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55二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构

作者:小编 时间:2025-08-11 12:01:19 点击:

  分类号Q笸约13UDC密级匈编号——5,5一二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构范昊坤论文答辩日期丝!兰:丛塑学位授予日期——答辩委员会主席国趣论文评阅人围圭延奎j二韭

  广西大学学位论文原创性和使用授权声明YIII12I14IIoIIl8II1U18II炒本人声明所呈交的论文,是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料。与我一同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡献均已在论文中作了明确说明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品,知识产权归属广西大学。本人授权广西大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权保存并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于:口保密,在年解密后适用授权。,、囱不保密。(请在以上相应方框内打“√”)论文作者签名:指导教师签名:作者联系电话:

  广西大掌工程硕士掌位论文5.5一二甲基乙内酰腮二聚体的合成及晶体结构5,5-二甲基乙内酰脲二聚体的合成及昌体结构摘要乙内酰脲是一种含有氮原子的五元饱和杂环化合物,是一些药物的核心结构,乙内酰脲及其衍生物常被用于抗菌防腐、生物抑制、生物酶催化等方面。本文以5,5----I千I基乙内酰脲和甲醛为原料,在强酸催化下合成l,l’一亚甲基一双(5,5一二甲基乙内酰脲)和3,3’一二羟甲基一1,1’一亚甲基一双(5,5一二甲基乙内酰脲),讨论了酸度和金属离子对反应的影响。采用瓜、13CNMR、1HNMR、MS和X.射线单晶衍射对两种产物的结构进行了表征。用DSC热分析法研究了产物的热稳定性。研究结果表明,与亚甲基相连的氮是5,5一二甲基乙内酰脲的1号位氮原子,晶体结构的分析结果分别为:(1)1,1’一亚甲基一双(5,5一二甲基乙内酰脲)是正交晶系、Aba2空间群,其主要晶体参数:a/A=16.584(3),b/A=9.7471(15),c/A=8.9626(14),彬(。)=90.00,a/(。)=90.00,∥(‘)=90.00,vIA3=1448.7(4)R=0.0230。(2)3,3’一二羟甲基一1,1’一亚甲基一双(5,5一二甲基乙内酰脲)是三斜晶系、P一1空间群,主要晶体参数:a/A---9.081(Q,b/A--9.310(5),c/A=10.434(5),仅/(。)=91.324(6)fl/(’)=104.052(6m6米乐官网 米乐M6平台入口)∥(。)=111.430(5),vIA3=790.4(7),R=0.0667。在合成条件方面,采用Na+、K+、Mn2+、zn2+盐催化反应可使产率在10小时内提高4-5倍。关键词:5.5一二甲基乙内冒瞻二聚体合成催化晶体结构

  SYNTHESISANDCRYSTALSTRUCTRUEOF55-DIMETHYLHYDANTOINDIMERABSTRACTHydantoinisafive—memberedsaturatedheterocycliccompoundwhichcontainsthenitrogenatom.Itisthecorestructureofsomedrugs.Hydantoinanditsderivativesareusuallyusedinantibacterial,pharmaceutical,biologicalinhibitors,andbiologicalenzymecatalysis,etc.Asynthesiswith5,5-dimethylhydantoinandformaldehydeasmaterialsandstrongacidascatalysistosynthesized1,1'-methylene-bis(5,5-dimethylhydantoin)and3,3'-dimethylol-1,1’-methylene-bis(5,5-dimethylhydantoin)wasreported,andtheeffectofacidityandmetalionsonthesynthesiswasdiscussed.IR,1HNMR13CNMRMSandX.raysinglecrystaldiffractionwereusedtocharacterizethestructureofproducts.DSCthermalanalysiswasusedtoinvestigatethethermalstabilityofproducts.TheresultsshowthatitistheNo.1nitrogenatomin5,5-dimethylhydantointhatconnectsthemethylene.X-raydiffractionresultsshowthat1,1'-methylene—bis(5,5-dimethylhydantoin)belongstoorthorhombiccrystalsystemwithAba2spacegroupsymmetry.Thecrystallographicparameterswerelistedasfollows:a/A=16.584(3),b/A=9.7471(15),c/A=8.9626(14),及/(‘)--90.00,∥(。)=90.00,∥(‘)=90.oo,刀A3_1448.7(4)IP0.0230.And3,3'-dimethyl01.1,1'-methylene.bis(5,5一dimethylhydantoin)belongstotriclinicsystemwithP一1spacegroupII

