CN105085413B

CN105085413B - 四氢喹唑啉‑2‑胺希夫碱类化合物及其合成方法和应用

Info

Publication number: CN105085413B
Application number: CN201510553262.5A
Authority: CN
Inventors: 王石发; 杨金来; 徐海军; 房仙颖; 徐徐; 杨益琴; 芮坚; 曹晓琴; 丁志斌; 王芸芸
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: CN105085413A

Abstract

本发明公开了一种四氢喹唑啉‑2‑胺希夫碱类化合物及其合成方法和应用，本发明利用天然可再生资源β‑蒎烯的氧化产物诺蒎酮为原料制备新型的四氢喹唑啉‑2‑胺希夫碱类化合物；先用诺蒎酮与苯甲醛缩合生成3‑苯亚甲基诺蒎酮，3‑苯亚甲基诺蒎酮再与盐酸胍进行缩合环化得到5,6,7,8‑四氢‑4‑苯基‑7,7‑二甲基‑6,8‑桥亚甲基喹唑啉‑2‑胺，再与2‑羟基苯甲醛缩合得到2‑[[5,6,7,8‑四氢‑4‑苯基‑7,7‑二甲基‑6,8‑桥亚甲基喹唑啉‑2‑亚胺]甲基]苯酚；该四氢喹唑啉‑2‑胺希夫碱类化合物2‑[[5,6,7,8‑四氢‑4‑苯基‑7,7‑二甲基‑6,8‑桥亚甲基喹唑啉‑2‑亚胺]甲基]苯酚作为专一性荧光探针分子在检测锌离子方面具有很好的应用。

Description

四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物及其合成方法和应用

技术领域

本发明属精细有机合成技术领域，涉及四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类荧光探针分子及其制备方法和在检测锌离子方面的应用。具体涉及四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物及其合成方法和应用。

背景技术

Zn²⁺是人体中第二丰富的过渡金属元素，具有非常重要的生物学作用。Zn²⁺是维持正常生命活动的重要无机元素且在生物体中分布广泛，存在于哺乳动物体内的数百种酶及上千种蛋白质中，是体内许多酶和转录因子(例如碳酸酐酶、锌指蛋白等)的核心组成成分，与DNA合成、基因表达、细胞凋亡、神经传递、信号转导及离子通道调节等过程密切相关，因此在生物的生长发育和繁殖等过程中起着非常重要的作用。Zn²⁺浓度的变化会影响人的记忆能力、抗氧化能力、神经传递过程和免疫功能等。

对金属离子的分析测定已经存在很多方法，比如原子吸收光谱法，电化学、分光光度法、化学发光法、催化动力学方法等，但是这些方法不能够对生物体内离子进行实时检测，且这些方法测定时样品的预处理比较复杂，使得其应用受到了一定的限制。由于荧光探针法具有灵敏度高、选择性好、反应时间快、能够进行实时区域离子测试已广泛用于生物学、临床医学等研究。

近年有许多关于有机荧光探针的合成和应用于Zn²⁺检测的报道，如：(E)-8-甲氧基-2-(2-硝基苯乙烯基)喹啉、吡咯并吡咯二酮衍生物、2-(N-(2-羟乙基)-N-((吡啶-2-基)甲基)氨基)-N-(8-喹啉基)乙酰胺。也有报道采用席夫碱类化合物作为荧光探针检测Zn²⁺的报道，如N,N′-二(水杨醛)-2,3-二氨基萘。但是还没有采用四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物应用于Zn²⁺检测的报道。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物，满足使用需求。本发明的另一目的是提供一种上述四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的合成方法。本发明还有一目的是提供该化合物在锌离子低浓度下的检测应用。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物，该化合物的结构式为：

所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物合成方法，包括如下工艺步骤：

1)诺蒎酮与苯甲醛进行羟醛缩合，得到3-苯亚甲基诺蒎酮；

2)3-苯亚甲基诺蒎酮与盐酸胍进行缩合环化，得到5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺；

3)5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺与2-羟基苯甲醛缩合，得到四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚。

步骤1)中，诺蒎酮与苯甲醛进行羟醛缩合得到3-苯亚甲基诺蒎酮，具体的制备方法包括：

(1)将0.1mol诺蒎酮、0.1～0.2mol苯甲醛、0.1～1.0mol NaOH和0.15-0.30L蒸馏水依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在氮气保护下在0～100℃范围内进行反应；

