CN102358722B - 3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双三氮烯化合物,具体为一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯制备方法及它的应用。其分子结构式为下图所示意:特点是将萘胺和3,3′-二羟基-4,4′-二氨基偶氮苯两种具有荧光特性的试剂,通过重氮化反应、偶联反应结合在一起,使化合物的共轭体系增大成为双三氮烯试剂,增强了试剂的荧光特性。该试剂在碱性介质中是检测Ag()的灵敏度高,选择性好的荧光试剂。因此,该试剂既是良好的光度分析显色剂,又是灵敏度高、选择性好和检测限低的荧光分析试剂,可用于碱性介质中银离子的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种双三氮烯化合物,具体为一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯制备方法及它的应用。
背景技术
三氮烯含有-N=N-NH-功能基,由于P-π共轭,=N-H具有较强酸性,在碱性条件下,去质子化后易与过渡金属离子配位,是很好的配位基团(J. Barker, N. D. Cameron, M. Kilner, et al., J. Chen. Soc. DationTrans[J], 12(1991): 3435)。三氮烯试剂1-偶氮苯-3-(5-溴氰基-2吡啶)三氮烯(邵波,王智敏. 光谱实验室,2005,22(6):1200-1203)、2,4-二溴-6-羧基苯基重氮氨基偶氮苯(王磊,孙培培. 岩矿测试,1992,11(4):326-329)等是银、镉、汞、镍等重金属离子的优良显色剂,因其具有灵敏度高,易合成等优点,广泛受到人们的关注,但其共存离子干扰较大,选择性和检出限有待提高,并且该类试剂通常只用于光度分析,作为荧光试剂用于金属离子的荧光检测的报道很少。萘胺及其衍生物是良好的荧光试剂(刘金彦, 赵剑曦,何芸菁, 物理化学学报[J], 2006, (11):),芳环结构由于具有很好的推电子或拉电子能力,被认为是设计和合成具有强双光子诱导上转换荧光和双光子吸收载面的有机分子的有效结构[Abboto, A., Beverina, L., Bozio, R., et al. Org. lett[J]. 2002, 4: 1495-1498]。专利申请号为2005100126532公开了一种双杂环三氮烯化合物及其制备方法和应用,在该申请中,将双三氮烯结构和具有荧光特性的苯并噻唑类物质结合在一起,合成一种既是良好显色剂又是灵敏度、选择性好的荧光试剂,能够用于溶液中铜离子的检测。专利号为200910074909.0公开了一种4,4′-二-(5-磺酸基-8-羟基-7-喹啉氨基偶氮基)-3,5,3′,5′-四溴二苯醚及其制备方法。可用于Triton X-100存在下的碱性介质中Hg(II)的荧光检测,也可用做光度分析的显色剂。
《化学试剂》1990.12.2登载了文章“新三氮稀类试剂的合成及其与重金属离子显色反应的研究”该文献中记载数十中不同类型的三氮稀偶氮苯试剂,特别提出了与三氮烯结合的可以是苯环或者萘环,《安徽教育学院学报》2002.11“三氮稀类试剂的显色性能与结构关系研究”也指出了三氮烯的取代基为偶氮苯。在上述技术文献中,所有的分子结构都表现为在偶氮苯结构的一侧苯环上的取代,另一侧苯环仍然没有发生变化。也就是说,还存在有可以改进的空间。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的检测重金属离子的试剂灵敏度不够理想的问题而提供一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯及其制备方法和应用。
本发明是由以下技术方案实现的,一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯(简称BHNAAAP)