  £堕查苎墨墨塑查生篁望塞5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构symmetry.Thecrystallographicparameterswerelistedasfollows:cli醛9.081(4),b/A=9.310(5),c/A=10.434(5),a/(‘)=91.324(6)fl/(‘)=104.052(6)∥(‘)=111.430(5),z/A3790.4(7),R=0.0667.Besides,ascatalysis,Na+,K+,Mn2+,andZn2+saltincreaseyieldby4-5timesin10hours.KEYWORDS:5,5-dimethylhydantoin;dimer;Synthesis;catalysis; crystal structure. III

  广西大掌工程硕士学位论文 5.5一二甲基乙.#qt晓脲.----.聚体的合成及晶体结构 目录第一章前言………………………………………………………………………………..1 1.1乙内酰脲与其衍生物的结构与性质…………………………………………………1 1.2乙内酰脲与其衍生物的应用…………………………………………………………2 1.3亚甲基双酰胺的合成应用……………………………………………………………4 1.3.1活化二甲基亚砜合成亚甲基双酰胺………………………………………….4 1.3.2 Mannich反应制备亚甲基双酰胺……………………………………………..5 1.4本文工作意义…………………………………………………………………………7 第二章1,1’.亚甲基一双(5,5.二甲基乙内酰脲)的合成、表征及晶体结构……………8 2.1试剂与仪器…………………………………………………………………………。8 2.2测试方法……………………………………………………………………………。9 2.3合成方法………………………………………………………………………………9 2.4结果与讨论………………………………………………………………………….1 12.4.1结构表征……………………………………………………………………..1 12.4。2 1,l’.亚甲基.双(5,5.二甲基乙内酰脲)的晶体结构………………………..15 2.4.3热稳定性……………………………………………………………………..20 2.4.4酸浓度对合成的影响………………………………………………………一21 2.4.5加入金属盐催化对该合成的影响…………………………………………..22 2.5小结…………………………………………………………………………………………………………….24 第三章3,3’一二羟甲基一1,1’.亚甲基.双(5,5。二甲基乙内酰脲)的合成、表征基及晶体结构25 3.1试剂与仪器…………………………………………………………………………25 3.2测试方法……………………………………………………………………………26 3.3化合物3,3’.二羟甲基一1,1’一亚甲基.双(5,5一二甲基乙内酰脲)合成……………26 3.3.1合成方法………………………………………………………………………26 3.4结果与讨论………………………………………………………………………….28 3.4.1结构表征………………………………………………………………………28 3.4.2晶体结构………………………………………………………………………32 3.5小结…………………………………………………………………………………………………………….37 IV

  第四章结论…………………………………………………………………………………38 参考文献……………………………………………………………………………………..39 致谢……………………………………………………………………………………………………………………45 读研期问发表论文…………………………………………………………………………..46 V

  广西大掌工程硕士掌位论文 5.5一二甲基乙内噬竖三墨坠堕鱼廛丛鱼堕堕塑 第一章前 言随着社会的发展,各种各样的材料不断问世。而就人类本身而言,健康问题却是首 先要解决的。其中,细菌与人类接触十分频繁,对人体健康的影响至关重要。由于它的 分布较为广泛,在土壤、空气、水体中都有分布,因而在各类场合使用到的材料势必会 接触到细菌。细菌一旦和材料表面接触就可能吸附在材料表面,然后进一步生长。人接 触到被细菌污染的材料后,容易引起各种疾病。若使用具有抗菌性能的材料,可以避免 细菌的生长和传播,减少疾病。因此新型抗菌材料的研究和开发成为当今新材料研究领 域的一个热点。内酰脲类产品是抗菌产品的主要分支之一,而乙内酰脲是内酰脲类的一 个大类,是一种很好的抗菌产品。所以对乙内酰脲类产品进行研究,具有较大的科研价 值。 1.1乙内酰脲与其衍生物的结构与性质 乙内酰脲(hydantoin)又称为妥因、海因,化学名为2,4一咪唑啉二酮,是一类 五元的杂环类化合物。它易溶于水,并且溶于大多数有机溶剂,熔点在172℃。其衍生 物取代基大部分在5号位碳处,由于结构中存在多个官能团且有较大的反应活性,所以 它的不同类型取代基的乙内酰脲及其衍生物在各个领域有着广泛的应用。目前国内乙内 酰脲常作为化妆品添加剂,无氰电镀金材料【1】等使用。国外文献报道有用作消毒剂,还 可用于防腐剂,油漆,室内除臭剂,餐具洗涤剂等12-3]的添加剂。另外,其衍生物5,5一 二甲基乙内酰脲经卤化后可以作为卤代剂【4】,或与高分子主链反应连接起来,合成具有 阻燃功能的高分子阻燃剂【5】在一些需要防火的墙体或门窗表层作为的防火涂料使用。 0RR图1.1乙内酰脲的结构通式

