一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑及其制備和應(yīng)用，屬有機(jī)合成和分析化學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明分別合成了兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，化學(xué)名稱a：7,15,23-三叔丁基-25,26,27-三{1-[N-(7-香豆素氧乙基)-1,2,3-三氮唑]-4-甲氧基}-3,11,19-三氧雜杯[3]芳烴；b：7,15,23-三乙氧羰基-25,26,27-三{1-[N-(7-香豆素氧乙基)-1,2,3-三氮唑]-4-甲氧基}-3,11,19-三氧雜杯[3]芳烴，并公開了合成方法和工藝條件，本發(fā)明將兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑用于檢測(cè)三價(jià)鐵離子，具有高選擇性、高靈敏特點(diǎn)，可作定性和定量分析。
【專利說明】一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬有機(jī)合成和分析化學(xué)領(lǐng)域，具體地說是一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]分子識(shí)別和分子水平的微觀檢測(cè)及研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。熒光探針是一類能將分子識(shí)別過程通過熒光信號(hào)有效表達(dá)的分子，它廣泛應(yīng)用于陽離子、陰離子、中性分子等目標(biāo)物質(zhì)的熒光識(shí)別檢測(cè)。在眾多的分析方法中，熒光探針技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)時(shí)間短、可直接觀察等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來受到化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
[0003]熒光探針是建立在分子識(shí)別和熒光技術(shù)兩者有機(jī)結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過選擇性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分子的識(shí)別并得到分子的信息，隨之通過相應(yīng)的熒光信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制將分子結(jié)合信息轉(zhuǎn)換為易于檢測(cè)的熒光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)在分子水平上的原位實(shí)時(shí)檢測(cè)。熒光探針通常是由熒光基團(tuán)和識(shí)別基團(tuán)兩部分組成。熒光基團(tuán)是探針分子最基本組成部分，其作用是對(duì)目標(biāo)分子的識(shí)別信息轉(zhuǎn)化為熒光信號(hào)。熒光信號(hào)識(shí)別基團(tuán)，必須含有一定共軛度的共軛η鍵才能發(fā)出強(qiáng)而穩(wěn)定的輻射。香豆素、羅丹明、萘、蒽、芘、對(duì)苯二醌、苯并雜環(huán)及含有咕噸酮的基團(tuán)等是常見的熒光團(tuán)。有機(jī)熒光分子若本身具有對(duì)金屬離子的配位能力并表現(xiàn)出顯著的熒光變化，這些熒光分子可直接作為探針。識(shí)別基團(tuán)則用于選擇性的與目標(biāo)分子進(jìn)行作用，其特性對(duì)探針分子的性能影響很大，決定了熒光探針識(shí)別的選擇性和靈敏性。部分探針與金屬離子的選擇性結(jié)合主要由氧，硫，氮等雜原子與金屬離子的配位作用及識(shí)別的空間匹配性決定。識(shí)別基團(tuán)結(jié)構(gòu)和空腔及雜原子的不同，表現(xiàn)出對(duì)不同的金屬離子顯著的選擇性。探針的設(shè)計(jì)還必須遵循剛性與柔性的平衡，它關(guān)系到識(shí)別過程的動(dòng)力學(xué)特性。其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性需要?jiǎng)傂缘姆肿咏Y(jié)構(gòu)，但是識(shí)別過程中的變換、調(diào)控、協(xié)同及變構(gòu)過程需要一定的柔性。熒光探針中常用的識(shí)別基.團(tuán)的結(jié)構(gòu)有大環(huán)化合物杯芳烴、冠醚、環(huán)糊精、及小分子的三角架型、分子鉗型、直鏈型等多種結(jié)構(gòu)形式。
[0004]杯芳烴作為第三代超分子化合物，具有空腔可調(diào)、構(gòu)象靈活多變、易修飾等優(yōu)點(diǎn)，特別是其優(yōu)良的識(shí)別配位性能而備受關(guān)注。用氧原子取代經(jīng)典杯芳烴的橋聯(lián)亞甲基所得的氧雜杯芳烴擁有比經(jīng)典杯芳烴更優(yōu)越的絡(luò)合能力、更易于化學(xué)修飾、更加靈活的空腔結(jié)構(gòu)和立體構(gòu)型。因此，氧雜杯芳烴及其衍生物與經(jīng)典杯芳烴相比較，對(duì)金屬離子具有更好的識(shí)別性能。基于氧雜杯芳烴作為分子識(shí)別平臺(tái)構(gòu)筑的熒光探針有著廣闊的應(yīng)用前景。在溶液中香豆素及其衍生物具有大的Stokes (斯托克斯)位移和高的熒光量子產(chǎn)率，并且通過對(duì)其母體進(jìn)行修飾，所得衍生物就可實(shí)現(xiàn)在可見光區(qū)域連續(xù)的波長(zhǎng)變化，光化學(xué)和光物理性質(zhì)可調(diào)以及光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是熒光探針設(shè)計(jì)中比較受歡迎的候選熒光基團(tuán)。