其分子结构式为:
3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯制备方法,包括下列步骤:
①将冰醋酸和醋酸酐加入三颈瓶中,在搅拌下加入2-羟基-4-硝基苯胺,然后缓慢加热至回流,然后再将醋酸酐慢慢滴加到上述溶液中,滴加完毕继续回流3h,反应完毕自然冷却到室温,加入冰水,用氢氧化钠中和至中性,抽滤,水洗,于红外灯下烘干,得2-羟基-4-硝基乙酰苯胺。
②在圆底烧瓶中加入蒸馏水,加热到65℃,然后加入还原铁粉及冰醋酸。在搅拌下将2-羟基-4-硝基乙酰苯胺缓慢加入到上述体系中,升温至75±5℃,在不断搅拌下反应约3 h,用TLC跟踪反应至完全,停止反应,用碳酸钠溶液中和至弱碱性(pH8~9),加热煮沸,趁热抽滤,将滤液浓缩,冷却到室温析出固体,过滤,水洗,干燥得2-羟基-4-氨基乙酰苯胺。
③ 将2-羟基-4-氨基乙酰苯胺溶于6 mol/L的盐酸中,用冰水浴冷却到0~5℃,得A溶液。另称取亚硝酸钠溶解于水中,冷却到0~5℃,得B溶液,在不断搅拌的条件下将B溶液慢慢滴加到A溶液中进行重氮化,滴加完毕继续搅拌2 h,然后用氨基磺酸中和过量的亚硝酸钠,得重氮盐溶液C。
将邻氨基苯酚溶于水和浓盐酸的混合液中,在搅拌下将此溶液慢慢滴加到上述重氮盐溶液C中,用水合醋酸钠调节反应液至pH4,室温反应2 h后,过滤,次日升温至30℃并保温3h,升温至50℃,保持1 h,后用醋酸钠调至pH6~7,静置0.5h,抽滤,用乙醇和水的混合液(1+1)洗涤2~3次,红外灯下干燥得3,3′-二羟基-4-氨基-4′-乙酰氨基偶氮苯。
④在搅拌下将KOH 加入到水中,溶解后,冷至室温后加入甲酸搅拌均匀。加入3,3′-二羟基-4-氨基-4′-乙酰氨基偶氮苯,然后升温到80℃,搅拌10 h 。将80℃的水加入到反应体系中,在此温度下继续反应3 h后,用冰水浴冷却到10℃,过滤,所得固体水洗至滤液呈中性,红外灯下干燥得棕黄色3,3′-二羟基-4,4′-二氨基偶氮苯。
将3,3′-二羟基-4,4′-二氨基偶氮苯溶于 6 mol/L的盐酸中,用冰水浴冷却到0~5℃得D溶液。另称取亚硝酸钠溶于水中得溶液E。在维持0~5℃并不断搅拌下将溶液E慢慢滴加到D溶液中进行重氮化,滴加完毕继续搅拌2 h,然后用氨基磺酸消除过量的亚硝酸钠,得重氮盐溶液F。
将α-萘胺溶于水和浓盐酸的混合液中,在搅拌下将此溶液滴加到上述重氮盐溶液F中,用10%NaOH溶液调节pH 4~5,低温反应(5℃)1 h后,调节pH 6~7,得大量棕褐色沉淀,静置2 h后,抽滤,用乙酸和水(2:1)的混合液洗涤3~4次,得产品3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯。以丙酮作溶剂,乙酸乙酯和石油醚(体积比1:3)作淋洗剂,柱层析分离得到纯品。
该试剂在碱性介质中是检测Ag()的灵敏度高,选择性好的荧光试剂。该试剂也可用作光度分析显色剂。由以上数据可以得出目标产物的结构和分子式所表述的物质完全一致。3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯是一种新的检测银离子的荧光试剂,特点是将萘胺和3,3′-二羟基-4,4′-二氨基偶氮苯两种具有荧光特性的试剂,通过重氮化反应、偶联反应结合在一起,使化合物的共轭体系增大成为双三氮烯试剂,增强了试剂的荧光特性。三氮烯结构中苯环邻位羟基的引入,在碱性条件下既是很好的配位基,又是很好的助色基,试剂的灵敏度有很大的提高。因此,该试剂既是良好的光度分析显色剂,又是灵敏度高、选择性好和检测限低的荧光分析试剂,可用于碱性介质中银离子的检测。
本发明的优点与积极效果:
(1)偶氮苯类三氮烯试剂是现今光度法测定Cd()和Hg()最灵敏的体系,这是因为,一方面该类试剂含有偶氮苯基,使共轭体系较大,有利于分子截面积的增加。另一方面,显色反应多在碱性条件下发生,1位上的氢更容易离解而成,增强了试剂与金属离子的配位能力(郭启华,周勇义,邹洪,邰超,谷学新,王玉贤. 冶金分析,2003,23(1):20)BHNAAAP具有双偶氮苯三氮烯结构,所以该试剂有较高的灵敏度。
