CN108314653B - 氮杂环硫酮化合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了氮杂环硫酮化合物及其制备方法与应用。它是在有机溶剂中以三苯胺与液溴反应,得到的三(4’‑溴代苯基)胺再与咪唑反应得到产物(Y)。将(Y)与溴丙烷反应得到溴化物(W),将溴化物(W)与单质硫反应得到最终产物三[4’‑(N‑丙基咪唑基)苯基]胺硫酮(1)。用1作为主体,用不同种类的硝酸盐作为客体,在25℃下,将主体和客体溶解在有机溶剂中,将主体溶液分别和不同的客体溶液混合,测定其荧光光谱,找出主体能够识别的客体。对于主体能够识别的客体,用不同的浓度的客体对主体进行滴定,测定其荧光光谱。
Description
关于资助研究或开发的声明
本发明是在国家自然科学基金(基金号:21572159),天津师范大学青年基金(基金号:52XQ1402)和天津市自然科学基金(基金号:11JCZDJC22000)的资助下进行的。
技术领域
本发明属于有机化学技术领域,涉及通过咪唑、三苯胺、液溴、单质硫和溴丙烷烷作为原料的氮杂环硫酮化合物,更具体的说是氮杂环硫酮化合物的制备方法及其在荧光识别性能的研究。
背景技术
咪唑类化合物是一种含有二个氮原子的杂环化合物,具有良好的生物活性和抗蚀性,如抗癌、抗真菌、消炎、治疗低血糖和生理紊乱等, 在药物化学中具有非常重要的意义。并可用于模拟天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位研究生物活性, 以及环氧树脂新型固化剂、催化剂和某些金属的表面处理剂, 还可作为有机合成反应的中间体。针对苯并咪唑环蕃,越来越多的研究者开展了许多探索性的工作。通常,在进行预先的实验设计路线过程中,最常见的就是通过引入不同的桥链,通过改变桥链,可以改变原先的固有特性,使其发挥自身更多优势。随着研究的深入和研究范围的拓展,氮杂环硫酮化合物具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点,可以用来制作荧光分子识别体系,因此咪唑类化合物作为荧光开关的主题化合物必将在化学学科、生命学科、环境分析和临床医学等领域得到应用。
发明内容
本发明公开了一种具有下述结构的氮杂环硫酮化合物:
n表示直链的烷基(1)。
本发明公开的氮杂环硫酮配合物制备方法,其特征在于按如下的步骤进行:
(1)在有机溶剂中以三苯胺与液溴反应,得到的三(4’-溴代苯基)胺再与咪唑反应得到产物(Y)。将(Y)与溴丙烷反应得到溴化物(W),将溴化物(W)与单质硫反应得到最终产物三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺硫酮(1);其中三苯胺与液溴的摩尔比为1:3;三(4’-溴代苯基)胺再与咪唑的摩尔比为1:3,(W)与N-乙基咪唑的摩尔比为1:3;
(2)将溴化物(W)与单质硫以摩尔比为1:3的比例加入到反应器皿内,用有机溶剂溶解后,反应回流1天,得到最终产物三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺硫酮(1)。
步骤(1) 、(2)中所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、***、乙腈、丙酮中的一种或几种的混合物。
本发明进一步公开了氮杂环硫酮配合物晶体,其晶体结构参数如下:
本发明更进一步公开了氮杂环硫酮化合物在制备荧光识别方面的应用。其中的荧光识别指的是对Cu2+的识别。
本发明通过咪唑,三苯胺,溴丙烷,液溴作为原料可以制备咪唑盐类化合物。它是在有机溶剂中以三苯胺与液溴反应,得到的三(4’-溴代苯基)胺再与咪唑反应得到产物(Y)。将(Y)与溴丙烷反应得到溴化物(W),将溴化物(W)与单质硫反应得到最终产物三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺硫酮(1)。
本发明进一步涉及了通过氮杂环硫酮化合物作为主体在荧光识别领域中的应用。本发明的氮杂环硫酮化合物具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点,可以用来制作荧光分子识别体系,有望在荧光化学领域得到应用。
本发明的合成路线如下:
n表示直链的烷基;
典型的氮杂环硫酮化合物的分子式为C36H39N7S3。氮杂环硫酮化合物的单晶的测定方法如下:
晶体数据和结构精修参数包含在支持性信息中。在Bruker SMART 1000 CCD衍射仪上进行,实验温度为113(2)K, 在50kV 和20mA下,用Mo-Ka 辐射(0.71073Å)操作,用SMART和SAINT软件进行数据收集和还原,q 的范围是 1.8 < q < 25º。应用SADABS 程序进行经验吸收矫正。晶体结构由直接方法解出,用SHELXTL包对全部非氢原子坐标各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正。
本发明一个优选的实施例为实例1.
