CN104341347A - 一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物,所述有机化合物可以根据实际需要进行任何比例的组合,并能够固定在亲水高聚物上进一步制备检测水环境酸碱度的产品。所述产品可以实现对pH值的连续测定,大大提高了效率、灵敏度和重现性。
Description
技术领域
本发明涉及能够测定酸碱度的有机化合物领域,尤其涉及一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物及其应用。
背景技术
酸碱度(pH值)是在各类科学研究和实际应用中最重要的测定参数之一,因此用于测定pH的传感器的研制也备受关注。电化学传感器(pH玻璃电极)是目前使用最广泛的pH传感器。但是这类电化学传感器具有许多内在的缺陷:需要参比电极、经常校正、阻抗高、易破损、在高碱度情况下存在“钠误差”等。而光化学传感器,包括荧光和吸收pH传感器,正好弥补了玻璃电极pH传感器的不足。但是,光化学传感器也存在它的内在缺陷,其中最主要的缺陷之一是测定范围窄,每一个荧光染料只能涵盖2个pH单位。为了解决这个问题,在光学pH传感器的研究中,都是采用分子内电荷转移(Internal Charge transfer,ICT)的响应机理,引入多种具有不同pKa值的染料,来涵盖不同pH范围。对于ICT类型的pH指示剂,由于荧光团是调节不同pKa值的相关基团的一部分,具有不同pKa值的相关基团就会影响荧光团的光学性质,造成不同的荧光激发和发射波长。因此,与其相配套的仪器也得做出相应的改进,使其适合具有不同激发波长和发射波长的传感器。仪器设计变得更加复杂,生产成本更高。
与ICT类型的pH指示剂不同,在光诱导电子转移(Photo-induced Electron Transfer,PET)的响应机理中,荧光团和调节不同pKa值的相关基团分属两个独立部分,它们的π电子不共轭,更换不同pKa值的相关基团不会影响荧光团的光学性质。所以,所配套的仪器只需一套固定波长的激发和发射波长,仪器简单,生产成本变得更低。从而弥补荧光光学传感器的在酸碱度检测方面的检测范围较窄的先天性的不足。基于光诱导电子转移(PET)机理的荧光传感器已经有些报道,但所有报道的荧光传感器都只限于测定窄幅范围的pH值,不具有测定广泛pH值的能力。
为克服现有技术中的缺陷,本发明公开了一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物及其应用。
发明内容
本发明第一个目的是提供一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物,可固定在亲水的高聚物上制成多次使用的可逆的广泛酸碱度(pH)荧光探针。
本发明第二个目的是提供用于检测水环境酸碱度的产品,是通过上述有机化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的产物加入水凝胶涂布而成,该产品适用于各种环境中的酸碱度(pH)的数值的连续检测。
本发明第三个目的是提供用于广泛检测水环境中酸碱度的组合物,测量范围可达pH1.0-14.0。
本发明的第一方面是提供了一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物,所述有机化合物是在取代或未取代的苯胺或苯酚的对位引入荧光基团。所述有机化合物具有如下结构式I或II:
所述的化合物具有式I的结构时,整个荧光淬灭基团为苯胺,pKa的范围在2到5;其中R1独立地选自-H和以下吸电子基团:-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;
优选的,所述R1选择以下基团:-H、-F、-Cl、-Br、-I。
其中,R2、R3、R4、R5和R6独立地选自以下基团:
-H、C1-C6的直链或支链烷基、C1-C6的直链或支链烷氧基;
优选的,所述R2、R3、R4、R5和R6独立地选自:
-H、C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基;
更优选的,所述R2、R3、R4独立地选自:-H、-CH3、-C2H5,所述R5和R6独立地选自:-CH3、-C2H5、-C2H5OCH3、-CH3OCH3;
所述的化合物具有式II的结构时,整个荧光淬灭基团为苯酚,pKa的范围在7到12,其中R7、R8独立地选自-H、吸电子基团或供电子基团,
所述的吸电子基团选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;
所述的供电子基团选自-NH2、-OH、C1-C6的直链或支链烷氧基、C1-C6的直链或支链烷基、-NHCOCH3、-C6H5;
优选的,所述R7,R8独立地选自:-H、-F、-Cl、-Br、-I、C1-C4的直链或支链烷基、-OCH3。
更为优选的,所述R7,R8独立地选自:-H、-Cl、-OCH3、-OC2H5。
其中,R9、R10、R11独立地选自:
-H、C1-C6的直链或支链烷基、C1-C6的直链或支链烷氧基;
优选的,所述R9、R10、R11独立地选自:
-H、C1-C4的直链或支链烷基,C1-C4的直链或支链烷氧基。
本发明中所述的淬灭基团是指化合物中与荧光基团相连的结构,其能够减少整个化合物的共轭,使荧光效应减弱。本发明所述的“C1-C4的直链或支链烷基”是指C1-C4的直链烷基、C4的支链烷基,特别是包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。
本发明所述的“C1-C4的直链或支链烷氧基”包括C1-C4的直链烷氧基、C3-C4的支链烷氧基,例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基。
本发明所述的结构式I和II的化合物中各取代基由于不同的组合,从而形成具有不同pKa值的化合物,具有在不同pH值下的不同荧光响应,在本发明的具体实施方案中,所述的结构式I和II的化合物可以为下列组合,所组成的化合物pKa值在所标pKa值左右的范围内,并不一定为所标pKa值:
结构式I的化合物:
pKa | R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | R6 |
2 | -H | -H | -H | -H | C1-C6的烷氧基 | C1-C6的烷氧基 |
5 | -H | -H | -H | -H | C1-C6的烷基 | C1-C6的烷基 |
结构式II的化合物:
pKa | R7 | R8 | R9 | R10 | R11 |
7 | -F、-Cl、-Br等Ewg | -F、-Cl、-Br等Ewg | -H | -H | -H |
9 | -F、-Cl、-Br等Ewg | -H | -H | -H | -H |
10 | -H | -H | -H | -H | -H |
12 | -OCH3等Edg | -OCH3等Edg | -H | -H | -H |
上表中吸电子基团由Ewg表示,供电子基团由Edg表示。
化合物I和II中的Y为荧光基团,所述荧光基团独立地选自下述结构:
其中,R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20独立地选自-H、-OH、C1-C6的直链或支链烷基、C1-C6的直链或支链烷氧基、C3-C6的环烷基、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NO2、-NH2。
在本发明一个优选的实施方式中,R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20优选独立地选自-H、-OH、C1-C4的直链烷基、C1-C4的直链烷氧基、C3-C6的环烷基、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NO2、-NH2。
在本发明的一个优选的实施方式中,所述荧光基团选自4-氨基-1,8萘酰亚胺或罗丹明。
在本发明一个具体的实施方式中,所述的结构式I或II化合物具有如下结构,其中荧光基团为4-氨基-1,8萘酰亚胺时:
荧光基团为罗丹明时:
在本发明第二方面是提供一种用于检测水环境酸碱度的产品,所述产品由本发明所述的结构式I或II的化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的产物加入水凝胶涂布而成的。常见的亲水高聚物均可用于本发明,优选高聚物为氨基纤维素。
在本发明的一个具体实施方式中,所述产品为荧光探针或敏感膜。
在本发明另一个优选实施方式中,所述检测为连续检测。
在本发明第三方面是提供一种广泛测定水环境酸碱度的组合物,所述的组合物包括:(1)一种或两种以上结构式I化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物;(2)一种或两种以上结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物。
优选的,所述的组合物中包括:
(1)结构式I化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式I化合物中R1选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;R2、R3、R4为-H;R5和R6独立地选自C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基;
