一种序列精确聚单硫代缩醛及其制备方法
阅读说明：本技术 一种序列精确聚单硫代缩醛及其制备方法 (Accurate-sequence poly-monothioacetal and preparation method thereof ) 是由 唐本忠 秦安军 宋波 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于有机合成技术领域,公开了一种序列精确聚单硫代缩醛及其制备方法。所述序列精确聚单硫代缩醛,其结构为式I或式II,式I中R～(1)～R～(2n+1)为有机基团,R～(2n)中n为≥1的整数；式II中R～(1)～R～(2n)为有机基团,R～(2n)中n为≥1的整数。方法：以有机溶剂为反应介质,将单醇底物和酯基活化炔单体在催化剂作用下进行反应,分离出产物1；将产物1与巯基醇类单体通过催化剂作用进行反应,分离出产物2；将产物2与酯基活化炔单体在催化剂的作用下进行反应,分离出产物3；如此迭代次序增长,得到序列精确聚单硫代缩醛。本发明的方法简单,无金属催化,无需保护基团,单体简单易得,成功制备出序列精确聚单硫代缩醛。(The invention belongs to the technical field of organic synthesis, and discloses a sequence-accurate polymonosulfo acetal and a preparation method thereof. The structure of the sequence-accurate polymonosulfo acetal is shown as formula I or formula II, wherein R in formula I 1 ～R 2n+1 Is an organic radical, R 2n Wherein n is an integer of more than or equal to 1; in the formula II R 1 ～R 2n Is an organic radical, R 2n Wherein n is an integer of 1 or more. The method comprises the following steps: taking an organic solvent as a reaction medium, reacting a mono-alcohol substrate with an ester group activated alkyne monomer under the action of a catalyst, and separating a product 1; reacting the product 1 with a thiol alcohol monomer under the action of a catalyst, and separating out a product 2; reacting the product 2 with an ester group activated alkyne monomer under the action of a catalyst, and separating a product 3; the iterative sequence is increased, and the sequence-accurate polymonosulfenac acetal is obtained. The method is simple, has no metal catalysis, does not need a protective group, has simple and easily obtained monomers, and successfully prepares the precise-sequence polyMonothioacetal.)
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种序列精确聚单硫代缩醛及其制备方法。
背景技术
天然序列精确大分子，例如我们体内的DNA和RNA，可以在温和(～37℃)、无需保护基团的条件下高效合成。
受到天然序列精确大分子的启发，目前化学家已经发展了多种方法制备人工序列精确大分子。迭代指数和迭代次序增长法是两种最常用的方法。现在已经发展的方法主要有以下不足：(1)大多数单体需要精心设计、多步合成，单体种类十分有限；(2)很多方法需要保护和脱保护策略，花费大量精力和时间且不符合原子经济的原则；(3)一些合成路线中会使用金属催化剂，在多次循环过程中会不断累积，从而污染产物。因此，急需发展一种简单高效的，无金属催化，无需保护基团，原子经济的制备序列精确大分子的方法。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种序列精确聚单硫代缩醛。该序列精确聚单硫代缩醛可通过二级质谱解析其结构和序列，因此有潜力应用于信息存储和加密等领域。
