CN106554770A - 一种三氮唑衍生物的制备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有三氟甲基苯基和二苯酚单元的三氮唑衍生物及其制备方法和其作为荧光传感器的应用，适用于金属铝离子和锌离子的检测；在用上述化合物制成的荧光离子探针中，羟基和三氮唑是结合金属的有效部位，酚羟基和三唑与金属离子可以形成比较稳定的配合物，使与三唑联接的酚羟基的单键旋转在配位后受到抑制，从而使分子共平面性加强，形成刚性体系，引起螯合增强荧光效应，最终实现对金属离子探针的检测。

Description

一种三氮唑衍生物的制备及其应用
技术领域
本发明涉及一种含有三氟甲基苯基和二苯酚单元的三氮唑衍生物及其制备方法和其作为荧光传感器的应用，适用于金属铝离子和锌离子的检测。
背景技术
金属离子广泛存在于组织细胞和体液中，与人们的健康息息相关，在人体的生理和病理中均发挥着十分重要的作用。准确探测环境和生物体中的阳离子和阴离子的浓度对人类健康及环境保护具有重要的意义。荧光探针是一种即使在复杂环境中也可以针对某一特定化学物质提供实时荧光信号响应的化学物质。在众多的检测方法中，荧光传感器因其高选择性，高灵敏度，响应时间短，简单易得和较低的检测下限而得到越来越多人的关注。铝是地球表面最常见的金属，被人们广泛使用。然而，在人体类，铝离子过量将引起各种身体疾病，例如帕金森病，透析性脑病，记忆损伤和骨质疏松。锌是生命系统中最重要的元素之一，是许多生物进程中至关重要的辅因子。锌也是人体必需的微量元素之一，在人体生长发育、生殖遗传、免疫和内分泌等重要生理过程中起着极其重要的作用，缺锌时易出现嗅觉差、厌食、生长缓慢与智力发育低于正常等表现。然而，体内锌水平过高会引起大脑神经元损伤，记忆力下降等疾病。因此能有效的探测铝离子和锌离子的含量就变的尤为重要。目前报道能够有效探针铝离子或锌离子的文献有很多，但关于能够同时检测锌离子和铝离子的文献还很少。
发明内容
本发明的目的在于设计合成一种分子结构简单、选择性好和高灵敏度的三唑衍生物金属离子荧光探针，并提供上述金属离子荧光探针在溶液中对铝离子和锌离子进行检测方面的应用。
本发明的另一个目的是提供该荧光分子在金属铝离子和锌离子识别和检测中的应用技术。
本发明荧光分子探针具有以下结构式：
其制备路线如下：
将反应方程式中的各原料分别进行编号如下：
具体地，式(I)所示三唑衍生物的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将式(II)所示的化合物水杨酸和式(III)所示的水杨酰胺经酰氯化反应、脱氯、重排和成环反应生成式(IV)所示中间体；
步骤二：将式(IV)所示的苯并恶嗪酮类中间体在与式(V)所示的三氟甲基苯肼反应生成式(I)所示三唑衍生物；
所述的步骤一具体为：将式(II)所示化合物邻羟基苯甲酸、式(III)所示水杨酰胺溶于甲苯溶剂中，并加入催化剂吡啶，加热回流。加入亚硫酰氯，加热搅拌4h，反应液经处理后得到式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体；其中式(II)所示化合物邻羟基苯甲酸与式(III)所示水杨酰胺、亚硫酰氯投料的物质的量之比为1～1.5:1:1～1.5。催化剂可选用吡啶，N,N-二甲基甲酰胺；
所述的步骤二具体为：将步骤(1)得到的式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体和式(V)所示3-三氟甲基苯肼溶解于无水乙醇中，在65℃下加热2h，然后冷却到15℃，反应液经后处理后得到式(I)所示三唑衍生物；式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体和式(V)所示3-三氟甲基苯肼投料物料的物质的量之比为1:1～1.5。
所述的三唑衍生物金属离子荧光探针的应用，其特征在于用于环境中或生物样品中金属离子Al3+和Zn2+的识别和检测。
本发明通过核磁共振(NMR)、电喷雾电离质谱(ESI-MS)表征了三唑衍生物(I)，通过单晶X射线衍射表征了三唑衍生物(I)的单晶结构。通过紫外-可见光吸收光谱和荧光光谱表征材料的光物理性质。
在上述的荧光离子探针中，羟基和三氮唑是结合金属的有效部位，酚羟基和三唑与金属离子可以形成比较稳定的配合物，使与三唑联接的酚羟基的单键旋转在配位后受到抑制，从而使分子共平面性加强，形成刚性体系，引起螯合增强荧光效应，最终实现对金属离子探针的检测。