(2)结构式I化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式I化合物中为R1选自-H;R2、R3、R4为-H;R5和R6独立地选自C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基;
(3)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中为其中R7选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;所述R8选自-F、-Cl、-Br;所述的R9、R10、R11为-H;
(4)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中R7选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;所述的R8为-H;所述的R9、R10、R11为-H;
(5)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中R7选自-H;所述的R8为-H;所述的R9、R10、R11为-H;
(6)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中R7选自-NH2、-OH、C1-C6的直链或支链烷氧基、C1-C6的直链或支链烷基、-NHCOCH3、-C6H5;所述的R8为-OCH3;所述的R9、R10、R11为-H;
所述的组合物中,各化合物的组合比例按质量比为(1)∶(2)∶(3)∶(4)∶(5)∶(6)=25-35∶10-20∶10-20∶10-20∶25-35∶10-20,所述组合物的测定范围为1.0-14.0。
在本发明一个优选的实施方式中,所述的广泛测定水环境酸碱度的组合物包括:(1)P16所示结构的化合物和亲水高聚物制备而成的化合物;(2)P26所示结构的化合物和亲水高聚物制备而成的化合物;(3)P35所示结构的化合物和亲水高聚物制备而成的化合物,(4)P45所示结构的化合物和亲水高聚物制备而成的化合物;(5)P54所示结构的化合物和亲水高聚物制备而成的化合物;(6)P67所示结构的化合物和亲水高聚物制备而成的化合物,其中各化合物的组合比例按质量比为(1)∶(2)∶(3)∶(4)∶(5)∶(6)=28∶13∶13∶13∶19∶14。
本发明的有机化合物作为具有如下突出的技术优势:
1、本发明在通过在所述苯胺或苯酚及其衍生物中引入荧光基团,可以制备出一系列具有不同pka的有机化合物。该化合物可以根据实际需要进行任何比例的组合以测定不同范围的pH值,具有良好的适用性。
2、本发明的有机化合物可以固定在亲水高聚物表面制成一种产品,既可达到测定广泛的pH值,又可测定不同的区域pH值。该产品由于可以实现对pH值的连续测定,大大提高了效率、灵敏度和重现性。
附图说明
图1为本发明具有不同pKa值的氢离子载体结构。
图2为本发明制备用于固定型(以4-氨基-1,8-萘酰亚胺为例,可被固定在高聚物表面的)苯胺类荧光染料的反应路线。
图3为本发明制备用于固定型(以4-氨基-1,8-萘酰亚胺为例,可被固定在高聚物表面的)苯酚类荧光染料的反应路线。
图4为本发明制备试剂型荧光染料的反应路线。(以罗丹明为荧光基团)
图5为本发明固定型荧光染料的激发和发射光谱。(激发波长470nm,发射波长540nm)
图6为本发明固定型荧光染料的校正曲线。(激发波长470nm,发射波长540nm)
图7为本发明固定型荧光染料的经过归一化后校正曲线。
图8为本发明固定型荧光染料的用不同配方所产生的可用于测定不同范围酸碱度(pH)值的校正曲线。(激发波长470nm,发射波长540nm)
图9为本发明固定型荧光染料在制成敏感膜以后对酸碱度的连续可逆响应。(激发波长470nm,发射波长540nm)
图10为本发明固定型荧光染料在制成敏感膜以后对广泛酸碱度(0-14)的连续可逆响应。(激发波长470nm,发射波长540nm)
图11为本发明固定型荧光染料在制成敏感膜以后对广泛酸碱度(0-14)的校正曲线。(激发波长470nm,发射波长540nm)
图12为本发明试剂型(以四甲基罗丹明为例)荧光染料的激发和发射光谱。
图13为本发明试剂型荧光染料的校正曲线。(激发波长470nm,发射波长580nm)
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所图式说明如下。
图1列出了最有代表性的六种不同pKa的负电子光诱导电子转移(PET)荧光淬灭基团,以pKa值从小到大顺序排列。以苯胺衍生物来涵盖酸性范围的pH测试。苯胺的pka=5,N,N-二甲氧基乙基苯胺因二甲氧基的拉电子作用而使其pka有所降低,从N,N-二乙基苯胺(pka=5)降低到2。可以涵盖pH0-4。N,N-二乙基苯胺的pka=5,可以涵盖pH 3-7。以苯酚衍生物来涵盖碱性范围的pH测试。苯酚的pka=10,可以涵盖pH 8-12。双氯取代苯酚由于氯原子的拉电子效应而使其pKa下降到7,可以涵盖pH 5-9;单氯取代苯酚由于氯原子的拉电子效应而使其pKa下降到8.5,可以涵盖pH 7-10;把双氯换成具有给电子效应的甲氧基,可以苯酚的pKa升高,使其达到pka=12,可以涵盖pH 10-14。通过对上述六种荧光淬灭基团的组合,可以涵盖整个范围(0-14)的pH值,从而达到制备广泛pH荧光探针的目的。结果如图6和图7所示。
图2-4以具体化合物为例显示了本发明氢离子载体化合物(荧光淬灭基团)和荧光指示剂的合成路线。需要注意的是,此处使用具体化合物只是出于方便理解的目的,本领域技术人员可根据这些具体化合物的合成路线进行必要的改动来制备可用于本发明的其他离子载体化合物和指示剂。
参考图2所示,显示了本发明的以苯胺衍生物为荧光淬灭基团、以4-氨基-1,8-萘酰亚胺为荧光基团所生成的一系列固定型染料的的合成路线。以苯乙胺(P11)为原料,经由硝化反应得到化合物(P12),将硝基进行氢化还原后得到化合物(P13),将其与4-氯-1,8-萘酰亚胺反应制成4-氨基-1,8-萘酰亚胺中间体(P14)。把化合物(P14)用甲氧基氯乙醚进行双烷基化得,即化合物(P15)。把化合物(P15)的叔丁酯去保护而变成羧酸(P16)后,直接与氨基纤维素反应而被固定在氨基纤维素上面,得到纤维素粉(P17)。用这个纤维素粉与水凝胶混合涂成敏感膜来生产pH 0-4敏感探针。其荧光校正曲线如图6。归一化后的荧光校正曲线如图7。再把化合物(P14)用碘乙烷进行双烷基化得,即化合物(P25)。把化合物(P25)的叔丁酯去保护而变成羧酸(P26)后,直接与氨基纤维素反应而被固定在氨基纤维素上面,得到纤维素粉(P27)。用这个纤维素粉与水凝胶混合涂成敏感膜来生产pH 3-7敏感探针。其荧光校正曲线如图6。归一化后的荧光校正曲线如图7。
参考图3所示,显示了本发明的以苯酚衍生物为荧光淬灭基团、以4-氨基-1,8-萘酰亚胺为荧光基团所生成的一系列固定型染料的合成路线以酪胺(P51)为原料,经由二叔丁基碳酸酯反应得到t-BOC保护的酪胺,即化合物(P52),用磺酰氯进行双氯代后得到化合物(P32),用三氟乙酸去保护得化合物(P33)将其与4-氯-1,8-萘酰亚胺反应制成4-氨基-1,8-萘酰亚胺中间体(P34)。把化合物(P34)的叔丁酯去保护而变成羧酸(P35)后,直接与氨基纤维素反应而被固定在氨基纤维素上面,得到纤维素粉(P36)。用这个纤维素粉与水凝胶混合涂成敏感膜来生产pH 5-9敏感探针。其荧光校正曲线如图6。归一化后的荧光校正曲线如图7。再把化合物(P52)用磺酰氯进行单氯代后得到化合物(P42),用三氟乙酸去保护得化合物(P43),将其与4-氯-1,8-萘酰亚胺反应制成4-氨基-1,8-萘酰亚胺中间体(P44)。把化合物(P44)的叔丁酯去保护而变成羧酸(P45)后,直接与氨基纤维素反应而被固定在氨基纤维素上面,得到纤维素粉(P46)。用这个纤维素粉与水凝胶混合涂成敏感膜来生产pH 7-10敏感探针。其荧光校正曲线如图6。归一化后的荧光校正曲线如图7。将酪胺(P51)直接与4-氯-1,8-萘酰亚胺反应制成4-氨基-1,8-萘酰亚胺中间体(P53)。把化合物(P53)的叔丁酯去保护而变成羧酸(P54)后,直接与氨基纤维素反应而被固定在氨基纤维素上面,得到纤维素粉(P55)。用这个纤维素粉与水凝胶混合涂成敏感膜来生产pH 9-13敏感探针。其荧光校正曲线如图6。归一化后的荧光校正曲线如图7。相对而言,荧光探针(P68)的合成步骤较长。由丁香醛(P61)为原料,用氯化苄保护的化合物(P62),与硝基甲烷缩合得化合物(P63),用氢化铝锂还原的苯乙胺(P64),脱掉苄基保护的化合物(P65)。将其与4-氯-1,8-萘酰亚胺反应制成4-氨基-1,8-萘酰亚胺中间体(P66)。把化合物(P66)的叔丁酯去保护而变成羧酸(P67)后,直接与氨基纤维素反应而被固定在氨基纤维素上面,得到纤维素粉(P68)。用这个纤维素粉与水凝胶混合涂成敏感膜来生产pH 10-14敏感探针。其荧光校正曲线如图6。归一化后的荧光校正曲线如图7。
