发明内容
本发明的目的之一在于提供一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物。
本发明的目的之二在于提供上述的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物的制备方法。
本发明的目的之三在于将上述的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物作为检测氰根离子的颜色探针或荧光探针进行应用。
本发明提供的技术方案
一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物,其结构式如下所示:
,其中,R1为C1-C10烷基或C1-C10取代烷基;
所说的C1-C10烷基为C1-C10直链烷基或C1-C10支链烷基,其中所述C1-C10直链烷基为甲基、乙基、丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基或正癸基;
所述的C1-C10取代烷基中的取代基为羟基、烷氧基或胺基,所述的胺基为仲胺。
上述的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物的制备方法,其制备过程的反应方程式如下所示:
即首先以N-R1-4-溴-1,8萘酰亚胺为起始原料,室温或冰浴下,在无机溶剂中,在N-R1-4-溴-1,8萘酰亚胺与硝酸钠进行硝化反应,得4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物;
所述无机溶剂为硫酸、醋酸或硝酸;
上述反应所用的N-R1-4-溴-1,8萘酰亚胺、硝酸钠和无机溶剂的量,按N-R1-4-溴-1,8萘酰亚胺:硝酸钠:无机溶剂为1mmol:1.5-1.8mmol:8-10ml的比例计算;
然后,在有机溶剂1中,在氮气保护和强碱钠氢作用下,4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物与吡啶-2-乙腈进行取代反应得4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物;
所述有机溶剂1为四氢呋喃、乙酸乙酯或二氯甲烷;
上述反应所用的4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物、吡啶-2-乙腈、强碱钠氢和有机溶剂1的量,按4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物:吡啶-2-乙腈:强碱钠氢:有机溶剂1的量为1mmol: 1.2-1.4mmol:6-10mmol:15-25ml的比例计算;
最后,在氮气保护下,在有机溶剂2中4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物经还原剂进行还原反应得到一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物;
所述有机溶剂2为乙酸乙酯、二氯甲烷或氯仿;
所述还原剂为氯化亚锡、钯碳、铁粉或锌粉;
上述还原反应所用的4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物、还原剂和有机溶剂2的量,按4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物:还原剂:有机溶剂2为1mmol:8-9mmol:50-60ml的比例计算。
上述所得的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物可以作为检测氰根离子的颜色探针或荧光探针的应用。
本发明的有益效果
本发明的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物,其制备所用的原料易得,都是工业化的原料,因此其生产成本较低。
进一步,本发明的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物,具有很高的衍生性,例如酰胺基团可以用水溶性的基团代替。
进一步,本发明的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物具有特定识别氰根离子的功能,对氰根离子具有超高的灵敏性和选择性,并且与氰根作用后继续加入三氟乙酸其荧光强度恢复到原来水平,多次循环作用都不影响荧光强度。可作为检测氰根离子的颜色或荧光传感器,在混合溶剂甚至在纯水中高效对氰根识别,表现出高灵敏度和高选择性。因此3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物有望在生物化学,环境科学,医药化学中对阴离子识别具有重要的应用价值。
实施例1
一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物,其结构式如下所示:
,其中,R1为正丁基。
上述的一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物的制备方法,即
首先,以N-R1-4-溴-1,8萘酰亚胺为起始原料,其中R1为正丁基,在无机溶剂硫酸中,N-R1-4-溴-1,8萘酰亚胺与硝酸钠冰浴下进行硝化反应1-3h制备出4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物,其反应方程式如下所示:
然后,将4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物在有机溶剂1即四氢呋喃中,在强碱钠氢作用下,其与吡啶-2-乙腈进行取代反应2h得4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物,其反应方程式如下所示:
;
最后,将4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物在惰性气体环境下,在有机溶剂2即乙酸乙酯中经还原剂氯化亚锡进行还原反应0.5h得一类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物,其反应方程式如下所示:
。
上述的一种4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺衍生物的制备方法,具体步骤如下:
(1)、N-正丁基-4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺的制备
冰浴下向250mL的单口烧瓶内加入130mL的浓硫酸,待浓硫酸冷却后加入5.0g(15.0mmol)N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺,然后加入1.95g(23mmol)硝酸钠,冰浴下搅拌,待点板跟踪反应3h结束,将所得的反应液缓慢倒入冰水中,此时有固体粉末析出,抽滤并烘干,用乙酸乙酯重结晶得到白色针状晶体,产率86%;
采用核磁共振仪器(Bruker AVANCE III 500 MHz)对上述所得的白色针状晶体进行氢谱测定,所得的核磁数据如下所示:
1H-NMR (500 MHz, CDCl3): 0.98(t, J =7.3 Hz, 3H), 1.40-1.49(m, 2H),1.67-1.75(m, 2H), 4.18(t, J =7.5 Hz, 2H), 8.01(t,J =8.2 Hz, 1H), 8.75-8.78(m,3H);
采用高分辨质谱仪器(solanX 70 FT-MS)对上述所得的白色针状晶体进行测定,所得的质谱数据如下所示:
HRMS-ESI (m/z): [M+H]+ calcd for (C16H14BrN2O4),377.01315, Found,377.01287.
