噻吩二甲醛有多种用途(Dean,1982)一,b条)例如,在环烯酮和聚苯取代噻吩的合成中(Sargent&Cresp,1975),在能够模拟酶的双金属配合物的大环配体的制备中(Nelson等。1983年),在冠醚化学(Cram&Trueblood,1981)中,以及最近在制备甲亚胺用于光伏应用(Bolduc等。, 2013一,b条; 彼得鲁斯等。, 2014). 关于后一种应用,有机电子学中使用的大多数共轭材料是使用耗时的Suzuki、Wittig或Heck型偶联反应合成的,这些偶联反应需要昂贵的催化剂、严格的反应条件和繁琐的纯化过程。为了提供一条更经济的途径来开发有机光伏材料,希夫碱由2,5-噻吩二甲醛衍生而来的共轭连接体最近被使用。甲亚胺键与乙烯基键是等电子的,具有类似的光电和热学性质,在近环境反应条件下通过希夫缩合很容易获得(摩根等。, 1987; 佩雷斯·瓜尔等。, 2007; Sicard公司等。, 2013).
我们在这里报道了这种噻吩衍生物的合成和X射线表征,作为部分已发表记录的延续(伯尔尼等。, 2013; 门多萨等。, 2014). 我们正在改进这些合成的一般无溶剂方法,认识到有机化学中的生态方面已成为优先考虑的事项,以便最大限度地减少有毒废物和副产品的数量,并减少反应介质或工作期间的溶剂量(Tanaka&Toda,2000;Noyori,2005)。
在本文报道的噻吩合成过程中,席夫缩合会生成一个副产品水,一步重结晶可提供几乎定量产率的纯取代噻吩。我们的方案可以很容易地扩展到任何低分子量的2,5-取代噻吩,前提是使用液体胺进行缩合。在本工作中,起始材料是2,5-噻吩二甲醛,一种低熔点化合物(熔点=388–390 K)和四种手性化合物胺类使用了。我们利用了反常色散确认手性胺的构型在缩合过程中保持不变。
第一种化合物是用(S公司)-(+)-1-氨基四线。希夫碱(I),C26H(H)26N个2S、 在…中结晶空间组 P(P)1,具有预期绝对构型(图1)。分子的大致形状显示出一个假双轴,穿过S原子和噻吩C-C的中点σ-债券。因此,独立苯环位于噻吩环的上方和下方,并以73.76(15)°的二面角相互倾斜。含有噻吩环和亚胺键的中心核实际上是平面的,亚胺键被具有相同构象的四氢环系统取代。脂肪族环C9–C13/C18和C19–C23/C28各自具有半椅子构象。
化合物(II),C24H(H)26N个2O(运行)2S、 是使用获得的(对)-(+)-(4-甲氧基)-苯基乙胺作为席夫缩合反应中的手性组分。在(I)的情况下,双分子轴是一个潜在的对称性,这是一个真实的晶体对称性在(II)中,该化合物在空间组 C类2(图2)。这个非对称单元因此含有半个分子分子构象因为完整的分子类似于(I)。苯环有一个自由的相对取向,因为这些环在双环体系中不熔化,如(I)所示;对称相关环之间的二面角为61.30(7)°。
由对映体纯(4-卤素)苯基乙胺(卤素=F,Cl)合成的化合物(III)和(IV)同晶,并与正交晶胞结晶。再次观察到(I)的潜在双重对称性,因为这两个分子都位于空间组 P(P)21212(图3)。苯环之间的二面角与(II)的二面角接近:(III)为64.18(8)°,(IV)为62.03(9)°。之前已经出版了相同的希夫碱,但带有溴作为卤素取代基(门多萨等。,2014),但与(III)和(IV)不同晶。相反,发现该分子在空间组 C类2,带有单位-细胞参数和晶体结构非常类似于(II)。因此,这些2,5-取代噻吩类化合物出现了一种系统化趋势,这与潜在的双重分子对称性有关:它们有强烈的结晶倾向,在至少包含一个空间群的空间群中结晶C类2轴,例如C类2和P(P)2121手性晶体为2。这一趋势延伸到非手性分子,它们也有双重性晶体对称性在中空间组 C类2/c(c)(库迪亚科娃等。, 2011; 苏加尼亚等。, 2014; 波义耳等。, 2015; 穆萨勒姆等。, 2015). 这些相关化合物的共同特征也可能是倾向于多态性单斜和正交系统之间。
两者之间的差异非晶体学对称性在(I)和精确C类2(II)–(IV)中的分子对称性也反映在噻吩环和亚胺键之间的共轭程度上。对于(I),噻吩和C之间的二面角═北-北*平均平面(C*是键合到亚胺官能团的手性C原子)为6.9(7)和1.9(6)°。其他晶体有对称限制,导致亚胺键的小解偶联。对于(II)、(III)和(IV),噻吩环的相应二面角分别为8.5(4)、10.1(3)和9.8(3)°。