参考图4所示,显示了本发明的同样以苯胺和苯酚衍生物为荧光淬灭基团、用罗丹明做为荧光基团所生成的一系列试剂型染料的的合成路线。以苯胺(R11)为原料,用甲氧基氯乙醚进行双烷基化得,即化合物(R12),甲酰化后即得把化合物(R13),再与3-N,N-二甲氨基苯酚缩合生成中间体(R14),经氧化关环得到最终产物(R15)。用这个化合物就可作为试剂型pH 0-4敏感探针。其荧光荧光光谱如图12。其荧光校正曲线如图13。以N,N-二乙基苯胺(R21)为原料,甲酰化后即得把化合物(R23),再与3-N,N-二甲氨基苯酚缩合生成中间体(R24),经氧化关环得到最终产物(R25)。用这个化合物就可作为试剂型pH 2-6敏感探针。其荧光荧光光谱如图12。其荧光校正曲线如图13。以对羟基苯甲醛(R53)为原料,用磺酰氯进行双氯代后得到化合物(R33),再与3-N,N-二甲氨基苯酚缩合生成中间体(R34),经氧化关环得到最终产物(R35)。用这个化合物就可作为试剂型pH 4-7敏感探针。其荧光荧光光谱如图12。其荧光校正曲线如图13。同样以对羟基苯甲醛(R53)为原料,用磺酰氯进行单氯代后得到化合物(R43),再与3-N,N-二甲氨基苯酚缩合生成中间体(R44),经氧化关环得到最终产物(R45)。用这个化合物就可作为试剂型pH 5-8敏感探针。其荧光荧光光谱如图12。其荧光校正曲线如图13。直接以对羟基苯甲醛(R53)为原料,与3-N,N-二甲氨基苯酚缩合生成中间体(R54),经氧化关环得到最终产物(R55)。用这个化合物就可作为试剂型pH 5-9敏感探针。其荧光荧光光谱如图12。其荧光校正曲线如图13。同样,直接以对丁香醛(R63)为原料,与3-N,N-二甲氨基苯酚缩合生成中间体(R64),经氧化关环得到最终产物(R65)。用这个化合物就可作为试剂型pH 8-10敏感探针。其荧光荧光光谱如图12。其荧光校正曲线如图13。
本说明书上文中结合具体实施方式对本发明进行了阐释,但应理解,这些描述和阐释只是为了更好地理解本发明,而不构成对本发明的任何限定。本领域技术人员在阅读了本申请说明书之后可对本发明的具体实施方式进行必要的改动而不脱离本发明的精神和范围。本发明的保护范围由所附的权利要求书限定,并且涵盖了权利要求的等同变换。
除非本申请上下文中另有其他说明,否则本申请中所用技术术语及缩写均具有本领域技术人员所知的常规含义;除非另有说明,否则下述实施例中所用原料化合物均为商购获得。
按照图2、图3和图4所描述的反应过程制备本发明所提到的各种化合物,每个步骤的反应的具体步骤如下:
实施例1:
化合物P12的合成:
将苯乙胺(P11)(60.5g 0.50mol)与浓盐酸混合(50ml,0.6mol)。所形成的盐溶解在65ml水中。室温下将此溶液慢慢滴加到快速搅拌下的600ml 35%的硝酸溶液。滴加完毕后继续搅拌过夜。将所得黄色沉淀过滤,溶解在300ml水中,用40%氢氧化钠使其pH大于12,用二氯甲烷萃取(3x300ml),所得溶液用无水碳酸钾干燥,过滤,旋干,得产品61.5g(74%)。1H NMR(CDCl3)δ=2.80(t,2H),2.64(s,br,2H),2.94(t,2H),7.55(d,2H),8.25(d,2H)。
化合物P13的合成:
将硝基苯乙胺(P12)(61.5g 0.37mol)溶解在乙醇中(400ml),加入3.3克5%钯碳,常压下进行催化氢化,直到不消耗氢气为止。过滤,旋干,得产品46.5g(91%)。1HNMR(CDCl3)δ=2.78(t,2H),2.04(s,br,2H),2.90(t,2H),5.30(s,br,2H)6.65(d,2H),7.05(d,2H)。
化合物P14的合成
在一500ml的单口瓶中加入化合物P13(4.3g,0.032mol)用16ml的NMP(即N-甲基吡咯烷酮)使其全部溶解,再加入原料显色基团4-氯-1,8-萘酰亚胺甲基苯甲酸叔丁酯6.8g(0.016mol)[该显色基团可根据H.He,K.Jenkins,C.Lin,Anal.Chim.Acta,611(2008),197-204所公开的方法制备]和DIEA(即二异丙基乙基胺,0.9g,0.007mol)。加热到90℃过夜。18h后TLC(展开剂:DCM∶EA=8∶1)检测显示反应完毕,将其倒入320ml的冰水中,有固体析出,过滤,固体用DCM层搅拌2h后过滤,DCM层用3*320mL的饱和食盐水洗涤后,DCM层干燥,旋干得到黄色的固体,TLC检测含有杂质。然后将黄色固体加入250ml的甲醇搅拌2h,过滤,滤饼干燥得到黄色固体6.3g(40%)。1H NMR(CDCl3)δ=1.54(s,9H),3.03(t,2H),3.51(t,2H),5.30(s,br,2H),5.38(s,2H),6.63(t,2H)7.52-7.59(m,3H)7.88(d,2H)8.00(d,2H)8.45(d,2H)8.56(d,2H)。
化合物P15的合成
在一50ml单口瓶中加入化合物P14(2.0g,3.83mmol),2-氯乙基甲醚(1.09g,11.50mmol),碘化钾(1.91g,11.50mmol),DIEA 1.9mL(11.50mmol)和10ml NMP,110℃搅拌24小时.反应完成后倒入250ml冰水中。过滤所得黄色沉淀,用40ml水洗三遍。用硅胶柱提纯所得粗品,得2.1g(87.7%)黄色固体。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ8.53(d,J=7.2Hz,1H),8.45(d,J=8.4Hz,1H),7.94-7.88(m,3H),7.55(d,J=8.4Hz,3H),7.12(d,J=8.4Hz,2H),6.70(dd,J=4.6,1.8Hz,3H),5.38(s,2H),3.62-3.54(m,11H),3.35(s,6H),2.97(t,J=6.6Hz,2H),1.55(s,9H).13C NMR:165.885,164.771,164.121,149.850,147.123,142.772,134.974,131.476,131.087,130.013,129.818,129.761,128.606,126.551,125.435,124.736,122.872,120.433,112.469,109.852,104.631,81.026,70.355,59.249,51.182,45.069,43.307,33.903,28.426.
化合物P16的合成:称量化合物P15((0.15g,0.19mmol)至二氯甲烷4ml中,再加入三氟乙酸2ml,室温搅拌30min,旋去溶剂得到黄色固体144mg,直接进行下一步。
化合物P17的合成:向化合物P16(0.144g,0.19mmol)的DMF 20ml溶液中,加入氨基纤维素(含DMF,10.5g),DCC(即N,N′-二环己基碳二亚胺)(0.196g,0.95mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.11g,0.95mmol)和三乙胺(0.096g,0.95mmol),室温搅拌过夜,过滤,用DMF洗涤固体至滤液无黄色,再用丙酮、乙醚洗,得到黄色粉末3.5g。
实施例2:
化合物P25的合成
在一50ml单口瓶中加入化合物P14(2.0g,3.83mmol),碘乙烷(2.43g,15.32mmol),碘化钾(2.54g,15.32mmol),DIEA 2.3mL(15.30mmol)和12ml NMP,110℃搅拌24小时.反应完成后倒入280ml冰水中。过滤所得黄色沉淀,用40ml水洗三遍。用硅胶柱提纯所得粗品,得1.83g(83%)黄色固体。1H NMR(300MHz,CDCl3):1.55(s,9H),1.25(t,6H),3.53(q,4H),2.97(t,2H),3.35(t,2H),5.38(s,2H),6.68(t,2H),7.56-7.55(m,3H)7.85(d,2H)8.05(d,2H)8.40(d,2H)8.60(d,2H)。
化合物P26的合成:称量化合物P25(0.16g,0.28mmol)至二氯甲烷4ml中,再加入三氟乙酸2ml,室温搅拌30min,旋去溶剂得到黄色固体0.18g,直接进行下一步。
化合物P27的合成:向化合物P26(0.18g,0.28mmol)的DMF 20ml溶液中,加入氨基纤维素(含DMF,12.5g),DCC(即N,N′-二环己基碳二亚胺)(0.216g,0.99mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.13g,0.99mmol)和三乙胺(0.099g,0.99mmol),室温搅拌过夜,过滤,用DMF洗涤固体至滤液无黄色,再用丙酮、乙醚洗,得到黄色粉末3.8g。可以直接用于敏感膜的制备。
实施例3:
化合物P52的合成:将酪胺(10g,72.90mmol)慢慢溶解在THF(即四氢呋喃,140ml)和甲醇(20ml)中,再加入三乙胺(7.36g,72.90mmol)。将此溶液用冰盐浴冷却到0度,开始分批次加入碳酸二叔丁基酯(8.20g,87.48mmol)。加完后在0℃搅拌1小时,然后在室温过夜。旋干溶剂得产品18.0g(91%).1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.12(s,1H),6.96(d,J=8.1Hz,2H),6.78(t,J=5.1Hz,1H),6.66(d,J=8.4Hz,2H),3.00-3.07(m,2H),2.54(t,J=7.8Hz,2H),1.35(s,9H).13C NMR(DMSO-d6):δ156.256,130.125,130.102,115.737,78.108,42.602,35.426.28.934.
