2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯的制备与研究

简述

2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯属于嘧啶类衍生物，具有一定的碱性，其分子式为C₁₀H₁₆BN₃O₂，分子量为221.06，常温常压下为白色或者灰白色固体状物质。

近些年，由于农药的大量使用，在提高粮食产量的同时，也造成了严重的污染，危机着人类的健康，同时还造成了抗药性。含氮杂环化合物，由于其优异的生物活性，如高效、毒性低等成为绿色农药研制的重要方向。其中，2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯等嘧啶类化合物和吡啶类化合物作为两种重要杂环化合物往往还具有强的内吸性、作用方式独特和广谱的生物活性，在农业方面，如杀菌、杀虫、除草等。在医学方面，体现出了抗癌、消炎、降低血糖等而引起了人们的广泛关注[1]。

制备方法

方法一

从原料2-氯嘧啶出发，在BF₃Et₂O催化下，与NBS发生溴代得到2-氯-5-溴嘧啶；随后该中间体与ⁿBu₃MgLi在20～10℃反应，随后加入甲氧基硼酸频那醇酯或异丙氧基硼酸频那醇酯进行硼化后得到2-氯嘧啶-5-硼酸频那醇酯；接着加入氨水中或氨甲醇溶液，80～100℃密封反应后得到2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯。该合成工艺条件温和，避免了超低温反应，而且反应可以连续进行，只需在最终产物时进行简单重结晶即可得到纯品[2]。

方法二

2-氨基-5-溴嘧啶与二碳酸二叔丁酯在催化剂4-二甲氨基吡啶的催化作用下反应，得到嘧啶2位氨基由两个叔丁氧羰基保护的产物；获得的产物在正丁基锂的作用下锂化后，与硼酸三异丙酯在氮气保护下，在-70至-80℃作用，5位溴转化为硼酸，在淬灭条件下，有部分产物会掉下一个叔丁氧羰基，最后得到的产物是混合物；获得的混合物在酸作用下，脱去叔丁氧羰基保护基，得到2-氨基嘧啶-5-硼酸；获得的产物和频哪醇在有机溶剂中回流分水，得到2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯[3]。

有关研究

N-杂环化合物是钢在酸性介质中的最有效缓蚀剂，2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯作为一类重要的N-杂环化合物，其分子结构中含有两个N杂原子的嘧啶环，可在钢表面发生吸附而产生缓蚀作用。为了积累除其之外的系列嘧啶衍生物在HCl和H₂SO₄介质中的缓蚀性能的重要新数据，揭示缓蚀剂浓度、温度、腐蚀浸泡时间、酸介质浓度对缓蚀性能影响的规律，阐释各类取代基对缓蚀性能的影响情况，从分子角度探究缓蚀剂在金属表面的吸附作用，提出合理的缓蚀作用机理。

采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的分子模拟理论计算方法系统地探究嘧啶衍生物的缓蚀作用机理，分子模拟时考虑了酸性体系中的质子化作用，对比研究质子化前后的吸附活性，优化出嘧啶衍生物的分子结构，计算得出嘧啶衍生物分子的结构参数(前线轨道能量、电荷密度、偶极矩、Fukui指数、分子硬度、软度、电荷转移数)，并据此分析嘧啶衍生物的分子结构和缓蚀性能关系。通过分子动力学模拟出嘧啶类缓蚀剂（如2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯）分子在金属表面的吸附的取向方式，并得出吸附能和结合能参数。

研究结果表明： 1.单独的嘧啶具有中等程度的缓蚀作用，添加各类取代基后的嘧啶衍生物的缓蚀性能均有所增加，对钢具有良好的缓蚀作用。各类取代基的缓蚀性能排序为：-C₆H₅>-SH>-H₂>-Br>-OH>-Cl；取代基的数量越多，缓蚀性能越好；4位的苯基取代优于5位的苯基取代。 2.PM、CP、BP、HP、MP、AP、DAP、DHMP、AHMP、5-PPM、4-PPM在在钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温式。嘧啶类化合物在HCl介质中的缓蚀性能优于H₂SO₄介质中，缓蚀率随缓蚀剂浓度的增加而增大，但随温度和酸浓度的增加而呈减小的总趋势，缓蚀率在1h-6h范围内大幅度增大。3.嘧啶衍生物具有较大的质子亲和能，故在酸性介质中容易发生质子化。前线轨道基本离域于整个分子中，质子化后给电子能力增强，但得电子能力变弱。嘧啶衍生物缓蚀剂分子平行吸附于Fe(001)表面上，缓蚀性能与表面吸附能(Eads)和表面结合能(Ebin)两个参数具有良好的一致性[4]。基于此，可对2-氨基嘧啶-5-硼酸频哪酯的缓蚀性能作进一步的推测和利用。

参考文献

[1]王士春.含吡啶环结构的嘧啶衍生物合成及抑菌活性研究[D].山东农业大学,2018.

[2]冷延国,桂迁,张进,等.一种制备2-氨基嘧啶-5-硼酸频那醇酯的方法:CN201510032746.5[P].CN201510032746.5.

[3]赖文,徐骏,顾寿胜,等.一种2-氨基-5-嘧啶硼酸频哪醇酯的合成方法:CN201110326855.X[P].CN102399235A.

[4]李向红.嘧啶衍生物对冷轧钢在HCI和H₂SO₄介质中的缓蚀性能及机理研究[D].云南大学,2015.