CN103864830A - 杯芳烃硼酸衍生物、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明为杯芳烃硼酸衍生物、制备方法及其应用。以2-甲酰基苯硼酸为辅配体；以5,17-二-胺基-25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃为主配体。本发明所制备杯芳烃硼酸衍生物对D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖和D-半乳糖都具有结合作用与识别作用。通过荧光光谱法可知衍生物对四种单糖均有识别作用，其中对D-果糖的检出限最低，因此该衍生物对D-果糖的选择识别性相对最高。

Description

杯芳烃硼酸衍生物、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种杯芳烃硼酸衍生物、制备方法和及其应用。

背景技术

随着现代社会的快速发展，人类的生存环境发生了很大的改变，与之相关的疾病也不断涌现。虽然科技与经济发展的同时，各类传染病及感染性疾病得到有效控制，但糖尿病已成为一种终身的慢性疾病，并可引起多种并发症。全世界已有3.5亿人患有糖尿病。检测血糖浓度是诊断糖尿病主要标准，而荧光分析法快速、灵敏度高、选择性好及简便等优点以使它近年来在痕量分析领域得到广泛的应用，于是寻求高效、简便的血糖检测方法是研究者们努力的方向。

糖类是自然界中分布广泛的一类重要的有机化合物，是一切生命体维持生命活动所需能量的主要来源。一般由碳、氢与氧三种元素组成，是多羟基的醛或多羟基的酮。而在人体中，糖类只有分解为单糖才能被吸收。

硼酸基是一类很重要的通过生成稳定的环内酯而实现检测与识别糖类的基团。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖和D-半乳糖有识别能力和结合能力的杯芳烃硼酸衍生物、制备方法和及其应用，并研究该杯芳烃硼酸衍生物作为荧光探针用于糖含量检测和识别的可能性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提出的一种杯芳烃硼酸衍生物，所述衍生物的化学式为C₄₂H₄₀O₈N₂B₂，以2-甲酰基苯硼酸为辅配体，5,17-二-胺基-25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃为主配体，其结构式如下：

。

本发明提出的杯芳烃硼酸衍生物的制备方法，具体步骤如下：

（1）合成5,17-二-胺基-25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃，得到砖红色粉末；

（2）将步骤（1）处理得到的粗产品0.4870 mmol和2-甲酰基苯硼酸1.1360 mmol，溶于63.9 mL无水甲醇和冰醋酸中，无水甲醇和冰醋酸的体积比例为70:1，水浴加热，温度控制在60~70°C，在搅拌下回流7~8 h后，旋转蒸发除去甲醇和醋酸，得红褐色粉末；

（3）三颈烧瓶中加入步骤（2）所得全部粗产物，再加入75 mL无水甲醇和6倍于理想产物的硼氢化钠2.8237 mmol，温度控制在40~50°C，搅拌回流6~7 h，再在室温下搅拌反应10 h，取出在自然环境下挥发甲醇和水，得浅黄色粉末状粗产物；

（4）将步骤（3）处理得到的粗产品用硅胶层析柱分离，然后旋干洗脱剂，得到粉末状产物即为产品。

本发明提出的杯芳烃硼酸衍生物的应用，该衍生物对D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖和D-半乳糖都有识别作用和结合作用。

本发明中，通过荧光光谱对四种单糖有荧光增强现象，说明所述的杯芳烃硼酸衍生物能与单糖发生结合作用。

本发明中，通过计算衍生物与四种单糖检测限的不同，说明衍生物对四种单糖有识别作用。

本发明中，通过计算衍生物与四种单糖检测限的不同，说明该衍生物对D-果糖的选择识别性相对最高。

本发明进行了氢谱（¹H NMR）和电喷雾质谱（ES-MS）表征。利用荧光光谱手段检测了所设计合成的杯芳烃硼酸衍生物对四种单糖结合能力和识别能力。

本发明的有益效果在于：

1. 结构上是新的杯芳烃硼酸衍生物，其硼酸基易于与糖类结合生成环内酯；2. 杯芳烃与硼酸基的键合与利用荧光光谱方法探讨杯芳烃硼酸衍生物与糖类的作用，这类的研究很少，因此丰富并拓宽了这一领域；3.该衍生物与四种单糖的检测限是不同的，说明具有识别糖类的功能；4. 潜在的高选择性的荧光探针。

