CN102584864B

CN102584864B - 氮杂环卡宾金属冠醚及其在识别客体方面的应用

Info

Publication number: CN102584864B
Application number: CN201210007889.7A
Authority: CN
Inventors: 柳清湘; 赵志翔; 肖姗; 杨晓琼
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: CN102584864A

Abstract

本发明公开了氮杂环卡宾金属银冠醚的单晶数据。氮杂环卡宾金属冠醚制备方法是在有机溶剂中以不同取代基团的卤代烷烃与苯并咪唑反应，所得产物再与1，n-二（氯烷氧基）烷烃反应生成1，n-二[1-（N-取代基苯并咪唑）烷氧基]烷烃卤化物，且在甲醇中交换成六氟磷酸盐；在惰性气体保护下，将1，n-二[1-（N-取代基苯并咪唑）烷氧基]烷烃六氟磷酸盐与金属化合物在高纯除水试剂中反应制备卡宾金属配合物。所提出的氮杂环卡宾金属冠醚是一种在标准状态下可以稳定存在的高级荧光材料，具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以在荧光分子识别体系中作为受体，有望在分子识别领域得到应用。

Description

氮杂环卡宾金属冠醚及其在识别客体方面的应用

关于资助研究或开发的声明

本发明是在国家自然科学基金（基金号为 21172172 ）和天津市自然科学基金（基金号为 11JCZDJC22000 ）的资助下进行的。

技术领域

本发明属于金属有机化学技术领域，涉及氮杂环卡宾金属冠醚作为受体在分子识别领域的应用研究。

背景技术

近二十年来， N- 杂环卡宾及其配合物已经成为有机化学中非常活跃的研究领域。 N- 杂环卡宾类似于富电子的膦配体，但具有更高的热稳定性，耐水性，空气稳定性，较低的毒性等优点。由于 N- 杂环卡宾不但使金属中心稳定，而且还可以活化金属中心，且具有使均相反应固相化的特点，比膦配体表现出更高的催化活性，如催化烯烃的复分解反应，烯烃的氢硅化反应，呋喃的合成等。尤其是 N- 杂环卡宾过渡金属配合物在催化的偶联反应中得到了更大的发展。近年来， N- 杂环卡宾也在超分子学科、材料学科和生命学科等诸多领域显示出良好的应用前景。

随着人类对生物体内各种生理过程认识的不断加深 , 模拟生物有机体的结构性质从而制造仿生制品已越来越受到重视。研究发现许多金属蛋白及金属酶的活性中心都含有组氨酸 , 其中咪唑基团参与了和中心金属离子的配位 , 形成过渡金属配合物。由于其较强的配位能力和配位构型多样化的特点 , 受到了化学家的青睐。与此相似 , 苯并咪唑也是一种具有多种生物生理活性的杂环 , 其衍生物在生物、医药、材料等方面都有着重要的应用。最近包含金属离子配合物的荧光分子探针受到了科学家的极大关注，因为金属离子配合物既可以用作具有延迟发射的荧光团 , 也可用作受体，还可同时起双重作用。荧光分子探针大多数是“荧光团—间质—受体”型的结构。或者是几个这样的相同的部分或不同的部分的组合。金属配合物作为荧光分子探针的组件有其独特之处，即具有灵敏度高、简单、可靠等特点。咪唑类化合物的特殊结构 , 使其可以与生物体内的酶和受体等形成氢键 , 发生分子间的疏水性作用和π - π相互作用 , 因而具有多种生理功效。苯并咪唑类化合物具有抗肿瘤功能 , 如以 DNA 拓扑异构酶为靶点的酶抑制剂 , 其超分子识别在药物对靶点的识别过程中起着关键作用。因此开展此类配合物的超分子识别作用研究 , 将有助于了解、阐述生命体系内相关化学现象的本质 , 揭示生命活动中的奥秘 , 也将为生物传感器和新型药物 ( 如基因目标药物 ) 的设计提供新的模式和理论依据。