化合物P32的合成:将化合物P52(8.0g,33.71mmol)溶解在160ml无水二氯甲烷,在氮气保护下加热回流。将13.65g(101.41mmol)磺酰氯溶解在100ml无水二氯甲烷,转移到250ml滴液漏斗。将此溶液在30分钟之内滴加到P52的溶液中。滴加完毕后继续加热回流过夜,用薄层色谱监控反应进展。旋干溶剂,用硅胶柱色谱纯化,得产品3.4g(32.9%)powder.1HNMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.82(s,1H),7.14(s,2H),6.80(t,J=5.4Hz,1H),3.05-3.12(m,2H),2.57(t,J=6.9Hz,2H),1.33(s,9H).13C NMR(DMSO-d6):δ156.201,147.827,133.191,130.461,129.367,78.166,41.672,34.438,28.858.34.810,28.899.
化合物P33的合成:将化合物P32(9.8g,9.8mmol)溶解在100ml无水二氯甲烷中,在快速搅拌下逐滴加入三氟乙酸(11.0ml,150mmol)。滴加完毕后继续搅拌4小时。旋干溶解即得产品1.8g(89%).1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ10.09(s,1H),7.94(s,2H),7.25(s,2H),3.04(t,J=7.2Hz,2H),2.75(t,J=7.5Hz,2H).13C NMR(DMSO-d6):δ148.517,130.833,129.522,122.909,40.325,32.177.
化合物P34的合成:在一50ml的单口瓶中加入化合物P33(1.8g,8.73mmol)用10ml的NMP(即N-甲基吡咯烷酮)使其全部溶解,再加入原料显色基团4-氯-1,8-萘酰亚胺甲基苯甲酸叔丁酯(4.42g,10.48mmol)[该显色基团可根据H.He,K.Jenkins,C.Lin,Anal.Chim.Acta,611(2008),197-204所公开的方法制备]和DIEA(即二异丙基乙基胺,4.3mL 26.20mmol)。加热到90℃过夜。18h后TLC(展开剂:DCM∶EA=8∶1)检测显示反应完毕,将其倒入320ml的冰水中,有固体析出,过滤,固体用DCM层搅拌2h后过滤,DCM层用3*320mL的饱和食盐水洗涤后,DCM层干燥,旋干得到黄色的固体,TLC检测含有杂质。然后将黄色固体加入250ml的甲醇搅拌2h,过滤,滤饼干燥得到黄色固体1.0g(19.4%)。1HNMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.89(s,1H),8.65(d,J=8.4Hz,1H),8.42(d,J=7.2Hz,1H),8.26(d,J=8.4Hz,1H),7.78-7.84(m,3H),7.66(t,J=8.4,7.5Hz,1H),7.41(d,J=8.1Hz,2H),7.30(s,2H),6.88(d,J=8.7Hz,1H),5.24(s,2H),3.58(m,2H),2.89(t,J=6.9Hz,2H),1.48(s,9H).13C NMR(DMSO-d6):δ167.792,164.441,163.504,151.190,148.025,143.669,135.155,132.936,131.551,130.096,129.502,128.071,124.915,122.711,122.241,120.769,108.133,104.833,44.694,43.095,33.040.
化合物P35的合成:
将化合物P34(1.0g,1.70mmol)溶解在20ml无水二氯甲烷中,在快速搅拌下逐滴加入三氟乙酸(2.0ml,11mmol)。滴加完毕后继续搅拌4小时。旋干溶解即得产品0.85g(93.9%).1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.90(s,1H),8.68(d,J=8.4Hz,1H),8.45(d,J=6.9Hz,1H),8.28(d,J=8.7Hz,1H),7.86(d,J=8.4Hz,3H),7.68(t,J=7.8Hz,1H),7.41(d,J=8.1Hz,2H),7.31(s,2H),6.91(d,J=8.7Hz,1H),5.26(s,2H),3.59-3.57(m,2H),2.90(t,J=6.9Hz,2H).13C NMR(DMSO-d6):δ167.792,164.441,163.504,151.190,148.025,143.669,135.115,132.936,131.551,130.096,129.502,128.071,124.915,122.711,122.241,120.769,108.133,104.833,44.694,43.095,33.110.
化合物P36的合成:向化合物P35(0.20g,0.37mmol)的DMF 20ml溶液中,加入氨基纤维素(含DMF,10.5g),DCC(即N,N′-二环己基碳二亚胺)(0.22g,0.98mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.12g,0.98mmol)和三乙胺(0.099g,0.99mmol),室温搅拌过夜,过滤,用DMF洗涤固体至滤液无黄色,再用丙酮、乙醚洗,得到黄色粉末3.7g。可以直接用于敏感膜的制备。
实施例4:
化合物P42的合成:将化合物P52(8.0g,33.71mmol)溶解在160ml无水二氯甲烷,在氮气保护下加热回流。将4.55g(33.71mmol)磺酰氯溶解在50ml无水二氯甲烷,转移到100ml滴液漏斗。将此溶液在30分钟之内滴加到P52的溶液中。滴加完毕后继续加热回流过夜,用薄层色谱监控反应进展。旋干溶剂,用硅胶柱色谱纯化,得产品4.5g(49.1%)1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.86(s,1H),7.11(d,J=2.1Hz,1H),6.93(dd,J=8.1,2.1Hz,1H),6.85(d,J=8.1Hz,1H),6.81(t,J=5.1Hz,1H),3.02-3.09(m,2H),2.55(t,J=7.2Hz,2H),1.34(s,9H).13C NMR(DMSO-d6):δ156.189,151.893,131.854,130.461,128.834,119.903,117.106,78.140,42.153,34.810,28.899.
化合物P43的合成:将化合物P42(4.0g,14.8mmol)溶解在100ml无水二氯甲烷中,在快速搅拌下逐滴加入三氟乙酸(10.6ml,146mmol)。滴加完毕后继续搅拌4小时。旋干溶解即得产品2.3g(91%)。1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ10.22(s,1H),7.93(s,2H)7.21(d,J=1.5Hz,1H),7.01(dd,J=8.4,1.8Hz,1H),6.02(d,J=5.1Hz,1H),2.90-2.97(m,2H),2.73(t,J=7.5Hz,2H).13C NMR(DMSO-d6):δ152.628,130.544,129.457,128.958,120.244,117.422,40.703.32.488.
化合物P44的合成:在一50ml的单口瓶中加入化合物P43(2.2g,12.83mmol)用7.6ml的NMP(即N-甲基吡咯烷酮)使其全部溶解,再加入原料显色基团4-氯-1,8-萘酰亚胺甲基苯甲酸叔丁酯(6.49g,15.38mmol)[该显色基团可根据H.He,K.Jenkins,C.Lin,Anal.Chim.Acta,611(2008),197-204所公开的方法制备]和DIEA(即二异丙基乙基胺,7.0ml,38.40mmol)。加热到90℃过夜。18h后TLC(展开剂:DCM∶EA=8∶1)检测显示反应完毕,将其倒入320ml的冰水中,有固体析出,过滤,固体用DCM层搅拌2h后过滤,DCM层用3*320mL的饱和食盐水洗涤后,DCM层干燥,旋干得到黄色的固体,TLC检测含有杂质。然后将黄色固体加入250ml的甲醇搅拌2h,过滤,滤饼干燥得到黄色固体1.2g(16.8%)。1HNMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.95(s,1H),8.61(d,J=8.4Hz,1H),8.37(d,J=7.2Hz,1H),8.21(d,J=8.4Hz,1H),7.80(t,J=8.1Hz,3H),7.59(t,J=8.1,7.8Hz,1H),7.39(d,J=8.4Hz,2H),7.28(d,J=1.8Hz,1H),7.05(dd,J=8.4,2.1Hz,1H),6.89(d,J=8.4Hz,1H),6.77(d,J=9.0Hz,1H),5.22(s,2H),3.48-3.52(m,2H),2.87(t,J=7.2Hz,2H),1.46(s,9H).13C NMR(DMSO-d6):δ164.630,163.621,162.676,151.390,150.400,142.948,134.295,130.826,129.887,129.849,129.343,128.973,128.236,127.397,123.984,121.413,119.957,119.373,116.457,107.273,103.834,80.342,44.379,42.305,32.627,27.615.