(2)反应物用0.5～1.0L乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用蒸馏水洗涤至中性，然后再用饱和食盐水洗涤1次，有机相用无水硫酸钠干燥去水份；过滤去除干燥剂后浓缩回收溶剂，得到3-苯亚甲基诺蒎酮粗产物；

(3)3-苯亚甲基诺蒎酮粗产物在丙酮-乙醇溶剂中进行重结晶，得到3-苯亚甲基诺蒎酮。

步骤2)中，在催化剂作用下3-苯亚甲基诺蒎酮与盐酸胍进行缩合环化，得到5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺，具体的制备方法包括：

(1)将0.1mol 3-苯亚甲基诺蒎酮、0.1～0.3mol盐酸胍、0.1～0.6mol NaOH、20～50mL蒸馏水和150～300mL乙醇依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在氮气保护下回流反应12h，用GC跟踪检测，直到3-苯亚甲基诺蒎酮转化率达到95％后停止反应。

(2)反应物用150～300mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用蒸馏水洗涤至中性，再用饱和食盐水洗涤1次，有机相用无水硫酸钠干燥去水份；过滤去除干燥剂后浓缩回收溶剂，得到5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺粗产物；

(3)5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺粗产物在丙酮-乙醇溶剂中进行重结晶，得到5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺，是无色透明的晶体。

步骤3)中，在催化剂作用下5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺与2-羟基苯甲醛进行缩合，得到四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚，具体的制备方法包括：

(1)将0.05mole 5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺、0.05～0.15mole 2-羟基苯甲醛、0.01～0.05mole乙酸、200～500mL叔丁醇依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，回流反应36-72h；

(2)反应混合物减压浓缩至100～150mL，然后冷却至室温，析出浅黄色固体粗产物；

(3)浅黄色粗产物在无水乙醇中进行重结晶两次，得到浅黄色粉末，即为四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚。

所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的应用，选择性与锌离子形成络合物，并发出黄色荧光。

本发明以天然可再生资源β-蒎烯的氧化产物诺蒎酮为原料，与苯甲醛缩合生成3-苯亚甲基诺蒎酮；3-苯亚甲基诺蒎酮再与盐酸胍进行缩合环化得到5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺；5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺再与2-羟基苯甲醛缩合，得到新型的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺]甲基]苯酚。发现该化合物对锌离子具有选择性络合作用，并形成能发出荧光的络合物，而且荧光强度与锌离子的浓度(在0.5-13×10^-6M范围内)呈现线性关系，y＝76.567x+18.469。该化合物可作为专一性荧光探针分子在检测锌离子方面的应用。

有益效果：与现有技术相比，本发明的利用天然可再生资源β-蒎烯的氧化产物诺蒎酮为原料制备新型的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物；该化合物对锌离子具有选择性络合作用，并形成能发出荧光的络合物，而且荧光强度与锌离子的浓度(在0.5-13×10^-6M范围内)呈现线性关系。该化合物可作为专一性荧光探针分子在检测锌离子方面的具有很好的应用。

附图说明

图1是2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺]甲基]苯酚与不同金属离子络合的荧光增强选择性实验结果图；

图2是2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺]甲基]苯酚与锌离子荧光增强的外界金属离子干扰结果图；

图3是不同pH缓冲液(HEPES)对锌离子探针荧光强度的影响结果图；

图4是2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺]甲基]苯酚与不同浓度的锌离子作用的荧光强度变化关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的合成方法，合成过程为：