发明内容

本发明提出了以氮杂环卡宾金属冠醚作为受体在分子识别领域中的应用。为完成上述发明目的，本发明技术方案如下：

氮杂环卡宾金属冠醚来自下列式子表示的化合物：

其中 n 为 1 ～ 4 ， m 为 1 ～ 4 ， R 是独立的或结合为氢或 C₁ — C₆ 有机基团；

C₁ — C₆ 有机基团可包括烷基， C₁ — C₆ 有机基团可包括烷基、支链烷基、环烷基、链烯基、环烯基、炔基、芳基、芳基烷基、如吡啶环或烷氧基；具体为 C₁ — C₆ 有机基选自烷基，例如乙基、正丙基、正丁基；支链烷基例如异丁基、正丁基或新戊基；环烷基例如环丙烷甲基或环丁烷乙基；链烯基例如乙烯基、丙烯基或烯丙基；环烯基例如环丙烯基；炔基例如乙炔基；芳基例如苄基、萘甲基、蒽甲基；含氮杂环及其取代衍生物，例如乙基咪唑、正丁基咪唑、苄基咪唑、乙基苯并咪唑、正丁基苯并咪唑或 1- 吡啶甲基苯并咪唑。

^﹣ 是氟、氯、溴、碘，六氟磷酸根负离子；

M 是 Ag⁺, Cu⁺, Hg²⁺, Ni²⁺, Pd²⁺, La³⁺, Y³⁺, Zr⁴⁺ 。

氮杂环卡宾金属冠醚的制备方法，其特征在于：

（ 1 ）在有机溶剂中以不同取代基团即 C₁ — C₆ 卤代烷烃与苯并咪唑反应，所得产物再与 1 ， n- 二（氯烷氧基）烷烃反应生成 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑） ] 烷氧基 ] 烷烃卤化物。且将此烷烃卤化物在甲醇中交换成六氟磷酸盐；所述的有机溶剂为甲醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、 1 ， 2- 二氯乙烷、丙酮、乙醚、乙腈、硝基乙烷、 N ， N- 二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

（ 2 ）在惰性气体保护下，将 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑）烷氧基 ] 烷烃六氟磷酸盐与金属化合物以摩尔比为 0.5-3 ～ 2-5mol 的比例加入到烧瓶内，用除水的高纯有机溶试剂溶解后，在 0˚C ～ 100˚C 温度下反应 12 ～ 24 小时，滤掉不容物，自然挥发或乙醚扩散得到卡宾金属配合物。

本发明所述的氮杂环卡宾金属冠醚的采用下面的方法制得：

其特征在于：

（ 1 ）在有机溶剂中以不同取代基团即 C₁ — C₆ 卤代烷烃与苯并咪唑反应，所得产物再与 1 ， n- 二（氯烷氧基）烷烃反应生成 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑） ] 烷氧基 ] 烷烃卤化物。且将此烷烃卤化物在甲醇中交换成六氟磷酸盐；

（ 2 ）在惰性气体保护下，将 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑）烷氧基 ] 烷烃六氟磷酸盐与金属化合物以摩尔比为 0.5-3 ～ 2-5mol 的比例加入到烧瓶内，用除水的高纯有机溶试剂溶解后，在 0˚C ～ 100˚C 温度下反应 12 ～ 24 小时，滤掉不容物，自然挥发或乙醚扩散得到卡宾金属配合物。所述的有机溶剂为甲醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、 1 ， 2- 二氯乙烷、丙酮、乙醚、乙腈、硝基乙烷、 N ， N- 二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

其中所述的取代苯并咪唑为乙基苯并咪唑、正丙基苯并咪唑、正丁基苯并咪唑、仲丁基苯并咪唑。 1- 吡啶甲基苯并咪唑、萘苯并咪唑、蒽苯并咪唑或苄基苯并咪唑。本发明所述的取代苯并咪唑。优选乙基苯并咪唑、、正丙基苯并咪唑、正丁基苯并咪唑、 1- 吡啶甲基苯并咪唑。

其中所述的金属化合物选自氧化银、醋酸银、碳酸银、无水醋酸汞、卤化汞、溴化汞、碘化贡卤化亚铜、氧化亚铜、碳酸锂、醋酸镍、氯化镍。醋酸鈀、氧化锆、氧化钇、氧化镧、氯化钯、乙腈氯化钯的一种或几种的混合物。更加优选氧化银、无水醋酸汞、氯化汞、溴化汞、碘化汞或氯化钯。

其中，卤素选自氟、氯、溴、碘，六氟磷酸根负离子等。优选为六氟磷酸根负离子。

所述的有机溶剂选自甲醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、 1 ， 2- 二氯乙烷、丙酮、乙醚、乙腈、硝基乙烷、 N ， N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种的混合物。特征（ 1 ）中优选丙酮、四氢呋喃（ THF ）、甲醇。特征（ 2 ）中优选乙腈、二氯甲烷、 N ， N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种的混合物。

