CN101081847B

CN101081847B - N,n-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法

Info

Publication number: CN101081847B
Application number: CN2007101189792A
Authority: CN
Inventors: 王远; 郝锐; 马严
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: CN101081847A

Abstract

本发明公开了一种N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法。该方法，包括下述步骤：1)将对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪反应，制得式IV所示的取代三嗪化合物；2)将步骤1)获得的取代三嗪化合物与式V所示的取代吡唑负离子反应，制得式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子；其中，式I，式IV中R为碳原子数1-4的烷基。本发明的方法，可使式IV所示的取代化合物的产率提高到50％以上，而且产物容易提纯，大幅度提高了性能优异的、结构如式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪类光敏剂的合成效率。

Description

N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法

技术领域

本发明涉及一类N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法。

背景技术

稀土离子的独特电子结构，特别是其5P⁶6S²电子对4f轨道的屏蔽作用，使其具有许多特殊的光谱性质。它们在发光器件(节能灯，发光二极管，显示器)、光纤、光学放大器、激光、生物传感、生物成像及荧光免疫分析等方面具有重要应用价值。稀土离子的锐线发射及较长的发光态寿命可用于减少生物材料本身产生的荧光干扰，使检测具有很高的灵敏度。

由于稀土离子的f-f跃迁受电偶极选率的限制，稀土离子本身的光吸收能力很弱，摩尔消光系数很小，因此要获得较好的光致发光性能，需要对其进行敏化，即通过作为敏化剂的配体(或电荷转移态)吸光，并使能量转移至稀土离子发光态以实现稀土离子的高效敏化发光。虽然许多稀土配合物能被紫外光激发，获得较好的发光性能。但是紫外光对生物体损伤及干扰较大，也会产生较强的背景荧光，因此设计合成在光的长波区域对稀土离子具有敏化作用的光敏分子成为重要研究方向之一(K.Kuningas，et al.，Anal.Chem.2005，77，7348)。例如WO专利WO2003076938-A报道了的含有三联吡啶和二吡唑-吡啶结构的两类稀土离子敏化分子。其中以N，N，N′，N′-[(4′-(5′″-氨基-2′″-噻吩基)-2，2′：6′，2″-三联吡啶-6，6″-二基)二(亚甲基腈基)]乙酸(N，N，N′，N′-[(4′-(5′″-amino-2′″-thienyl)-2，2′：6′，2″-terpyridine-6，6″-diyl)bis(methylenenitri--lo)]tetrakis(acetate))作为敏化配体的Eu³⁺配合物的激发谱的峰值出现在336nm，激发窗口尾部延伸到410nm，荧光量子产率为0.15。我们曾经报道了一种有机光敏分子dpbt(如结构式II所示)以及它与Eu(tta)₃反应生成的配合物[Eu(tta)₃dpbt](tta为噻吩甲酰三氟丙酮负离子)。溶解于甲苯中的该配合物(浓度为10^-5M的稀溶液)的激发窗口可扩展至441nm，该配合物具有很高的铕离子发光量子产率(0.52)(Y.Wang，et al.，Angew.Chem.Int.Ed.2004，43，5010)。进一步研究发现该配合物具有很大的双光子吸收截面，其双光子吸收作用截面值在808nm处达82GM，可在近红外激光激发下，高效地发出纯正的红光(J.P.Zhang，Y.Wang，et al.，Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，747)。双光子吸收敏化发光途径大幅度地扩展了稀土配合物的激发光的波长范围，可使激发光波长处于穿透能力较大的近红外区且对生物样品损伤或干扰很小，同时大幅度减少了背景荧光的干扰。若将此类探针材料应用于荧光免疫分析或生物成像中，采用近红外激光激发，将使荧光免疫分析兼有高灵敏度、高信噪比以及大的穿透深度等优点。研究表明结构如式I所示的光敏剂配体分子对Eu^III等稀土离子具有良好的敏化性能，其中R为碳原子数1-4的烷基。

