CN102532347A

CN102532347A - 三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物的合成方法

Info

Publication number: CN102532347A
Application number: CN2011104492092A
Authority: CN
Inventors: 何品刚; 祁彦涛; 王秀华; 陈红; 王霞; 朱丹; 张帆; 汤杰
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及一种三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物(3Ru-CD)。以β-CD为起始原料，经多步合成反应得到带有三个苯胺的β-CD衍生物，然后再经酸胺缩合反应制备得到环糊精超分子配合物的配体(A)，最后经配位反应制得目标化合物三个联吡啶钌取代环糊精衍生物(3Ru-CD)。本发明工艺简单，收率高，得到的3Ru-CD可以用于有机小分子的检测，也可用于对生物大分子例如蛋白和DNA的间接标记的定量检测，实现了对DNA生物分子的灵敏快捷检测。

Description

三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物的合成方法

技术领域

本发明涉及一种三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物(3Ru-CD)的合成方法，具体是合成以环糊精为基础的β-环糊精(β-CD)衍生物即三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物(3Ru-CD)的方法，属有机化合物制备技术领域。

背景技术

以环糊精为基础构建的电子给-受体(EDA)超分子器件一直以来倍受各个领域的科学研究人员的关注。将发光的金属中心引入到环糊精上所形成的超分子化合物即金属环糊精(Metallocyclodextrins)赋予了环糊精发光的特性，从而使环糊精在新型传感器及分子器件等领域具有了更加广阔的应用前景。近年来，联吡啶钌环糊精由于带有能够发光的金属中心，通过研究主客体之间能量转移被应用在分子器件的设计及电化学传感器等方面。目前为止，这些金属环糊精的合成均为单个钌中心即单核型存在(Haider，J.M.；Pikramenou，Z.Chem.Soc.Rev.，2005，34，120-132)，因为考虑到含有多个发光体存在的前提下，整个分子的发光性能会提高(Chartrand，D.；Hanan，G.S.Chem.Commun.2008，727-729)。因此在这里，我们合成了三(三联吡啶钌)β-环糊精(3Ru-CD)。

发明内容

本发明的目的是合成三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物(3Ru-CD)。

为达上述目的，本发明以国药集团化学试剂有限公司提供的β-CD为起始原料，经多步反应合成出带有三个苯胺的β-CD衍生物，然后再经酸胺缩合反应制备出环糊精超分子配合物的配体(A)，最后再经配位反应制备出如下结构式的目标化合物3Ru-CD；

具体反应路线如下：

(上述左边的立体结构A和3与右边的A和3是同一个化合物)

一，化合物A的制备

第一步：硅烷化制得化合物1

将4份重量的β-CD溶于60份无水DMF中，加入3.5份重量的咪唑搅拌30分钟，然后加入7.5份重量的TBDMSCl，搅拌过夜。反应结束后，加入100份重量的水搅拌并过滤得到粗品，纯化后得到5.6份重量的化合物1，收率82.4％。

第二步：乙酰化制得化合物2

将5份重量的化合物1溶解于20份重量的干燥的吡啶中，加入12份重量的醋酸酐和0.09份重量的DMAP，搅拌过夜。反应结束后，反应液减压除去溶剂后加入50份重量的乙酸乙酯溶解，然后分别加入50份重量的稀盐酸洗三次，再加入50份重量的NaHCO₃洗三次，最后用50份重量的饱和食盐水洗三次，合并有机相后干燥浓缩得到5.8份重量的化合物2，收率89％。

第三步：脱TBS制得化合物3

将2份重量的化合物2溶解于20份重量的干燥的二氯甲烷中，然后加入2.9份重量的三氟化硼乙醚溶液，搅拌6小时。反应结束后，加入20份重量的水，分离所得有机相用20份重量的饱和NaHCO₃洗，再用20份重量的饱和食盐水洗，最后合并有机相减压浓缩得到产品，纯化得到1.2份重量的化合物3，收率88％。

第四步：Mitsunobu反应制得化合物4

将0.5份重量的化合物3溶解于20份重量的干燥的THF中，加入0.4份重量的4-羟基苯氨基甲酸酯-苯酚和0.7份重量的PPh₃，然后加入5.1份重量的DIAD(偶氮二甲酸二异丙酯)，搅拌8小时。反应结束加入10份重量的水，搅拌10分钟，再加入10份重量的乙酸乙酯，萃取分离得有机相，经干燥浓缩得到粗品，纯化得到0.2份重量的化合物4(收率36％)。