本发明另一个优选的实施例为应用实例1。
本发明进一步公开了通过氮杂环硫酮化合物在荧光识别领域中的应用。
实验证明:用氮杂环硫酮化合物作为主体,用不同种类的硝酸盐作为客体(不同硝酸盐,如:Li+, Na+, K+, NH4 +, Ca2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+ andHg2+),在25℃下,将主体和客体溶解在有机溶剂中,在一定浓度下,将主体溶液分别和不同的客体溶液混合,测定其荧光光谱,找出主体能够识别的客体。对于主体能够识别的客体,用不同的浓度的客体对主体进行滴定(5.0 × 10-6 mol L-1),测定其荧光光谱。用微量注射器加入浓度逐渐增大的硝酸盐溶液(0-400 × 10-6 mol L-1)。主体溶液的激发波长为326 nm,发射光谱在377 nm有发射峰。每次添加后,8-10分钟达到反应平衡测定相应的荧光强度。本发明作为主体的氮杂环硫酮化合物(特别是晶体)对硝酸盐化合物的荧光感光效果明显,在荧光光谱中的在377 nm 有明显的荧光发射,(图2)可以用来制作荧光探针,有望在荧光化学领域得到应用。
本发明提出的氮杂环硫酮化合物晶体是一种在标准状态下可以稳定存在的高级荧光材料,具有荧光感光效果明显的优点,可以用来制作荧光分子识别体系,有望在荧光化学领域得到应用。
附图说明
图1为氮杂环硫酮化合物(实施例1)的晶体结构图;
图2为氮杂环硫酮化合物(实施例1)在25℃下,乙醇溶液中加入不同类型相同浓度的硝酸盐溶液的荧光光谱图;从图中可以看出主体对Cu2+具有选择性识别能力;
图3为氮杂环硫酮化合物(实施例1)在25℃下,乙醇溶液中加入不同浓度的Cu2+的溶液的荧光光谱图,从图中可以看出随着Cu2+浓度的增加荧光强度逐渐降低,当Cu2+浓度增加到一定数值后,荧光不再有明显的降低。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明,本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外,实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的范围,本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明实质和范围的前提下,对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
本发明所用原料及试剂均有市售;特别加以说明的是,制备本发明化合物的起始物质三苯胺、咪唑、溴丙烷、液溴、单质硫等均可以从市场上买到或容易地通过已知的方法制得。制备本发明化合物所用到的试剂全部来源于天津市科锐思化工有限公司,级别为分析纯。
另外需要加以说明的是:所有的实验操作运用Schlenk技术,溶剂经过标准流程纯化。所有用于合成和分析的试剂都是分析纯,并没有经过进一步的处理。熔点通过Boetius区截机测定。1H 和 13C{1H}NRM谱通过汞变量Vx400分光光度计记录,测量区间:400 MHzand 100 MHz。化学位移,δ,参考国际标准的TMS测定。荧光光谱通过Cary Eclipse荧光分光光度计测定。
实施例1
三(4’-溴代苯基)胺的制备
称取(9.640 g, 39.1 mmol)的三苯胺加入250 mL三口瓶中,量取40 mL三氯甲烷溶液加入其中,用丙酮冰浴开搅拌,将6 mL液溴用恒压滴液漏斗缓慢滴加入三口瓶中,控制两秒一滴,滴加过程保持低温并不断搅拌,滴加完后往恒压滴液漏斗中加入10 mL三氯甲烷溶液继续滴加,冲掉未反应的液溴,全部滴加完毕后,冰浴条件下搅拌一小时,随着搅拌溶液变为绿色,在搅拌过程中,另外加热100 mL无水乙醇至40˚C。待三口瓶搅拌完毕后,将加热后的无水乙醇加入到三口瓶中,溶液立刻变为澄清,用保鲜膜封口,放入冰箱冷冻过夜,抽滤,再用(20 mL ×3)无水乙醇淋洗,得到三(4’-溴代苯基)胺白色固体。产率:9.470 g(80%), M.p.: 140-142˚C。
三[4’-(咪唑基)苯基]胺(Y)的制备
向250 mL三口烧瓶中加入(1.000 g,2.0 mmol) 三溴苯胺、(0.850 g, 12.4mmol) 咪唑、(1.500 g, 10.8 mmol) 碳酸钾和(0.170 g, 0.8 mmol) 碘化亚铜,量取10mLDMF将原料溶解,氮气保护下将反应温度升温至140 ˚C反应48h。反应完全后将反应体系迅速放入水浴中冷却0.5h,有大量蓝白色固体析出。抽滤,得到蓝白色固体,用100 mL无水乙醇溶解,抽滤,将液体减压悬蒸,得到白色固体,即为产物三[4’-(咪唑基)苯基]胺。产率:0.650 g (70%), M.p.: 243-245˚C. 1H NMR (400MHz, DMSO-d 6): 8.20(s, 3H, PhH),7.69(s, 3H, PhH), 7.62 (d, 6H, PhH), 7.20 (d, 6H, PhH), 7.11 (s, 3H, PhH)。
