三齿氮杂环配体1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷自上世纪七十年代由德国科学家Karl Wieghardt教授设计合成以来,由于其具有很好的三齿螯合能力及相应的结构稳定性,使得含有该配体1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷的配合物得到非常广泛的研究。
1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷(Me3tacn)是一种三齿配位、价键饱和的大环刚性结构配体,与金属配位时,环上三个氮原子分别提供孤对电子与过渡金属上的空轨道形成杂化轨道,从而稳固地占据中心原子的三个配位点。1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷配体、环戊二烯基(Cp)配体和氢(三吡唑基)硼酸[HB(pz)3-]配体都是以面式配位的方式与金属形成八面体构型配合物-,而从配体空间构型上分析,1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷配体是一个具有较大空腔的大环结构,而Cp配体为平面结构,HB(pz)3-配体因受到B-N键键长和B-N-N键角的制约使得其空腔结构相对较小,为此,在金属配位形成配合物时,Me3tacn-M配合物中的金属离子可以更好的被配体“包裹”,一般情况下,更加倾向于与过渡金属形成“半夹心”式配合物,且这类配合物具有较高的热力学稳定性。
制备方法
1、室温下,将乙二醇(1.12mL,20mmol)缓慢加入到二氯甲烷(50mL)中,搅拌均匀得无色溶液,向其中缓慢加入对甲苯磺酰氯(9.16g,44mmol),加完后降温至0℃,缓慢滴加三乙胺(8.34mL,60mmol),控制温度在10℃以下,滴加完毕后,0℃下反应15h使之反应完全。取样,TLC监测反应终点。过滤,所得滤液用去离子水水洗三次,合并有机相。浓缩并真空干燥,得到白色固体1,6.68g,产率:90.2%。
2、室温下,将无水碳酸钠(6.36g,60mmol)缓慢加入到去离子水中(40mL),搅拌溶解,一次性加入二乙烯三胺(DET)(2.16mL,20mmol),将对甲苯磺酰氯(12.58g,66mmol)于30min内分批次加入到反应混合物中,体系缓慢升温到60℃,反应2.5h,再升温到80℃,反应3h。取样,TLC监测反应终点。将反应混合物降温到室温,过滤,所得滤液用去离子水洗涤三次,浓缩滤液,真空干燥,得白色固体2,10.66g,产率:94.3%。
3、室温下,向装有回流冷凝管的烧瓶中加入氢氧化钠固体(1.32g,33mmol)和去离子水(15mL),搅拌溶解,再加入Ts3DET(2)(8.49g,15mmol)和二甲苯(20mL),剧烈搅拌的同时再加入相转移催化剂NH4OH(0.053g)。缓慢升温至100℃反应0.5h。将 EGT(1)(5.56g,15mmol)在2h内分批加入到反应混合物中,加完后继续加热反应8h。之后将反应混合物降温到10℃,搅拌6h,观察到烧瓶底部有大量白色沉淀析出。过滤,滤饼用去离子水洗涤三次,收集沉淀,真空干燥12h,得白色固体粉末3,7.29g,产率: 82.2%。
4、室温下,向装有回流冷凝管的烧瓶中加入浓硫酸(7.7mL)和去离子水(1.4mL),搅拌均匀后于5min内加入Ts3tacn(7.29g,12.3mmol),搅拌一段时间后仍观察到大部分的原料浮在溶液表面,将反应升温到140℃,剧烈搅拌15min后原料逐渐溶解,继续加热6h使之反应完全。降温冷却至0℃,另取50%的氢氧化钠溶液(22.3g)和去离子水(9mL)混合均匀后置于恒压滴液漏斗中,于1h内加入到该反应混合物中,得PH接近7的混合溶液。维持0℃,加入37%的甲醛溶液(16.2mL)和88%的甲酸溶液(16.2mL),升温至90℃加热反应14h(加热反应期间,会有CO2的放出)。冷却至0℃,用恒压滴液漏斗慢慢滴加50%的氢氧化钠溶液直至PH为14,加入20mL环已烷搅拌5min,过滤,滤饼用环已烷洗涤三次,所得滤液用环已烷萃取三次,合并有机相,无水硫酸钠干燥。浓缩得浅黄色液体1,4,7-三甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷,1.86g,产率:88%,分子式:C9H21N3。
参考文献
[1]方多文.由Me3tacn配体稳定的钨/钼化合物的新反应与分子结构[D].安徽工业大学,2019.DOI:10.27790/d.cnki.gahgy.2019.000419.