尽管所有化合物都有苯环π–π也不是C-H···π接触使晶体结构稳定。然而,这些化合物具有共同的超分子特征。单对S原子与晶体中相邻分子的噻吩CH基团相互作用,沿短细胞轴形成链:(I)为[100],(II)为[010],(III)和(IV)为[001]。图4给出了化合物(II)的示例。这些分叉的S··C-H接触对(I)具有显著的强度,这可能是由于空间组 P(P)1.(II)、(III)和(IV)的接触较弱,其几何形状受到晶体对称性(表1)。
许多噻吩被亚胺取代在2和5位;然而,几乎所有的化合物都是非手性化合物。X射线结构主要在空间组 C类2/c(c)(苏加尼亚等。, 2014; 库迪亚科娃等。, 2011, 2012; 博尔杜克等。, 2013b条). 非手性分子的其他代表性空间群是P(P)21(Skene&Dufresne,2006)和P(P)21/c(c)(维德曼等。, 2005). 最后,描述了呈现镜像对称的分子的单一案例(Fridman&Kaftory,2007)空间组 Pnma公司.
属于这个家族的一组手性分子的数量要少得多,我们小组在本期刊上报道了两个例子。两者都是具有C类2 点编组并在空间群中结晶C类2(门多萨等。2014年)和P(P)22121(伯纳斯等。, 2013).
合成.手性胺用于希夫缩合的原料直接从供应商处获得:(S公司)-(I)的(+)-1,2,3,4-四氢-1-萘胺(对)-(II)的(+)-1-(4-甲氧基苯基)乙胺(对)-(III)和(S公司)-(IV)的(-)-1-(4-氯苯基)乙胺。室温下,在无溶剂条件下,将2,5-噻吩二甲醛(100 mg,0.71 mmol)和手性胺(1.4 mmol)以1:2摩尔比混合,得到浅黄色(II和IV)、无色(III)或浅棕色(IV)固体,产率为95–97%。粗固体由CH再结晶2氯2,提供无色晶体(I)–(IV)。
光谱学.(I):m.p.1437–438 K[α]20D类= +655.4 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1616厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/TMS):δ= 1.76–1.86 (米,2H;H(H)-al),1.96–2.06(米,6H;H(H)-al),2.74–2.90(米,4H;H(H)-等),4.51(t吨,2H;H(H)-al),6.98–7.02(米,2H;H(H)-ar),7.09–7.15(米,6H;H(H)-ar),7.28(秒,2H;H(H)-ar),8.36(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ= 19.7, 29.3, 31.1, 67.7 (C类-al)、125.7、126.9、128.7、129.1、129.6、136.8、137.1、145.1(C类-ar),153.1(HC类═N) ●●●●。MS–EI公司:米/z(z)= 398 (M(M)+).
(二) :熔点405–406 K[α]20D类= −626.8 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1631厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.53 (d日,6小时;CHC公司H(H)三), 3.78 (秒,6H;OC公司H(H)三), 4.47 (q个,2H;C类H(H)中国三), 6.85–6.88 (米,4H;H(H)-ar),7.19(秒,2H;H(H)-ar),7.29–7.32(米,4H;H(H)-ar),8.33(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ=24.8英寸C类H(H)三),55.2(OC类H(H)三), 68.1 (C类六氯环己烷三), 113.7, 127.6, 129.6, 137.1, 145.2, 152.1 (C类-ar),158.5(HC类═N) ●●●●。MS–EI公司:米/z(z)= 406 (M(M)+).
