CN102127035A

CN102127035A - 化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑及其制备和应用

Info

Publication number: CN102127035A
Application number: CN 201010593998
Authority: CN
Inventors: 魏太保; 李军强; 林奇; 张有明
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: CN102127035B

Abstract

本发明公开了一种以酚羟基和巯基噻二唑为识别基团，以对硝基偶氮苯基为信号报告基团的识别受体化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑——2-（2-羟基-5-（4-硝基苯基偶氮基）-苄基亚甲氨基）-5-巯基-1,3,4-噻二唑。通过比色识别及紫外-可见吸收光谱研究，该受体化合物在二甲基亚砜的含水体系中对Ac^-有着显著的比色识别效果；同时通过紫外滴定实验还表明，该受体对Ac^-有着很强的络合能力；而且，该受体对Ac^-的检测灵敏度很高，最低检测限能达到1.0×10^-6mol·L^-1。实验还证明，该受体化合物在二甲基亚砜的含水体系中对Ac^-具有高度的单一选择性识别能力，且对其它阴离子具有很强的抗干扰能力。

Description

化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑及其制备和应用

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，涉及一种偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑化合物及其制备方法；本发明同时还涉及该化合物作为受体在比色识别Ac^-中的应用。

背景技术

醋酸根离子及其盐是许多新陈代谢过程和代谢产物中重要的组成部分，醋酸根离子的氧化产率作为海底有机沉积物降解的指标，已被频繁地应用。醋酸根离子可以作为恶性肿瘤可能的示踪物，在前列腺癌及其转移和恶性淋巴瘤的治疗方面，已被大量研究。其中通过比色或荧光分子的化学传感方法尤为引人注目。到目前为止,人们已经设计合成出了一些能够识别醋酸根离子的化合物,如酰胺及含硫的乙二胺。但是，能够单一选择性比色检测醋酸根离子的受体报道较少。

发明内容

本发明的目的是为了能够准确快速的检测出醋酸根离子，提供一种能够比色识别Ac^-的受体化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑。

本发明的另一目的是提供一种化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法。

本发明还有一个最重要的目的，就是提供该偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑化合物作为受体在比色识别Ac^-中的应用。

（一）偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑

本发明偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的结构如下：

上述结构为化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的共振式，该受体化合物同时存在的两种互变异构式，为同种物质。

该化合物的系统命名为2-（2-羟基-5-（4-硝基苯基偶氮基）-苄基亚甲氨基） -5-巯基-1,3,4-噻二唑。

（二）偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备

本发明偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法，是以无水乙醇为溶剂，冰醋酸或对硝基苯甲酸为催化剂，将对硝基偶氮水杨醛与2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑以1:1~1:1.3的摩尔比混合，在60~80℃搅拌回流5~9h，得橘黄色粗品，抽滤，烘干，用无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的混合体系洗涤，抽滤，干燥，得橘黄色粉末状固体即为目标化合物。

所述催化剂冰醋酸或对硝基苯甲酸的摩尔量为对硝基苯胺的0.005~ 0.01倍。

所述无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的混合体系中，无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的体积比为15:1~30:1。

所述2-氨基-5巯基-1,3,4-噻二唑由以下工艺合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，氨基硫脲与二硫化碳以1:1.6~1:2.4的摩尔比混合，在70~90℃搅拌回流5~8小时，冷却、减压蒸去溶剂，加入浓度为2 ~3mol·L^-1的氢氧化钠溶液，然后用2~6 mol·L^-1的浓盐酸酸化至pH为1~2，得乳白色沉淀粗产品，抽滤，烘干，用无水乙醇/水的混合液重结晶得2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑；所述氢氧化钠溶液中，氢氧化钠的摩尔量为氨基硫脲的1.3~1.6倍；所述无水乙醇/水的混合液中，无水乙醇与水的体积比1:1~5:1。

所述对硝基偶氮水杨醛的合成工艺如下：

（1）以蒸馏水为溶剂，将对硝基苯胺与硫酸按1:20~1:26的摩尔量混合，加入质量分数30~40%的亚硝酸钠水溶液，在0~5℃搅拌反应60~90分钟，得亮黄色澄清重氮硫酸盐溶液；所述硫酸的质量分数为30~60%；所述亚硝酸钠的摩尔量为对硝基苯胺的8~12倍。

