CN103319543A

CN103319543A - 二茂铁衍生物、其制备方法及用途

Info

Publication number: CN103319543A
Application number: CN2013102397459A
Authority: CN
Inventors: 雍建平; 卢灿忠
Original assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103319543B

Abstract

本发明公开式I所示的二茂铁衍生物

I其中：R选自:

,

,

,

,

，等杂环。以式1所示的二茂铁衍生物作为均相媒介或以式1所示的二茂铁衍生物修饰的玻碳电极对半胱氨酸具有显著的电催化氧化特性。以其作为电化学传感器用于检测半胱氨酸、活性生物分子及药物小分子的含量的用途。

Description

二茂铁衍生物、其制备方法及用途

技术领域

本发明涉及一类二茂铁衍生物及其制备方法及其在电化学催化氧化方面的应用，具体而言，以该类化合物作为媒介或以其修饰的玻碳电极电极对半胱氨酸具有显著的电催化氧化活性，以该类化合物修饰的玻碳电极电极作为电化学传感器用来检测微量的半胱氨酸、活性生物分子或药物小分子的含量。

背景技术

二茂铁（Ferrocene）是1951年由Kealy和Pauson等合成的一种具有具有独特的夹心结构化合物，二价铁离子被夹在两个平面环之间互为交错构型，使得亚铁离子的性质和环戊二烯基的性质均消失，而显示出芳香性。

二茂铁衍生物具有芳香性、氧化还原性、稳定性及低毒性已在不对称催化、磁性材料、非线性光学材料、液晶材料及医药领域得到了重要的应用。此外二茂铁还具有良好的可逆的电化学特性。近年来，二茂铁甲酸已被广泛的用来修饰多种氧化还原酶，特别是葡萄糖氧化酶（GOD），其中二茂铁甲酸与GOD生成Fc-GOD已用于制作安培葡萄糖生物传感器。

半胱氨酸在生物化学反应过程中具有重要的作用。另外，半胱氨酸含量在某些疾病的诊断过程中也具有一定的参考（Buritis CA, Ashwood ER. Tietz fundamentals of clinical chemistry, 4^th edn. WB Saunders Co. New York. 1996）. 二茂铁衍生物作为均相媒介已被用来通过电化学氧化检测微量半胱氨酸的含量（Z.N. Gao, et al. Electroanalysis. 2005, 7: 619-624）.

在本发明中，我们合成了5个结构全新的二茂铁衍生物，并初步研究了该二茂铁衍生物修饰的玻碳电极对半胱氨酸的电化学氧化行为，结果表明其对半胱氨酸具有显著的电催化氧化活性。以该二茂铁衍生物修饰的玻碳电极作为电极探针用来检测微量的半胱氨酸。

发明内容

本发明的目的在于，提供了如式I所示的二茂铁衍生物，该二茂铁衍生物修饰的玻碳电极对半胱氨酸具有显著的电催化氧化活性，以该类二茂铁衍生物修饰的玻碳电极可作为电极探针用来检测微量的半胱氨酸。

本发明通过如下的技术方案实现：

一种式I所示的二茂铁衍生物：

I

其中：R选自:

,

,

, ,

等杂环

根据本发明式I所示的二茂铁衍生物，其特征在于该类二茂铁衍生物为下

列之一。

本发明还提供了一种前述任一项式I所示的二茂铁衍生物，以其作为媒介或修饰玻碳电极对半胱氨酸具有显著的电催化氧化作用，可作为电极探针在微量半胱氨酸检测中的应用。

本发明还提供了一种式I所示的二茂铁衍生物，其特征在于以二茂铁甲酸和含羟基的杂环化合物或卤代物或羰基化合物（如：

，等）为起始原料，在0℃至室温条件下，干燥的有机溶剂体系中催化反应制备。其中Fc-D1至Fc-D6通过如下的路线合成：

上述反应中，有机溶剂选自苯，甲苯，二甲苯，二氯甲烷，四氢呋喃，乙腈，DMF，四氯化碳及离子液体。催化剂为DMAP，NMM，三乙胺。

附图说明

附图为 Fc-D5-Nafion 修饰的玻碳电极电催化氧化半胱氨酸循环伏安曲线；其中，曲线a：nafion 溶液修饰的GCE 在0.1M 硫酸钠溶液中的循环伏安曲线；曲线 b：nafion 溶液修饰的GCE在0.1M硫酸钠溶液和6.0×10^-3M L-Cys溶液中的循环伏安曲线；曲线c ：Fc-D5- nafion溶液溶液修饰的GCE在0.1M 硫酸钠溶液中的循环伏安曲线；曲线d：Fc-D5- nafion溶液溶液修饰的GCE在0.1M 硫酸钠溶液和6.0×10^-3M L-Cys溶液中的循环伏安曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。需要说明的是，下述实施例不能作为对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进都不违背本发明的精神。