三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺溴化物(W)的制备
将(0.500 g, 1.1 mmol)三[4’-(咪唑基)苯基]胺与(2.060 g, 16.7 mmol)溴丙烷溶于25 mL N,N-二甲基甲酰胺中,将反应温度升温至100 ˚C并不断搅拌,反应3-5天,反应生成白色固体,抽滤,用少量N,N-二甲基甲酰胺洗涤得到产物三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺溴化物。产率:0.850 g (90%), M.p.: 215-217˚C. 1H NMR (400MHz, DMSO-d 6):9.87 (s, 3H, PhH), 8.32 (s, 3H, PhH), 8.07 (s, 3H, PhH), 7.83 (d, 6H, PhH),7.32 (d, 6H, PhH), 4.23 (q, 6H, CH 2), 1.93 (t, 6H, CH 2), 0.92 (q, 9H, CH 3)。
三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺硫酮化合物(1)的制备
将(0.500 g, 0.6 mmol)三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺溴化物与(0.140 g, 4.3mmol)硫单质溶于20 mL 甲醇中,加热回流,反应24 h,反应生成白色固体,抽滤,得到白色固体,即为产物三[4’-(N-丙基咪唑基)苯基]胺硫酮。产率:0.300 g (75%), M.p.: 215-217˚C.1H NMR (400MHz, DMSO-d 6):7.63(d, 6H,PhH), 7.38(d, 6H, PhH), 7.20 (d, 6H,PhH),3.98 (t, 6H, CH 2), 1.78 (q, 6H, CH 2),0.90 (t, 9H, CH 3). 13C NMR (100 MHZ,DMSO-d6): δ161.70(imi-NCN). 145.85(PhC), 133.53(PhC), 127.19(PhC). 123.80(PhC), 118.51 (PhC), 118.09(PhC), 48.56 (CH2),21.45 (CH2), 10.84 (CH3), 晶体结构见说明书附图1:
实施例1,硫酮化合物的晶体结构参数
晶体数据和结构精修参数包含在支持性信息中。在Bruker APEX II CCD衍射仪上进行,实验温度为296(2)K, 在50kV 和20mA下,用Mo-Ka 辐射(0.71073Å)操作,用SMART和SAINT软件进行数据收集和还原,q 的范围是 1.8 < q < 25º。应用SADABS 程序进行经验吸收矫正。晶体结构由直接方法解出,用SHELXTL包对全部非氢原子坐标各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正。
应用实例1
在25℃下,在氮杂环硫酮化合物晶体的乙醇溶液中(5 × 10-6 mol/L)加入不同种类的相同浓度的(10 × 10-6 mol/L)硝酸盐的溶液(Li+, Na+, K+, NH4 +,, Ca2+, Co2+, Ni2 +, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Cr3+, Al3+, Pb2+ and Hg2+),测定其荧光光谱,见附图2。
荧光滴定通过Cary Eclipse荧光分光光度计用1cm路径长的石英槽测定的。滴定的进行是将主体(5 × 10-6 mol L-1)放入4 mL的比色皿中,并用微量注射器加入浓度逐渐增大的Cu2+溶液(0-400 × 10-6 mol L-1)。主体溶液的激发波长为326 nm,发射光谱在377nm有发射峰。每次添加后,8-10分钟达到反应平衡测定荧光强度。数据分析使用Origin8.0,见图3。
综上所述,本发明的内容并不局限在实例中,相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实例,但这种实例都包括在本发明的范围之内。
Claims (5)
3.权利要求2所述的制备方法,其中步骤(1) 、(2)中所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、***、乙腈、丙酮中的一种或几种。
5.权利要求1所述的氮杂环硫酮化合物在制备Cu2+荧光识别探针中的应用。
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