在文献(Y.Wang，et al.，Angew.Chem.Int.Ed.2004，43，5010)报道的dpbt(如结构式II所示)合成方法中，结构如式IV(R＝乙基)所示的中间产物的合成方法是将N，N-二乙基苯胺与三聚氯嗪(氰尿酰氯，cyanuric chloride)直接混合、加热。由于三聚氯嗪同时进攻反应物的二乙基胺基，反应生成大量的副产物，采用这一合成方法所得式IV(R＝乙基)所示化合物的产率低于25％。同时由于反应体系中存在大量过剩的三聚氯嗪，使产物分离困难，所以最终目标产物dpbt的产率较低。研究发现此问题普遍存在于结构如式I所示的光敏分子的合成中。

式I中R为碳原子数1-4的烷基。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种结构如式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法。

本发明所提供的方法，包括下述步骤：

1)将对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪(氰尿酰氯，cyanuric chloride)反应，制得式IV所示的取代三嗪化合物；

2)将步骤1)获得的取代三嗪化合物与式V所示的取代吡唑负离子反应，制得式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子化合物。

其中，式I，式IV中R为碳原子数1-4的烷基。

所述方法中，所述对N，N-二烷基胺基苯基锂可通过将式III所示的N，N-二烷基对卤代苯胺与烷基锂反应的方法合成；

其中，式III中R为碳原子数1-4的烷基，X为I、Br、Cl等卤族元素。

所述方法中，所述式III所示的N，N-二烷基对卤代苯胺与烷基锂反应的温度可为-78-50℃。

所述方法中，所述烷基锂的碳原子数为1-8。

所述方法中，所述对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪反应的温度为-78-50℃。

所述方法中，所述步骤1)中，还包括将所述对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪反应获得的产物用过硅胶柱的方法提纯得到纯化的式IV所示的取代三嗪化合物；所述提纯用洗脱剂为二氯甲烷或氯仿。

所述方法中，所述步骤2)中，还包括将所述取代三嗪化合物与式V所示的取代吡唑负离子反应的反应产物采用色谱柱分离，然后进行重结晶，得到纯化的式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子化合物。

所述方法中，所述反应是在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯、二甲苯、氯仿和二氯甲烷中的一种或一种以上任意组合。

用本发明的方法，可使结构式如式IV所示的取代化合物的产率提高到50％以上，而且产物容易提纯，大幅度提高了结构如式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构的化合物的合成效率。

附图说明

图1为用本发明合成的所述的化合物(结构式如II)的分子结构图

图2为用本发明合成的所述的化合物(结构式如II)的¹H NMR谱图

具体实施方式

为了更具体地说明本发明，现给出若干实施例。但本发明所涉及的内容并不仅仅局限于这些实例。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。在反应中所用到的原料均可以商购得到。

本发明的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法，其反应过程如下所述：

其中，式I，式III，式IV，式VIII中R为碳原子数1-4的烷基，式III中X为I、Br、Cl等卤族元素，R’Li(烷基锂)中R’为碳原子数1-8的烷基。

本发明N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法，其具体步骤如下所述：

1)将式III所示的N，N-二烷基对卤代苯胺与烷基锂(R’Li)反应得到对N，N-二烷基胺基苯基锂，所得产物对N，N-二烷基胺基苯基锂再与三聚氯嗪反应制得式IV所示的取代三嗪化合物。

2)将式IV所示的取代三嗪化合物与式V所示的取代吡唑负离子反应生成式I所示的产物。

上述反应可在许多有机溶剂中进行，例如四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷等溶剂。

以下述实施例为例，具体说明上述N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法及其效果。

实施例1、2-(N，N-二乙基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(C₂₃H₂₈N₈，式II，即式I中R＝H₃CH₂C-)有机光敏分子的合成