具体步骤如下：

1)3-苯亚甲基诺蒎酮的制备：

在配有温度计、搅拌器和回流冷凝器的100mL三口烧瓶中，依次加入1.38g(0.01mol)诺蒎酮，30mL蒸馏水，6.00g(0.15mol)NaOH和1.27g(0.012mol)苯甲醛，加热至回流反应8h左右至诺蒎酮转化率达95％以上(GC跟踪检测)。冷却后，向反应液中加入饱和食盐水并用乙酸乙酯萃取3次(20mL×3)，合并的有机相用饱和食盐水洗至中性，经无水Na₂SO₄干燥、过滤、浓缩后得到黄色固体粗产物，再用丙酮和少量乙醇溶解均匀，静置结晶，得到1.77g无色透明晶体，产率为78.2％，纯度为98.2％(GC)，熔点为108.4～108.9℃，(c＝1.0,CHCl₃)；FT-IR(KBr)ν:2955(ν_as _C－H,CH₃),2936(ν_as _C—H,CH₂),2867(ν_s _C—H,CH₂),1686(ν_C＝O),1608(ν_C＝C),1489,1444(ν_C＝C,苯环C＝C环伸缩振动),1080,1055(τ_C—H,苯环C—H面内弯曲振动),773,698(τ_C—H,苯环C—H面外弯曲振动)；EI-MS(70eV)m/z(％):226(M⁺,100),211(40),183(69),155(57),141(33),128(48),115(84),91(50),55(50),41(34)；¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:蒎烷基:0.93(s,3H,8-CH₃),1.38(s,3H,9-CH₃),1.55～1.58(d,J＝11.1Hz,1H,7α-CH),2.33～2.38(m,1H,7β-CH),2.58～2.62(m,1H,1-CH),2.68～2.70(t,J＝6.0Hz,1H,5-CH),2.97～2.99(t,J＝5.4Hz,2H,4-CH₂),7.70(s,1H,10-CH)；苯基:7.31～7.60(m,3H,3',4',5'-CH),7.57～7.60(d,J＝8.4Hz,2H,2',6'-CH)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ：21.55,26.12,27.35,30.81,39.32,40.73,55.79,128.47,128.81,130.66,132.57,135,61,203.32。

2)5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺的制备：

在配有温度计、搅拌器和冷凝器的50mL三口烧瓶中，依次加入1.13g(5mmol)3-苯亚甲基诺蒎酮，0.96g(10mmol)盐酸胍，30mL无水乙醇，1.20g(30mmol)NaOH和1.20g蒸馏水，加热至回流温度反应12h左右至3-苯亚甲基诺蒎酮的转化率达95％以上(GC跟踪检测)。反应液经冷却后，加入30mL去离子水，用乙酸乙酯萃取3次(40mL×3)，合并的有机相用饱和食盐水洗至中性，经无水Na₂SO₄干燥、过滤、浓缩后得到黄色黏稠液体粗产物，再用冰乙酸和无水乙醇溶解均匀，静置结晶，得到无色透明晶体5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺，得率90.1％，纯度为98.2％(GC)。熔点为98.8～99.5℃，(c＝1.0,CHCl₃)；FT-IR(KBr)ν:3320,3191(v_N－H,NH₂),2971(v_{as C－H},CH₃),2946(v_{as C－H},CH₂),2934(v_{s C－H},CH₃),2866(v_{s C－H},CH₂),1704(v_C＝N),1625(δ_N－H,NH₂),1566,1552(v_C＝C,苯环C＝C环伸缩振动),1465(δ_{as C－H},CH₃),1379(δ_{s C－H},CH₃),1335(杂环骨架振动),1271,1216(v_C－C,C－C骨架伸缩振动),1071(v_C－N),774(δ_C－H,CH₂面内变形振动),700(δ_C－H,苯环C－H面外弯曲振动)；EI-MS(70eV)m/z(％)：221(11),209(14),210(9),197(14),120(10),119(100),115(13),117(10),110(6),104(10),91(8),77(28),51(7)；¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ:蒎烷基:0.78(s,3H,10-CH₃),1.31(d,J＝9.8Hz,1H,6-CH),1.40(s,3H,11-CH₃),2.30(m,1H,9α-CH),2.63～2.68(m,1H,9β-CH₂),2.74(t,J＝2.6Hz,2H,5-CH₂),2.82(t,J＝5.5Hz,1H,8-CH),6.59(s,2H,NH₂),苯基:7.43～7.47(m,3H,3',4',5'-CH),7.53(t,J＝2.1Hz,2H,2',6'-CH)；¹³C NMR(125MHz,CDCl₃)δ：21.16,25.66,29.00,29.67,38.73,40.09,48.65,113.40,128.18,128.22,129.12,137.02,160.31,164.44,176.16。

3)2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚的制备：

在配有温度计、搅拌器和冷凝器的50mL三口烧瓶中，依次加入0.265g(0.10mmol)5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺，0.146g(0.12mmol)2-羟基苯甲醛、0.30g(5mmol)乙酸和30mL叔丁醇，加热至回流温度反应48h左右，用LC-MS跟踪检测，至产物不在增加为止。反应物浓缩至6mL，然后冷却至室温，析出浅黄色固体，再用6mL无水乙醇进行重结晶，得到浅黄色晶体2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚，得率为32％，熔点177.4-177.8℃；IR(KBr,cm^-1):3442.7,2955.9,2923.8,2850.2,1636.3,1565.8,1479.4,1453.7,752.3.¹H NMR(CDCl₃,500MHz):¹³C NMR(CDCl₃,125MHz):EI-MS:calcd for[M+H⁺]C₂₄H₂₃N₃O:369.18；found:370.3。