  £堕盎堂墨量硕士掌位论文 5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构 1.2乙内酰脲与其衍生物的应用 乙内酰脲与其衍生物在抗菌的方面有着广泛的应用。Ewa Szyman7 ska等人为了找 到一个潜在的抗分支杆菌活性的药物,利用乙内酰脲的各种衍生物如亚芳基乙内酰脲、 环烷基乙内酰脲进行测试,得到其抗菌活性的实验数据,确定它们具有抗惊厥的活性【6.8】 或者具有潜在的抗惊厥活性【9】,这些为乙内酰脲衍生物在抗惊厥活性的研究做了一些准 备工作;Jad沥ga HaIldzlil(等【10】人利用5,5.二苯基乙内酰脲与卤代烷等化合物反应生成 了由烷基或酯基与氮相连的5,5一二苯基乙内酰脲的衍生物,经过实验该烷基或酯基衍生 物被发现是对付耐药细菌泰里亚的一种新工具。随着研究的深入,Ramya SaIlmaIla G0pfla KrisMaIl等【l卜12悛展了具有自组装特性能的乙内酰脲衍生物药物,这种药物在气 液界面形成较小聚集度的胶束,胶束的形成能帮助增加溶液乳化稳定性,当应用于临床 时减轻了药物在人体局部聚集产生的不良影响。FreA de Afique Tellier等【DJ人合成了乙 内酰脲的刚性类似物:二环【2.2.1】庚烷基乙内酰脲衍生物,并做为神经中枢谷氨酸受体 的生物探针类药物进行了研究,发现了它的一些医学价值。张胜利等【14】人使用卤代的乙 内酰脲测试它们的杀菌性能,对常见的绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、伤寒杆菌和枯草杆 菌等4种菌有较好的杀菌效果,其杀菌能力远远超过其参比物石炭酸的效果。在合成小 分子药物的同时,乙内酰脲与其衍生物也发展了其在高分子材料上的实际应用,它可以 作为高分子的抗菌功能基团与其他高分子单体连接后聚合形成抗菌高分子材料,使得其 抗菌能力在不同环境中得到发挥[15-221,在织物中,通过变化整理浴的浓度控制纤维素上 结合的单羟甲基.5,5一二甲基一乙内酰脲剂的量,从而达到预定的杀菌作用因l。 乙内酰脲与其衍生物在抑制剂方面也有较好的性能。Wensheng Yu等【24。2明人发现乙 内酰脲类药物可以作为非氧肟酸的肿瘤坏死因子血管紧张素转换酶的Q选择性抑制剂, 在未来可用于对锌金属蛋白酶的抑制;其二苯基衍生物对体外及体内诱导遗传的损伤、 前列腺癌抑制等领域中发挥了优良的作用【3∞11;另外,乙内酰脲的氮取代衍生物能抑 制白血病细胞凋亡眦1。 乙内酰脲与其衍生物与金属配合物的合成及其抗茵活性应用。乙内酰脲类化合物能 与多种金属离子进行配位,是一种优良的配体。其中,N.Slli血zu【33】,利用5,5,一二苯基 乙内酰脲在氨水溶液中与Ni2+配位,获得了下图的有机金属配合物晶体结构,如图1—2。

  广西大掌工程硕士掌位论文 5.5一二甲基乙内醚竖兰墨堡塑金堕墨墨堕绫塑 Ph PHo:o图1.2 5,5.二苯基取代乙内酰脲与Ni2+的配合物结构 Fig.1-2 Complex Structure of 5,5-Diphenylhydantoin and Ni2+ K.Oyaizu,等【341人利用5,5.二甲基乙内酰脲与金在无机溶剂中得到了其配合物的晶 体结构,如图1—3。 NIM』"\N—Lt¥H, H3如了y0 H摹 。文N冬。 图1-3 Au与5,5,-二甲基乙内酰脲的配合物结构 Fig.1・ 3 Complex Structure of 5,5-Dimethylhydantoin and Au 这些乙内酰脲与其衍生物与金属的配合物充分的发挥了它们各自的抗菌能力。因为 金属类产品作为抗菌材料的一个主要分支,在与另一个分支有机抗菌材料配合后一起发 挥着它们的双重抗菌能力。如下面一些配合物的合成就发挥了较好的抗菌能力。Adriana Bakalova等【35‘381人发现乙内酰脲衍生物与金属如铂、银等的配合物具有细胞毒性、抗菌 性、抗肿瘤活性,从体外获得的数据分析,这些化合物产生的肾毒性较少。 乙内酰脲与其衍生物也具有生物酶催化水解作用。乙内酰脲及其衍生物在相关酶催 3