本发明设计、合成的荧光离子探针具有结构相对简单、易于合成、同时对两种金属离子铝离子和锌离子有识别作用，选择性好，灵敏度高，将此类探针应用于生物样品或者环境中金属离子的识别和检测具有较好的应用前景。
附图说明：
图1：本发明所描述的荧光分子探针结构式。
图2：发明所描述的荧光分子探针制备路线。
图3：在荧光探针(I)的甲醇溶液中加入2.0当量Al3+和1.0当量的其它不同金属离子荧光光谱变化(激发波长：330nm，内插图：CCN1-CF3溶液中加入Al3+和Zn2+荧光颜色变化)。
图4：甲醇溶液中荧光探针(I)的紫外吸收光谱随Al3+的浓度的变化图(激发波长：330nm)。
图5：甲醇溶液中荧光探针(I)的荧光光谱随Al3+的浓度的变化图(激发波长：330nm)；插图为荧光强度与Al3+浓度关系图。
图6：甲醇溶液中荧光探针(I)的紫外吸收光谱随Zn2+的浓度的变化图(激发波长：330nm)。
图7：甲醇溶液中荧光探针(I)的荧光光谱随Zn2+的浓度的变化图(激发波长：330nm)；插图为荧光强度与Zn2+浓度关系图。
图8：控制探针分子和金属离子的总浓度在不变，改变Al3+和探针分子的浓度比，测试紫外吸收光谱变化，得到Al3+和探针分子的Job’s plot曲线及络合比(激发波长：330nm)。
图9：控制探针分子和金属离子的总浓度在不变，改变Al3+和探针分子的浓度比，测试荧光光谱变化，得到Al3+和探针分子的Job’s plot曲线及络合比(激发波长：330nm)。
图10：控制探针分子和金属离子的总浓度在不变，改变Zn2+和探针分子的浓度比，测试紫外吸收光谱变化，得到Zn2+和探针分子的Job’s plot曲线及络合比(激发波长：330nm)。
图11：控制探针分子和金属离子的总浓度在不变，改变Zn2+和探针分子的浓度比，测试荧光光谱变化，得到Zn2+和探针分子的Job’s plot曲线及络合比(激发波长：330nm)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实例1
水杨酸(II)(2g,14.5mmol)，水杨酰胺(III)(1.53g,11.1mmol)和吡啶(1ml)加入到溶剂二甲苯(20ml)中，加热回流，搅拌均匀。加入亚硫酰氯(1.9g,16.0mmol)后充分搅拌4h。反应过程中产生大量的HCl和SO2气体，使用尾气吸收装置。反应一段时间后，有晶体析出，继续搅拌30min。反应结束后，减压蒸馏，蒸出溶剂二甲苯。将得到固体用乙醇(30ml)和乙酸(1ml)混合溶液洗涤并用2-甲氧基乙醇重结晶，得到黄绿色固体产物IV(1.04g,4.34mmol,39％).1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.95(s,1H),8.25～8.21(m,1H),8.08(dd,J1＝7.8,J2＝1.5Hz,1H),7.98～7.94(m,1H),7.81(dd,J1＝8.4,J2＝0.6Hz,1H),7.68～7.60(m,2H),7.13～7.08(m,2H).ESI-MS:m/z.Calculated for C14H9NO3＝239.06；found[M+H]＝240.0655。
将化合物IV(100mg,0.4mmol)和3-三氟甲基苯肼(V)(79mg,0.4mmol)溶于无水甲醇(20mL)中，混合溶液在6℃下加热2小时。反应结束后，将反应液冷却至15℃，有晶体析出，过滤，得到红棕色晶体(150mg,0.4mmol)，即产物(I)。产率90％。1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ10.78(s,1H),10.10(s,1H),8.07(dd,J1＝7.8Hz,J2＝1.5Hz,1H),7.80(dd,J1＝11.6Hz,J2＝7.0Hz,3H),7.74～7.68(m,1H),7.57(dd,J1＝7.6Hz,J2＝1.5Hz,1H),7.43～7.34(m,2H),7.07～6.96(m,3H),6.88(d,J＝8.2Hz,1H).13C NMR(101MHz,DMSO)δ(ppm)160.39,156.81,155.60,152.63,138.89,133.07,131.94,131.60,131.07,127.86,127.32,120.59,120.15,119.92,117.54,116.53,114.66,114.14.ESI-MS:m/z.Calculated for C21H14F3N3O2＝397.10；found[M+H]＝398.1111.