其中，目标化合物的合成过程及电催化氧化实验均以实施例中的代表说明，其余的目标化合物的合成过程及电催化氧化实验同代表实施例。

仪器与试剂：

AVANCE III 核磁共振仪(400MHz, CDCl₃,TMS为内标)，离子阱液质连用仪(DECAX-30000 LCQ Deca XP)，Shimadzu FTIR-8400S(日本岛津制作所生产)，XT5数字显示显微熔点测定仪(北京市科仪电光仪器厂制造，温度未经校正)，电化学工作站CHI760 (CH Instrument,Inc. U. S. A.)，采用传统的三电极体系（修饰玻碳电极为工作电极，铂丝电极为辅助电极，Ag/AgCl电极为参比电极）；N,N-二环己基-碳二酰亚胺（DCC）, 4-N,N-二甲基吡啶（DMAP），1-羟基苯并三唑(HOBt)，6-氯-1-羟基苯并三唑(6-Cl-HOBt)，2,6-二甲氧基-4-氯-三嗪(CDMT), N-甲基吗啉（NMM）购自阿拉丁试剂公司。

实施例1 化合物Fc-D1的合成

将二茂铁甲酸(0.46g, 2mmol) 和N,N-二环己基-碳二酰亚胺(DCC，0.453g, 2.2mmol)加入100 mL圆底烧瓶中，加入20 mL干燥的四氢呋喃，混合物在冰浴中搅拌下，将10mL含有 DMAP (0.268g, 2.2mmol)的干燥四氢呋喃溶液缓慢滴加入反应体系。冰浴下搅拌30分钟后，自然升至室温反应，TLC检测反应完成后，反应液减压浓缩，剩余物直接柱分离，用（V_石油醚：V_乙酸乙酯，5:1-2:1）流动相洗脱即得化合物Fc-D1 0.75g, 收率：86%。

浅黄色固体， Mp.:173 ^oC, ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ(ppm):0.92-1.33(m, 8H), 1.35-1.66(m, 5H), 1.79-1.85(m, 6H),1.99-2.09(m, 2H), 3.48-3.53(m, 1H), 4.19(s, 5H), 4.28(t, J=2.0Hz, 2H), 4.67(t, J=1.6Hz, 2H), 6.04(d, J=6.4Hz, 1H, O=C-NH); ¹³C NMR(100MHz, CDCl₃)δ(ppm): 24.6, 25.4, 25.5, 26.3, 30.9, 31.1, 31.2, 31.3, 32.6, 47.7,49.8, 56.8, 70.4, 77.9 (C₅H₄), 70.3 (C₅H₅), 154.9(C=N), 171.9(-C=O); MS(ESI): m/z 436[M]+; IR(KBr,cm^-1)ν: 3235(NH), 3039(=C-H), 2931(C-H), 1701(O=C-O-), 1598(C=C), 1542(C=N), 1182(C-O).

实施例2 化合物Fc-D2的合成

将二茂铁甲酸(0.46g, 2mmol) ，N,N-二环己基-碳二酰亚胺(DCC，0.453g, 2.2mmol)和1-羟基苯并三唑(HOBt，0.337g, 2.5mmol)加入100 mL圆底烧瓶中，加入20 mL干燥的四氢呋喃，混合物在冰浴中搅拌下，将10mL含有 DMAP (0.268g, 2.2 mmol)的干燥四氢呋喃溶液缓慢滴加入反应体系。冰浴下搅拌30分钟后，自然升至室温反应，TLC检测反应完成后，反应液减压浓缩，剩余物直接柱分离，用（V_石油醚：V_乙酸乙酯，5:1-2:1）流动相洗脱即得化合物Fc-D1 0.638g,, 收率：92%。

浅黄色固体，Mp.:141-142^oC, ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ(ppm):4.42(s,5H), 4.67(t, J=2.0Hz, 2H), 5.07(t, J=1.0Hz, 2H), 7.39-7.45(m, 2H), 7.52(d, J=7.2Hz, 1H), 8.08(d, J=8.4Hz, 1H); ¹³C NMR(100MHz, CDCl₃)δ(ppm): 63.7, 70.8,73.5(C₅H₄),71.0(C₅H₅), 108.4, 120.5, 124.7, 128.6, 128.9, 143.6(benzotriazol-ring), 168.3(-O-C=O); MS (ESI): m/z 347[M]⁺; IR(KBr,cm^-1)ν: 3035(=C-H), 1776(O=C-O-), 1441(C=C),1261(C=N), 1054(C-O), 768(Ph).