附图说明

图1是本发明所获取的在NaCl离子缓冲剂溶液中，不同浓度的衍生物与定量D-葡萄糖作用的荧光光谱图；

图2是本发明所获取的在NaCl离子缓冲剂溶液中，不同pH值下的定量衍生物与定量D-葡萄糖作用的荧光光谱图；（a） 试剂空白；（b） 衍生物与D-葡萄糖的结合物；

图3是本发明所获取的在NaCl离子缓冲剂溶液中，该衍生物与不同浓度D-葡萄糖作用的荧光光谱图；

图4是本发明所获取的在NaCl离子缓冲剂溶液中，该衍生物与不同浓度D-果糖作用的荧光光谱图；

图5是本发明所获取的在NaCl离子缓冲剂溶液中，该衍生物与不同浓度D-甘露糖作用的荧光光谱图；

图6是本发明所获取的在NaCl离子缓冲剂溶液中，该衍生物与不同浓度D-半乳糖作用的荧光光谱图；

图7是本发明所获取的该衍生物与四种单糖结合的检测限的柱状图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1

新型杯芳烃硼酸衍生物的合成

1.于1000 mL三颈瓶中加入对叔丁基苯酚（50 g，333 mmol），5 mL含0.6 g NaOH的水溶液，36%的甲醛水溶液（32 mL，414 mmol），加热搅拌，通氮气以加快分水速度，迅速升温,并将反应温度控制在115 ～ 120 ^oC左右。反应物溶解，逐渐变粘，反应液中不断有气泡产生，分水器内不断有水分出，约1 ～ 1.5h后，反应混合物变成蜂窝状的蜡状物，停止加热。待稍冷后加入500 mL温热的二苯醚，加热，泡沫逐渐消失，通氮气以尽可能分出体系中的水，开始回流后可停止通氮气。反应液颜色逐渐变深，直至黑褐色。回流2hr，停止加热。冷至室温后加入500 mL乙酸乙酯，则有固体析出。室温下搅拌30min，静置，抽滤。沉淀先后用水、乙酸乙酯、乙酸洗涤，烘干得白色粉末状粗产品。粗产品用甲苯重结晶，得白色晶体30g。产率：60%。

2.称取步骤（1）产品（13.3 g，20 mmol），苯酚（9.02 g，96 mmol）、无水三氯化铝（14 g，105 mmol），125 mL干燥甲苯加入500 mL三颈瓶中，通氮气，浓硫酸液封整个体系，室温搅拌。反应物由浑浊慢慢变澄清，三氯化铝固体逐渐溶解，混合液体颜色由无色至黄色并不断加深。反应一段时间后，溶液重新变浑浊。约1.5h ～ 2.0h后停止通氮气，慢慢加入0.2 mol/L盐酸250 mL使反应停止。加入盐酸时三氯化铝水解释放大量热，并冒白烟。混合液转入分液漏斗，震荡后分层，上层有机相为浅黄色，下层水相为乳白色浑浊液。弃去水相，有机相用水洗涤至所洗水相澄清。分出有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，旋转蒸发除去甲苯，残留物加入甲醇，析出白色固体，抽滤、烘干，得白色固体粗产物。粗产物用氯仿/甲醇重结晶，得白色闪光固体6.8 g。产率：78%。

3.称取步骤（2）产品（4.24 g，10 mmol）溶于50 mL吡啶，冰水浴中冷却，加入苯甲酰氯（9.4 mL，81mmol），冰水浴中搅拌1h，撤去冰水浴，慢慢升温至室温，再搅拌1h。加入300 mL水，搅拌10分钟，静置，抽滤，固体依次用水、甲醇洗涤，可得白色固体粗产物。粗产物用氯仿/甲醇重结晶，得白色疏松片状固体 6.0 g，产率82%。

4.称取步骤（3）产品（7.36 g，10 mmol）溶于100 mL二氯甲烷中，加入 5 mL冰醋酸，搅拌下滴入1 mL 65%硝酸溶液。混合液颜色由淡黄色逐渐加深直至橙色。室温下搅拌0.5h ～ 1.0h 。反应完全后，反应液转至分液漏斗，依次用稀NaOH溶液、水将二氯甲烷层洗至中性。分出二氯甲烷层，用无水硫酸钠干燥，过夜。过滤后蒸去二氯甲烷即得粗产物，为黄色粉末。粗产物用二氯甲烷/甲醇重结晶，得7.3 g 淡黄色粉末，产率94 %。

5.称取步骤（4）产品（1.56 g ，2 mmol）及SnCl₂·2H₂O（4.8 g） 于100 mL三颈瓶中, 加入50 mL无水乙醇，回流，TCL跟踪，反应完全后（约18h），将反应液趁热倾入冰中，搅拌，用浓氨水调节pH值为8，过滤除去泥状固体，并用乙醇、二氯甲烷洗涤泥状固体。滤液及洗涤液合并后用二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后蒸去溶剂，得到粉红色固体0.95 g。产率63%。