本发明的另一目的在于提供上述序列精确聚单硫代缩醛的制备方法。本发明的制备方法可以在常温下进行，反应绿色、高效、容易操作。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种序列精确聚单硫代缩醛，其结构为式I或式II：
式I中R1～R2n+1为有机基团，式II中R1～R2n为有机基团，R2n中n为≥1的整数。
式I的结构中波浪线表示结构，R′表示R3、R5、R7、R9、…、R2n-1；R″表示R2、R4、R6、R8、…、R2n-2；
式II的结构中波浪线表示结构，R′表示R3、R5、R7、R9、…、R2n-1；R″表示R2、R4、R6、R8、…、R2n-2。
优选的，式I中R3，R5，R7，…，R2n+1各自选自以下化学结构式1～18中的任意一种；R1，R2，R4，R6，…，R2n选自以下结构式19～23中的任意一种；式II中R3，R5，R7，…，R2n-1选自以下化学结构式1～18中的任意一种；R1，R2，R4，R6，…，R2n选自以下结构式19～23中的任意一种；
其中，m、h、k为1～20的整数，s,t分别为0～20的整数；X选自O或S元素；*表示取代位置。
式I中R3，R5，R7，…，R2n+1独自更优选为亚烷基-CmH2m-。
式II中R3，R5，R7，…，R2n-1独自更优选为亚烷基-CmH2m-。
上述序列精确聚单硫代缩醛的制备方法，包括如下步骤：
以有机溶剂为反应介质，将式III结构的单醇底物和式IV结构的酯基活化炔单体在催化剂作用下进行反应，分离，获得产物1；将产物1与式V结构的巯基醇类单体通过催化剂作用进行反应，分离，获得产物2；将产物2与式IV结构的酯基活化炔单体在催化剂的作用下进行反应，分离，获得产物3；将产物3与式V结构的巯基醇类单体通过催化剂作用进行反应，分离，获得产物4；如此迭代次序增长，得到序列精确聚单硫代缩醛；
R1-OH (III)；HS-R′-OH (V)。
R′与序列精确聚单硫代缩醛结构中R3、R5、R7、R9、…、R2n-1、R2n+1对应，R″与序列精确聚单硫代缩醛结构中R2、R4、R6、R8、…、R2n-2、R2n对应。
在迭代次序增长的过程中，活化炔单体参加的前一次反应与后一次反应中式IV结构的酯基活化炔单体相同或不同，巯基醇类单体参加的前一次反应与后一次反应中式V结构的巯基醇类单体相同或不同
每一步反应中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、甲苯、1,4-二氧六环、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种以上。
每一次反应中酯基活化炔单体和巯基醇类单体在有机溶剂中的物质的量浓度独自为0.05～5mol/L；进一步优选，所述酯基活化炔单体和巯基醇类单体在有机溶剂中的物质的量浓度独自为1～4mol/L。
每一步反应中，所述催化剂为三乙烯二胺，三乙胺，1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯，1，5，7-三叠氮双环(4.4.0)癸-5-烯，1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑-2-烯，甲醇钠，乙醇钾，叔丁醇钾中的一种以上。
酯基活化炔单体参与的反应中，所述催化剂的用量为酯基活化炔单体或巯基醇类单体摩尔量的1％～40％，优选为2％～5％。
巯基醇类单体参与的反应中，所述催化剂的用量为巯基醇类单体摩尔量的1％～40％，优选为2％～5％。
式III结构的单醇底物和式IV结构的酯基活化炔单体的摩尔比为(0.9～2)：1；
在巯基醇类单体参与的反应中，上一步反应的产物与巯基醇类单体的摩尔比为1：(1～3)。
酯基活化炔单体参与的反应中，上一步反应的产物和式IV结构的酯基活化炔单体的摩尔比为(0.9～2)：1。
每一步反应的温度为0～100℃，优选为常温；反应的时间为0.25～72h。
所述分离的步骤为：每一步反应完毕后，将产物进行柱层析提纯，干燥至恒重。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的制备方法可以在常温下进行，单体无需多步制备合成，成本低，绿色环保；
(2)本发明的制备方法操作简单，反应原料和催化剂易得，可直接购买或通过简单的反应制备；反应条件温和，节约能源；
(3)本发明的制备方法具有良好的官能团耐受性，可以引入多种基团。该序列精确聚单硫代缩醛可通过二级质谱解析其结构和序列，因此有潜力应用于信息存储和加密(产品)等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的序列精确聚单硫代缩醛A1-A7在DMSO中核磁共振氢谱图；
图2为本发明实施例1制备的序列精确聚单硫代缩醛A1-A7电喷雾质谱图；
图3为本发明实施例1制备的序列精确聚单硫代缩醛A1-A7的凝胶渗透色谱图；
图4-10为本发明实施例1制备的序列精确聚单硫代缩醛A1-A7在DMSO中核磁共振碳谱图；
图11-20为本发明实施例2制备的序列精确聚单硫代缩醛B2-B11在DMSO中核磁共振氢谱图；
图21,22为本发明实施例2制备的序列精确聚单硫代缩醛B1-B11电喷雾质谱图；
图23为本发明实施例2制备的序列精确聚单硫代缩醛B1-B11凝胶渗透色谱图；
图24-33为本发明实施例2制备的序列精确聚单硫代缩醛B1-B11在DMSO中核磁共振碳谱图；
