一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑及其制備和應用，屬有機合成和分析化學領域，本發明分別合成了兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，化學名稱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，本發明將兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑用于檢測三價鐵離子，具有高選擇性、高靈敏特點，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用
【技術領域】
[0001]本發明屬有機合成和分析化學領域，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用。
【背景技術】
[0002]分子識別和分子水平的微觀檢測及研究具有重要的科學意義和應用價值。熒光探針是一類能將分子識別過程通過熒光信號有效表達的分子，它廣泛應用于陽離子、陰離子、中性分子等目標物質的熒光識別檢測。在眾多的分析方法中，熒光探針技術具有靈敏度高、選擇性好、響應時間短、可直接觀察等優點，因此近年來受到化學、生物學和醫學等諸多領域的廣泛關注。
[0003]熒光探針是建立在分子識別和熒光技術兩者有機結合的基礎上，通過選擇性結合，實現分子的識別并得到分子的信息，隨之通過相應的熒光信號傳導機制將分子結合信息轉換為易于檢測的熒光信號，從而實現在分子水平上的原位實時檢測。熒光探針通常是由熒光基團和識別基團兩部分組成。熒光基團是探針分子最基本組成部分，其作用是對目標分子的識別信息轉化為熒光信號。熒光信號識別基團，必須含有一定共軛度的共軛η鍵才能發出強而穩定的輻射。香豆素、羅丹明、萘、蒽、芘、對苯二醌、苯并雜環及含有咕噸酮的基團等是常見的熒光團。有機熒光分子若本身具有對金屬離子的配位能力并表現出顯著的熒光變化，這些熒光分子可直接作為探針。識別基團則用于選擇性的與目標分子進行作用，其特性對探針分子的性能影響很大，決定了熒光探針識別的選擇性和靈敏性。部分探針與金屬離子的選擇性結合主要由氧，硫，氮等雜原子與金屬離子的配位作用及識別的空間匹配性決定。識別基團結構和空腔及雜原子的不同，表現出對不同的金屬離子顯著的選擇性。探針的設計還必須遵循剛性與柔性的平衡，它關系到識別過程的動力學特性。其結構的穩定性需要剛性的分子結構，但是識別過程中的變換、調控、協同及變構過程需要一定的柔性。熒光探針中常用的識別基.團的結構有大環化合物杯芳烴、冠醚、環糊精、及小分子的三角架型、分子鉗型、直鏈型等多種結構形式。
[0004]杯芳烴作為第三代超分子化合物，具有空腔可調、構象靈活多變、易修飾等優點，特別是其優良的識別配位性能而備受關注。用氧原子取代經典杯芳烴的橋聯亞甲基所得的氧雜杯芳烴擁有比經典杯芳烴更優越的絡合能力、更易于化學修飾、更加靈活的空腔結構和立體構型。因此，氧雜杯芳烴及其衍生物與經典杯芳烴相比較，對金屬離子具有更好的識別性能。基于氧雜杯芳烴作為分子識別平臺構筑的熒光探針有著廣闊的應用前景。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率，并且通過對其母體進行修飾，所得衍生物就可實現在可見光區域連續的波長變化，光化學和光物理性質可調以及光穩定性好等優點，是熒光探針設計中比較受歡迎的候選熒光基團。鑒于它們具有結構易修飾的等特點及特殊的光物理化學的優點，將二者引入熒光探針的設計，通過合理設計合成一些結構新穎，性能良好的熒光探針。[0005]鐵是維持生命的主要物質，是制造血紅素和肌血球素、促進維生素B族代謝的必要物質，因此研究能用于鐵離子檢測的化學傳感器具有重要意義。目前，檢測Fe3+的香豆素-氧雜杯[3]熒光探針并不多見，且僅能檢測三價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，開發結構簡單、合成方法簡便、價格低廉、靈敏度和選擇性優越的熒光探針試劑在多領域具有重要的應用價值。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于合成了 2種高靈敏、高選擇性的檢測微量三價鐵離子香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，研究合成方法并應用于微量三價鐵離子測定。
[0007]本發明是一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，是分別以對叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴為結構平臺，在兩種杯芳烴的下沿連接三個丙炔基，通過點擊化學中的1，3-偶極環加成反應引入香豆素三氮唑基團，得到兩種香豆素-氧雜杯
[3]芳烴熒光試劑，化學名稱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；化學結構式為
【權利要求】
1.一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，其特征是分別以對叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴為結構平臺，在兩種杯芳烴的下沿連接三個丙炔基，通過點擊化學中的1，3-偶極環加成反應引入香豆素三氮唑基團，得到兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑，化學名稱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；化學結構式為:
2.根據權利要求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)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化合物，合成經三步反應制得:第一步:將對叔丁基氧雜杯[3]芳烴或乙氧基羰基氧雜杯[3]芳烴的三個酚羥基與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:氮氣保護下，于三口圓底燒瓶中，對叔丁基氧雜杯[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，冷卻，按與對叔丁基氧雜杯[3]芳烴的摩爾比為1:10的比例再加入3-溴丙炔，繼續回流反應結束，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，產品為無色固體:反應溫度:回流(56°C)反應時間:19h反應溶劑:丙酮洗脫劑:氯仿:石油醚(K:K=2:1)氮氣保護下，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，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，繼續回流反應結束，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，產品為無色 固體:反應溫度:回流(56°C) 反應時間:17h 反應溶劑: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 氮氣保護下，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，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，繼續回流反應，冷卻反應液，減壓蒸干溶劑，二氯甲烷和蒸餾水洗滌萃取，合并有機相，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，產品為白色固體: 反應溫度:回流(56°C) 反應時間:24h 反應溶劑:丙酮 7-(2-疊氮乙氧基)香豆素的合成 氮氣保護下，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，反應結束，冷卻，將反應物倒入大量冰水中，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: 反應溫度:60°C 反應時間:5h 反應溶劑: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 氮氣保護下，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，反應結束冷卻至室溫，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，產品為淡黃色固體: 反應溫度:65°C 反應時間:18h 反應溶劑:四氫呋喃/水(V: V=IO:1) 洗脫劑:乙酸乙酯:丙酮(Κ..Κ=4:1) 氮氣保護下，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，反應結束冷卻至室溫，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，產品為淡黃色固體: 反應溫度:65°C 反應時間:20h 反應溶劑:四氫呋喃:水(K: K=IO:1) 洗脫劑:乙酸乙酯:丙酮(Κ..Κ=3:1)。
4.按照權利要求1所述的一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑的應用，其特征是用熒光光譜或紫外吸收光譜作為檢測三價鐵離子的高選擇、高靈敏的熒光探針試劑。
5.按照權利要求4所述的一類香豆素-氧雜杯[3]芳烴熒光試劑的應用，其特征是兩種香豆素-氧雜杯[3]芳烴化合物可作為檢測三價鐵離子的熒光探針，熒光法檢測濃度線性范圍達可達 2個數量級，檢測限低至10_8 mol.L'
【文檔編號】C07D405/14GK103435603SQ201310368959
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】李燕琴, 曾晞, 牟蘭, 陳義, 李俊 申請人:貴州大學