鑒于它們具有結(jié)構(gòu)易修飾的等特點(diǎn)及特殊的光物理化學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，將二者引入熒光探針的設(shè)計(jì)，通過合理設(shè)計(jì)合成一些結(jié)構(gòu)新穎，性能良好的熒光探針。[0005]鐵是維持生命的主要物質(zhì)，是制造血紅素和肌血球素、促進(jìn)維生素B族代謝的必要物質(zhì)，因此研究能用于鐵離子檢測(cè)的化學(xué)傳感器具有重要意義。目前，檢測(cè)Fe3+的香豆素-氧雜杯[3]熒光探針并不多見，且僅能檢測(cè)三價(jià)鐵離子而不受銅離子和鈷離子干擾的熒光探針研究極為有限。因此，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合成方法簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉、靈敏度和選擇性優(yōu)越的熒光探針試劑在多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于合成了 2種高靈敏、高選擇性的檢測(cè)微量三價(jià)鐵離子香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，研究合成方法并應(yīng)用于微量三價(jià)鐵離子測(cè)定。
[0007]本發(fā)明是一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，是分別以對(duì)叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴為結(jié)構(gòu)平臺(tái)，在兩種杯芳烴的下沿連接三個(gè)丙炔基，通過點(diǎn)擊化學(xué)中的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)引入香豆素三氮唑基團(tuán)，得到兩種香豆素-氧雜杯
[3]芳烴熒光試劑，化學(xué)名稱a:7，15，23-三叔丁基-25，26，27-三{1_[N-(7-香豆素氧乙基)-1，2，3- 二氮唑]-4-甲氧基} -3, 11，19- 二氧雜杯[3]芳烴；b:7，15，23- 二乙氧擬基-25，26，27-三{1-[Ν-(7-香豆素氧乙基)-1，2，3-三氮唑]-4-甲氧基}_3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴；化學(xué)結(jié)構(gòu)式為
【權(quán)利要求】
1.一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，其特征是分別以對(duì)叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴為結(jié)構(gòu)平臺(tái)，在兩種杯芳烴的下沿連接三個(gè)丙炔基，通過點(diǎn)擊化學(xué)中的1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)引入香豆素三氮唑基團(tuán)，得到兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，化學(xué)名稱a:7，15，23-三叔丁基-25，26，27-三{1_[Ν_(7-香豆素氧乙基)-1，2，3- 二氮唑]-4-甲氧基} -3, 11，19- 二氧雜杯[3]芳烴；b:7，15，23- 二乙氧擬基-25，26，27-三{1-[Ν-(7-香豆素氧乙基)-1，2，3-三氮唑]-4-甲氧基}_3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴；化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，其特征是以對(duì)叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴，3-溴丙炔為原料，以四氫呋喃為溶劑，首先合成杯[3]芳烴中間體Ia (7，15，23-三叔丁基-25，26，27-三丙炔-3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴)或Ib (7，15，23-三乙氧羰基-25，26，27-三丙炔-3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴)；同時(shí)以7-羥基香豆素，I, 2- 二溴乙烷，疊氮化鈉為原料，分別以丙酮，N，N- 二甲基甲酰胺為溶劑，合成7-(2-疊氮乙氧基)香豆素；再分別由中間體Ia (7，15，23-三叔丁基-25，26，27-三丙炔-3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴)或Ib (7，15，23-三乙氧羰基-25，26, 27- 二丙塊-3，11, 19- 二氧雜杯[3]芳經(jīng))與7-(2-疊氮乙氧基)香?素在四氫呋喃和水的混合溶劑中合成得到目標(biāo)化合物，合成經(jīng)三步反應(yīng)制得:第一步:將對(duì)叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴的三個(gè)酚羥基與3-溴丙炔連接，得到中間體Ia和Ib ;第二步:以7-羥基香豆素和1，2- 二溴乙烷為原料反應(yīng)得到7-(2-溴乙氧基)香豆素；再用7-(2-溴乙氧基)香豆素與疊氮化鈉反應(yīng)得到7-(2-疊氮乙氧基)香豆素；第三步:在碘化亞銅的催化作用下，中間體Ia和Ib分別與7-(2-疊氮乙氧基)香豆素反應(yīng)得到a或b兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴化合物，合成路線如下:第一步:
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，具體的合成工藝如下:(I)中間體Ia (7，15，23-三叔丁基-25，26，27-三丙炔-3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴)和Ib (7，15，23-三乙氧羰基-25，26，27-三丙炔-3，11，19-三氧雜杯[3]芳烴)的合成:氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于三口圓底燒瓶中，對(duì)叔丁基氧雜杯[3]芳烴和碳酸銫按摩爾比為1:10的比例溶于干丙酮中，攪拌加熱回流I小時(shí)，冷卻，按與對(duì)叔丁基氧雜杯[3]芳烴的摩爾比為1:10的比例再加入3-溴丙炔，繼續(xù)回流反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，減壓蒸出丙酮，用10%鹽酸和二氯甲烷萃取，無水硫酸鎂干燥，過濾，蒸出溶劑，柱層析洗脫，得中間體la，產(chǎn)品為無色固體:反應(yīng)溫度:回流(56°C)反應(yīng)時(shí)間:19h反應(yīng)溶劑:丙酮洗脫劑:氯仿:石油醚(K:K=2:1)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于三口圓底燒瓶中，將乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴和碳酸銫按摩爾比為1:6的比例溶于干丙酮中，攪拌加熱回流I小時(shí)，冷卻，按乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴與3-溴丙炔的摩爾比為1:6的比例再加入3-溴丙炔，繼續(xù)回流反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，減壓蒸出丙酮，用10%鹽酸和二氯甲烷萃取，無水硫酸鎂干燥，過濾，蒸出溶劑，柱層析洗脫，得中間體lb，產(chǎn)品為無色 固體:反應(yīng)溫度:回流(56°C) 反應(yīng)時(shí)間:17h 反應(yīng)溶劑:丙酮 洗脫劑:乙酸乙酯:氯仿石:油醚(K:K:K =1:4:4) (2)疊氮乙氧基香豆素的制備 7-(2-溴乙氧基)香豆素的合成 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于三口圓底燒瓶中，將7-羥基香豆素和無水碳酸鉀按摩爾比為1: 1.5的比例溶于干丙酮中，攪拌加熱回流I小時(shí)，冷卻，再按7-羥基香豆素和1，2-二溴乙烷的摩爾比為1:10的比例快速加入1，2- 二溴乙烷，繼續(xù)回流反應(yīng)，冷卻反應(yīng)液，減壓蒸干溶劑，二氯甲烷和蒸餾水洗滌萃取，合并有機(jī)相，飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾，蒸干得7-(2-溴乙氧基)香豆素，產(chǎn)品為白色固體: 反應(yīng)溫度:回流(56°C) 反應(yīng)時(shí)間:24h 反應(yīng)溶劑:丙酮 7-(2-疊氮乙氧基)香豆素的合成 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于三口圓底燒瓶中，將7-(2-溴乙氧基)香豆素溶于干N，N- 二甲基甲酰胺中，按7-(2-溴乙氧基)香豆素和疊氮化鈉的摩爾比為1:5的比例加入疊氮化鈉，攪拌加熱，反應(yīng)結(jié)束，冷卻，將反應(yīng)物倒入大量冰水中，析出白色晶體，靜置過夜，抽濾，蒸干得7-(2-疊氮乙氧基)香豆素: 反應(yīng)溫度:60°C 反應(yīng)時(shí)間:5h 反應(yīng)溶劑:N，N- 二甲基甲酰胺 (3)兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴化合物a與b的合成 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于三口圓底燒瓶中，將中間體Ia和7-(2-疊氮乙氧基)香豆素按摩爾比為1:3的比例溶于四氫呋喃和水的混合溶劑中，再加入催化劑碘化亞銅，攪拌加熱回流，反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫，減壓蒸出溶劑，析出綠色固體，抽濾，濾液用氯仿萃取，有機(jī)層用無水亞硫酸鈉干燥，過濾，濾液蒸干，柱層析洗脫得到化合物a，產(chǎn)品為淡黃色固體: 反應(yīng)溫度:65°C 反應(yīng)時(shí)間:18h 反應(yīng)溶劑:四氫呋喃/水(V: V=IO:1) 洗脫劑:乙酸乙酯:丙酮(Κ..Κ=4:1) 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于三口圓底燒瓶中，將中間體Ib和7-(2-疊氮乙氧基)香豆素按摩爾比為1:3的比例溶于四氫呋喃和水的混合溶劑中，再加入催化劑碘化亞銅，攪拌加熱回流，反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫，減壓蒸出溶劑，析出綠色固體，抽濾，濾液用氯仿萃取，有機(jī)層用無水亞硫酸鈉干燥，過濾，濾液蒸干，柱層析洗脫得到化合物b，產(chǎn)品為淡黃色固體: 反應(yīng)溫度:65°C 反應(yīng)時(shí)間:20h 反應(yīng)溶劑:四氫呋喃:水(K: K=IO:1) 洗脫劑:乙酸乙酯:丙酮(Κ..Κ=3:1)。
4.按照權(quán)利要求1所述的一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑的應(yīng)用，其特征是用熒光光譜或紫外吸收光譜作為檢測(cè)三價(jià)鐵離子的高選擇、高靈敏的熒光探針試劑。
5.按照權(quán)利要求4所述的一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑的應(yīng)用，其特征是兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴化合物可作為檢測(cè)三價(jià)鐵離子的熒光探針，熒光法檢測(cè)濃度線性范圍達(dá)可達(dá) 2個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)限低至10_8 mol.L'
【文檔編號(hào)】C07D405/14GK103435603SQ201310368959
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】李燕琴, 曾晞, 牟蘭, 陳義, 李俊 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)