(三) :m.p.420–421 K[α]20D类= −542.5 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1621厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.53 (d日,6H;CHC公司H(H)三), 4.49 (q个,2H;C类H(H)中国三), 7.00–7.38 (米,10小时;H(H)-ar),8.37(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13核磁共振:δ=25.2(瑞士C类H(H)三), 68.7 (C类六氯环己烷三), 115.2 (d日,J型F-C公司=21.2赫兹;C类-ar),128.1(d日,J型F-C型=8.7赫兹;C类-ar),130.1(C类-ar)第140.7页(d日,J型F-C公司=2.5赫兹;C类-ar),145.1(C类-ar),161.1(d日,J型F-C公司=242.5赫兹;C类-ar),152.5(HC类═N) ●●●●。MS–EI公司:米/z(z)= 382 (M(M)+).
(四) :m.p.434–435 K[α]20D类= +726.5 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1623厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.53 (d日,6H;CHC公司H(H)三), 4.48 (q个,2H;C类H(H)中国三), 7.23–7.35 (米,10小时;H(H)-ar),8.37(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ=25.2(瑞士C类H(H)三), 68.7 (C类六氯环己烷三), 128.0, 128.6, 130.2, 132.5, 143.5, 145.1 (C类-ar),152.7(HC类═N) ●●●●。
晶体数据、数据采集和结构精炼表2总结了详细信息。没有出现异常问题,对非限制性模型进行了改进。将所有H原子放置在计算位置,并将其细化为骑在载体C原子上,C-H键长度固定为0.93(芳香族CH)、0.96(甲基CH)三),0.97(亚甲基CH2),或0.98?(甲基CH)。各向同性位移参数计算如下U型国际标准化组织(H) =1.5×U型等式(C) 对于甲基H原子和U型国际标准化组织(H) =1.2U型等式(C) 对于其他H原子。对于所有化合物绝对构型基于精炼的Flack参数(帕森斯等。,2013),确认在希夫缩合过程中保留了用作起始材料的手性胺的构型。
噻吩二甲醛有多种用途(Dean,1982)一,b条)例如,在环烯酮和聚苯取代噻吩的合成中(Sargent&Cresp,1975),在能够模拟酶的双金属配合物的大环配体的制备中(Nelson等。1983年),在冠醚化学(Cram&Trueblood,1981)中,以及最近在制备甲亚胺用于光伏应用(Bolduc等。, 2013一,b条; 彼得鲁斯等。, 2014). 在后一种应用中,有机电子中使用的大多数共轭材料都是通过耗时的铃木、威蒂格或赫克型偶联反应合成的,这些反应需要昂贵的催化剂、严格的反应条件和繁琐的纯化过程。为了提供一条更经济的途径来开发有机光伏材料,希夫碱最近使用了从2,5-噻吩二甲醛衍生的共轭连接单元。甲亚胺键与乙烯基键是等电子的,具有类似的光电和热学性质,在近环境反应条件下通过希夫缩合很容易获得(摩根等。, 1987; 佩雷斯·瓜尔等。, 2007; Sicard公司等。, 2013).
