專利名稱：一種用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法。
背景技術(shù)：
樹(shù)形分子是一類新型的合成大分子，其許多獨(dú)特的性質(zhì)，近年來(lái)均引起相關(guān)領(lǐng)域普遍關(guān) 注。它在結(jié)構(gòu)上具有高度幾何對(duì)稱性、精確的分子結(jié)構(gòu)、低的分散系數(shù)、大量的表面官能團(tuán)、 以及可控的內(nèi)部空腔和分子尺寸等特點(diǎn)，可用于催化、藥物代謝、基因載體等眾多領(lǐng)域。
研究結(jié)果表明，在眾多樹(shù)形分子中，聚酰胺一胺類樹(shù)形分子在低代數(shù)(3代以下)時(shí)為敞 開(kāi)和相對(duì)疏松的結(jié)構(gòu)，在高代數(shù)(4代以上)則是表面緊密堆積的結(jié)構(gòu)。聚酰胺一胺類樹(shù)形分 子尺寸處于納米范圍，每增長(zhǎng)一代，分子尺寸大約增長(zhǎng)L3納米。其中4代(約4.0nm) 、 5 代(約5.3nm) 、 6代(約6.7nm) 、 7代(約8.0nm)的聚酰胺一胺類樹(shù)形分子尺寸分別與細(xì) 胞色素C、血紅蛋白、前白蛋白和蚯蚓血紅蛋白接近。聚酰胺-一胺類分子這種與生物大分子 大小相近的特點(diǎn)使得它很適合作為生物模擬體系，并應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。
目前，聚酰胺一胺類樹(shù)形分子最熱門的研究領(lǐng)域之一是作為基因轉(zhuǎn)染載體，部分降解的 聚酰胺一胺類樹(shù)形分子在基因轉(zhuǎn)染方面比完整的樹(shù)形分子有著更好的表現(xiàn)。這與部分降解的 聚酰胺一胺類樹(shù)形分子具有柔順的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)更為松散靈活樹(shù)形分子，可以與 DNA形成更緊密的復(fù)合物，有利于通過(guò)胞吞途徑進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染。以三乙醇胺為引發(fā)核的三方 向樹(shù)形分子，其樹(shù)形分子核具有較大的空間結(jié)構(gòu)，由此得到的樹(shù)形分子比傳統(tǒng)的以氨為核的 樹(shù)形分子結(jié)構(gòu)更為松散靈活柔順，有利于提高其基因轉(zhuǎn)染效率，因此其在生物醫(yī)用領(lǐng)域如基 因轉(zhuǎn)染方面有較好的應(yīng)用前景。
一般而言，樹(shù)形分子由三部分構(gòu)成:樹(shù)形分子核;與樹(shù)形分子核徑向連接的內(nèi)層重復(fù)單元； 與最外層一代重復(fù)支化單元連接的含末端基團(tuán)的樹(shù)形分子表面。
樹(shù)形分子核是樹(shù)形分子代數(shù)增長(zhǎng)的起點(diǎn)(即樹(shù)形分子的O代)，其表面為氨基，可通過(guò) 交替的酰胺化反應(yīng)和Michael加成進(jìn)行樹(shù)形分子的代數(shù)增長(zhǎng)。常見(jiàn)的被用作聚酰胺一胺樹(shù)形 分子核的物質(zhì)主要包括兩類:一類是表面具有氨基，可以直接作為樹(shù)形分子核的小分子化合 物，如乙二胺、丁二胺;另一類是本身不能直接作為樹(shù)形分子核，而需要通過(guò)逐步的化學(xué)改性 將其表面轉(zhuǎn)化為氨基的小分子化合物。后者一般多是一些表面全為羥基的醇胺或多羥基醇， 如三乙醇胺、季戊四醇，將這一類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成樹(shù)形分子核時(shí)，為了得到足夠大的樹(shù)形分子內(nèi) 部空腔和末端為氨基的表面，其反應(yīng)歷程一般分為三步:首先是與丙烯腈的Michael加成，然 后再是加成產(chǎn)物的醇解，最后是醇解所得酯的酰胺化，最終得到目標(biāo)產(chǎn)物一樹(shù)形分子核。然 而這些反應(yīng)在目前采用常規(guī)方法進(jìn)行合成的情況下，均耗時(shí)較長(zhǎng)，且在腈醇解這一步還存在產(chǎn)率過(guò)低的問(wèn)題，以致拖延了整個(gè)樹(shù)形分子的合成周期，增加了相應(yīng)的合成成本，從而限制 了同類別樹(shù)形分子本身的應(yīng)用與發(fā)展。
為了提高反應(yīng)效率，微波合成已經(jīng)成為有機(jī)合成中的一個(gè)重要方法。與傳統(tǒng)的加熱方法 相比，微波加熱效率更高，具有大幅縮短反應(yīng)時(shí)間、提高產(chǎn)率、能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于微 波合成，已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，其中，Hawker等報(bào)道了利用微波輻射催化促進(jìn)聚合物的合成 (United States Patent Application: 20080009558)， Hargett等則報(bào)道了通過(guò)控制微波條件以加 快化學(xué)反應(yīng)速度(United States Patent Application: 20070295594)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種能夠在較短時(shí)間內(nèi)利用微波法快 速合成出三方向樹(shù)形分子核的方法。