  £亘盎掌工程硕士掌位论文 5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构 化下可降解为多种氨基酸t3钒。乙内酰脲在木瓜蛋白酶的催化作用下水解成氨基酸【40】,同 时它也能作为酪氨酸酶的抑制剂t41】发挥作用。 1.3亚甲基双酰胺的合成应用 双酰胺在肽链的分析、修饰中具有重要的作用H2431,它也是一种常用的交联剂。酰 胺和腈是制备亚甲基双酰胺的主要原料。酰胺可以和经过活化的二甲基亚砜、六亚甲基 四胺反应合成得到亚甲基双酰胺型的产物;也可以采用甲醛与酰胺在酸、金属离子催化 下合成,即Mannich反应。 1.3.1活化二甲基亚砜合成亚甲基双酰胺 Varkey等Ⅲ1人首次报道了关于一些亲电试剂如(P205、S03和Ac20)存在时,经过活 化的DMSO与酰胺进行的反应,产品主要为亚甲基双酰胺与酰基硫亚胺。如苯甲酰胺 作为反应物时,亚甲基.双苯甲酰胺的产率只有22.26%,反应的原料量少,而且文献没 有使用其他基团的原料进行实验。反应式如图1.4。 唰≯扩r鹅~ 图1 4亚甲基双苯甲酰胺反应方程 Fig.1-4 The reaction equation of 11’-methylene-bis・ benzamide 经过浓硫酸以及三氧化硫活化DMSO使得它可以与腈反应,得到亚甲基双酰胺的产物H51, 与其他分子具有良好作用效果如图卜5。 ∥+ 图1.5亚甲基双酰胺反应方程 Fig.1-5 The reaction equation ofmethylene—bis—amide 烷基氰与甲醛在酸催化下也能制备与之对应的亚甲基双酰胺产物【461。 4

  广西大掌工程硕士掌位论文 5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的合堕丛照整缱塑 1.3.2 Mannich反应制备亚甲基双酰胺 Mannich反应的,即在酸催化作用下甲醛、胺、与含有活泼a.氢的化合物发生三组 分缩合反应,得到B.氨甲基类化合物。后来,人们对Mannich反应的范围进行了扩展, 把含有活泼氢化合物与各种醛、胺或者亚胺的缩合反应都称之为Mannich反应。 Mannich的基本反应类型大致有:脂肪胺的Mannich反应、氨的Mannich反应、酰 胺和芳胺的Mannich反应三种类型。这里总结了一些Mannich反应有关酰胺的例子。 这里举例说明了部分酰胺的Mannich反应的特点。酰胺的碱性与脂肪胺相比弱一 些,在普通条件下较难形成希夫碱中间体。所以除了催化剂以外,往往会先制备亚胺中 间体进行反应,如Gonzalo Blay等【471人利用磺酰亚胺与硝基甲烷进行反应。Shota Kato 等H81人利用膦酰亚胺与含有活性氢的杂原子基团发生反应。Michal Drusan等【491人用芳 亚胺与环酮进行了反应。 苷脲的Mannich缩合反应:Marek Stancl等【5川人利用苷脲单体与甲醛以2:1的配比 在酸催化下合成了苷脲二聚体以及二聚体的衍生物,如图1-6。 n,njUJ“ o八R—NH’NH2 /~NH八NH: 。NHVN呜 2●.3■o —乡o o痧 R嗥O+=R矗-N.if-.:率o l取o N丫队R R二℃可N—饿VN、R 图1-6苷脲二聚体及其衍生物的合成 1■-dR=CH. 2●-G R--C‘H 3a-cR哪 Fig.1-6 the Synthesis ofglycoluril dimer and derivatives Wei—Hao Huang等人[51-521在此基础上又合成了双苷脲五聚体。总结了从二聚体到十 聚体的合成,并对这些聚合物与其他分子之间(如:对苯二甲胺、己二胺、对环己烷二胺、 二联吡啶等)由超分子作用力产生的半包结产物进行了研究,证明了这些聚合物具有与 葫芦脲类似的作用。 金属、分子筛催化Mannich反应:经典的Mannich反应不需要催化剂,但是随着时 间的推移,近年来人们发现了在一些反应中加入金属催化剂(如:Cu、Pd、Zn、Zr、 A昏Ni、Co、Ca、Sr、Ba、Mg等[53-631)或者分子筛能有效地提高反应的产率以及选择