我们在这里报道了这种噻吩衍生物的合成和X射线表征,作为部分已发表记录的延续(伯尔尼等。, 2013; 门多萨等。, 2014). 我们正在改进这些合成的一般无溶剂方法,认识到有机化学中的生态方面已成为优先考虑的问题,以便最大限度地减少有毒废物和副产品的数量,并减少反应介质或工作期间的溶剂量(Tanaka&Toda,2000;Noyori,2005)。
在本文报道的噻吩的合成中,席夫缩合产生了单一的副产物水,一步重结晶以几乎惊人的产率提供了纯取代的噻吩。我们的方案可以很容易地扩展到任何低分子量的2,5-取代噻吩,前提是使用液体胺进行缩合。在本工作中,起始材料是2,5-噻吩二甲醛,一种低熔点化合物(熔点=388–390 K)和四种手性化合物胺使用了。我们利用了反常色散确认手性胺的构型在缩合过程中保持不变。
第一种化合物是用(S公司)-(+)-1-氨基四氢萘。希夫碱(I),C26H(H)26N个2S、 在…中结晶空间组 P(P)1,具有预期绝对构型(图1)。分子的大致形状显示出一个假双轴,穿过S原子和噻吩C-C的中点σ-债券。因此,独立苯环位于噻吩环的上方和下方,并以73.76(15)°的二面角相互倾斜。含有噻吩环和亚胺键的中心核实际上是平面的,亚胺键被具有相同构象的四氢环系统取代。脂肪族环C9–C13/C18和C19–C23/C28各自具有半椅子构象。
化合物(II),C24H(H)26N个2O(运行)2S、 是使用获得的(对)-(+)-(4-甲氧基)-苯基乙胺作为席夫缩合反应中的手性组分。在(I)的情况下,双分子轴是一个潜在的对称性,这是一个真实的晶体对称性在(II)中,该化合物在空间组 C类2(图2)。这个非对称单元因此包含半个分子,并且分子构象因为完整的分子类似于(I)。苯环有一个自由的相对取向,因为这些环在双环体系中不熔化,如(I)所示;对称相关环之间的二面角为61.30(7)°。
由对映体纯(4-卤素)苯基乙胺(卤素=F,Cl)合成的化合物(III)和(IV)同晶,并与正交晶胞结晶。再次观察到(I)的潜在双重对称性,因为这两个分子都位于空间组 P(P)21212(图3)。苯环之间的二面角接近于(II):(III)为64.18(8)°,(IV)为62.03(9)°。之前已经出版了相同的希夫碱,但带有溴作为卤素取代基(门多萨等。,2014),但与(III)和(IV)不同构。相反,发现该分子在空间组 C类2,带有单位-细胞参数和晶体结构与(II)的那些非常相似。因此,这些2,5-取代噻吩类化合物出现了一种系统化趋势,这与潜在的双重分子对称性有关:它们有强烈的结晶倾向,在至少包含一个空间群的空间群中结晶C类2轴,例如C类2和P(P)2121手性晶体为2。这一趋势延伸到非手性分子,它们也有双重性晶体对称性在中空间组 C类2/c(c)(库迪亚科娃等。, 2011; Suganya公司等。, 2014; 波义耳等。, 2015; 穆萨勒姆等。, 2015). 这些相关化合物的共同特征也可能是倾向于多态性单斜晶系和斜方晶系之间。
两者之间的差异非晶体学对称性在(I)和精确C类2(II)–(IV)中的分子对称性也反映在噻吩环和亚胺键之间的共轭程度上。对于(I),噻吩和C之间的二面角═北-北*平均平面(C*是键合到亚胺官能团的手性C原子)为6.9(7)和1.9(6)°。其他晶体有对称限制,导致亚胺键的小解偶联。对于(II)、(III)和(IV),噻吩环的相应二面角分别为8.5(4)、10.1(3)和9.8(3)°。
尽管所有化合物都有苯环π–π也不是C-H···π接触使晶体结构稳定。然而,这些化合物具有共同的超分子特征。单对S原子与晶体中相邻分子的噻吩CH基团相互作用,沿短细胞轴形成链:(I)为[100],(II)为[010],(III)和(IV)为[001]。图4给出了化合物(II)的示例。这些分叉的S··C-H接触对(I)具有显著的强度,这可能是由于空间组 P(P)1.(II)、(III)和(IV)的接触较弱,其几何形状受到晶体对称性(表1)。
许多噻吩被亚胺取代在2和5位;然而,几乎所有的化合物都是非手性化合物。X射线结构主要在空间组 C类2/c(c)(苏加尼亚等。, 2014; 库迪亚科娃等。, 2011, 2012; 博尔杜克等。, 2013b条). 非手性分子的其他代表性空间群是P(P)21(Skene&Dufresne,2006)和P(P)21/c(c)(维德曼等。, 2005). 最后,描述了呈现镜像对称的分子的单一案例(Fridman&Kaftory,2007)空间组 Pnma公司.
属于这个家族的手性分子组的数量要少得多,我们的小组在本期刊上报道了两个例子。两者都是具有C类2 点编组并在空间群中结晶C类2(门多萨等。2014年)和P(P)22121(伯纳斯等。, 2013).