本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用解決方案為 一種用微波合成三方向樹(shù)形分子核的 方法，其特征在于包括有以下步驟 A)三腈的合成-
(1) 取一定量三乙醇胺溶于盛有1， 4-二氧六環(huán)的反應(yīng)容器中，向其中加入強(qiáng)堿類催化 劑和冠醚類相轉(zhuǎn)移催化劑；
(2) 然后向反應(yīng)體系中加入丙烯腈，其中三乙醇胺與丙烯腈的摩爾比為三乙醇胺丙 烯腈=0.1 ~ 0.33: 1;
(3) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三腈； 反應(yīng)式如下
,CN NC, WV Y^^、CN
〈 KOH 0 0 0
、OH U ^
NC
B)三酯的合成
(1) 將步驟A)所得三腈溶于盛有甲醇的反應(yīng)容器中，再加入強(qiáng)酸類催化劑濃硫酸；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三酯，其中三腈與甲醇的 摩爾比為三腈甲醇=0.05~0.33: 1;
反應(yīng)式如下
4<formula>formula see original document page 5</formula>
C)三胺的合成
(1) 將步驟B)所得三酯溶于盛有甲醇的反應(yīng)容器中，再加入乙二胺；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三胺，即三方向樹(shù)形分子 核，其中乙二胺與三酯的摩爾比為乙二胺三酯=12~25: 1。
反應(yīng)式如下
眾
0
0=
O
O
H2N
H2N NH2
0
O
MeOH
O:
O
NH
H2N
按上述方案，步驟A)所述的強(qiáng)堿類催化劑為氫氧化鉀水溶液或氫氧化鈉水溶液。 按上述方案，步驟A)所述的冠醚類相轉(zhuǎn)移催化劑為18-冠-6醚。 按上述方案，步驟A)所述的微波輻照為在65~325W微波輻照范圍內(nèi)反應(yīng)30~70min。 按上述方案，步驟B)所述的微波輻照為在325 520W微波輻照范圍內(nèi)反應(yīng)60 80min。 按上述方案，步驟C)所述的微波輻照為在65~195W微波輻照范圍內(nèi)反應(yīng)50~70min。 本發(fā)明微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明采用微波加熱，輻射能量大，能夠有效的縮短樹(shù)形分子核的合成反應(yīng)時(shí)間;
(2) 采用微波加熱，能夠較明顯的提高產(chǎn)率，特別是針對(duì)腈醇解時(shí)，效率更明顯。
微波合成與普通方法合成數(shù)據(jù)對(duì)比
反應(yīng)
反應(yīng)時(shí)間
產(chǎn)品收率
普通方法
微波
普通方法
微波
合成三腈
2~3天
30~70分鐘
67.09%~70.29% 71.62%~72.53%
合成三酯
7~10天
60~80分鐘
24.550/0 36.72% 72.87%~79.850/0
5合成三胺 1~2天 50~70分鐘 72.37%~76.88% 68.29°/^70.18%


圖1為三方向樹(shù)形分子核第一步產(chǎn)物三腈的紅外光譜圖。2251.22為-CN , 2884.53 ~ 2921.98為-CH2_ ， 1018.25 ~ 1118.45為—0—;
圖2為三方向樹(shù)形分子核第二步產(chǎn)物三酯的紅外光譜圖。1743.81為-OCO- ， 2854.69 ~ 2925.02為—CH2— ， 1033.52~1118.09為—0-;
圖3為三方向樹(shù)形分子核第三步產(chǎn)物三胺的紅外光譜圖。3348.00為-NH2， 1569.66 ~ 1646.11為—NHCO- ， 2873.11~2930.37為—CH2- ， 1113.58為—O- ;
圖4為三方向樹(shù)形分子核第一步產(chǎn)物三腈的核磁氫譜圖。3.668 ~ 3.708為 —OCH2CH2CN ， 3.591 -3.627為>NCH2Qi20— ， 2.822 ~ 2.857為~OCH2CH2CN ， 2.600 2.641為>NCH2CH20-，相對(duì)應(yīng)特征峰的峰面積比為1:1:1:1;
圖5為三方向樹(shù)形分子核第二步產(chǎn)物三酯的核磁氫譜圖。3.764 ~ 3.786為 —OCH2CH2COO— ， 3.675為~OCH3 ， 3.427 ~ 3.445為>NCH2CH2— , 2.748 ~ 2.785為 >NCHiCH2- ， 2.523 ~ 2.538為-OCH2CH2COO-，相對(duì)應(yīng)特征峰的峰面積比為2:1:1:1;