本发明所述的氮杂环卡宾金属冠醚，其特征在于氮杂环卡宾金属银冠醚的单晶数据如下：

实验证明：

氮杂环卡宾金属冠醚在 25˚C 下，乙腈溶液中分别加入四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵 , 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后，测定其荧光吸收。选择吸收峰降低最多的四丁基碘化铵进行滴定。通过氮杂环卡宾金属冠醚作为受体，用微量注射器向其中加入浓度逐渐增大的四丁基碘化铵溶液 (1 × 10^-5mol/L) 。溶液在 362nm 处有强吸收。每次添加后， 8-10 分钟达到反应平衡才可记录相应的荧光吸收强度，使其荧光吸收强度逐渐减弱。见附图 2 和 3 。

本发明进一步所述氮杂环卡宾金属冠醚作为受体在识别分子客体方面的应用。其中所述的分子客体包括 : 四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵 , 四丁基醋酸铵或四丁基硝酸铵。

本发明所提出的氮杂环卡宾金属冠醚是一种在标准状态下可以稳定存在的高级荧光材料，具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以在荧光分子识别体系中作为受体，有望在分子识别领域得到应用，详见实施例 2 和实施例 3 。

附图说明：

图 1 为含银配合物（实施例 5 ）的晶体结构图；

图 2 为含银配合物（实施例 5 ）在 25˚C 下，乙腈溶液中加入四丁基氟化铵 , 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵 , 四丁基碘化铵四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵 , 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后的荧光光谱图；

图 3 为含银配合物在 25˚C 下，乙腈溶液中加入不同浓度的四丁基碘化铵后的荧光滴定光谱图；

图 4 为含银配合物在 25˚C 下，乙腈溶液中加入不同浓度的四丁基碘化铵后的紫外吸收光谱图。

具体实施方式：

以下结合较佳实施例，对本发明做进一步的描述，特别加以说明的是，制备本发明化合物的起始物质、卤代烷烃、碳酸钾、硼氢化钠、无水硫酸镁、氯化亚砜、六氟磷酸铵等均可以从市场上买到或容易地通过已知的方法制得。

制备本发明化合物所用到的试剂全部来源于天津市科威化工有限公司，级别为分析纯。

另外需要加以说明的是：所有的实验操作运用 Schlenk 技术，溶剂经过标准流程纯化。所有用于合成和分析的试剂都是分析纯，并没有经过进一步的处理。熔点通过 Boetius 区截机测定。 ¹ H NRM 谱通过汞变量 Vx400 分光光度计记录，测量区间： 400 MHz 。化学位移，δ，参考国际标准的 TMS 测定。荧光光谱通过 Cary Eclipse 荧光分光光度计测定。紫外光谱通过 JASCO-V570 红外分光光度仪测定。

实施例 1

将氮杂环卡宾银冠醚（实施例 5 ） (1 × 10^-5mol/L) 在 25˚C 下加入到乙腈溶液中，向其中分别加入 20 倍浓度的四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵 , 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后测定其荧光吸收。每次添加后， 8-10 分钟达到反应平衡才可纪录相应的荧光强度。发现当加入氟，氯，溴，磷酸二氢根，硫酸氢根，醋酸根，硝酸根离子时对其荧光强度几乎无影响，而当加入碘离子荧光强度有明显的下降。选择吸收峰降低最多的四丁基碘化铵对受体进行荧光和紫外性能测定。见附图 2 和 3 。

实施例 2

荧光滴定通过 Cary Eclipse 荧光分光光度计用 1cm 路径长的石英槽测定的。在滴定中使用的乙腈是用氢化钙脱水得到的除水乙腈。滴定的进行是将受体（实施例 5 ） (1 × 10^-5mol/L) 加入 4mL 的比色皿中，并用微量注射器加入浓度逐渐增大的四丁基碘化铵 (0.0-24.0 × 10^-5mol/L) 。每次添加后， 8-10 分钟达到反应平衡后才可纪录相应的荧光强度。在 362nm 处有强峰，且随着碘离子浓度的增大荧光强度逐渐降低直至不再变化。这说明碘离子是受体的淬灭剂。数据分析使用 Origin 8.0 。见附图 3 。

