 大 学 2017 届 毕 业 论 文第 6 页 共 20 页可提高塑料的使用寿命。随着研究的不断深入，二茂铁衍生物将得到更为广
22、泛的应用。1.3 酰腙金属配合物的应用酰腙是一类通过酰肼与醛或酮类化合物进行亲核加成再脱去一份子水的产物，是 Schiff 碱的一种。因其具有独特的配位能力和多样的配位形式，在医药、生物、催化、非线性光学等领域受到广泛关注。其种类可由酰腙基团的个数分为单酰腙，双酰腙，多酰腙及酰腙缩聚物。酰腙化合物在药物领域的研究具有广阔的前景，因为酰腙化合物具有丰富的生物活性和药物活性，主要表现在抗癌、抗肿瘤、抗氧化，抗病毒，抗炎症等方面，并且很多已经被报道，有些已被用作抗肿瘤试剂。大量的实验数据表明，酰腙在形成金属配合物后，其对癌细胞的活性要比没配合之前明显增强。因此，人们推测酰腙表现出活性增强的性质，必定
23、在于它和生物体内金属离子进行的配位作用。杨正银等 10通过邻羧基苯甲醛与苯甲酰肼在苯中的缩合反应制备了邻羧基苯甲醛苯甲酰腙，并在水中合成了的 6 种稀土配合物。进一步利用紫外光谱法测定了配合物对 O2-自由基的清除率，研究结果表明，配合物均有一定的抗氧化活性，对 O 自由基的清除率在 825范围。何水样等 11合成了水杨醛缩水杨酰腙(C14H12N2O3)及其 13 种稀土离子的金属配合物，并测定其生物活性，结果表明，该配体及其配合物对辣椒疫霉菌、烟草赤星菌等有不同程度的抑制作用。王亮等12将 5-溴-2-羟基苯基乙酮对羟基苯甲酰腙与吡啶、氯化镍反应，在配体和金属配合物的抑菌实验测试中发现，该类化合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌有一定的抑菌效果，且配合物比配体的抑菌活性强。酰腙化合物及其配合物在催化领域同样得到了广泛的应用，具体地说，酰腙化合物作催化剂的应用主要在各种聚合反应、不对称催化环丙烷化反应以及烯烃催化氧化方面等领域。在分析化学中，许多酰腙化合物用来检测、鉴别金属离子，并可借助色谱分析、荧光分析、光度分析等手段达到对某些离子的定量分析。近年来在该领域研究较多的是合成具发光、催化等特殊性质的功能配合物。酰腙化合物及其金属配合物还是一种在光学材料、磁学材料等领域颇具潜力的功能材料。1.4 酰腙金属配合物的研究进展