圖6為三方向樹(shù)形分子核第三步產(chǎn)物三胺的核磁氫譜圖。3.563 ~ 3.602為 _OCH2CH2CONH_ , 3.388 ~ 3.423為>NCH2CH20CH2-禾卩AONHCHa- ， 3.068 ~ 3.132為 ~CH2CH2NH2 , 2.536 ~ 2.627為>NCH2— ， 2.369 ~ 2.406為—OCH2CH2CONH-，相對(duì)應(yīng)特 征峰的峰面積比為1:1:1:2:1。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步介紹本發(fā)明，但是實(shí)施例不會(huì)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。 以下實(shí)施例中例1 例6為微波合成三方向樹(shù)形分子核，其中例l、例2、例3為三腈的
合成，例4、例5、例6為三酯的合成，例7、例8、例9為三胺的合成。
實(shí)施例1:
(1) 取lg三乙醇胺溶于10ml 1，4-二氧六環(huán)中，向其中加入氫氧化鉀水溶液(9mmolKOH /2.5mlH20),攪拌均勻，加入80mg 18-冠-6醚；
(2) 加入0.02mol丙烯腈；
(3) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在325W微波輻照下加熱回流30min，停止反應(yīng)， 柱層析分離得到三腈1.480g,產(chǎn)率71.62%。
實(shí)施例2:
(l)取lg三乙醇胺溶于10ml 1，4-二氧六環(huán)中，向其中加入氫氧化鉀水溶液(9mmo1 KOH
6/ 2.5ml H20)，攪拌均勻，加入80mgl8-冠-6醚;
(2) 加入0.03mol丙烯腈；
(3) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在195W微波輻照下加熱回流50min，停止反應(yīng)， 柱層析分離得到三腈1.490g,產(chǎn)率72.08%。
實(shí)施例3:
(1) 取lg三乙醇胺溶于10ml 1，4-二氧六環(huán)中，向其中加入氫氧化鉀水溶液(9mmolKOH /2.5mlH20)，攪拌均勻，加入80mgl8-冠-6醚；
(2) 加入0.06mol丙烯腈；
(3) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在65W微波輻照下加熱回流70min，停止反應(yīng)， 柱層析分離得到三腈1.499g，產(chǎn)率72.53%。
實(shí)施例4:
(1) 將實(shí)施例1中所得三腈取lg溶于O.Olmol甲醇中，向其中加入lml濃硫酸；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在520W微波輻照下加熱回流60min，停止反應(yīng)；
(3) 取飽和碳酸鈉水溶液將粗產(chǎn)物中和至弱堿性，分層萃取合并有機(jī)相，柱層析法分離 得到三酯1.055g，產(chǎn)率79.85%。
實(shí)施例5:
(1) 將實(shí)施例2中所得三腈取lg溶于0.02mol甲醇中，向其中加入1.5ml濃硫酸；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在450W微波輻照下加熱回流70min，停止反應(yīng)；
(3) 取飽和碳酸鈉水溶液將粗產(chǎn)物中和至弱堿性，分層萃取合并有機(jī)相，柱層析法分離 得到三酯1.028g，產(chǎn)率77.83%。
實(shí)施例6:
(1) 將實(shí)施例3中所得三腈取lg溶于0.06mol甲醇中，向其中加入2ml濃硫酸；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在325W微波輻照下加熱回流80min，停止反應(yīng)；
(3) 取飽和碳酸鈉水溶液將粗產(chǎn)物中和至弱堿性，分層萃取合并有機(jī)相，柱層析法分離 得到三酯1.007g，產(chǎn)率76.25%。
實(shí)施例7:
(1) 將實(shí)施例4中所得三酯取lg溶于10ml甲醇溶液中，向其中加入0.03mol乙二胺；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在195W微波輻照下加熱回流50min，停止反應(yīng)；
(3) 粗產(chǎn)物乙醚沉降，柱層析分離得三胺835mg，產(chǎn)率69.27%，即三方向樹(shù)形分子核。 實(shí)施例8:
(1)將實(shí)施例6中所得三酯取lg溶于15ml甲醇溶液中，向其中加入0.04mo1乙二胺；(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在150W微波輻照下加熱回流55min，停止反應(yīng)；
(3) 粗產(chǎn)物乙醚沉降，柱層析分離得三胺827mg，產(chǎn)率68.56%，即三方向樹(shù)形分子核。 實(shí)施例9:
