CN101591317A - 固体磁性与荧光有机化合物4-氯连茚异内酯及合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种固体磁性与荧光双功能有机化合物4－氯连茚异内酯及其合成方法。本发明以4－氯邻苯二甲酸酐及丁二酸为原料，合成了4－氯连茚异内酯，其结构式如下。合成方法是：将4－氯邻苯二甲酸酐及丁二酸混合，制备用于合成4－氯连茚异内酯的中间体，然后再经过甲醇钠催化，合成了4－氯连茚异内酯。本发明提供的4－氯连茚异内酯为双功能有机化合物，具有荧光与磁性双功能，能够应用于荧光标记、识别领域；及新一代高存储信息材料、隔离材料、轻质宽带微波吸收剂、磁性传感器、低损耗高频微波通讯器件、磁密封器件，磁屏蔽、磁分离、微波通讯等领域。
Description
【技术领域】：
本发明属于有机材料合成技术领域，特别涉及一种具有荧光和磁性双功能的有机化合物及其合成方法。
【背景技术】：
有机磁体是一门多学科交叉的边缘学科，它涉及到有机、无机、有机金属、聚合物、物理化学、凝聚态物理等学科，属于主要研究具有磁性、光导、电导等特殊物理性质的分子体系的设计、合成与应用[1]的多学科交叉的新兴研究领域——分子固体(Molecular solid)。长期以来，人们以为只有无机物才具有以上这些性质，而有机物则被认为是抗磁性的物质或电绝缘体。直到近来，理论和试验上都已证明了某些特殊有机材料经过掺杂或与其他有机或无机离子结合之后，能够表现出磁性或转变为导体甚至超导体。上世纪60年代初期，MeConnell[2]提出基于分子体系的铁磁体可能存在的理论预言，激励着人们为寻找这样的体系做出不懈的努力。目前，该领域涉及有机半导体，有机光导体，有机导体和超导体，导电聚合物，有机非线性光学材料，有机铁磁体等新型的功能材料及相关的电子过程。与其他材料研究相比，虽然有机铁磁体的研究起步较晚，但近几年的研究发展充分显示了该领域的发展潜力。
第一个分子铁磁体是由二茂铁[Fe(Cp*)2]与四氰基乙烯(TCNE)形成的电荷转移复合物[3]：[Fe(η5-C5Me5)2]+·[TCNE]-·，是Miller等人于1986年报道的；与此同时，Kahn[4]报道了MnCu(pbaOH)·(H2O)3具有铁磁性，这就宣布了分子铁磁体的诞生。近年来，磁性材料的研究又取得了令人鼓舞的进展，Verdaguer[5，6]和Epstein等人[7]分别报道了Tc高达340K的V(TCNE)21/2(CH2Cl2)和500K的[Cr(CN)6]q-·Vp+分子铁磁体。
上世纪60年代初期，科学家们就开始了有机铁磁体的理论研究，但进展十分缓慢。1963年，McConnell[2]提出了有机铁磁体的可能性。1968年Mataga[8]，1978年Ovchinnikov[9]又从理论上论证了其可能性。直到1987年前苏联科学家Ovchinnikov[10]首次报道Poly-BIPO[1，4-bis(2，2，6，6-tetramethyl-4-piperidyl-1-oxyl)-Butadiyne]具有宏观铁磁性以来，有机磁体的研究才真正问世。1991年，第一个基于C、H、O、N四种元素的有机铁磁体才被合成出来[11]，使人们认识到含有N、O自由基的有机化合物也是制备分子铁磁体的一种有效方法[12]。
传统的生物标识方法包括放射性同位素法和荧光标示法。放射性同位素会对生物体产生辐射，对环境造成污染，而且放射性同位素都有其自身的半衰期，信号会越来越弱，所以该方法现在已经渐渐被人们抛弃。而信噪比高，灵敏度好的荧光标示技术已广泛应用于生物与医药方面，在生物芯片、蛋白质分析、DNA测序、荧光免疫分析、流式细胞测量、临床诊断分析与治疗等生命科学前沿领域有重要作用[13-14]。因此，新型荧光化合物的合成意义重大。
【发明内容】：
本发明目的是提供一种新型的分子固体顺磁性与荧光双功能有机化合物，4-氯连茚异内酯及其合成方法。
本发明提供的分子固体顺磁性与荧光双功能有机化合物4-氯连茚异内酯，其结构式为：
上述的4-氯连茚异内酯的合成方法，包括：
合成路线：
具体合成步骤如下：
第一、4-氯连茚异内酯中间体的合成