从上述所得的氢谱和质谱数据中可以看出,上述所得的白色针状晶体为N-正丁基-4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺;
(2)、N-正丁基-4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺的制备
室温下向50mL的三口烧瓶加入10mL无水四氢呋喃和强碱钠氢(0.16g,4.0mmol),氮气保护下加入吡啶-2-乙腈(0.07g,0.56mmol),0.5h后加入步骤(1)所得的N-正丁基-4-溴-3-硝基-1,8-萘酰亚胺(0.15g,0.4mmol)进行取代反应2h,反应结束后用饱和食盐水淬灭后加入50mL稀盐酸洗涤至酸性,所得的溶液用乙酸乙酯萃取后硅胶柱分离,得到黑色固体粉末, 产率63%。
采用核磁共振仪器(Bruker AVANCE III 500 MHz)对上述所得的黑色固体粉末进行氢谱测定,所得的核磁数据如下所示:
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ8.94 (s, 1H), δ 8.65 (d, J = 7.5 Hz, 1H),8.58 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 8.46 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 7.78 (t, J = 8.0 Hz, 1H),7.70(d, J = 7.5 Hz, 1H), 7.50 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.23-7.20 (m, 1H), 6.60(s,1H), 4.12 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.67-1.61 (m, 2H), 1.38-1.34 (m, 2H), 0.91(t, J = 7.5 Hz, 3H);
采用高分辨质谱仪器(solanX 70 FT-MS)对上述所得的黑色固体粉末进行测定,所得的质谱方面的数据如下所示:
HRMS-ESI (m/z): [M+H]+ (calcd for C23H19N4O4) 415.14063; Found,415.14214.
从上述所得的氢谱和质谱数据中可以看出,上述所得的黑色固体粉末为N-正丁基-4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺;
(3)、3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺的制备
室温下向50mL的三口烧瓶加入20ml乙酸乙酯和步骤(2)所得的N-正丁基-4-(吡啶-2-乙腈)-3-硝基-1,8-萘酰亚胺(0.15g,0.36mmol),随后加入还原剂氯化亚锡(0.6g,3.2mmol),氮气保护下加热至回流状态开始进行还原反应0.5h,反应结束后,向反应液中滴加氢氧化钠溶液,待氯化亚锡沉降完毕将滤液收集,滤液用饱和食盐水洗涤两次后硅胶柱分离,得到红棕色固体粉末,产率75%。
采用核磁共振仪器(Bruker AVANCE III 500 MHz)对上述所得的红棕色固体粉末进行氢谱测定,所得的核磁数据如下所示:
1H NMR (500 MHz, DMSO-d 6 ) δ11.82 (s, 1H), 8.71 (d, J = 4.0 Hz, 1H),δ8.61 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 8.32 (s, 1H), 7.89 (t, J= 7.5 Hz, 1H), 7.70(d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.53 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.30 (t, J= 5.5 Hz,1H), 6.95 (s,2H), 4.07 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.66-1.60 (m, 2H), 1.39-1.35 (m, 2H), 0.94 (t, J = 7.5 Hz, 3H);
采用高分辨质谱仪器(solanX 70 FT-MS)对上述所得的红棕色固体粉末进行测定,所得的质谱方面的数据如下所示:
HRMS-ESI (m/z): [M+H]+ (calcd for C23H21N4O2) 385.16645; Found,385.16645.