(1) 將實(shí)施例5中所得三酯取lg溶于20ml甲醇溶液中，向其中加入0.06mol乙二胺；
(2) 將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，在65W微波輻照下加熱回流70min,停止反應(yīng)；
(3) 粗產(chǎn)物乙醚沉降，柱層析分離得三胺831mg，產(chǎn)率68.92%，即三方向樹(shù)形分子核。 本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本
發(fā)明；在此不一一列舉實(shí)施例。本發(fā)明的工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)的上下限取值、區(qū)間 值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，其特征在于包括有以下步驟A)三腈的合成(1)取一定量三乙醇胺溶于盛有1，4-二氧六環(huán)的反應(yīng)容器中，向其中加入強(qiáng)堿類催化劑和冠醚類相轉(zhuǎn)移催化劑；(2)然后向反應(yīng)體系中加入丙烯腈，其中三乙醇胺與丙烯腈的摩爾比為三乙醇胺∶丙烯腈＝0.1～0.33∶1；(3)將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三腈；B)三酯的合成(1)將步驟A)所得三腈溶于盛有甲醇的反應(yīng)容器中，再加入強(qiáng)酸類催化劑濃硫酸；(2)將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三酯，其中三腈與甲醇的摩爾比為三腈∶甲醇＝0.05～0.33∶1；C)三胺的合成(1)將步驟B)所得三酯溶于盛有甲醇的反應(yīng)容器中，再加入乙二胺；(2)將反應(yīng)容器置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三胺，即三方向樹(shù)形分子核，其中乙二胺與三酯的摩爾比為乙二胺∶三酯＝12～25∶1。
2、 按權(quán)利要求1所述的用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，其特征在于步驟A)所述的強(qiáng)堿類催化劑為氫氧化鉀水溶液或氫氧化鈉水溶液。
3、 按權(quán)利要求1所述的用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，其特征在于步驟A)所述 的冠醚類相轉(zhuǎn)移催化劑為18-冠-6醚。
4、 按權(quán)利要求1所述的用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，其特征在于步驟A)所述 的微波輻照為在65~325W微波輻照范圍內(nèi)反應(yīng)30 70min。
5、 按權(quán)利要求1所述的用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，其特征在于步驟B)所述 的微波輻照為在325-520W微波輻照范圍內(nèi)反應(yīng)60 80min。
6、 按權(quán)利要求1所述的用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，其特征在于步驟C)所述 的微波輻照為在65-195W微波輻照范圍內(nèi)反應(yīng)50 70min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用微波合成三方向樹(shù)形分子核的方法，有以下步驟三腈的合成三乙醇胺溶于盛有1，4-二氧六環(huán)的反應(yīng)容器中，向其中加入強(qiáng)堿類催化劑和冠醚類相轉(zhuǎn)移催化劑；然后向反應(yīng)體系中加入丙烯腈，置于微波反應(yīng)器中進(jìn)行微波輻照，得到三腈；三酯的合成將所得三腈溶于盛有甲醇的反應(yīng)容器中，再加入濃硫酸；置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，得到三酯；三胺的合成將所得三酯溶于盛有甲醇的反應(yīng)容器中，再加入乙二胺；置于微波反應(yīng)器中，進(jìn)行微波輻照，即可得到三方向樹(shù)形分子核。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)微波加熱，輻射能量大，有效的縮短樹(shù)形分子核的合成反應(yīng)時(shí)間；能夠較明顯的提高產(chǎn)率，特別是針對(duì)腈醇解時(shí)，效率明顯。
文檔編號(hào)C07C231/00GK101580478SQ200910062699
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者吳江渝, 旭 周, 喻湘華, 亮 李, 妍 李, 郭慶中, 鄢國(guó)平 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)