第五步：加氢还原脱保护制得化合物A

将0.2份重量的化合物4溶解于5份重量的甲醇中，加入0.02份重量的氢氧化钯，在氢气饱和状态下反应2小时。反应结束后，过滤除去氢氧化钯，减压浓缩得到粗品化合物A(不用纯化)0.18份，收率96％。

二，3Ru-CD的制备

3Ru-CD反应路线如下：

第一步，酸胺缩合制得化合物B

将0.5份重量的化合物A、0.16份重量的4-甲基-4’-羧基-2，2’联吡啶、0.29份重量的EDCI、0.20份重量的HOBt、0.38份重量的DIPEA溶解于5份重量的无水DMF中，室温搅拌过夜。反应结束后，加入10份重量的水，用乙酸乙酯萃取三次，合并所得有机相干燥后减压浓缩得粗品，经纯化后得到0.30份重量的化合物B，收率46.4％。

第二步，配位反应制得3Ru-CD

将0.2份重量的化合物B和0.13份重量的Ru(bpy)₂Cl₂溶解于5份重量的混合溶剂乙醇/水(4/1)中，氮气保护下回流12小时。反应结束后，减压除去溶剂得到粗品。纯化后得到0.29份重量的3Ru-CD，收率86.7％。

本发明具有如下优点：

1，本发明得到的三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物(3Ru-CD)，与目前已经存在并已经被广泛在食品及生物检测领域的最基本的化合物三联吡啶钌(Ru(bpy)₃Cl₂相比较，整个分子在荧光及电致化学发光性能方面分别提高了4.2和4.6倍，因此可以用于有机小分子的检测，也可用于对生物大分子例如蛋白和DNA的间接标记的定量检测。

2，由于本发明采用市售原料β-CD，分别通过保护及脱保护的条件在β-CD上引入多个胺基，然后通过酸胺缩合反应引入联吡啶钌发光单体，最终制备出目标化合物，整个合成路线分离纯化均采用硅胶制备柱制备出目标产物，因此工艺也较为简单，且收率较高，因此整个工艺也给此类带有发光单体的环糊精衍生物的合成提供了较为方便的合成方法。

3，本发明得到的含有三个联吡啶钌取代的环糊精衍生物用于对靶DNA的直接定量检测方面，并获得了非常高的灵敏度，实现了DNA生物分子检测的灵敏快捷及成本低的目的。

具体实施方式

一.化合物A的制备

第一步：化合物1的制备

将4gβ-CD溶于60g无水DMF中，加入3.5g咪唑搅拌30分钟，然后加入7.5g TBDMSCl，搅拌过夜。反应结束后，加入100g水搅拌并过滤得到粗品，纯化后得到5.6g化合物1，收率82.4％。

结构表征数据：¹HNMR(500MHz，CDCl3，ppm)δ6.73(s，7H)，5.27(s，7H)，4.89(d，J＝5.00Hz，7H)，4.00(t，J＝15Hz，7H)，3.90(d，J＝10Hz，7H)，3.72-3.58(m，28H)，0.87(s，63H)，0.03(d，J＝20Hz，42H).M.p.299-302℃(dec.)。¹³CNMR(500MHz，CDCl3，ppm)δ102.14，81.87，73.73，73.55，72.68，61.76，26.03，18.40.

第二步：化合物2的制备

将5g化合物1溶解于20g干燥的吡啶中，加入12g醋酸酐和0.09g DMAP，搅拌过夜。反应结束后，反应液减压出去溶剂后加入50g乙酸乙酯溶解，然后分别加入50g稀盐酸洗三次，再加入50g NaHCO₃洗三次，最后用50g饱和食盐水洗三次，合并有机相后干燥浓缩得到5.8g化合物2，收率89％。

结构表征数据：¹HNMR(500MHz，CDCl3，ppm)δ5.37-5.31(m，7H)，5.15(d，J＝3.5Hz，7H)，4.70(dd，J＝3.5Hz and J＝3.5Hz，7H)，4.05-3.70(m，21H)，2.09-2.04(m，49H)，0.88(s，63H)，0.04(d，J＝8.5Hz，42H)。¹³CNMR(500MHz，CDCl3，ppm)δ170.90，169.57，96.58，75.36，71.96，71.69，71.35，61.96，25.98，21.02，20.88，18.37.