（2）将水杨醛溶于质量分数为1.0%~4.1%的氢氧化钠溶液中，在搅拌条件下将上述亮黄色澄清重氮硫酸盐溶液加入到含水杨醛的氢氧化钠溶液中，同时用饱和醋酸钠与氢氧化钠调pH至5~6 ，搅拌反应5~10小时，过滤，水洗，烘干，用70~75℃的N,N-二甲基甲酰胺/无水乙醇混合体系洗涤，抽滤，干燥，得对硝基偶氮水杨醛；所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的摩尔量为水杨醛的1.5~4.5倍；所述重氮硫酸盐的摩尔量为水杨醛的1~1.4倍；所述 N,N-二甲基甲酰胺/无水乙醇混合体系中，N,N-二甲基甲酰胺与无水乙醇体积比为1：10~1：20。

合成路线如下；

制备的偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑化合物的表征数据如下：

m.p.:265~267 ºC; ¹H-NMR (DMSO-d₆, 400 MHz) δ 11.72 (s, 1H, OH), 10.33(s, 1H, NH), 8.34 ，8.17 ，8.07 (dd,4H, ArH), 7.96 (s, 3H, ArH), 7.17 (s,1H, CH); IR (KBr, cm^-1) v: 3441,3107,2870,2443,1657, 1527, 1332, 1267, 1094, 856, 747。

（三）阴离子识别实验

仪器与试剂：¹H NMR使用Mercury-400BB型核磁共振仪测定，TMS为内标; IR使用Digilab FTS-3000 FT-IR型红外光谱仪（KBr压片）测定；熔点使用X-4数字显示显微熔点测定仪（温度计未校正）测定；紫外光谱使用岛津UV-2550紫外-可见吸收光谱仪（1 cm石英液池）测定。

所用阴离子均为其四丁基铵盐，溶剂为三次蒸馏水和二甲基亚砜（DMSO，分析纯），其它试剂均为市售分析纯。

1、阴离子比色识别性能研究

分别移取0.5 mL受体的DMSO溶液（2×10^-4 mol·L^-1）于一系列10 mL 比色管中，再分别移取2.5mL的三次蒸馏水于上述含有受体的比色管中，然后再分别加入F^-、 Cl^-、Br^-、I^-、 Ac^-、H₂PO₄ ^-、 HSO₄ ^- 和 ClO₄ ^-的四丁基铵盐的DMSO溶液（1×10^-2mol·L^-1）0.5ml. 用DMSO稀释定容至5mL，此时受体浓度为2×10^-5mol·L^-1，阴离子浓度为受体浓度的50倍，混合均匀后立刻观察到各个受体对阴离子的响应。当在受体的含水DMSO体系中分别加入上述阴离子的DMSO溶液时，Ac^-的加入使受体的DMSO溶液变色（由浅黄色变为橙黄色）。在其相应的紫外光谱中，Ac^-的加入使受体在365nm处的吸收峰完全消失，在477nm出现一强吸收峰（见图1：紫外光谱，图2：柱状图）。其余阴离子的加入对受体的含水DMSO体系的颜色和紫外光谱无明显影响。说明该受体能够单一选择性比色识别Ac^-。

大量实验证明，在DMSO/H₂O（含水量在20~70%）的体系中，当偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑化合物的浓度为1×10^-3~1×10^-6mol·L^-1时，可选择性比色识别Ac^-，即在化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的DMSO/H₂O（含水量在20~70%）的体系中，Ac^-的加入使受体的DMSO体系由浅黄色变为橙黄色。

2、紫外滴定

通过紫外滴定法测定了受体化合物——偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑结合醋酸根离子的络合常数（Ks），根据最小二乘法非线性曲线拟合，偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑化合物络合醋酸根离子的Ks=7350，相关性达到了0.997。说明该受体化合物与醋酸根离子作用形成了稳定的配合物。

3、对Ac^- 最低检测限的测定

在25℃，利用紫外-可见吸收光谱，通过该受体（2×10^-5mol·L⁻¹）在DMSO中与三次水的混合体系（DMSO中与水体积比为1:1.5）中对醋酸根离子（为1×10^-2 mol·L⁻¹，1×10^-3 mol·L⁻¹，1×10^-4 mol·L⁻¹，1×10^-5 mol·L⁻¹，1×10^-6mol·L⁻¹，1×10^-7 mol·L⁻¹，1×10^-8mol·L⁻¹）检测实验的效果图（见图3），即可得到该受体对醋酸根离子的最低检测限。当醋酸根离子浓度为1×10^-6 mol·L⁻¹时，在紫外-可见吸收光谱中与主体吸收曲线重合，即主体对醋酸根离子的最低检测限为1×10^-6mol·L⁻¹。