化合物P45的合成:
将化合物P44(1.2g,2.15mmol)溶解在30ml无水二氯甲烷中,在快速搅拌下逐滴加入三氟乙酸(4.0ml,22mmol)。滴加完毕后继续搅拌4小时。旋干溶解即得产品1.0g(92.7%).1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ12.86(s,1H),9.94(s,1H),8.66(d,J=8.7Hz,1H),8.42(d,J=7.2Hz,1H),8.26(d,J=8.4Hz,1H),7.87(d,J=8.4Hz,3H),7.68(t,J=7.8Hz,1H),7.41(d,J=8.4Hz,2H),7.29(d,J=2.1Hz,1H),7.05(dd,J=8.4,2.1Hz,1H),6.82-6.87(m,2H),5.25(s,2H),3.52-3.56(m,2H),2.88(t,J=7.2Hz,2H).13C NMR(DMSO-d6):δ167.134,163.806,162.859,151.459,150.633,142.033,134.549,130.948,129.983,129.551,129.454,129.403,128.409,127.413,124.294,121.617,120.144,119.432,116.549,107.372,104.131,44.467,42.451,32.707.
化合物P46的合成:向化合物P45(0.20g,0.37mmol)的DMF 20ml溶液中,加入氨基纤维素(含DMF,10.5g),DCC(即N,N′-二环己基碳二亚胺)(0.22g,0.98mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.12g,0.98mmol)和三乙胺(0.099g,0.99mmol),室温搅拌过夜,过滤,用DMF洗涤固体至滤液无黄色,再用丙酮、乙醚洗,得到黄色粉末3.8g。可以直接用于敏感膜的制备。
实施例5:
化合物P53的合成:在一50ml的单口瓶中加入酪胺(2.5g,18.22mmol)用7.6ml的NMP(即N-甲基吡咯烷酮)使其全部溶解,再加入原料显色基团4-氯-1,8-萘酰亚胺甲基苯甲酸叔丁酯(3.84g,9.11mmol)[该显色基团可根据H.He,K.Jenkins,C.Lin,Anal.Chim.Acta,611(2008),197-204所公开的方法制备]和DIEA(即二异丙基乙基胺,3.0ml,18.20mmol)。加热到90℃过夜。18h后TLC(展开剂:DCM∶EA=8∶1)检测显示反应完毕,将其倒入150ml的冰水中,有固体析出,过滤,固体用DCM层搅拌2h后过滤,DCM层用3*320mL的饱和食盐水洗涤后,DCM层干燥,旋干得到黄色的固体,TLC检测含有杂质。然后将黄色固体加入250ml的甲醇搅拌2h,过滤,滤饼干燥得到黄色固体3.1g(31.5%)。1HNMR(300MHz,DMSO-d6):δ9.20(s,1H),8.62(d,J=8.4Hz,1H),8.40(d,J=7.2Hz,1H),8.24(d,J=8.4Hz,1H),7.85(t,J=4.8Hz,1H),7.81(d,J=8.1Hz,2H),7.66(t,J=7.8Hz,1H),7.40(d,J=8.4Hz,2H),7.10(d,J=8.4Hz,2H),6.79(d,J=8.7Hz,1H),6.69(d,J=8.4Hz,2H),5.23(s,2H),3.53(m,J=5.4,6.9Hz,2H),2.89(t,J=7.2Hz,2H),1.48(s,9H).13C NMR(DMSO-d6):δ164.697,163.690,162.736,156.767,150.626,143.011,134.416,130.750,129.932,129.614,129.428,129.163,129.040,128.637,127.428,124.083,121.475,120.010,115.161,107.215,103.839,80.435,44.796,42.350,33.128,27.683.
化合物P54的合成:
将化合物P53(1.1g,2.05mmol)溶解在30ml无水二氯甲烷中,在快速搅拌下逐滴加入三氟乙酸(3.8ml,20mmol)。滴加完毕后继续搅拌4小时。旋干溶解即得产品0.95g(95.0%).直接用于下一步反应。
化合物P55的合成:向化合物P54(0.20g,0.39mmol)的DMF 20ml溶液中,加入氨基纤维素(含DMF,10.9g),DCC(即N,N′-二环己基碳二亚胺)(0.23g,0.99mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.13g,0.99mmol)和三乙胺(0.099g,0.99mmol),室温搅拌过夜,过滤,用DMF洗涤固体至滤液无黄色,再用丙酮、乙醚洗,得到黄色粉末3.9g。可以直接用于敏感膜的制备。
实施例6:
化合物P62的合成:在一250ml单口瓶中分别加入3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醛(P61,7g,38.42mmol),苄溴(7.89g,46.11mmol),K2CO3(6.37g,46.11mmol)和50m DMF(即N,N-二甲基甲酰胺),室温搅拌18小时,待反应完成后倒入500ml冰水。所生成的沉淀过滤,水洗(3x20ml0,干燥后得黄色粉末9.5g(90.8%).1H NMR(300MHz,CDCl3):δ9.85(s,1H),7.45-7.47(m,2H),7.36-7.25(m,3H),7.11(s,2H),5.12(s,2H),3.89(s,6H).13C NMR:δ191.443,154.172,142.542,137.443,132.122,128.636,128.457,128.315,106.867,75.235,56.471.
化合物P63的合成:将P62(9.0g(33.05mmol),醋酸(20mL),硝基甲烷(22.19g,363.58mmol)醋酸铵(56.05g,727.15mmol)分别加到一个100ml的单口瓶中.60℃加热24小时。反应完成后倒入100ml冰水.对所形成的沉淀进行过滤,水洗(3x20ml),干燥后得严品5.3g(50.8%)。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ7.94(d,J=13.5Hz,1H),7.54(d,J=13.5Hz,1H),7.47(dd,J=8.1,2.1Hz,2H),7.37-7.29(m,3H),6.74(s,2H),5.09(s,2H),3.86(s,6H).13C NMR:δ154.138,139.492,136.466,128.575,128.370,128.250,125.570,106.542,75.283,56.428,56.358.
化合物P64的合成:将P63(5.0g(15.86mmol)溶解在THF(即四氢呋喃,60ml),转移到滴液漏斗中,滴加到含有氢化铝锂(9.03g,237.85mmol)的475ml沸腾的THF溶液中。滴加完毕后继续加热回流7小时。冷却后,用5N NaOH淬灭反应,过滤除去沉淀,用THF洗涤沉淀(3x200ml)。旋干溶剂后得5.4g油状粗品,硅胶柱纯化后得产品2.73g(59.9%)透明油状液体.1H NMR(300MHz,CDCl3):δ7.46(dd,J=8.1,1.5Hz,2H),7.34-7.28(m,3H),6.44(s,2H),5.67(s,2H),4.93(s,2H),3.76(s,6H),3.14(t,J=7.5Hz,2H),2.92(t,J=7.5Hz,2H).13C NMR:δ153.828,137.852,135.854,133.063,128.700,128.439,128.172,106.242,75.314,56.489,41.864,34.975.
化合物P65的合成:在一50ml的单口瓶中加入酪胺(2.7g,9.42mmol)用7.9ml的NMP(即N-甲基吡咯烷酮)使其全部溶解,再加入原料显色基团4-氯-1,8-萘酰亚胺甲基苯甲酸叔丁酯(4.74g,11.17mmol)[该显色基团可根据H.He,K.Jenkins,C.Lin,Anal.Chim.Acta,611(2008),197-204所公开的方法制备]和DIEA(即二异丙基乙基胺,4.7ml,28.20mmol)。加热到100℃过夜。18h后TLC(展开剂:DCM∶EA=8∶1)检测显示反应完毕,将其倒入250ml的冰水中,有固体析出,过滤,用柱色谱提纯得到黄色固体1.7g(26.5%)。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ8.56(d,J=7.5Hz,1H),8.48(d,J=8.4Hz,1H),7.91-7.88(m,3H),7.56(d,J=8.1Hz,2H),7.50-7.46(m,2H),7.35-7.27(m,3H),6.77(d,J=8.7Hz,1H),6.43(s,2H),5.39(s,2H),4.99(s,2H),5.24(s,2H),3.76(s,6H),3.69-3.63(m,2H),3.03(t,J=6.6Hz,2H),1.55(s,9H).13C NMR:δ165.886,164.763,164.151,164.035,149.559,142.677,137.958,134.958,134.300,131.607,131.139,130.071,129.762,128.693,128.637,128.378,128.107,126.355,124.928,123.037,120.495,110.203,105.979,104.744,81.077,75.296,58.396,44.656,43.344,35.321,28.408.