  £亘查苎墨墨塑查堂篁迨塞 m6米乐官网 米乐M6平台入口5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构 性。如果再加入一些手性配体或诱导剂,可以有效合成一些具有手性碳的Mannich碱。 Tomoaki Hamada等【删人利用多种Zn2+盐作为催化剂合成了如下图所示的产物,与 无催化剂作用相比前者的产率有了大幅的提高,如图1.7。 znX2(10 m01%) 卧Nh N∥HBz 9SiMe3 EtopH+办卧 O32(1.5 equiv) dN?b (12 mol%) H2‘)厂rHF 1:9,0 oC.72 h图1—7锌盐催化Mannich反应 BzKN、NH o∞≯V八孙 O(呻 Fig.1.7 Zn2+catalyzed Mannich reaction Zhen Zhang[651利用A矿盐作为催化剂合成了如图1.8所示的产物。在催化剂作用下, 固定时间内产率大幅提高,对产物的空间构型具有较强的选择性。 h—h/_—熹■c=Me AH29SobF《1.6 o(5eqmuo时1%》’ 协N\N与沁专H2半C12 R嚣T N气 u,t。l nOMe Me 2a'28%yield 图1.8银盐催化marmich反应 AcO Me 尸气 +N—T8 }》训9%y醐 Fig.1-8 Ag+catalyzed mannich reaction Saito,S.等【钢在合成生物活性分子及不对称合成诱导剂中,使用了磷酰胺作为反应 底物,使其与预先制备好的亚胺中间体在金属催化剂和分子筛的作用下合成。这些化合 物都是重要的生物化合物为生命科学的基础研究提供了一些有价值产物。 6

  it-西大学工程司配b学啦论文 5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的厶J越及晶体结构 1.4本文工作意义 乙内酰脲当作为一些药物的核心单元时,在防腐抗菌方面有着较广阔的应用价值。 但其衍生物具有不同的溶解能力以及酸碱特点,使其发挥能力的范围受到限制。由于5,5. 二甲基乙内酰脲的1号位氮在酸性环境下比3号位氮的活性大,相反,碱性环境下3号 位氮活性更大。所以二聚体的合成使得l号位氮的活性消失,使二聚体能专一的在碱性 环境下发挥其抗菌防腐等作用,使其抗菌防腐能力更有针对性。 本文利用5,5.二甲基乙内酰脲合成其二聚体1,1’.亚甲基一双(5,5.二甲基乙内酰脲), 改变了它的水溶性,使其难溶于水。它可以作为一些有机、无机材料的抗菌添加剂掺杂 到里面发挥作用,当其与一些有抗菌性能的金属离子配位后会得到更强抗菌能力的有机 无机复合抗菌材料。 5,5一二甲基乙内酰脲的羟甲基产品极易溶于水,当作为涂料等甲醛缓释类型的防腐 抗菌添加剂使用时,潮湿空气易使其失效。本文在合成了l,1’.亚甲基一双(5,5一二甲基乙 内酰脲)的基础上合成了3,3’.二羟甲基.1,1’一亚甲基.双(5,5.二甲基乙内酰脲),得到 了难溶于水的固体羟甲基产品。这种产品因其难溶于水的特性大大增强了材料的防潮能 力,添加到合适的材料中后能在潮湿的环境中发挥其抗菌及生物抑制作用。因为两种产 品不同的抗菌能力使得它们可以在对抗菌要求强度不同的环境中分别发挥各自的作用。

  广西大掌工程硕士掌位论文 5.5一二甲基乙内酰脲二聚体的合成及晶体结构 第二章1,1’.亚甲基.双(5,5.二甲基乙内酰脲)的合成、表征 及晶体结构 本章采用酸催化方法合成了1,1’.亚甲基一双(5,5.二甲基乙内酰脲),并用瓜、 MS、1H NMR、13C NMR和X.单晶衍射等对其结构进行了表征。同时讨论了酸浓度及 金属离子对l,1’.亚甲基.双(5,5.二甲基乙内酰脲)合成的影响。 2.1试剂与仪器 实验所需主要试剂的规格和生产厂家于列表2—1,所用仪器列如表2.2所示。 表2—1实验所需主要试剂 Table 2—1 Reagent in EXpemlent 表2.2实验所需的主要仪器 Table 2-2胁ment iIl Expefiment