实施例2
水杨酸(II)(2g,14.5mmol)，水杨酰胺(III)(1.53g,11.1mmol)和N，N-二甲基甲酰胺(1ml)加入到溶剂二甲苯(20ml)中，加热回流，搅拌均匀。加入亚硫酰氯(1.9g,16.0mmol)后充分搅拌4h。反应过程中产生大量的HCl和SO2气体，使用尾气吸收装置。反应一段时间后，有晶体析出，继续搅拌30min。反应结束后，减压蒸馏，蒸出溶剂二甲苯。将得到固体用乙醇(30ml)和乙酸(1ml)混合溶液洗涤并用2-甲氧基乙醇重结晶，得到黄绿色固体产物IV(1.14g,4.78mmol,43％).
将化合物IV(100mg,0.4mmol)和3-三氟甲基苯肼(V)(79mg,0.4mmol)溶于无水甲醇(20mL)中，混合溶液在6℃下加热2小时。反应结束后，将反应液冷却至15℃，有晶体析出，过滤，得到红棕色晶体(150mg,0.4mmol)，即产物(I)。产率90％。
实施例3：本发明荧光探针的应用
荧光探针(I)对铝离子和锌离子表现出高灵敏度度识别和高选择性识别，如图1、2、3、4、5所示。将其应用于生物组织和环境中金属离子的识别和检测，具有良好的应用前景。以上的实验也考察了金属离子与探针的结合比，由图6、7和8、9可知，本发明荧光探针(I)和铝离子、铜离子的结合比均为1:1。
此外，需要说明的是，凡依本发明专利构思所述的原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内；本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种三唑衍生物金属离子荧光探针，其特征在于该荧光分子探针具有以下分子结构：
2.一种如权利要求1所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将式(II)所示的化合物水杨酸和式(III)所示的水杨酰胺经酰氯化反应、脱氯、重排和成环反应生成式(IV)所示中间体；
步骤二：将式(IV)所示的苯并恶嗪酮类中间体在与式(V)所示的三氟甲基苯肼反应生成式(I)所示三唑衍生物；
所述的化学式(II)、(III)、(IV)、(V)如下
3.根据权利要求2所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于：所述的步骤一包括：
将式(II)所示化合物邻羟基苯甲酸、式(III)所示水杨酰胺溶于甲苯溶剂中，并加入催化剂吡啶，加热回流；加入亚硫酰氯，加热搅拌，反应液经处理后得到式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体。
4.根据权利要求2所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于：所述的式(II)所示化合物邻羟基苯甲酸与式(III)所示水杨酰胺、亚硫酰氯投料的物质的量之比为1～1.5:1:1～1.5。
5.根据权利要求2所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中催化剂为N,N-二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求2所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于：所述的步骤二包括：
将步骤一得到的式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体和式(V)所示3-三氟甲基苯肼溶解于无水乙醇中，在50℃～70℃下加热，然后冷却到10℃～20℃。反应液经后处理后得到式(I)所示三唑衍生物。
7.根据权利要求6所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体和式(V)所示3-三氟甲基苯肼投料物料的物质的量之比为1:1～1.5。
8.根据权利要求6所述的式(I)所示三唑衍生物的制备方法，其特征在于：所述的步骤二包括：
将步骤一得到的式(IV)所示苯并恶嗪酮中间体和式(V)所示3-三氟甲基苯肼溶解于无水乙醇中，在65℃下加热，然后冷却到15℃。反应液经后处理后得到式(I)所示三唑衍生物。
9.一种如权利要求1中式(I)所示三唑衍生物金属离子荧光探针，其特征在于该三唑衍生物金属离子荧光探针在环境中或生物样品中金属离子Al3+和Zn2+的识别和检测。
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