(2)试剂具有直线形偶氮苯类双三氮烯配位功能结构单元,通过共轭三氮烯结构,将具有荧光特性的两个萘连接后,共轭体系进一步增大,从而使荧光产率增加,是灵敏度高、选择性好的新型荧光试剂。
(3)试剂分子中1位苯环的邻位引入羟基助色基团,有利于试剂的发色,同时羟基也是很好的配位基,增强了试剂与Ag()的配位能力,比1位苯环上的邻位没有羟基的三氮稀试剂灵敏度高(潘教麦,李在均,张其颖,新显色剂及其在光度分析中的应用,化学工业出版社,2003,169,172-175)。
(4)Ag()可以和试剂分子中 1位苯环上的邻位羟基及N2、N3配位,使分子结构刚性增强,共平面性增加,荧光增强。
(5)本发明制备方法简单,成本低廉。可用于在曲拉通表面活性剂存在下,碱性介质中Ag()的荧光检测,也可用作光度分析的显色剂。用于银离子检测,选择性好,灵敏度高,性能稳定。
含双三氮烯结构的光度分析试剂3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯在Tritonx-100存在下的碱性介质中对Ag()的光度分析检测。
在25ml容量瓶中,依次加入一定量的Ag()标准溶液(≤10μg),3%的Triton X-100 2.0ml,0.03% BHNAAAP的乙醇溶液3.0ml,pH 11.0的硼砂-氢氧化钠缓冲溶液5.0ml,用水稀释至刻度,摇匀,室温放置20min后,以空白试剂为参比,用1cm比色皿置于530mm处测络合物吸光度,表观摩尔吸光系数2.1×105 L·mol-1·cm-1。
表1 几种试剂测定银的灵敏度
序号 | 试剂名称 | 表观摩尔吸光系数(L·mol-1·cm-1) |
1 | 1-吡啶-3-[4-(苯基偶氮) -苯基]-三氮烯 | 4.23×104 |
2 | 间氯苯基重氮氨基偶氮苯 | 2.65×104 |
3 | 4,4′-二偶氮苯重氮氨基偶氮苯 | 7.55×104 |
4 | 2,4-二溴-6-羧基苯基重氮氨基偶氮苯 | 1.05×105 |
5 | 1- (4-硝基苯基) -3-(4-氨基吡啉基) 三氮烯 | 1.26×105 |
6 | 3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯 | 2.10×105 |
含双三氮烯结构的光度分析试剂3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯在Triton X-100存在下的碱性介质中对Ag()的荧光检测及其应用。
准确称取样品0.5g于聚四氟乙烯消化罐中,加人浓硝酸2mL和30%过氧化氢2mL,于微波消化炉中消化6min,加热蒸发至近干,加人5%硝酸10mL加热溶解残渣,消化液转移至100mL量瓶中,用氢氧化钠调pH至近中性。
按文献(刘奇,冯传玲,李全民,离子交换与吸 附,2010,26(1):40-46)在上述消化液中,用硝酸把酸度调到0.1mol/L 左右,加入1g 抗坏血酸,50mg 活性炭,搅拌3h 后用G4 坩埚抽滤,刮下活性炭,用8mL H2SO4 (0.5mol/L) 和3mL 去离子水将其冲入50mL 烧杯中,加入8mL 的0.05mol/L K2S2O8 和1mL 的4mol/L Mg(NO3)2,盖上表面皿,加热煮沸2min 后趁热过滤,收集滤液于25mL 容量瓶中,待其冷却后,调至近中性,然后按实验方法测定。
实验方法:在25mL比色管中,依次加入一定体积的含银离子的样品(≤10μg),0.03% mol/L BHNAAAP的乙醇溶液3.0ml,pH 10的硼砂-氢氧化钠缓冲溶液2.5ml,2% 的Tritonx-100水溶液2.0ml,以水定容,用Cary Eclipse 荧光光度计(瓦里安)于λex/Aem=530/560nm处测其荧光强度,样品中银离子的测定结果见表2。
表2 不同中草药样品中银的测定结果(n=5)