6.于50 mL单颈瓶中，加入步骤（5）产品（0.38 g， 0.5mmol），20 mL经五氧化二磷干燥处理的二氯甲烷，0.4 mL 三乙胺，冰水浴中冷却，搅拌下慢慢滴入自制的烯丙酰氯0.5 mL，0.5h后，慢慢升温至室温，反应2h后加水停止反应。依次用稀盐酸、稀NaOH溶液、水将二氯甲烷层洗至中性，分出二氯甲烷层，用无水硫酸钠干燥。过滤，蒸去溶剂，得深褐色油状粘稠液体，用石油醚粉化，得粗产品。粗产物用二氯甲烷/石油醚重结晶，得0.35 g，产率 87%。

7.称取步骤（6）产品（1.56 g ，2mmol）溶于40 mL四氢呋喃中，溶液为橙黄色，加入无水乙醇（或95%乙醇）40 mL及20 mL含4g NaOH的水溶液。加碱液后，溶液颜色为褐色，70^oC微沸回流。TLC追踪，5h左右反应完全后，旋转蒸发除去可挥发性溶剂，得褐色溶液。稍冷，以较高浓度盐酸中和，则逐渐有黄褐色沉淀析出，至pH值为2左右沉淀完全。静置，抽虑，用水、***洗涤，得黄色粉状固体。烘干得粗产物0.7 g，产率75%。产物纯度很高，经***洗涤后不需重结晶即可达表征所需纯度。

8.称取步骤（7）产品（1.1g， 2.3 mmol）及SnCl₂·2H₂O （6 g）于100 mL三颈瓶中，加入20 mL无水乙醇，20mL丙酮，70^oC下回流，TCL跟踪，反应完全后（约18h），将反应液趁热倾入冰中，搅拌，析出泥状沉淀。用浓氨水调节pH值为中性，过滤除去泥状固体，并用乙醇、二氯甲烷洗涤泥状固体。滤液及洗涤液合并后用二氯甲烷萃取，有机相呈棕黄色。萃取完毕，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤后蒸去溶剂，得到淡黄色粉状固体。得粗产物 0.5g，产率50%。

9.称取步骤（8）处理得到的产品（0.2211 g，0.4870 mmol）和2-甲酰基苯硼酸（0.1704 g，1.1360 mmol），溶于63.9 mL无水甲醇和冰醋酸中，（无水甲醇和冰醋酸的体积比例为70:1），水浴加热，温度控制在60~70°C，在搅拌下回流7~8 h后，旋转蒸发除去甲醇和醋酸，得红褐色粉末。产率约68%。

10.三颈烧瓶中加入步骤（9）所得全部粗产品，再加入75 mL无水甲醇和约6倍于理想产物的硼氢化钠（NaBH4）（0.1073 g，2.8237 mmol），温度控制在40~50°C，搅拌回流6~7 h，再在室温下搅拌反应10 h，取出在自然环境下挥发甲醇和水，得浅黄色粉末状粗产物。产率约65％。

11.将步骤（10）处理得到的粗产品用硅胶层析柱分离，用甲醇/乙酸乙酯（1:1，v/v）洗脱，收集最后红色洗脱液，然后旋干洗脱剂，可得产物0.2140g。产率为60.8％。

¹H-NMR (CDCl₃, TMS, 400 MHz): 9.93(4H, s), 7.09, 6.66(18H, d), 4.46(4H, s), 3.91(2H, s), 3.72(8H, s), 2.21(4H, s) MALDI-MS for a1: calcd. 721.6[M]+, found 744.3[M+Na]+.

。

实施例2

NaCl离子缓冲剂溶液：0.005molNaCl，pH=7.0

一般配制方法：准确称取0.2925 g NaCl，用40 mL蒸馏水完全溶解，用稀氢氧化钠溶液缓慢调节pH值至7.0，转入100 mL容量瓶，用甲醇定容，混合均匀后备用。

同样方法，配制其他不同pH值的NaCl离子缓冲剂溶液。

配合物溶液的配制：

准确称取36.08 mg 衍生物，先用6 mL的甲醇溶解，再用蒸馏水定容至10 mL，即得5.0×10^-3 mol/L的配合物储备液。

糖溶液的配制：

准确称取18.0160 mg D-葡萄糖，用蒸馏水溶解，再用蒸馏水定容至100 mL，即得1.0×10^-3 mol/L的D-葡萄糖储备液。

衍生物的荧光光谱优化实验

仪器：Hitachi FP 7000荧光光度计

仪器参数：激发波长：225 nm，狭缝宽度：5.0 nm

扫描范围：250-430 nm

加入不同浓度的衍生物溶液于5 ml容量瓶中， 先加入一定量的D-葡萄糖溶液（1.0×10^-5 mol/L ），然后用pH 7.00的NaCl离子缓冲剂溶液定容至5 ml，摇匀。静置6小时后，将部分溶液转移入1cm比色皿中，在荧光光度计上，选择激发和发射狭缝均为5.0 nm，于入ex=225 nm，入em=305 nm，测量衍生物及衍生物与葡萄糖结合物的荧光强度，并计算ΔF（ΔF=F-F₀），其结果图1所示。