合成.手性胺用于希夫缩合的原料直接从供应商处获得:(S公司)-(I)的(+)-1,2,3,4-四氢-1-萘胺(对)-(II)的(+)-1-(4-甲氧基苯基)乙胺(对)-(III)和(S公司)-(IV)的(-)-1-(4-氯苯基)乙胺。在无溶剂条件下,在室温下以1:2摩尔比混合2,5-噻吩二甲醛(100 mg,0.71 mmol)和手性胺(1.4 mmol),得到淡黄色(II和IV)、无色(III)或浅棕色(IV)固体,产率为95–97%。粗固体由CH再结晶2氯2,提供无色晶体(I)–(IV)。
光谱学.(I):m.p.1437–438 K[α]20D类= +655.4 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1616厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.76–1.86 (米,2H;H(H)-al),1.96–2.06(米,6H;H(H)-al),2.74–2.90(米,4H;H(H)-等),4.51(t吨,2H;H(H)-al),6.98–7.02(米,2H;H(H)-ar),7.09–7.15(米,6H;H(H)-ar),7.28(秒,2H;H(H)-ar),8.36(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ= 19.7, 29.3, 31.1, 67.7 (C类-al)、125.7、126.9、128.7、129.1、129.6、136.8、137.1、145.1(C类-ar),153.1(HC类═N) ●●●●。MS–EI公司:米/z(z)= 398 (M(M)+).
(二) :熔点405–406 K[α]20D类= −626.8 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1631厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.53 (d日,6H;CHC公司H(H)三), 3.78 (秒,6H;OC公司H(H)三), 4.47 (q个,2H;C类H(H)中国三), 6.85–6.88 (米,4H;H(H)-ar),7.19(秒,2H;H(H)-ar),7.29–7.32(米,4H;H(H)-ar),8.33(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ=24.8英寸C类H(H)三),55.2(OC类H(H)三), 68.1 (C类六氯环己烷三), 113.7, 127.6, 129.6, 137.1, 145.2, 152.1 (C类-ar),158.5(HC类═N) ●●●●。MS–EI公司:米/z(z)= 406 (M(M)+).
(III) :第420–421页[α]20D类= −542.5 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1621厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.53 (d日,6小时;CHC公司H(H)三), 4.49 (q个,2H;C类H(H)中国三), 7.00–7.38 (米,10小时;H(H)-ar),8.37(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ=25.2(瑞士C类H(H)三), 68.7 (C类六氯环己烷三), 115.2 (d日,J型F-C公司=21.2赫兹;C类-ar),128.1(d日,J型F-C公司=8.7赫兹;C类-ar),130.1(C类-ar)第140.7页(d日,J型F-C公司=2.5赫兹;C类-ar),145.1(C类-ar),161.1(d日,J型F-C公司=242.5赫兹;C类-ar),152.5(HC类═N) ●●●●。MS–EI公司:米/z(z)= 382 (M(M)+).
(四) :m.p.434–435 K[α]20D类= +726.5 (c(c)=1,氯甲烷三). 红外光谱:1623厘米−1(C)═N) ●●●●。1核磁共振氢谱(500 MHz,氯甲烷三/列车管理系统):δ= 1.53 (d日,6H;CHC公司H(H)三), 4.48 (q个,2H;C类H(H)中国三), 7.23–7.35 (米,10小时;H(H)-ar),8.37(秒,2H;H(H)C类═N) ●●●●。13碳核磁共振:δ=25.2(瑞士C类H(H)三), 68.7 (C类六氯环己烷三), 128.0, 128.6, 130.2, 132.5, 143.5, 145.1 (C类-ar),152.7(HC类═N) ●●●●。
晶体数据、数据采集和结构精炼表2总结了详细信息。没有出现异常问题,对非限制性模型进行了改进。将所有H原子放置在计算位置,并将其细化为骑在载体C原子上,C-H键长度固定为0.93(芳香族CH)、0.96(甲基CH)三),0.97(亚甲基CH2),或0.98?(甲基CH)。各向同性位移参数计算如下U型国际标准化组织(H) =1.5×U型等式(C) 对于甲基H原子和U型国际标准化组织(H) =1.2U型等式(C) 对于其他H原子。对于所有化合物绝对构型基于精炼的Flack参数(帕森斯等。,2013),确认在希夫缩合过程中保留了用作起始材料的手性胺的构型。