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的四口瓶中，加入4-氯邻苯二甲酸酐和丁二酸(摩尔比为1∶1～2)，升温至210℃。开动搅拌，加入乙酸钾(乙酸钾与4-氯邻苯二甲酸酐的摩尔比为0.2～0.35∶1)，210℃反应2～4小时。然后降温至100℃，加入热水并导入水蒸气。直到反应产物形成碎颗粒，过滤，用热水洗产物，干燥，用乙醇煮沸以除去树脂状杂质。再过滤，用乙醇洗到洗出液无色为止，干燥，得微红黄色粉末，即为用于合成4-氯连茚异内酯的中间体。
第二、4-氯连茚异内酯的合成
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的四口瓶中，将中间体用甲醇悬浮，升温至60℃，在机械搅拌下，滴下甲醇钠溶液(中间体与甲醇钠的摩尔比为1∶2～3)，将混合液回流反应0.5～1.5小时。降温，过滤，用无水乙醇洗黑色产物至流出液无色。用水悬浮黑色产物并煮沸，趁热过滤，继续用水冲洗滤饼至洗出液无色，得到红色固体，即4-氯连茚异内酯。
结构表征数据：
1HNMR：δ(ppm)7.07-7.84(m，6H)13.48-15.16(m，2H)
IR：(KBr，漫反射，cm-1)3075.15，1630.37，1574.81，1482.06，1348.01，1096.88
MS：m/z 358(M+)
ESR测试结果：g＝2.004。
本发明的优点和积极效果：
本发明提供的有机化合物4-氯连茚异内酯是一种新型的双功能有机化合物，具有固体荧光与顺磁性双功能。
本发明提供的固体磁性与荧光双功能有机化合物可用于荧光标记生物领域；以及有机磁性材料的制造，能够应用于新一代高存储信息材料、隔离材料、轻质宽带微波吸收剂、磁性传感器、低损耗高频微波通讯器件、磁密封器件，磁屏蔽、磁分离、微波通讯等领域。
【附图说明】
图1是4-氯连茚异内酯的荧光谱图(甲醇中)；
图2是4-氯连茚异内酯的ESR谱图。
【具体实施方式】：
实施例1：
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的250mL四口瓶中，加入4-氯邻苯二甲酸酐30.5g(0.167mol)和丁二酸(按摩尔比为1∶1加入)，升温至210℃。开动搅拌，加入乙酸钾(乙酸钾与4-氯邻苯二甲酸酐的摩尔比为0.2∶1)，210℃反应2.5小时。然后降温至100℃，加入热水并导入水蒸气。直到反应产物形成碎颗粒，过滤，用热水洗产物，干燥，用乙醇煮沸以除去树脂状杂质。再过滤，用乙醇洗到洗出液无色为止，干燥，得微红黄色粉末18.3g，即为用于合成4-氯连茚异内酯的中间体。
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的250mL四口瓶中，将18.0g中间体用甲醇悬浮，升温至60℃，在搅拌下，滴下甲醇钠溶液(中间体与甲醇钠的摩尔比为1∶2)，将混合液回流反应1小时。降温，过滤，用无水乙醇洗黑色产物至流出液无色。用水悬浮黑色产物并煮沸，趁热过滤，继续用水冲洗滤饼至洗出液无色，得到红色固体，即4-氯连茚异内酯3.3g。收率18.3％。m.p.298℃(分解)。
实施例2：
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的250mL四口瓶中，加入4-氯邻苯二甲酸酐30.5g(0.167mol)和丁二酸(摩尔比为1∶1.5)，升温至210℃。开动搅拌，加入乙酸钾(4-氯邻苯二甲酸酐与乙酸钾的摩尔比为1∶0.3)，210℃反应2.5小时。然后降温至100℃，加入热水并导入水蒸气。直到反应产物形成碎颗粒，过滤，用热水洗产物，干燥，用乙醇煮沸以除去树脂状杂质。再过滤，用乙醇洗到洗出液无色为止，干燥，得微红黄色粉末15.6g，即为用于合成4-氯连茚异内酯的中间体。
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的250mL四口瓶中，将15.0g中间体用甲醇悬浮，升温至60℃，在搅拌下，滴下甲醇钠溶液(中间体与甲醇钠的摩尔比为1∶2)，将混合液回流反应0.5小时。降温，过滤，用无水乙醇洗黑色产物至流出液无色。用水悬浮黑色产物并煮沸，趁热过滤，继续用水冲洗滤饼至洗出液无色，得到红色固体，即4-氯连茚异内酯3.0g。收率20.0％。m.p.298℃(分解)。
实施例3：
