含氮有机锡羧酸衍生物和四烃基二锡氧烷的合成、表征及X-射线结构分析

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自从1849年Frankland首次合成出了第一个有机锡化合物Et2SnI2,有机锡化学的研究得以展开。有机锡化合物因其结构多样、种类繁多且在有机合成、催化、药物、PVC稳定剂、防污涂料、材料防腐等诸多方面的应用而引起科学家们的广泛关注。80年代后期,在对有机锡化合物进行研究和筛选的过程中,人们发现某些有机锡化合物具有比顺铂更高的抗肿瘤活性,从而揭开了有机锡化合物结构与性能关系研究的新篇章。而X-射线单晶衍射技术的开发和应用更使有机锡化学获得了空前的繁荣。根据所得到的微观结构信息,人们不仅对有机锡化合物的构效关系有了更直观的认识和更深入的了解,而且据此发现了有机锡化合物更为广泛的应用前景。 由于锡原子具有空的d轨道,所以能够接受来自氮、氧和硫等配位原子的孤电子对而形成相关的配合物。因此当含有这些杂原子的羧酸配体同烃基锡反应时,可以导致配合物中中心锡原子与其额外配位,从而导致了许多新型结构的有机锡配合物的出现,这不仅体现在配合物配位数的增多和配体配位模式的多样化上,更体现于锡核的增多和分子结构的多维化。而从生物化学和药理学的角度来看,具有硫、氧和氮原子的羧酸配体与生命体密切相关,有关它们与有机锡核键合方式的研究不仅可为揭示有机锡配合物的抗癌机理提供必要的实验支持,而且能为开发新型药物提供合理的分子设计方案。 近年来,人们发现四烃基二锡氧烷类化合物在酯化反应和酯交换反应方面具有较好的催化活性,特别是在氨基甲酸酯的合成中有很好的活性。另外,部分种类的四烃基二锡氧烷类化合物具有较好的抗肿瘤活性,可以抑制多种人类肿瘤细胞的生长,部分化合物还对环氧化酶COX2具有抑制作用。 出于上述考虑,我们对含氮杂原子羧酸配体的二、三有机锡衍生物以及四烃基二锡氧烷类化合物的合成和结构表征进行了系统研究。主要工作有: 1.合成了一系列(取代)苄基锡:六种三(取代)苄基氯化锡R3SnCl(R=C6H5CH2,4-F-C6H4CH2,4-Cl-C6H4CH2,2-F-C6H4CH2,2-Cl-C6H4CH2,4-CN-C6H4CH2),六种二-(取代)苄基二氯化锡R2SnCl2(R=C6H5CH2,4-F-C6H4CH2,4-Cl-C6H4CH2,2-F-C6H4CH2,2-Cl-C6H4CH2,3-Cl-C6H4CH2),三种双(三取代苄基)锡氧化物(R3Sn)2O(R=C6H5CH2,2-Cl-C6H4CH2,2-F-C6H4CH2)。 2.研究了一系列氯桥连、羟基桥连和甲氧基桥连的苄基的四烃基二锡氧烷类化合物的合成反应,除去氯桥连和甲氧基桥连的四苄基二锡氧烷已有文献报道外,得到了九种新四(取代)苄基二锡氧烷类化合物。研究结果表明,无论是改变桥连原子,包括氯桥连、羟基桥连和甲氧基桥连,还是改变苄基的种类,分子中心的八个原子基本上都处在一个平面内,其所形成的三个环之间的夹角均小于5°,因此可以说十一种化合物均是属于“Ladders”构型。在多个取代苄基类二锡氧烷化合中还观察到了卤素-卤素弱相互作用,并通过卤素-卤素弱相互作用形成链状或者网状的空间结构,研究表明,至少在苄基上有两个卤素原子取代是通过卤素-卤素弱相互作用形成网状结构的必要条件。 3.研究了2-吡啶甲酸、2-喹啉甲酸和2-吡嗪甲酸配体与双(三烃基)氧化锡的去烃基化反应,合成了九种化合物,并对其中的三种进行了X-射线结构分析。结果显示:双(三烃基)氧化锡在与2-吡啶甲酸、2-喹啉甲酸和2-吡嗪甲酸配体的反应中,Sn-C键均发生了断裂,从而生成了一烃基锡三2-吡啶甲酸酯、二烃基锡2-喹啉甲酸酯和二烃基锡二2-吡嗪甲酸酯。其中μ-氧-双(三苄基锡)和2-吡啶甲酸反应得到的产物为单核三配体有机锡化合物,μ-氧-双[三(邻氯苄基)锡]和2-喹啉甲酸反应得到的产物为酯桥连的四烃基二锡氧烷类化合物,μ-氧-双(三丁基锡)和2-吡嗪甲酸反应得到的产物为单核双配体有机锡化合物。三种配体均有位于羧基邻位的杂环氮原子,并且表现出较强的配位能力,正是由于氮原子的额外配位造成了该配体空间位阻增大从而导致了去烃基化反应的发生,反应体系中的水分子对反应也起了促进作用。 4.利用二烃基氧化锡和2-吡嗪甲酸、2-甲基-5-吡嗪甲酸和2-氯-3-吡啶甲酸分别按照1∶1和1∶2的比例反应,证明当按照1∶1的比例反应时得到的产物为酯桥连四烃基二锡氧烷,当按照1∶2的比例反应时得到的产物为二烃基锡二羧酸酯。当用二苯基氧化锡与2-甲基-5-吡嗪甲酸按照1∶1的比例反应时得到了一种特殊的非中心对称的四烃基二锡氧烷类化合物,这一反应事实支持了南开谢庆兰提出的“四烃基二锡氧烷在溶液中存在离解平衡并且平衡受烃基空间位阻影响”这一观点。 5.合成了四种三烃基锡羧酸酯,并对其中的两种进行了X-射线结构分析。结果显示:三烃基锡2-甲基-5-吡嗪甲酸酯为羧基桥连的一维链结构,羧基发生了完全的平均化;三烃基锡2-氯-3-吡啶甲酸酯为单核单配体有机锡化合物,但通过水分子与吡啶环上的氮原子和羧基上的氧原子之间的两种氢键形成了两种环。 值得指出的是,在结构表征的过程中,我们发现:非共价键弱相互作用、氢键和π-π堆积作用的存在,使得有机锡(Ⅳ)化合物在晶格中呈现令人感兴趣的多种空间结构。同时在特定的情况下,某些结构还可以进行分子识别,完成具超分子意味的分子自组装。这为解释有机锡(Ⅳ)化合物的某些生物活性的作用机理提供了重要的结构信息和实验支持。
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