取N，N-二乙基对溴苯胺4mmol，溶解在干燥过的四氢呋喃中，通氩气除氧，置于-78℃的干冰丙酮浴中，在氩气保护下，加入6.4mmol正丁基锂，缓慢升温至室温后，继续搅拌30min，将所得的溶液加入冷冻于-78℃下的三聚氯嗪5.4mmol中，缓慢升温至室温后，继续搅拌60min。除去溶剂后，产物用硅胶柱色谱分离，用二氯甲烷洗脱。将洗脱所得的粗产品在石油醚中重结晶，得到2-(N，N-二乙基苯胺-4-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪(dpt)黄色针状晶体0.65克。根据反应得到的产物dpt的质量与N，N-二乙基对溴苯胺完全转化生成dpt时应得到的产物质量之比计算产率，该实验中dpt的产率为55％。在氩气保护下，将新切的金属钾1.25mmol加入无水四氢呋喃中；加入3，5-二甲基吡唑1.75mmol，加热回流3h生成3，5-二甲基吡唑负离子；将反应混合物置于冰浴中，向其中加入0.5mmol上述合成的dpt，室温搅拌1h，在80-85℃的油浴中回流反应8-9h。冷却后浓缩，用二氯甲烷和乙酸乙酯的混合液(二氯甲烷与乙酸乙酯的体积比为3∶1)作洗脱剂，通过硅胶柱色谱分离。所得粗产物用石油醚和二氯甲烷的混合液(石油醚与二氯甲烷的体积比为1∶1)重结晶，得2-(N，N-二乙基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(dpbt)黄色针状晶体0.18克。以获得的dpbt的质量与N，N-二乙基对溴苯胺完全转化生成dpbt时应得到的dpbt的质量之比计算产率，该实验中dpbt的产率为48％。

质谱(EIMS)分析测得分子离子峰M/Z＝416；元素分析值(质量百分含量)：C，66.40％(66.32％)；H，6.74％(6.78％)；N，26.81％(26.90％)，括号中为理论值。单晶X-射线衍射分析及核磁共振谱分析证明所得产物结构如式II所示，即dpbt(C₂₃H₂₈N₈)，单晶X-射线衍射测定其分子结构图1所示，其¹H NMR谱图如图2所示。

实施例2、2-(N，N-二甲基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(C₂₁H₂₄N₈，式VI，即式I中R＝H₃C-)有机光敏分子的合成

取N，N-二甲基对溴苯胺4mmol，溶解在于燥过的四氢呋喃中，通氩气除氧，在氩气保护下，加入6.4mmol乙基锂，缓慢升温至50℃后，继续搅拌30min，将所得的溶液冷却到室温后加入三聚氯嗪固体5.4mmol中，然后缓慢升温至50℃后，继续搅拌60min。除去溶剂后，产物用硅胶柱色谱分离，洗脱剂为二氯甲烷。将所得粗产品在石油醚中重结晶，得到2-(N，N-二甲基苯胺-4-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪黄色针状晶体0.54克，其产率为50％(产率计算方法同实施例1)。在氩气保护下，将新切的金属钾1.25mmol加入苯中；加入3，5-二甲基吡唑1.75mmol，加热回流3h生成3，5-二甲基吡唑负离子；将反应混合物置于冰浴中，向其中加入2-(N，N-二甲基苯胺-4-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪0.5mmol，室温搅拌1h，然后在80-85℃的油浴中回流反应8-9h。冷却后浓缩，用二氯甲烷和乙酸乙酯的混合液(二氯甲烷与乙酸乙酯的体积比为2∶1)作洗脱剂，通过硅胶柱色谱分离。所得粗产物用石油醚和二氯甲烷的混合液(石油醚与二氯甲烷的体积比为1∶1)重结晶，得到2-(N，N-二甲基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪黄色针状晶体0.16克，产率为42％(产率计算方法同实施例1)。

质谱(EI MS)分析测得分子离子峰M/Z＝388；元素分析(质量百分含量)：C，64.70％(64.93％)；H，6.42％(6.23％)；N，28.87％(28.85％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明所得产物结构如式VI所示，即为2-(N，N-二甲基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(C₂₁H₂₄N₈)。

实施例3、2-(N，N-二丁基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(C₂₇H₃₆N₈，式VII，即式I中R＝CH₃CH₂CH₂CH₂-)有机光敏分子的合成