第三步：化合物3的制备

将2g化合物2溶解于20g干燥的二氯甲烷中，然后加入2.9g三氟化硼乙醚溶液，搅拌6小时。反应结束后，加入20g水，分离所得有机相用20g饱和NaHCO₃洗，再用20g饱和食盐水洗，最后合并有机相减压浓缩得到产品，纯化得到1.2g化合物3，收率88％。

结构表征数据：¹HNMR(500MHz，DMSO-d6，ppm)δ5.25(t，7H)，5.09(d，J＝3.4Hz，7H)，4.80-4.78(m，7H)，4.59(dd，J＝3.45Hz and 3.45Hz，7H)，3.86-3.80(m，21H)，3.62(d，J＝7.15，7H)。¹³CNMR(500MHz，CDCl3，ppm)δ170.20，169.35，95.35，95.97，75.24，72.00，70.69，70.41，59.61，20.62，20.54.

第四步：化合物4的制备

将0.5g化合物3溶解于20g干燥的THF中，加入0.4g 4-羟基苯氨基甲酸酯-苯酚和0.7g PPh₃，然后加入5.1g DIAD(偶氮二甲酸二异丙酯)，搅拌8小时。反应结束加入10g水，搅拌10分钟，再加入10g乙酸乙酯，萃取分离得有机相，经干燥浓缩得到粗品，纯化得到0.2g化合物4(收率36％)。

结构表征数据：¹H NMR(500MHz，DMSO-d6，ppm)δ9.37-9.44(m，3H)，7.29-7.39(m，21H)，6.75-6.77(d，1H，10.00Hz)，6.87-6.90(m，5H)，5.27-5.30(m，7H)，3.37-5.15(m，52H)，2.00-2.03(m，42H)。(ESI)m/z：C₁₁₂H₁₃₁O₅₅N₃，2420.74[M+Na]⁺，检测值为2420.5，[M+Na]⁺.

第五步：化合物A的制备

将0.2g化合物4溶解于5g甲醇中，加入0.02g氢氧化钯，在氢气饱和状态下反应2小时。反应结束后，过滤除去氢氧化钯，减压浓缩得到粗品化合物A(不用纯化)0.18g，收率96％。

结构表征数据：¹H NMR(500MHz，DMSO-d6，ppm)δ6.56-6.68(m，5H)，6.44-6.54(m，7H)，5.28-5.29(m，7H)，3.54-5.14(m，52H)，2.03(s，42H).MALDI-TOF MS(2，5-dihydroxybenzoic acid).计算值C₈₈H₁₁₃O₄₉N₃.1996.6447(M)⁺，检测值为1996.6449.

二.3Ru-CD的制备

第一步：化合物B的制备

将0.5g化合物A、0.16g 4-甲基-4’-羧基-2，2’联吡啶、0.29g EDCI、0.20g HOBt、0.38g DIPEA溶解于5mL无水DMF中，室温搅拌过夜。反应结束后，加入10g水，用乙酸乙酯萃取三次，合并所得有机相干燥后减压浓缩得粗品，经纯化后得到0.30g化合物B，收率46.4％。

结构表征数据：¹HNMR(500MHz，DMSO-d₆，ppm)δ8.80-8.81(m，7H)，8.25-8.77(m，7H)，7.60-7.77(m，10H)，7.01-7.29(m，3H)，6.94-6.96(m，6H)，5.33-5.35(m，7H)，3.83-5.31(m，46H)，2.32-2.41(m，9H)，1.98-2.05(m，42H).

MALDI-TOF MS(2，5-二苯甲酸作为基质).C₁₂₄H₁₃₇N₉O₅₂，计算值为2583.83(M)⁺，检测值为2606.9(M+Na)⁺.

第二步：3Ru-CD的制备

将0.2g化合物B和0.13g Ru(bpy)₂Cl₂溶解于5mL混合溶剂乙醇/水(4/1)中，氮气保护下回流12小时。反应结束后，减压除去溶剂得到粗品。纯化后得到0.29g 3Ru-CD，收率86.7％。

结构表征数据：¹HNMR(500MHz，DMSO-d6，ppm)δ11.44(s，3H)，9.91(s，3H)，9.37(s，3H)，8.92(s，12H)，8.17(s，12H)，7.87-7.99(m，12H)，7.73-7.78(m，12H)，7.55(s，15H)，7.41(s，3H)，6.98(s，6H)，5.31(s，7H)，3.61-5.17(m，46H)，3.14-3.15(s，9H)，2.03(s，42H)。¹³CNMR(500MHz，CDCl3，ppm)，172.04-171.66，163.54，159.38，158.52-158.39，157.56-157.52，153.29，152.70-152.28，151.72，144.37，139.35，131.05，130.18，129.04，127.21，126.59，125.77-125.68，123.93，123.23，115.94，98.00，73.67-62.05，77.22-68.19，62.02-61.36，21.36-21.03，18.37。MALDI-TOF MS(Indole-3-acetic acid).，计算值，C₁₈₄H₁₈₅O₅₂N₂₁Ru₃C₁₆，4039.7859(M)⁺，检测值，3826.982(M-6Cl)⁺。