样品 | 测定值(μg/g) | 原子吸收法测定值() | RSD(%) |
柴胡 | 0.268 | 0.280 | 1.8 |
麻黄 | 0.236 | 0.245 | 2.0 |
甘草 | 0.114 | 0.118 | 1.6 |
附图说明
图1为本发明所述化合物合成路线流程图。
具体实施方式
实施例1,一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯制备方法,包括下列步骤:如附图1所示意
① 2-羟基-4-硝基苯胺的乙酰化 在装有回流冷凝管和滴液漏斗的250ml 圆底烧瓶中,加入冰醋酸60ml和醋酸酐30ml(0.31 mol),在搅拌下加入2-羟基-4-硝基苯胺77 g(0.5 mol)。然后缓慢加热至回流,然后将醋酸酐27.2ml(0.29 mol)慢慢滴加到上述溶液中,滴加完毕继续回流3h,反应完毕自然冷却到室温,加入冰水150 ml,用氢氧化钠中和至中性,抽滤,水洗,于红外灯下烘干,得产品94g,产率95%。
② 2-羟基-4-硝基乙酰苯胺的还原 在1000ml的圆底烧瓶中加入400ml蒸馏水,加热到65℃,然后加入还原铁粉17 g(0.3 mol)及3 ml冰醋酸。在搅拌下将2-羟基-4-硝基乙酰苯胺19.2 g(0.1 mol)缓慢加入到上述体系中,升温至75±5℃,在不断搅拌下反应约3 h,用TLC跟踪反应至完全,停止反应,用碳酸钠溶液中和至弱碱性(pH8~9),加热煮沸,趁热抽滤,将滤液浓缩至300ml,冷却到室温析出固体,过滤,水洗,干燥得2-羟基-4-氨基乙酰苯胺15.3 g,产率92%。
③ 重氮化反应及偶合反应 称取2-羟基-4-氨基乙酰苯胺8.3g (0.05 mol),溶于80ml 6 mol/L的盐酸中,用冰水浴冷却到0~5℃,得A溶液。另称取3.5 g亚硝酸钠溶解于40ml水中,冷却到0~5℃,得B溶液,在不断搅拌的条件下将B溶液慢慢滴加到A溶液中进行重氮化,滴加完毕继续搅拌2 h,然后用氨基磺酸中和过量的亚硝酸钠,得重氮盐溶液C。
称取邻氨基苯酚5.45g (0.05 mol)溶于10ml水和10 ml浓盐酸的混合液中,在搅拌下将此溶液慢慢滴加到上述重氮盐溶液C中,用水合醋酸钠调节反应液至pH4,室温反应2 h后,过滤,次日升温至30℃并保温3h,升温至50℃,保持1 h,后用醋酸钠调至pH6~7,静置0.5h,抽滤,用乙醇和水的混合液(1+1体积比)洗涤2~3次,红外灯下干燥得3,3′-二羟基-4-氨基-4′-乙酰氨基偶氮苯10.5g。
④保护基的脱除 将30ml水加入到250ml三口圆底烧瓶中,搅拌下加入KOH 28 g (0.5 mol)并溶解,冷至室温后加入甲酸50m l搅拌均匀。将3,3′-二羟基-4-氨基-4′-乙酰氨基偶氮苯10.5g加入到上述体系中,然后升温到80℃,搅拌10 h 。将40 ml 80℃的水加入到反应体系中,在此温度下继续反应3 h后,用冰水浴冷却到10℃,过滤,所得固体水洗至滤液呈中性,红外灯下干燥得棕黄色固体8.8g(0.036 mol)。
3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯的合成 称取3,3′-二羟基-4,4′-二氨基偶氮苯8.8g(0.036 mol)溶于50 ml 6 mol/L的盐酸中,用冰水浴冷却到0~5℃得D溶液。另称取5.04g(0.072 mol)亚硝酸钠溶于50 ml水中得溶液E。在维持0~5℃并不断搅拌下将溶液E慢慢滴加到D溶液中进行重氮化,滴加完毕继续搅拌2 h,然后用氨基磺酸消除过量的亚硝酸钠,得重氮盐溶液F。
称取α-萘胺10.3 g(0.072 mol)溶于20ml水和20ml浓盐酸的混合液中,在搅拌下将此溶液滴加到上述重氮盐溶液F中,用10%NaOH溶液调节pH 4~5,低温反应(5℃)1 h后,调节pH 6~7,得大量棕褐色沉淀,静置2 h后,抽滤,用乙酸和水(体积比2:1)的混合液洗涤3~4次,得产品3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯15 g。以丙酮作溶剂,乙酸乙酯和石油醚(体积比1:3)作淋洗剂,柱层析分离得到纯品。