取N，N-二丁基对溴苯胺4mmol，溶解在干燥过的乙醚中，通氩气除氧，置于-78℃的干冰丙酮浴中，在氩气保护下，加入6.4mmol正辛基锂，缓慢升温至室温后，继续搅拌30min，将所得的溶液加入冷冻于-78℃下的三聚氯嗪5.4mmol)中，缓慢升温至室温后，继续搅拌60min。除去溶剂后，产物用硅胶柱色谱分离，洗脱剂为氯仿。将所得粗产品在石油醚中重结晶，得到2-(N，N-二丁基苯胺-4-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪黄色针状晶体0.71克，其产率为51％(产率计算方法同实施例1)。在氩气保护下，将新切的金属钾1.25mmol加入到氯仿中；加入3，5-二甲基吡唑1.75mmol，加热回流3h生成3，5-二甲基吡唑负离子；将反应混合物置于冰浴中，向其中加入2-(N，N-二丁基苯胺-4-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪0.5mmol，室温搅拌1h，然后回流反应8-9h。冷却后浓缩，用二氯甲烷和乙酸乙酯的混合液(二氯甲烷与乙酸乙酯的体积比为3∶1)作洗脱剂，通过硅胶柱色谱分离。所得粗产物用石油醚和二氯甲烷的混合液(石油醚与二氯甲烷的体积比为1∶1)重结晶，得到2-(N，N-二丁基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪黄色针状晶体0.16克，其产率为35％(产率计算方法同实施例1)。

质谱(EI MS)分析测得分子离子峰M/Z＝472；元素分析值(质量百分含量)：C，68.45％(68.61％)；H，7.74％(7.68％)；N，23.79％(23.71％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明产物结构如式VII所示，即为2-(N，N-二丁基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(C₂₇H₃₆N₈)。

实施例4、以N，N-二乙基对碘苯胺为原料合成2-(N，N-二乙基苯胺-4-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪(C₂₃H₂₈N₈，式II，即式I中R＝H₃CH₂C-)

按照实施例1的合成方法，用N，N-二乙基对碘苯胺代替N，N-二乙基对溴苯胺，得到2-(N，N-二乙基苯胺-4-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪(dpt)黄色针状晶体0.56克，该实验中dpt的产率为47％(产率计算方法同实施例1)。以0.5mmol的dpt为原料，按实施例1的合成方法，得到dpbt黄色针状晶体0.18克，经质谱(EI MS)、元素分析及核磁共振谱等表征方法证明产物结构如式II所示。该实验中dpbt的产率为41％(产率计算方法同实施例1)。

Claims

1.式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子的合成方法，包括下述步骤：

1)将如式VIII所示的对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪反应，制得式IV所示的取代三嗪化合物；

2)将步骤1)获得的取代三嗪化合物与式V所示的3，5-二甲基吡唑负离子反应，制得结构如式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子；

其中，式I，式IV和式VIII中，R为碳原子数1-4的烷基。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对N，N-二烷基胺基苯基锂是将式III所示的N，N-二烷基对卤代苯胺与烷基锂反应后所得的产物；

其中，式III中R为碳原子数为1-4的烷基，X为Cl、Br或I元素。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述式III所示的N，N-二烷基对卤代苯胺与烷基锂反应的温度为-78-50℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述烷基锂的碳原子数为1-8。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪反应的温度为-78-50℃。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，还包括将所述对N，N-二烷基胺基苯基锂与三聚氯嗪反应获得的产物用过硅胶柱的方法提纯得到纯化的式IV所示的取代三嗪化合物；所述提纯用洗脱剂为二氯甲烷或氯仿。

7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于：所述步骤2)中，还包括将所述取代三嗪化合物与式V所示的取代吡唑负离子反应的反应产物采用色谱柱分离，然后进行重结晶，得到纯化的式I所示的N，N-二烷基胺基苯基-二吡唑三嗪结构光敏分子化合物。

8.根据权利要求7所述的合成方法，其特征在于：所述方法中，所述整个反应过程是在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯、二甲苯、氯仿和二氯甲烷中的一种或一种以上任意混合。