化合物P66的合成:将化合物P65(1.5g,2.23mmol)溶解在20ml和5ml二氯甲烷,加入1.0g 5%钯碳.在2.2atm氢化18小时。反应完成后滤掉催化剂,旋干溶剂后得0.8g(61.5%)浅黄色固体。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ8.58(dd,J=7.2,1.2Hz,1H),8.50(d,J=8.4Hz,1H),7.91-7.89(m,2H),7.59-7.52(m,3H),6.80(d,J=8.7Hz,1H),8.45(s,2H),5.48(s,1H),5.39(s,2H),5.32(t,J=5.4Hz,2H),3.84(s,6H),3.70-3.64(m,2H),3.01(t,J=6.6Hz,2H),1.55(s,9H).13C NMR:δ165.908,164.765,164.151,149.645,147.563,142.668,134.973,133.899,131.585,131.098,130.027,129.737,129.441,128.617,126.437,124.861,122.919,120.449,110.025,105.595,104.680,81.117,56.567,56.477,81.077,75.296,58.396,44.656,43.344,35.321,28.408.
化合物P67的合成:将化合物P66(0.8g,1.37mmol)溶解在20ml无水二氯甲烷,加入2.0ml三氟醋酸,室温搅拌4小时,旋干溶剂得产品0.71g(98.2%).1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ8.68(d,J=8.4Hz,1H),8.42(d,J=7.5Hz,1H),8.26(d,J=8.7Hz,1H),7.87(d,J=8.1Hz,3H),7.65(t,J=7.8Hz,1H),7.41(d,J=8.1Hz,2H),6.85(d,J=5.7Hz,1H),6.55(s,2H),5.25(s,2H),3.69(s,6H),3.58-3.56(m,2H),2.89(t,J=7.5Hz,2H).13C NMR(DMSO-d6):δ167.109,163.773,162.812,150.638,147.896,143.008,134.510,133.918,130.891,129.523,129.420,129.124,128.747,127.402124.187,121.548,120.090,107.221,106.234,104.080,57.874,44.678,42.411,34.019.
化合物P68的合成:向化合物P67(0.20g,0.37mmol)的DMF 20ml溶液中,加入氨基纤维素(含DMF,10g),DCC(即N,N′-二环己基碳二亚胺)(0.21g,0.95mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.11g,0.95mmol)和三乙胺(0.090g,0.90mmol),室温搅拌过夜,过滤,用DMF洗涤固体至滤液无黄色,再用丙酮、乙醚洗,得到黄色粉末3.5g。可以直接用于敏感膜的制备。
实施例7:
化合物R12的合成:将苯胺(R11,0.93g 10mmol,2-氯乙基甲基醚(9.45g 100mmol)和DIEA(12.9g 100mmol)溶于20ml DMF中,再加入碘化钾(16.6g 100mmol),氩气保护,100℃反应过夜。苯胺完全反应,用水和EA各50ml萃取,旋干有机相过柱子得到1.6g(76%)。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ3.40(s,6H),3.60(t,8H),6.60-6.80(m,3H),7.20-7.30(m,2H)。
化合物R13的合成:将化合物R12(1.7g,8mmol)溶于5ml DMF中,降温0℃以下,滴加三氯氧磷(2.2ml,24mmol),室温反应过夜,然后将反应液倒入30ml冰水中,用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过柱纯化,得产品1.4g(74%)。1HNMR(300MHz,CDCl3):δ3.40(s,6H),3.60(t,4H),3.70(t,4H),6.80(m,2H),7.80(m,2H),9.70(s,1H)。
化合物R14的合成:将化合物R13(0.8g,3.4mmol),间二甲氨基苯酚(1.16g,8mmol)和对甲苯磺酸一水化合物(100mg)溶于6ml丙酸中,氩气保护60℃反应过夜,然后倒入50ml冰水中,用碳酸氢钠中和,再用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过柱提纯。纯DCM(即二氯甲烷)开始,增大到DCM∶MeOH=100∶1,得到0.6g(36%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ2.90(s,12H),3.40(s,6H),3.60(t,8H),5.50(s,1H),6.40(m,4H),6.80(m,2H),6.90(m,2H),7.10(m,2H)。
化合物R15的合成:分别量取5ml乙酸和甲苯配置成混合溶剂A。在反应瓶中加入化合物R14(0.4g 1mmol)和6ml溶剂A,再将DDQ(即2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌,0.33g1.5mmol)溶于4ml溶剂A后缓慢滴加到反应瓶中,室温反应2小时,完全反应,旋干反应液过柱提纯,纯DCM开始,逐渐增大极性到DCM∶MeOH=20∶1,然后制备薄层分离两次CHCl3∶MeOH=8∶1,18块板得到16mg(3.1%)红色固体。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ3.20(s,12H),3.30(s,6H),3.60(t,4H),3.80(t,4H),6.70(m,2H),7.00(m,4H),7.30(m,2H),7.60(m,2H)。
实施例8:
化合物R23的合成:将N,N二乙基苯胺(6g,40mmol)溶于10ml DMF中,降温0℃以下,滴加三氯氧磷(12.3g,80mmol),室温反应过夜,然后将反应液倒入100ml冰水中,用二氯甲烷萃取,旋干有机相,得到5g粗品,不纯化,直接用于下步反应。
化合物R24的合成:将化合物R23(5g,28mmol),间二甲氨基苯酚(7.7g,56mmol)和对甲苯磺酸一水化合物(500mg)溶于10ml丙酸中,氩气保护60℃反应过夜,然后倒入200ml冰水中,用碳酸氢钠中和,再用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过柱子。纯DCM开始,增大到DCM∶MeOH=100∶1,得到4.3g(36%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ1.20(t,6H),2.90(s,12H),3.40(q,4H),5.50(s,1H),6.30(m,4H),6.60(m,2H),6.80(m,2H),7.10(m,2H)。
化合物R25的合成:分别量取5ml乙酸和甲苯配置成混合溶剂A。在反应瓶中加入化合物R24(0.4g 1mmol)和6ml溶剂A,再将DDQ(0.33g 1.5mmol)溶于4ml溶剂A后缓慢滴加到反应瓶中,室温反应2h,化合物3完全反应,旋干反应液过柱子,纯DCM开始,逐渐增大极性到DCM∶MeOH=20∶1,然后制备薄层板分离两次CHCl3∶MeOH=8∶1,20块板得到30mg(6.6%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ1.25(t,6H),3.30(s,12H),3.60(q,4H),6.80(m,2H),7.00(m,4H),7.40(m,2H),7.60(m,2H)。
实施例9:
化合物R33的合成:将化合物R53(4.9g,40mmol)溶于80ml干燥的氯仿中,氩气保护,加热回流,缓慢滴加20ml磺酰氯(6.4ml,80mmol)的氯仿溶液,然后回流过夜。旋干反应液,过硅胶柱提纯。得到4.2g(55%)。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ7.90(s,2H),9.90(s,1H).