图34为本发明实施例1制备的序列精确聚单硫代缩醛A7的二级质谱图；
图35为本发明实施例2制备的序列精确聚单硫代缩醛B11的二级质谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种序列精确聚单硫代缩醛A7，其结构式如下：
上述序列精确聚单硫代缩醛通过单醇底物和酯基活化炔单体在有机溶剂中通过催化剂作用进行反应，反应产物经分离，再与巯基醇类单体反应进行制备，反应方程式：
本实施例所述的序列精确聚单硫代缩醛的具体制备步骤如下：
步骤一：在一个干燥的施伦克管中加入S1(12.9g,105mmol)，丙炔酸甲酯(8.9mL,100mmol)，三乙烯二胺(DABCO)(560mg,5mmol)和50mL四氢呋喃，在25℃空气中反应3小时之后，除去溶剂，通过柱层析分离，以99％的产率得到产物A1。
步骤二：在一个干燥的施伦克管中加入A1(10.3g,50mmol)，巯基乙醇(5.3mL,75mmol)，1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑-2-烯(972mg,2.5mmol)和20mL二甲基亚砜，在25℃氮气中反应5小时之后，用乙酸乙酯萃取3遍，除去溶剂，通过柱层析分离，以96％的产率得到产物A2。
将产物A2替换步骤一中S1，按照步骤一的步骤和条件进行反应，获得产物A3(产率98％)；然后将产物A3替换步骤二中产物A1，按照步骤二的步骤和条件进行反应，获得产物A4(产率95％)，如此迭代次序增长，最终以总产率77％得到聚单硫代缩醛A7。
序列精确聚单硫代缩醛A7表征数据：白色液体，产率77％。
本实施例所得序列精确聚单硫代缩醛A1-A7的核磁共振氢谱(*代表溶剂峰)见图1，电喷雾质谱见图2，凝胶渗透色谱见图3，核磁共振碳谱见图4-10。
从图1的核磁共振氢谱可以看出，A1,A3,A5和A7的碳碳双键氢的核磁共振峰出现在7.61-7.68和5.25-5.35ppm处，这两组峰的耦合常数都是12.5Hz，表明均为E式构型。A2,A4和A6中羟基氢的核磁共振峰出现在4.85-4.76ppm，此外，单硫代缩醛碳上氢的核磁共振峰出现在5.03-4.87ppm，其他核磁共振峰也都能和A1-A7的结构相对应，表明了我们拿到了结构明确的聚单硫代缩醛。
图2的电喷雾质谱很好的表征了产物A1-A7的分子量信息。
从图3的凝胶渗透色谱可以看出，A1-A7的谱图均为很窄的单峰，均具有很好的单分散性和纯度。图34为本发明实施例1制备的序列精确聚单硫代缩醛A7的二级质谱图。
以上数据都证明我们拿到了目标产物。该序列精确聚单硫代缩醛在室温下易溶于DCM、氯仿、DMF、二甲基亚砜(DMSO)等常见有机溶剂。
A7的结构和序列可通过二级质谱清晰的解析，有望应用于信息存储。
实施例2
本实施例的一种序列精确聚单硫代缩醛B11，其结构式如下：
上述序列精确聚单硫代缩醛通过单醇底物和酯基活化炔单体在有机溶剂中通过催化剂作用进行反应，反应产物经分离，再与巯基醇类单体反应进行制备，反应方程式如下：
本实施例所述的序列精确聚单硫代缩醛的具体制备步骤如下：
步骤一：在一个干燥的施伦克管中加入S1(12.9g,105mmol)，丙炔酸甲酯(8.9mL,100mmol)，三乙烯二胺(DABCO)(560mg,5mmol)和50mL四氢呋喃，在25℃空气中反应3小时之后，除去溶剂，通过柱层析分离，以99％的产率得到产物B1。
步骤二：在一个干燥的施伦克管中加入B1(4.12g,20mmol)，巯基丁醇(3.1mL,30mmol)，1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑-2-烯(389mg,1mmol)和20mL二甲基亚砜，在25℃氮气中反应5小时之后，用乙酸乙酯萃取3遍，除去溶剂，通过柱层析分离，以95％的产率得到产物B2。
将产物B2替换步骤一中S1，丙炔酸苯甲酯替换步骤一种丙炔酸甲酯，按照步骤一的步骤和条件进行反应，获得产物B3(产率98％)；然后将产物B3替换步骤二中产物B1，巯基乙醇替换步骤二中巯基丁醇，按照步骤二的步骤和条件进行反应，获得产物B4(产率99％)；将产物B4替换步骤一种S1，按照步骤一的步骤和条件进行反应，获得产物B5(产率97％)；将产物B5替换步骤二中产物B1，巯基己醇替换步骤二中巯基丁醇，按照步骤二的步骤和条件进行反应，获得产物B6(产率92％)；选用合适的反应单体，如此迭代次序增长，最终以总产率54％得到聚单硫代缩醛B11。
序列精确聚单硫代缩醛B11表征数据：浅绿色液体，产率54％。
本实施例所得序列精确聚单硫代缩醛B2-B11的核磁共振氢谱(*代表溶剂峰)见图11-20，电喷雾质谱见图21和图22，凝胶渗透色谱见图23，核磁共振碳谱见图24-33。图35为本发明实施例2制备的序列精确聚单硫代缩醛B11的二级质谱图。
表征数据都证明我们拿到了目标产物。该序列精确聚单硫代缩醛在室温下易溶于DCM、氯仿、DMF、二甲基亚砜(DMSO)等常见有机溶剂。
B11的结构和序列可通过二级质谱清晰的解析，有望应用于信息存储。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。