实施例 3

紫外滴定通过 JASCO-V570 分光光度计用 1cm 路径长的石英比色皿测定的。在滴定中使用的乙腈是用氢化钙脱水得到的除水乙腈。滴定的进行是将受体（实施例 5 ） (1 × 10^-5mol/L) 加入 4mL 的比色皿中，并用微量注射器加入浓度逐渐增大的四丁基碘化胺 (0.0-20.0 × 10^-5mol/L) 。每次添加后， 8-10 分钟达到反应平衡才可纪录相应的荧光强度。紫外吸收随着碘离子浓度的增加而逐渐增大，通过选取每条紫外曲线上 205nm 处的点制作工作曲线（见附图 4 插图），可知碘离子与受体是 1 ∶ 1 结合的。数据分析使用 Origin 8.0 。见附图 4 。

实施例 4

将溶有苯并咪唑 (1.000g, 8.5mmol) 的四氢呋喃加入到溶有氢化钠 (0.244g, 10.2 mmol) 的四氢呋喃 (25 mL) 中，混合液在 60 下加热 1h ，将溶有溴代正丁烷 (1.145 g, 9.3 mmol) 的四氢呋喃 (20 mL) 滴加入上述混合溶液中，在 60 下加热 48h 。将黄色溶液旋干，用水洗旋干物。并用二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，抽滤得到黄色液体 1- 正丙基 - 苯并咪唑，产量： 1.221 g (90%) 。

在四氢呋喃溶剂中加入 1- 正丙基 - 苯并咪唑 (1.429 g, 8.9 mmol) 和 1,2- 二（氯乙氧基）乙烷，在回流条件下加热 3 天，有白色产物生成，抽滤并用四氢呋喃试剂洗，在甲醇或乙醚中重结晶得到白色的粉末状产物 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑）乙氧基 ] 乙烷氯化物。产率 2.207 g (78%) ，熔点 : 170-172 ˚C 。

在甲醇中加入六氟磷酸铵和上述得到的 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑）乙氧基 ] 乙烷氯化物，搅拌立即生成白色物质，抽滤得到产物，并用水洗掉少量的甲醇，干燥得到产物 1 ， n- 二 [1- （ N- 取代基苯并咪唑）乙氧基 ] 乙烷六氟磷酸盐 (L¹H₂) 。产率 : 2.875 g (90%) 。熔点： 150-152 ˚C 。 Anal. Calcd for C₂₆H₃₆F₁₂N₄O₂P₂: C, 42.98; H, 4.50; N, 7.71%. Found: C, 42.72; H, 4.63; N, 7.95%. ¹H NMR (400 MH_Z,DMSO-d₆): δ 0.84 (t, J = 7.2, 6H, CH ₃), 1.84-1.89 (m, 4H, CH ₂), 3.46 (s, 4H, CH ₂), 3.76 (s, 4H, CH ₂), 4.43 (t, J = 7.2, 4H, CH ₂), 4.58 (t, J = 4.8, 4H, CH ₂), 7.63-7.69 (m, 4H, PhH), 7.96 (q, J = 3.0, 4H, PhH), 8.02 (q, J = 3.0_, 4H, PhH) 9.58 (s, 2H, 2-bimiH).

实施例 5

将氧化银 (0.070g, 0.3 mmol) 加入溶有配体 (L¹H₂) (0.200 g, 0.3 mmol) 的二氯甲烷 (30 mL) 溶液中，将此悬浮液在回流条件下搅拌 24h 。过滤后将溶液浓缩至 5ml, 加入 5ml 乙醚出现白色粉末，过滤得到配合物 1 。产率： 0.072 g (38%) ，熔点 : 230-231 ˚C 。 Anal. Calcd for C₂₆H₃₄F₆AgN₄O₂P: C, 45.43; H, 4.99; N, 8.15%. Found: C, 45.68; H, 4.62; N, 8.53%.¹H NMR (400 MH_Z,DMSO-d₆): δ 0.93 (t, J = 7.4, 6H, CH ₃), 1.90-1.95 (m, 4H, CH ₂), 2.50-2.51 (m, 4H, CH ₂), 3.70 (s, 4H, CH ₂), 4.51 (t, J = 6.8, 4H, CH ₂), 4.69 (t, J = 4.4, 4H, CH ₂), 7.45-7.50 (m, 4H, PhH), 7.81-7.87 (m, 4H, PhH).

上述实施例 4 和实施例 5 的实验流程如下图所示：

综上所述，本发明的内容并不局限在实例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实例，但这种实例都包括在本发明的范围之内。

Claims

1.具有式1结构的氮杂环卡宾金属银冠醚化合物作为受体在识别碘离子方面的应用；

。