综上所述，本发明成功合成了一种以酚羟基和硫杂环为识别基团,对硝基偶氮苯基为信号报告基团的化合物——偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑。通过比色识别及紫外-可见吸收光谱研究，该受体化合物对Ac^-有着显著的比色识别效果；同时通过紫外滴定实验还表明，该受体对Ac^-+有着很强的络合能力；而且，该受体对Ac^-的检测灵敏度很高，最低检测限能达到1.0×10^-6mol·L^-1。实验还证明，该受体化合物在DMSO/H₂O（含水量在20~70%）的体系中对Ac^-具有高度单一选择性识别能力。

附图说明

图1为本发明受体化合物在含水50%的DMSO溶液中（2×10⁻⁵ mol·L⁻¹）与各种阴离子（50eqv）的紫外-可见光谱识别图

图2为本发明受体化合物对八种阴离子识别效果的柱状图

图3为本发明受体化合物对醋酸根离子识别的最低检测限图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明受体的制备及其检测Ac^-的方法作进一步说明。

实施例1、偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备

（1）2-氨基-5巯基-1,3,4-噻二唑的合成

以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，氨基硫脲与二硫化碳以1:1.7的摩尔比混合，在82℃搅拌回流5~8小时，冷却、减压蒸去溶剂，加入浓度为2.1mol·L^-1的氢氧化钠溶液（氢氧化钠的摩尔量为氨基硫脲的1.35倍），然后用4 mol·L^-1的浓盐酸酸化至PH为1~2，得乳白色沉淀粗产品，抽滤，烘干，乙醇与水的混合液（乙醇与水的体积比2:1）重结晶，得2-氨基-5巯基-1,3,4-噻二唑。

（2）所述对硝基偶氮水杨醛的合成

以蒸馏水为溶剂，将对硝基苯胺与质量分数为30~60%的硫酸（硫酸的摩尔量为对硝基苯胺的23倍）混合，加入质量分数为35%的亚硝酸钠水溶液（亚硝酸钠的摩尔量为对硝基苯胺的10.2倍），在0~5℃搅拌反应60~90分钟，得亮黄色澄清重氮硫酸盐溶液；

将水杨醛溶于质量分数为2%的氢氧化钠溶液中（氢氧化钠的摩尔量为水杨醛的2.5倍），在搅拌条件下将上述亮黄色澄清重氮硫酸盐溶液慢慢加入到含水杨醛的氢氧化钠溶液中（重氮硫酸盐与水杨醛的摩尔比为1:1.1），同时用饱和醋酸钠与氢氧化钠调PH至5~6 ，搅拌反应5~10小时，过滤，水洗，烘干，用70~75℃的N,N-二甲基甲酰胺/乙醇混合体系（N,N-二甲基甲酰胺/乙醇体积比为1:15）洗涤，抽滤，干燥，得对硝基偶氮水杨醛。

（3）偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的合成

以无水乙醇作为溶剂，冰醋酸或对硝基苯甲酸作为催化剂，将对硝基偶氮水杨醛与2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑以1:1.2的摩尔比混合，在78℃搅拌回流7h，得橘黄色粗品，抽滤，烘干，用无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的混合体系（无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺体积比20:1）洗涤，抽滤，干燥，得橘黄色粉末状固体即为目标偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑。

对硝基偶氮水杨醛与冰醋酸或对硝基苯甲酸的摩尔比为1:0.008。

产率: 82.7%; m.p.：265~267 ºC; ¹H-NMR (DMSO-d₆, 400 MHz) δ 11.72 (s, 1H, OH), 10.33(s, 1H, NH), 8.34 ，8.17 ，8.07 (dd,4H, ArH), 7.96 (s, 3H, ArH), 7.17 (s,1H, CH); IR (KBr, cm^-1) v: 3441,3107,2870,2443,1657, 1527, 1332, 1267, 1094, 856, 747。