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的250mL四口瓶中，加入4-氯邻苯二甲酸酐30.5g(0.167mol)和丁二酸(摩尔比为1∶2)，升温至210℃。开动搅拌，加入乙酸钾(4-氯邻苯二甲酸酐与乙酸钾的摩尔比为1∶0.3)，210℃反应2.5小时。然后降温至100℃，加入热水并导入水蒸气。直到反应产物形成碎颗粒，过滤，用热水洗产物，干燥，用乙醇煮沸以除去树脂状杂质。再过滤，用乙醇洗到洗出液无色为止，干燥，得微红黄色粉末17.8g，即为用于合成4-氯连茚异内酯的中间体。
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的250mL四口瓶中，将17.0g中间体用甲醇悬浮，升温至60℃，在搅拌下，滴下甲醇钠溶液(中间体与甲醇钠的摩尔比为1∶2)，将混合液回流反应1.5小时。降温，过滤，用无水乙醇洗黑色产物至流出液无色。用水悬浮黑色产物并煮沸，趁热过滤，继续用水冲洗滤饼一段时间至洗出液无色，得到红色固体，即4-氯连茚异内酯2.6g。收率15.3％。m.p.298℃(分解)。
荧光性质测定
化合物4-氯连茚异内酯的荧光特性，见表1：
表1、化合物4-氯连茚异内酯的荧光特性
ESR磁性测试
测试条件：F＝9.849GHz，P＝0.797mW，Sweep Time＝167.772s
4-氯连茚异内酯的ESR谱参数g＝2.004。
参考文献
[1]Nakamura，T.et al.Nature 1998，394：159
[2]McConnell，H.M.J.Chem.Phys.1963，39：1910
[3]Miller，J.S.et al.J.Chem.Soc.Chem.Commun.1986，1026
[4]Rei，Y.et al.J.Am.Chem.Soc.1986，108：7428
[5]Ferlays，et al.Nature 1995，378：701
[6]Mallah.T.et al.Science 1993，262：1554
[7]Manriquez，J.M.et al.Science 1991，252：1415
[8]Mataga，N.Theor.Chim.Acta.1968，10：372
[9]Ovchinnikov，A.A.Theor.Chim.Acta.1978，47：297
[10]Korshak，Y.V.et al.Nature 1987，326：370
[11]Turek，P.et al.Chem.Phys.Lett.1991，180：327
[12]Li，Y.L.et al.Chem.Phys.Lett.1997，265：361
[13]Schobel U，Egelhaaf H J，.Brechl A.Bioconjugate Chem，1999，10(6)：1107-1114
[14]Mujumbdar S R，Mujumbdar R B，WaggonerC M.Bioconjugate Chem，1996，7(3)：356-362。
Claims (2)
1、一种固体磁性与荧光双功能有机化合物4-氯连茚异内酯，其结构式为：
2、一种权利要求1所述的4-氯连茚异内酯的合成方法，其特征在于包括：
合成路线：
具体合成步骤如下：
第一、4-氯连茚异内酯中间体的合成
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的四口瓶中，按摩尔比为1∶1～2的比例加入4-氯邻苯二甲酸酐和丁二酸，升温至210℃，开动搅拌，加入乙酸钾，乙酸钾与4-氯邻苯二甲酸酐的摩尔比为0.2～0.35∶1，210℃反应2～4小时，然后降温至100℃，加入热水并导入水蒸气，直到反应产物形成碎颗粒，过滤，用热水洗产物，干燥，用乙醇煮沸以除去树脂状杂质，再过滤，用乙醇洗到洗出液无色为止，干燥，得微红黄色粉末，即为用于合成4-氯连茚异内酯的中间体；
第二、4-氯连茚异内酯的合成
在装有温度计，回流冷凝器及机械搅拌的四口瓶中，将中间体用甲醇悬浮，升温至60℃，在搅拌下，滴下甲醇钠溶液，中间体与甲醇钠的摩尔比为1∶2～3，将混合液回流反应0.5～1.5小时，降温，过滤，用无水乙醇洗黑色产物至流出液无色，用水悬浮黑色产物并煮沸，趁热过滤，继续用水冲洗滤饼至洗出液无色，得到红色固体，即4-氯连茚异内酯。
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