实施例3 化合物Fc-D3的合成

化合物Fc-D3的合成过程同化合物Fc-D2的合成，收率75%，浅黄色固体，Mp.:112-113 ^oC, ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 4.47(s,5H), 4.72(s, 2H), 5.10(s, 2H), 7.41(dd, J=1.6, 1.6Hz, 1H), 7.49(d, J=1.6Hz, 1H), 8.03(d, J=8.8Hz, 1H);¹³C NMR(100MHz, CDCl₃)δ(ppm): 63.7, 71.3, 73.9(C₅H₄),71.4(C₅H₅), 108.6, 121.8, 126.4, 129.9, 135.5, 142.4(benzotriazol-ring), 168.5; MS(ESI) : m/z 482[M]⁺; IR(KBr, cm^-1)ν: 3100(=C-H), 1792(O=C-O-), 1445(C=C), 1286(C=N), 1029(C-O), 881(C-Cl), 827(Ph).

实施例4 化合物Fc-D4的合成

化合物Fc-D4的合成过程同化合物Fc-D3的合成，收率：80%，浅黄色固体，Mp.:136-137^oC, ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 4.44(s, 5H), 4.61(s, 2H), 5.03(s, 2H), 7.38(dd, J=4.8, 4.8Hz, 1H), 8.38(d, J=8.4Hz, 1H), 8.68(d, J=4.4Hz, 1H);¹³C NMR(100MHz, CDCl₃)δ(ppm): 63.5, 71.1, 73.5(C₅H₄),71.3(C₅H₅), 120.8, 129.5,135.1, 140.9, 151.7([1,2,3]triazolo[4,5-b]pyridin-ring),168.1(-O-C=O); MS(ESI) : m/z 348[M]⁺; IR(KBr, cm^-1)ν:3108(=C-H), 1775(O=C-O), 1448(C=C), 1265(C=N), 1058(C-O), 887.

实施例5 化合物Fc-D5的合成

将二茂铁甲酸(0.46g, 2mmol)，2,6-二甲氧基-4-氯-三嗪(CDMT，0.438g, 2.5mmol)加入100 mL圆底烧瓶中，加入20 mL干燥的四氢呋喃，混合物在冰浴中搅拌下，将10mL含有 NMM (0.253g, 2.5 mmol)的干燥四氢呋喃溶液缓慢滴加入反应体系。冰浴下搅拌30分钟后，自然升至室温反应，TLC检测反应完成后，反应液减压浓缩，剩余物直接柱分离，用（V_石油醚：V_乙酸乙酯，5:1-2:1）流动相洗脱即得化合物Fc-D10.638g,, 收率：92%。

浅黄色固体，¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 4.08(s, 6H, 2OCH₃), 4.39(s, 5H),4.56(s, 2H), 4.95(s, 2H); ¹³C NMR(100MHz, CDCl₃)δ(ppm): 56.4(OCH₃), 70.6, 71.3, 73.1(C5H4), 71.4(C5H5), 167.9(-C=O), 171.2, 174.5([1,3,5]triazin-ring); MS(ESI): m/z 369[M]⁺; IR(KBr, cm^-1): ν: 3104(=C-H), 2951(C-H), 1747(O=C-O), 1577(C=C), 1469(C=N),1366(C-O).

实施例6 半胱氨酸的电催化氧化

1. 1.7 ×10^-2 M 的Fc-D5溶液的制备

将Fc-D5(6.6mg, 0.017mmol) 和50 μL 5% nafion 溶液加入1mL的离心管，用无水乙醇定容到1mL，混合物超声10分钟后备用。

2. 玻碳电极的前处理

将裸玻碳电极用0.1μm α-Al₂O₃抛光，依次用去离子水，10 M H₂SO₄ 溶液及去离子水依次超声清洗5分钟。

3. 二茂铁衍生物修饰电极的制备

用微量注射器取出5μL Fc-D5- nafion 溶液，滴在处理过得玻碳电极表面，自然晾干既得修饰电极。

4. 半胱氨酸的电催化氧化

将10mL 6.0×10^-3M L-Cys溶液和10mL 0.1M Na₂SO₄ 溶液置于50mL 烧杯中，采用传统的三电极体系（铂丝电极为辅助电极，修饰的玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极）检测二茂铁的修饰的玻碳电极对半胱氨酸的电催化氧化行为，结果表明二茂铁修饰的玻碳电极对半胱氨酸具有很强的电催化氧化活性，其为一准可逆的氧化过程，见附图，二茂铁衍生物Fc-D5 可以促进半胱氨酸的氧化，具有很强的电化学感应信号。Fc-D5修饰的玻碳电极可作为电化学传感器检测微量的半胱氨酸。