结果表明：当D-葡萄糖的浓度为1.0×10^-5 mol/L时，衍生物的浓度在5.0×10^-7 mol/L-9.0×10^-7 mol/L范围内，体系的荧光强大且基本恒定。因此，本实验选用5.0×10^-7mol/L为衍生物的浓度。

当衍生物浓度为5.0×10^-7mol/L，D-葡萄糖浓度为1.0×10^-5mol/L时，测试不同pH值下衍生物及衍生物与D-葡萄糖结合物的荧光强度关系图。pH值选用为pH=2.00-12.00，其结果图2所示。

结果表明：在pH=7.00时，未加糖和加糖后的荧光强度变化最大，故实验选择pH 7.00为体系酸度。

实施例3

NaCl离子缓冲剂溶液：0.005molNaCl，pH=7.0

一般配制方法：准确称取0.2925 g NaCl，用40 mL蒸馏水完全溶解，用稀氢氧化钠溶液缓慢调节pH值至7.0，转入100 mL容量瓶，用甲醇定容，混合均匀后备用。

配合物溶液的配制：

准确称取36.08 mg 衍生物，先用6 mL的甲醇溶解，再用蒸馏水定容至10 mL，即得5.0×10^-3 mol/L的配合物储备液。

糖溶液的配制：

准确称取18.0160 mg D-葡萄糖，用蒸馏水溶解，再用蒸馏水定容至100 mL，即得1.0×10^-3 mol/L的D-葡萄糖储备液。

同样方法，配制1.0×10^-3 mol/L的D-果糖、D-甘露糖和D-半乳糖储备液。

衍生物与单糖的荧光光谱实验

仪器：Hitachi FP 7000荧光光度计

仪器参数：激发波长：225 nm，狭缝宽度：5.0 nm

扫描范围：250-430 nm

准确量取5 μL该衍生物的甲醇水溶液（5.0×10^-3mol/L）于5mL容量瓶中，加入不同浓度的糖（D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖和D-半乳糖）溶液，用pH 7.00的NaCl离子缓冲剂溶液定容至5mL，摇匀。静置，取部分溶液于1cm比色皿中，选择激发和发射狭缝均为5.0nm，于激发波长为225 nm下扫描荧光光谱，测量衍生物及衍生物与糖结合物的荧光强度，其结果图3-6所示。

结果表明：衍生物与四种单糖作用时，得到了荧光强度随单糖浓度的增加而增强，证明衍生物与四种单糖发生了结合作用。

分别计算衍生物与四种单糖的检测限。结果表明：该衍生物对D-果糖的选择识别性相对最高。说明衍生物对四种单糖有识别能力。其结果图7所示。

Claims (6)

1.一种杯芳烃硼酸衍生物，其特征在于，所述衍生物的化学式为C₄₂H₄₀O₈N₂B₂，以2-甲酰基苯硼酸为辅配体，5,17-二-胺基-25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃为主配体，其结构式如下：

。

2.一种如权利要求1所述的杯芳烃硼酸衍生物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）合成5,17-二-胺基-25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃，得到砖红色粉末；

（2）将步骤（1）处理得到的粗产品0.4870 mmol和2-甲酰基苯硼酸1.1360 mmol，溶于63.9 mL无水甲醇和冰醋酸中，无水甲醇和冰醋酸的体积比例为70:1，水浴加热，温度控制在60~70°C，在搅拌下回流7~8 h后，旋转蒸发除去甲醇和醋酸，得红褐色粉末；

（3）三颈烧瓶中加入步骤（2）所得全部粗产物，再加入75 mL无水甲醇和6倍于理想产物的硼氢化钠2.8237 mmol，温度控制在40~50°C，搅拌回流6~7 h，再在室温下搅拌反应10 h，取出在自然环境下挥发甲醇和水，得浅黄色粉末状粗产物；

（4）将步骤（3）处理得到的粗产品用硅胶层析柱分离，然后旋干洗脱剂，得到粉末状产物即为产品。

3.一种如权利要求1所述的杯芳烃硼酸衍生物的应用，其特征在于，该衍生物对D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖和D-半乳糖都有识别作用和结合作用。

4.根据权利要求3所述的杯芳烃硼酸衍生物的应用，其特征在于，通过荧光光谱对四种单糖有荧光增强现象，说明所述的杯芳烃硼酸衍生物能与单糖发生结合作用。

5.根据权利要求3所述的杯芳烃硼酸衍生物的应用，其特征在于，通过计算衍生物与四种单糖检测限的不同，说明衍生物对四种单糖有识别作用。

6.根据权利要求3所述的杯芳烃硼酸衍生物的应用，其特征在于，通过计算衍生物与四种单糖检测限的不同，说明该衍生物对D-果糖的选择识别性相对最高。

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