本发明所用的原料均由国药集团化学试剂有限公司提供。

截至目前，对于我们合成的金属环糊精衍生物3Ru-CD，我们对其进行了荧光及电致化学发光等特性做了初步性研究，结果发现，3Ru-CD由于多个发光中心的存在，其荧光及电致化学发光均比目前已经存在并已经被广泛在食品及生物检测领域的最基本的化合物三联吡啶钌(Ru(bpy)₃Cl₂4倍以上。

此外，利用环糊精作为主客体分识别子的特性，我们已经实现将3Ru-CD应用于对目标DNA的定量检测，检测限达到了10^-16，获得了目前为止DNA定量检测的超高灵敏度。

虽然目前对该化合物的应用性研究仍在进一步扩展中，但是该化合物将会在有机小分子的检测和生物及免疫系统疾病检测方面具有非常广泛的应用前景。

Claims

1.一种三(三联吡啶钌)β-环糊精化合物(3Ru-CD)，其特征是：

一，化合物A的制备

第一步，硅烷化制得化合物1

将4份重量的β-CD溶于60份无水DMF中，加入3.5份重量的咪唑搅拌30分钟，然后加入7.5份重量的TBDMSCl，搅拌过夜，加入100份重量的水搅拌并过滤得到粗品，纯化后得到5.6份重量的化合物1；

第二步：乙酰化制得化合物2

将5份重量的化合物1溶解于20份重量的干燥的吡啶中，加入12份重量的醋酸酐和0.09份重量的DMAP，搅拌过夜，然后反应液减压除去溶剂后加入50份重量的乙酸乙酯溶解，然后分别加入50份重量的稀盐酸洗三次，再加入50份重量的NaHCO₃洗三次，最后用50份重量的饱和食盐水洗三次，合并有机相后干燥浓缩得到5.8份重量的化合物2；

第三步：脱TBS制得化合物3

将2份重量的化合物2溶解于20份重量的干燥的二氯甲烷中，然后加入2.9份重量的三氟化硼乙醚溶液，搅拌6小时后加入20份重量的水，分离所得有机相用20份重量的饱和NaHCO₃洗，再用20份重量的饱和食盐水洗，最后合并有机相减压浓缩得到产品，纯化得到1.2份重量的化合物3；

第四步：Mitsunobu反应制得化合物4

将0.5份重量的化合物3溶解于20份重量的干燥的THF中，加入0.4份重量的4-羟基苯氨基甲酸酯-苯酚和0.7份重量的PPh₃，然后加入5.1份重量的DIAD，搅拌8小时后加入10份重量的水，搅拌10分钟，再加入10份重量的乙酸乙酯，萃取分离得有机相，经干燥浓缩得到粗品，纯化得到0.2份重量的化合物4；

第五步：加氢还原脱保护制得化合物A

将0.2份重量的化合物4溶解于5份重量的甲醇中，加入0.02份重量的氢氧化钯，在氢气饱和状态下反应2小时后，过滤除去氢氧化钯，减压浓缩得到粗品化合物A0.18份；

二，3Ru-CD的制备

第一步，酸胺缩合制得化合物B

将0.5份重量的化合物A、0.16份重量的4-甲基-4’-羧基-2，2’联吡啶、0.29份重量的EDCI、0.20份重量的HOBt、0.38份重量的DIPEA溶解于5份重量的无水DMF中，室温搅拌过夜。反应结束后，加入10份重量的水，用乙酸乙酯萃取三次，合并所得有机相干燥后减压浓缩得粗品，经纯化后得到0.30份重量的化合物B；

第二步，配位反应制得3Ru-CD

将0.2份重量的化合物B和0.13份重量的Ru(bpy)₂Cl₂溶解于5份重量的混合溶剂中，混合溶剂由乙醇∶水＝4∶1体积比混匀组成，氮气保护下回流12小时后，减压除去溶剂得到粗品，纯化后得到0.29份重量的3Ru-CD。