实施例2

将固体2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚化合物和不同的金属离子溶于4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)缓冲溶液(20mM,pH＝7.2,50％(v/v)C₂H₅OH)中，配制成探针化合物和Zn²⁺浓度均为1×10^-5M的11种溶液。在激发波长为425nm的条件下测得不同金属离子存在下的荧光强度变化，如图1所示。结果表明，化合物对Zn²⁺具有很强的荧光增强作用，而Cu²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺则具有很强的荧光淬灭，说明该化合物对Zn²⁺具有较好的选择性。

实施例3

将配置好的2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚(1×10^-5M)+Zn²⁺(1×10^-5M)的溶液(HEPES缓冲液，20mM,pH＝7.2,50％(v/v)C₂H₅OH)中分别加入与Zn²⁺等摩尔量的K⁺,Ca²⁺,Ni²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Cd²⁺,Co²⁺,Mn²⁺,Ag⁺和Cu²⁺，在激发波长为425nm的条件下测得荧光光谱，结果如图2所示。当加入Cu²⁺,Fe²⁺和Fe³⁺离子时，2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚+Zn²⁺的荧光强度出现不同程度的降低，其影响程度Cu²⁺>Fe²⁺>Fe³⁺，而K⁺,Ca²⁺,Ni²⁺,Cd²⁺,Co²⁺,Mn²⁺,Ag⁺等离子则几乎没有影响。

实施例4

先配制pH分别为6.8、7.2、7.6、8.0的4种HEPES缓冲液(20mM,50％(v/v)C₂H₅OH)。然后，将固体2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚和Zn²⁺分别溶于上述4种HEPES缓冲液中，配制成探针化合物和Zn²⁺浓度均为1×10^-5M的4种溶液，在激发波长为425nm的条件下测得荧光光谱，pH值对荧光强度的影响如图3所示。结果表明，pH值在6.8～8.0之间时，随着pH值的提高，荧光强度则随之增强。

实施例5

2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚+锌离子的荧光强度与锌离子浓度的关系如图4所示。将配置好的2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚(1×10^-5M)+不同浓度的Zn²⁺(0.5-1.3×10^-6M)的18种溶液，分别加到干净的4mL石英比色皿中，测量在波长为425nm的激发光下的荧光光谱，直到荧光强度不再变化。采集荧光光谱峰位置526nm处荧光强度，以526nm处荧光光谱峰值强度作为纵坐标，锌离子浓度作为横坐标作图进行线性拟合，从而计算出锌离子的检测限为2.35×10^-3μM。

Claims

1.四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物，其特征在于，该化合物的结构式为：

2.权利要求1所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的合成方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

1)诺蒎酮与苯甲醛进行羟醛缩合，得到3-苯亚甲基诺蒎酮；

3.根据权利要求2所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的合成方法，其特征在于，步骤1)中，诺蒎酮与苯甲醛进行羟醛缩合得到3-苯亚甲基诺蒎酮，具体的制备方法包括：

4.根据权利要求2所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的合成方法，其特征在于，步骤2)中，在催化剂作用下3-苯亚甲基诺蒎酮与盐酸胍进行缩合环化，得到5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺，具体的制备方法包括：

(1)将0.1mol 3-苯亚甲基诺蒎酮、0.1～0.3mol盐酸胍、0.1～0.6mol NaOH、20～50mL蒸馏水和150～300mL乙醇依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在氮气保护下回流反应12h，用GC跟踪检测，直到3-苯亚甲基诺蒎酮转化率达到95％后停止反应；

5.根据权利要求2所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的合成方法，其特征在于，步骤3)中，在催化剂作用下5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-胺与2-羟基苯甲醛进行缩合，得到四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物2-[[5,6,7,8-四氢-4-苯基-7,7-二甲基-6,8-桥亚甲基喹唑啉-2-亚胺基]甲基]苯酚，具体的制备方法包括：

6.权利要求1所述的四氢喹唑啉-2-胺希夫碱类化合物的应用，其特征在于，选择性与锌离子形成络合物，并发出黄色荧光。