从上述所得的氢谱和质谱数据中可以看出,上述所得的红棕色固体粉末为3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺。
应用实施例1
首先,将4.2mg的实施例1所得的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺放入10ml容量瓶中,然后用二甲亚砜和水按体积比为1:1的比例组成的混合液进行溶解并定容至10ml,即得1.094mmol/L的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液。
然后,取10份每份体积914μL的上述所得的1.094mmol/L的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液,然后分别加入二甲亚砜和水按体积比为1:1的混合液稀释到50ml,得到10份浓度均为20μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液;
然后将氰根离子,氟离子,醋酸根离子,磷酸二氢根离子,氯离子,溴离子,碘离子,硝酸根离子,四氟硼酸根离子,高氯酸根离子(四丁基季胺盐形式存在),用二甲亚砜定容至10mL配成各种阴离子浓度为5000μM的阴离子二甲亚砜溶液;
最后在10份,3mL上述浓度均为20μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液中,分别加入72μL上述10种浓度为5000μM的阴离子的二甲亚砜溶液;即得10份各阴离子浓度均为120μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液,溶液中3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺的浓度均为20μM。
将上述所得的10份3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺的浓度均为20μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液静置1-2min后,通过手提式紫外灯观察,结果如下:
加入氰根离子的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液荧光消失,其他阴离子不能引起溶液荧光的变化,由此表明3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺对氰根离子的选择性极高;
通过荧光分光光度计分别对上述所得的10份各阴离子浓度均为120μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液的荧光强度进行分析,其荧光分析图如图1所示,从图1中可以看出,加入氰根离子的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液的荧光强度在613nm波长处消失,加入其他阴离子的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液的荧光强度几乎没有变化或者变化很小,由此表明了3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺可以高度选择性识别氰根离子,因此,由此3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物可作为高选择性的氰根离子探针。
应用实施例2
将实施例1所得的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺用二甲亚砜和水按体积比为1:1的比例组成的混合液配制成浓度为20μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液,然后每隔30s滴加一次20μL的应用实施例1中所得的浓度为5000μM的氰根二甲亚砜溶液,每次滴加完后分别通过荧光分光光度计记录所得的荧光发射谱图;
将多次滴加的图谱叠加,3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺与多次滴加CN-离子连续滴定作用所得的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺的荧光发射光图谱如图2a所示,从图2a中可以看出,随着氰根离子的加入,荧光强度在波长613处逐渐减弱,由此表明了氰根与3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺发生作用破坏了原有的刚性平面结构,使得电子发生转移进而使荧光淬灭;
将多次滴加的图谱叠加,3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺在波长613处荧光强度随氰根离子浓度变化的荧光发射光谱图如图2b所示,从图2b中可以看出,随着氰根离子加入量达到6当量时,该3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺的荧光强度不再变化,说明3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺与氰根离子作用达到饱和。
应用实施例3
将实施例1所得的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺用二甲亚砜和水按体积比为1:1的比例组成的混合液配制成浓度为20μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液,然后每隔30s滴加一次20μL的应用实施例1中所得的浓度为5000μM的氰根二甲亚砜溶液,直至滴加至氰根6当量饱和,然后继续滴加20μL的浓度为5000μM的三氟乙酸二甲亚砜溶液,直至滴加至三氟乙酸浓度达6当量;
每次滴加完氰根二甲亚砜溶液后通过荧光分光光度计记录所得的荧光发射谱图,将多次滴加的图谱叠加,3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺与6当量CN-离子连续滴定作用所得3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺的荧光发射光谱图如图3a所示,从图3a中可以看出加入氰根离子后荧光淬灭,由此表明了3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺发生了去质子反应,进而破坏了分子的刚性平面结构,使得荧光消失;
将多次滴加的图谱叠加,3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺与6当量氰根离子作用后继续滴加三氟乙酸所得荧光发射光谱图如图3b所示,从图3b中可以看出,随着三氟乙酸的加入,荧光强度在波长613处明显逐渐增强,由此表明了三氟乙酸的加入使得探针与氰根的作用抵消,探针分子重新形成一个刚性平面结构阻碍了电子发生转移进而使荧光强度增强;随着三氟乙酸加入量达到6当量时,荧光强度不再变化并且恢复到原来水平,说明3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺与氰根离子作用被三氟乙酸完全抵消。
应用实施例4
将实施例1所得的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺用二甲亚砜和水按体积比为1:1的比例组成的混合液配制成浓度为20μM的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺溶液,交替加入120μL的应用实施例1中所得的浓度为5000μM的氰根二甲亚砜溶液和120μL的浓度为5000μM的三氟乙酸二甲亚砜溶液,每次滴完后分别通过荧光分光光度计记录所得的荧光发射谱图,循环6次,得到图4,从图4中可以看出经过六次循环后荧光强度没有发生较大变化,由此表明了该探针可以循环的应用于氰根离子检测,节省了探针的需求。
上述仅是以3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物的结构式中R1为正丁基进行了举例,并阐述了该3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物的制备方法及其应用,但并不限制R1为其他基团时所得的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物的制备方法和其作为氰根离子的高选择性的荧光检测探针的应用。
综上所述,本发明提供的3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺可作为氰根离子的高选择性的荧光检测探针,特别值得注意的是,该探针遇到氰根离子能表现出明显的荧光淬灭“开-关”信号,但经三氟乙酸作用还能给出荧光增强“关-开”信号,多次循环后该类探针仍对氰根或者三氟乙酸有明显效果并且荧光强度几乎不变,因此该类3-氨基-4-((E)-吡啶-2(1氢)-烯乙腈基)-1,8-萘酰亚胺类衍生物可作为检测氰根离子的荧光探针进而取得实际应用。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。