实施例2、比色识别Ac^-

分别移取0.5 mL受体的DMSO溶液（2×10^-4 mol·L^-1）于一系列10 mL 比色管中，再分别移取2.5mL的三次蒸馏水于上述加了受体的比色管中，然后再分别加入F^-、 Cl^-、 Br^-、 I^-、 Ac^-、 H₂PO₄ ^-、 HSO₄ ^- 和 ClO₄ ^-的四丁基铵盐的DMSO溶液（1×10^-2mol·L^-1）0.5ml. 用DMSO稀释定容至5mL，此时受体浓度为2×10^-5mol·L^-1，阴离子浓度为受体浓度的50倍，混合均匀后立刻观察到：当在受体的DMSO/H₂O溶液中分别加入上述阴离子的DMSO溶液时， Ac^-的加入使受体的DMSO/H₂O溶液的颜色由浅黄色变为橙黄色。在其相应的紫外光谱中，Ac^-的加入使受体在365nm处的吸收峰完全消失，在477nm出现一强吸收峰。其余阴离子的加入对受体的DMSO/H₂O溶液的颜色和紫外光谱无明显影响。说明该类受体能够单一选择性比色识别Ac^-。

Claims

1.化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑，其结构式如下：

。

2.如权利要求1所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法，以无水乙醇为溶剂，冰醋酸或对硝基苯甲酸为催化剂，将对硝基偶氮水杨醛与2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑以1:1~1:1.3的摩尔比混合，在60~80℃搅拌回流5~9h，得橘黄色粗品，抽滤，烘干，用无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的混合体系洗涤，抽滤，干燥，得橘黄色粉末状固体即为目标化合物。

3.如权利要求1所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法，其特征在于：所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑由以下工艺合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，氨基硫脲与二硫化碳以1:1.6~1:2.4的摩尔比混合，在70~90℃搅拌回流5~8小时，冷却、减压蒸去溶剂，加入浓度为2 ~3mol·L^-1的氢氧化钠溶液，然后用2~6 mol·L^-1的浓盐酸酸化至pH为1~2，得乳白色沉淀粗产品，抽滤，烘干，用无水乙醇/水的混合液重结晶得2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑；所述氢氧化钠溶液中，氢氧化钠的摩尔量为氨基硫脲的1.3~1.6倍；所述乙醇/水的混合液中，无水乙醇与水的体积比1:1~5:1。

4.如权利要求1所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法，其特征在于：所述催化剂冰醋酸或对硝基苯甲酸的摩尔量为对硝基偶氮水杨醛的0.005~ 0.01倍。

5.如权利要求1所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法，其特征在于：所述无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的混合体系中，无水乙醇/N,N-二甲基甲酰胺的体积比为15:1~30:1。

6.如权利要求1所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的制备方法，其特征在于：所述对硝基偶氮水杨醛的合成工艺如下：

以蒸馏水为溶剂，将对硝基苯胺与硫酸按1:20~1:26的摩尔量混合，加入质量分数30~40%的亚硝酸钠水溶液，在0~5℃搅拌反应60~90分钟，得亮黄色澄清重氮硫酸盐溶液；所述硫酸的质量分数为30~60%；所述亚硝酸钠的摩尔量为对硝基苯胺的8~12倍；

将水杨醛溶于质量分数为1.0~4.1%的氢氧化钠溶液中，在搅拌条件下将上述亮黄色澄清重氮硫酸盐溶液加入到含水杨醛的氢氧化钠溶液中，同时用饱和醋酸钠与氢氧化钠调pH至5~6 ，搅拌反应5~10小时，过滤，水洗，烘干，用70~75℃的N,N-二甲基甲酰胺/乙醇混合体系洗涤，抽滤，干燥，得对硝基偶氮水杨醛；所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的摩尔量为水杨醛的1.5~4.5倍；所述重氮硫酸盐的摩尔量为水杨醛的1~1.4倍；所述 N,N-二甲基甲酰胺/无水乙醇混合体系中，N,N-二甲基甲酰胺与无水乙醇体积比为1：10~1：20。

7.如权利要求1所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑作为受体在比色识别Ac^-中的应用。

8.如权利要求7所述化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑作为受体在比色识别Ac^-中的应用，其特征在于：在含水20~70%的DMSO/H₂O的体系中，化合物偶氮水杨醛缩氨基巯基噻二唑的浓度为1×10^-4~1×10^-6mol·L^-1时，Ac^-的加入使受体的DMSO/H₂O体系由浅黄色变为橙黄色。