产物检测数据如下:
元素分析结果按合成产物的分子式计算各元素的理论值(w℅)并与测定值(w℅)比较,两值相符(括号内为理论值):C 65.12(65.00 ),H 5.07(5.00),N 23.21(23.33),O 6.61(6.67)。
试剂的红外光谱数据:(KBr压片)3360cm-1处有N-H吸收峰,3060cm-1处有Ar-H的特征吸收峰,1622 cm-1、1580cm-1和1507cm-1处有苯环骨架的特征吸收峰,1350cm-1有-N=N-的特征吸收峰,1200cm-1处有C-O键的特征吸收峰。3038cm-1处有Ar-H的特征吸收峰。经元素分析和红外光谱检验合成产物与目标分子相符。
Claims (3)
2.一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯制备方法,其特征在于:包括下列步骤,
① 2-羟基-4-硝基苯胺的乙酰化,将冰醋酸和醋酸酐加入三颈瓶中,在搅拌下加入2-羟基-4-硝基苯胺,然后加热至回流,再将醋酸酐滴加到上述溶液中,滴加完毕继续回流3h,反应完毕自然冷却到室温,加入冰水,用氢氧化钠中和至中性,抽滤,水洗,于红外灯下烘干,得2-羟基-4-硝基乙酰苯胺,
②在圆底烧瓶中加入蒸馏水,加热到65℃,然后加入还原铁粉及冰醋酸,在搅拌下将2-羟基-4-硝基乙酰苯胺加入到上述体系中,升温至75±5℃,在不断搅拌下反应约3 h,用TLC跟踪反应至完全,停止反应,用碳酸钠溶液中和至pH8~9的弱碱性,加热煮沸,趁热抽滤,将滤液浓缩,冷却到室温析出固体,过滤,水洗,干燥得2-羟基-4-氨基乙酰苯胺,
③ 将2-羟基-4-氨基乙酰苯胺溶于6 mol/L的盐酸中,用冰水浴冷却到0~5℃,得A溶液,另取亚硝酸钠溶解于水中,冷却到0~5℃,得B溶液,在不断搅拌的条件下将B溶液慢慢滴加到A溶液中进行重氮化,滴加完毕继续搅拌2 h,然后用氨基磺酸中和过量的亚硝酸钠,得重氮盐溶液C,将邻氨基苯酚溶于水和浓盐酸的混合液中,在搅拌下将此溶液慢慢滴加到上述重氮盐溶液C中,用水合醋酸钠调节反应液至pH4,室温反应2 h后,过滤,次日升温至30℃并保温3h,升温至50℃,保持1 h,后用醋酸钠调至pH6~7,静置0.5h,抽滤,用乙醇和水的混合液洗涤2~3次,红外灯下干燥得3,3′-二羟基-4-氨基-4′-乙酰氨基偶氮苯,
④在搅拌下将KOH 加入到水中,溶解后,冷至室温后加入甲酸搅拌均匀,加入3,3′-二羟基-4-氨基-4′-乙酰氨基偶氮苯,然后升温到80℃,搅拌10 h ,将80℃的水加入到反应体系中,在此温度下继续反应3 h后,用冰水浴冷却到10℃,过滤,所得固体水洗至滤液呈中性,红外灯下干燥得棕黄色3,3′-二羟基-4,4′-二氨基偶氮苯,
3.一种3,3′-二羟基-4,4′-二(1,1′-二萘氨偶氮基)偶氮苯,在银离子的检测中的应用。
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新显色剂2-磺酸基苯基-1, 4-二重氮氨基偶氮苯与Hg(II)的显色反应及其应用;王君玲等;《分析试验室》;20080131;第27卷(第1期);第77-79页 * |
王君玲等.新显色剂2-磺酸基苯基-1 4-二重氮氨基偶氮苯与Hg(II)的显色反应及其应用.《分析试验室》.2008 |
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Publication number | Publication date |
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CN102358722A (zh) | 2012-02-22 |
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