化合物R34的合成:将化合物R33(0.8g,4mmol),间二甲氨基苯酚(1.15g,8mmol)和对甲苯磺酸一水化合物(80mg)溶于5ml丙酸中,氩气保护60℃反应过夜,然后倒入50ml冰水中,用碳酸氢钠中和,再用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过柱子。纯DCM开始,增大到DCM∶MeOH=100∶1,得到0.6g(34%)产品。
化合物R35的合成:分别量取5ml乙酸和甲苯配置成混合溶剂A。在反应瓶中加入化合物R34(0.6g,1.3mmol)和6ml溶剂A,再将DDQ(0.45g,1.5mmol)溶于4ml溶剂A后缓慢滴加到反应瓶中,室温反应2h,化合物R34完全反应,旋干反应液过柱子,纯DCM开始,逐渐增大极性到DCM∶MeOH=20∶1,然后制备薄层板分离两次TCM∶MeOH=8∶1,20块板得到30mg(2.7%)。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ3.40(s,12H),6.60(m,2H),6.90(m,2H),7.30(m,2H),7.80(m,2H)。
实施例10:
化合物R43的合成:将化合物R53(4.9g,40mmol)溶于80m干燥的氯仿中,氩气保护,加热回流,缓慢滴加20ml磺酰氯(3.2ml,40mmol)的氯仿溶液,然后回流过夜。旋干反应液,纯石油醚过硅胶柱,得到2.5g(40%)。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ7.10(d,1H),7.80(d,1H),7.90(s,1H),9.90(s,1H)。
化合物R44的合成:将化合物R43(2.5g,16mmol),间二甲氨基苯酚(5.5g,40mmol)和对甲苯磺酸一水化合物(300mg)溶于20ml丙酸中,氩气保护60℃反应过夜,然后倒入200ml冰水中,用碳酸氢钠中和,再用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过硅胶柱提纯。纯DCM开始,增大到DCM∶MeOH=100∶1,得到1.8g(27%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ2.90(s,12H),5.65(s,1H),6.20(m,4H),6.70(m,2H),6.80(m,1H),6.90(m,1H),7.10(m,1H)。
化合物R45的合成:分别量取5ml乙酸和甲苯配置成混合溶剂A.在反应瓶中加入化合物R44(0.4g,1mmol)和6ml溶剂A,再将DDQ(0.33g,1.5mmol)溶于4ml溶剂A后缓慢滴加到反应瓶中,室温反应2h,化合物R44完全反应,旋干反应液过柱子,纯DCM开始,逐渐增大极性到DCM∶MeOH=20∶1,然后制备薄层板分离两次TCM∶MeOH=8∶1,20块板得到30mg(7%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ3.40(s,12H),6.90(m,2H),7.10(m,2H),7.20(m,1H),7.25(m,1H),7.50(m,3H)。
实施例11:
化合物R54的合成:将4-羟基苯甲醛(0.12g,1mmol),间二甲氨基苯酚(0.27g,2mmol)和对甲苯磺酸一水化合物(10mg)溶于5ml丙酸中,氩气保护60℃反应过夜,然后倒入20ml冰水中,用碳酸氢钠中和,再用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过柱子。纯DCM开始,增大到DCM∶MeOH=100∶1,得到0.1g(23%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ2.90(s,12H),3.40(q,4H),5.50(s,1H),6.30(m,4H),6.70(m,4H),7.10(m,2H)。
化合物R55的合成:分别量取2ml乙酸和甲苯配置成混合溶剂A。在反应瓶中加入化合物R54(0.4g,1mmol)和3ml溶剂A,再将DDQ(0.33g,1.5mmol)溶于1ml溶剂A后缓慢滴加到反应瓶中,室温反应2小时,完全反应,旋干反应液过柱子,纯DCM开始,逐渐增大极性到DCM∶MeOH=20∶1,然后制备薄层板分离两次CHCl3∶MeOH=8∶1,8块板得到10mg(2.5%)严品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ3.40(s,12H),6.90(m,2H),7.10(m,4H),7.20(m,2H),7.45(m,2H)。
实施例12:
化合物R64的合成:将丁香醛(3.64g,20mmol),间二甲氨基苯酚(5.8g,40mmol)和对甲苯磺酸一水化合物(100mg)溶于10ml丙酸中,氩气保护60℃反应过夜,然后倒入100ml冰水中,用碳酸氢钠中和,再用二氯甲烷萃取,旋干有机相,过柱子。纯DCM开始,增大到DCM∶MeOH=100∶1,得到3.2g(37%)产品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ2.90(s,12H),3.70(s,6H),5.50(s,1H),6.30(m,4H),6.50(m,2H),6.80(m,2H)。
化合物R65的合成:分别量取6ml乙酸和甲苯配置成混合溶剂A。在反应瓶中加入化合物R64(0.88g,2mmol)和8ml溶剂A,再将DDQ(0.68g 3mmol)溶于4ml溶剂A后缓慢滴加到反应瓶中,室温反应2h,完全反应,旋干反应液过柱子,纯DCM开始,逐渐增大极性到DCM∶MeOH=20∶1,然后制备薄层板分离两次TCM∶MeOH=8∶1,24块板得到30mg(2.3%)严品。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ3.30(s,12H),3.90(s,6H),6.60(m,2H),6.80(m,2H),7.00(m,2H),7.50(m,2H)。
实施例13:
敏感膜的制备:取0.1克化合物P17粉末(或其他纤维素粉),加入1.9克水凝胶,涂布成15微米薄膜而成为荧光探针,将其放在荧光仪的测试头下测试,或悬浮在缓冲溶液中测试。其它混合纤维素粉也是按照这个比例涂布敏感膜。纤维素粉总量都保持在0.1克,只是比例不同。
实施例14:
广泛pH测试液的制备:准确称取7.2克柠檬酸,14.30克硼砂十水合物,4.54克TRIS,13.15克氯化钠,溶解在1.51去离子水中,分成15份,用盐酸或氢氧化钠调节成广泛pH值,1到13。pH0和14分别用1N盐酸和氢氧化钠。缓冲液的缓冲容量保持在25毫摩尔。离子强度保持在230毫摩尔。
本发明通过对苯胺和苯酚衍生物引入荧光基团,使得该分子在不同酸碱度pH的样品中荧光强度的变化。与普通pH荧光探针不同,本发明所用的一系列荧光淬灭基团涵盖了整个0-14pH范围,是一种广泛的pH荧光指示剂。如图1所示,在酸性pH范围内,本发明采用苯胺衍生物,选择pKa=2和pKa=5,每个指示剂涵盖2到3个pH单位,两个指示剂的组合就可涵盖pH 0-7。根据光诱导电子转移荧光淬灭原理,淬灭基团电子云密度越高,对荧光基团的淬灭效率越高,从而使荧光基团的荧光强度越低。对于苯胺衍生物,决定电子云密度高低的是氮原子,酸性越强(pH值越低),苯胺基团由于被质子化而引起的的电子云密度越低,对荧光基团的淬灭效率越低,荧光基团的荧光强度越高,反之亦然。总而言之,对于苯胺衍生物而言,样品的pH值越低,荧光越高。在碱性pH范围内,本发明采用苯酚衍生物,选择pKa=7,pKa=8.5,pKa=10,和pKa=12,每个指示剂涵盖2到3个pH单位,四个指示剂的组合完全可以涵盖pH 5-14,包括普通pH电子难以测准的钠差区域(pH 12-14)。对于苯酚衍生物,决定电子云密度高低的是氧原子,碱性越强(pH值越高),苯酚基团由于被酚羟基的解离所生成的负离子而引起的的电子云密度增加。同样,根据上述光诱导电子转移荧光淬灭原理,淬灭基团电子云密度越高,对荧光基团的淬灭效率越高,从而使荧光基团的荧光强度越低。所以对于苯酚衍生物而言,也是样品的pH值越低,荧光越高。与苯胺衍生物的荧光淬灭趋势高度一致,使它们与苯胺衍生物的随意组合成为可能。正如图11所示,六种染料的组合产生一条能够涵盖整个pH范围的一条近乎线性的校正曲线。
图5显示了本发明的六种固定型荧光染料的激发和发射光谱。正如光诱导电子转移荧光淬灭(PET)原理所描述的那样,只要淬灭基团与荧光基团的π-电子不共轭,不同的淬灭基团及其带有不同取代基的衍生物就不会对所联接的荧光基团的光学性质产生影响。图6所显示的六种荧光染料,前两种的淬灭基团为苯胺衍生物,即化合物P17(pKa=2)和化合物P27(pKa=5);后四种的淬灭基团为苯酚衍生物,即化合物P36(pKa=7)、化合物P46(pKa=8.5)、化合物P55(pKa=10)和化合物P68(pKa=12)。它们虽然属于不同类型的淬灭基团,但是发射和激发光谱却几乎完全相同。所以,所配套的仪器只需一套固定波长的激发和发射波长,无需配备价格昂贵的单色器,仪器简单,生产成本变得更低。简单的仪器设计也能达到检测广泛pH值的检验效果。从而弥补荧光光学探针的在酸碱度检测方面的检测范围较窄的先天性的不足。
图6显示了本发明的六种固定型荧光染料单独使用时的校正曲线。由于氢离子载体(荧光淬灭基团)的pKa不同,每种染料对pH值的敏感范围也不同。对于化合物P17(pKa=2)而言,在pH 0到4的范围内都能看到信号变化,但最强的信号变化发生在pH 1到3;对于化合物P27(pKa=5)而言,在pH 3到7的范围内都能看到信号变化,但最强的信号变化发生在pH 4到6;对于化合物P36(pKa=7.5)而言,在pH 5到10的范围内都能看到信号变化,但最强的信号变化发生在pH 6到9;对于化合物P46(pKa=9)而言,在pH 7到11的范围内都能看到信号变化,但最强的信号变化发生在pH 8到10;对于化合物P55(pKa=10.5)而言,在pH 9到13的范围内都能看到信号变化,但最强的信号变化发生在pH 10到12;对于化合物P68(pKa=12)而言,在pH 10到14的范围内都能看到信号变化,但最强的信号变化发生在pH 11到14。正如前文所提到的那样,无论在酸性区还是碱性区,每一种染料如果单独使用,只能用在很窄的两三个pH单位。
图7显示了本发明的六种固定型荧光染料单独使用时的归一化后的校正曲线。由于归一化以后数据不考虑实际荧光强度的差异,更容易看出由于氢离子载体(荧光淬灭基团)的pKa不同,每种染料对pH值的敏感范围也不同。虽然荧光强度都归一化成同意的强度,但有一个事实仍然没有变,那就是“每一种染料如果单独使用,只能用在很窄的两三个pH单位”。
图8显示了本发明的六种固定型荧光染料以不同浓度组合使用时的校正曲线。各种组合所产生的敏感膜对pH的敏感范围和响应斜率数据归结到下表。斜率定义为每0.01pH单位所引起的荧光信号变化的百分数。
染料组成 | 可用测量范围(pH) | 斜率(%/0.01pH) |
1.染料混和重量比:P36=100 | 6.0-8.5 | -0.57 |
2.染料混和重量比:P27∶P36=50∶50 | 5.0-8.5 | -0.45 |
3.染料混和重量比:P36∶P46=50∶50 | 6.5-10.5 | -0.37 |
4.染料混和重量比:P36∶P46∶P55=31.3∶31.3∶37.4 | 6.5-12.0 | -0.29 |
5.染料混和重量比:P27∶P36∶P46∶P55=23.5∶23.5∶23.5∶29.5 | 4.0-12.0 | -0.22 |
6.染料混和重量比:P17∶P27∶P36∶P46∶P55=30.8∶15.8∶15.8∶15.8∶21.8 | 1.0-12.0 | -0.16 |
7.染料混和重量比:P17∶P27∶P36∶P46∶P55∶P68=28∶13∶13∶13∶19∶14 | 1.0-14.0 | -0.14 |
从上表数据可以看出,使用者可以根据实际需要通过变换各种染料的比例来调节pH的敏感范围,从强酸到强碱的范围都能达到。当一种指示剂单独使用时,敏感范围较窄,但斜率较高。
图9显示本发明固定型荧光染料在制成敏感膜以后对酸碱度有非常快速的动态响应,响应时间小于1分钟。每测定一个样品又让敏感膜回到最高基线,而且数值几乎不变,信号损失极小。该探针对pH值的响应是完全可逆的,适用于对水质样品的在线检测。
图10显示本发明固定型荧光染料在制成敏感膜以后对整个pH范围不同pH值的连续测定,整个测定持续了将近1.5小时。测定结束后任然可以完全回到了最高极限,表明该敏感膜非常稳定,适合对实际样品的连续测定而无需中途校正。
图11为本发明固定型荧光染料在制成敏感膜以后对广泛酸碱度(0-14)的校正曲线。该曲线对整个pH范围呈现出线性关系。对强酸(pH 2)或强碱区域(pH 12)略有偏离,但可以通过优化不同染料的比例来消除,使它们更接近理想的线性关系。
图12为本发明试剂型(以四甲基罗丹明为例)荧光染料的激发和发射光谱。与固定型(4-氨基-1,8-萘酐二酰亚胺)类似,激发和发射波长大致上不变,但是还是有将近20纳米的飘移。这种波长飘移可能是由于氢离子载体(荧光淬灭基团)与荧光基团之间缺少隔离原子,淬灭基团的π电子与荧光基团的π电子有小部分的重叠。因此,这一系列的分子具有小部分的分子内电荷转移(Internal Charge transfer,ICT)的响应机理,造成了荧光光谱上的小变化,但是不会影响染料的实际应用。与固定型系列染料一样,这一系列染料也可以用同样的方式进行调制,已达到测定广泛pH值或不同区域的pH值。由于此类染料不是固定型,不能用于可逆测定。
图13为本发明试剂型荧光染料的校正曲线。由于荧光基团的拉电子效应,每个氢离子载体(荧光淬灭基团)的pKa都下降了将近2个单位。因此此组染料只能涵盖0-10的pH范围。
根据上述实验结果,本发明虽然只公开了两种荧光基团,但是,对于具有本领域相关知识的专业人员,可以轻而易举地应用到其他荧光基团。再次就不再赘述。
综合上述实验结果,本发明公开了一种用于制备广泛pH荧光探针(pH敏感范围0-14)的有机化合物的合成方法和探针的制备方法。所述化合物以PET为理论依据,设计一系列具有不同pKa的荧光淬灭基团,联接到同一个惰性荧光团上,产生一系列具有不同pKa值的染料。通过调节不同pKa值的染料的比例,既可而达到测定广泛pH值,又可测定不同区间的pH值。所产生的荧光探针是完全可逆的,可以用各种样品中的pH值的在线连续检测,具有良好的适用性。
本说明书上文中结合具体实施方式对本发明进行了阐释,但应理解,这些描述和阐释只是为了更好地理解本发明,而不构成对本发明的任何限定。本领域技术人员在阅读了本申请说明书之后可对本发明的具体实施方式进行必要的改动而不脱离本发明的精神和范围。本发明的保护范围由所附的权利要求书限定,并且涵盖了权利要求的等同变换。
Claims (15)
1.一种用于制备广泛pH荧光探针的有机化合物,其特征在于,所述有机化合物具有如下结构式I或II:
其中R1选自-H和以下吸电子基团:-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;
R2、R3、R4、R5和R6独立地选自以下基团:-H、C1-C6的直链或支链烷基、C1-C6的直链或支链烷氧基;
R7,R8独立地选自-H、吸电子基团和供电子基团,所述吸电子基团为:-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;所述供电子基团为:-NH2、-OH、C1-C6的直链或支链烷氧基、C1-C6的直链或支链烷基、-NHCOCH3、-C6H5;
R9、R10、R11独立地选自:-H、C1-C6的直链或支链烷基、C1-C6的直链或支链烷氧基;
其中,Y为荧光基团。
2.根据权利要求1所述的有机化合物,其特征在于,所述R1选自以下基团:-H、-F、-Cl、-Br、-I。
3.根据权利要求1所述的有机化合物,其特征在于,所述R2、R3、R4、R5和R6独立地选自以下基团:-H、C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基。
4.根据权利要求3所述的有机化合物,其特征在于,所述R2、R3、R4独立地选自-H、-CH3、-C2H5,所述R5和R6独立地选自以下基团:-CH3、-C2H5、-C2H5OCH3、-CH3OCH3。
5.根据权利要求1所述的有机化合物,其特征在于,所述R7、R8独立地选自以下基团:-H、-F、-Cl、-Br、-I、C1-C4的直链或支链烷基、-OCH3。
6.根据权利要求5所述的有机化合物,其特征在于,所述R7、R8独立地选自以下基团:-H、-Cl、-OCH3、-OC2H5。
7.根据权利要求1所述的有机化合物,其特征在于,所述R9、R10、R11独立地选自以下基团:-H、C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基。
8.根据权利要求1所述的有机化合物,其特征在于,所述荧光基团Y选自以下基团:
其中R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20独立地选自-H、-OH、C1-C6的直链或支链烷基、C1-C6的直链或支链烷氧基、C3-C6的环烷基、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NO2、-NH2。
9.根据权利要求8所述的有机化合物,其特征在于,所述R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20独立地选自以下基团:-H、-OH、C1-C4的直链烷基、C1-C4的直链烷氧基、C3-C6的环烷基、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NO2、-NH2。
10.根据权利要求8所述的有机化合物,其特征在于,所述荧光基团选自4-氨基-1,8萘酰亚胺或罗丹明。
11.一种用于检测水环境酸碱度的产品,其特征在于,所述的产品通过由权利要求1所述的结构式I或II的化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的产物加入水凝胶涂布而成。
12.根据权利要求11所述的产品,其特征在于,所述亲水高聚物为氨基纤维素。
13.根据权利要求11所述的产品,其特征在于,所述的产品为荧光探针或敏感膜。
14.一种广泛测定水环境酸碱度的组合物,其特征在于,所述的组合物包括:(1)一种或两种以上结构式I化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物;(2)一种或两种以上结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物。
15.根据权利要求14所述的组合物,其特征在于,所述的组合物包括:
(1)结构式I化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式I化合物中R1选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;R2、R3、R4为-H;R5和R6独立地选自C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基;
(2)结构式I化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式I化合物中为R1选自-H;R2、R3、R4为-H;R5和R6独立地选自C1-C4的直链或支链烷基、C1-C4的直链或支链烷氧基;
(3)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中为其中R7选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;所述R8选自-F、-Cl、-Br;所述的R9、R10、R11为-H;
(4)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中R7选自-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-COOH、-NO2、-CHO、-SO3H;所述的R8为-H;所述的R9、R10、R11为-H;
(5)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中R7选自-H;所述的R8为-H;所述的R9、R10、R11为-H;
(6)结构式II化合物和作为载体的亲水高聚物制备而成的化合物:结构式II化合物中R7选自-NH2、-OH、C1-C6的直链或支链烷氧基、C1-C6的直链或支链烷基、-NHCOCH3、-C6H5;所述的R8为-OCH3;所述的R9、R10、R11为-H;
所述的组合物中,各化合物按质量组合的比例为(1)∶(2)∶(3)∶(4)∶(5)∶(6)=25-35∶10-20∶10-20∶10-20∶25-35∶10-20,所述组合物的测定范围为1.0-14.0。
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