CN106967079B - 一种罗丹明6g异羟肟酸的合成方法 - Google Patents

一种罗丹明6g异羟肟酸的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，在无机碱存在的条件下，以罗丹明6G和盐酸羟胺为原料经氨解、环化反应，一步高效合成了具有螺环结构的罗丹明6G异羟肟酸。本发明提供的方法反应路线短、原子经济性高，具有反应条件温和、操作简便、产率高等优点。罗丹明6G异羟肟酸是构筑新型光电活性受体的重要中间体，具有广阔的应用前景。

Description

一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法
技术领域
本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种罗丹明6G异羟肟酸合成的方法。
背景技术
分子识别是超分子化学的重要研究内容之一，而设计、合成各种光电活性探针是研究分子识别事件的重要手段，尤其是基于各种荧光探针的分子识别与应用研究取得了很大的进展(Chen,X.；Pradhan,T.；Wang,F.；Kim,J.S.；Yoon,J.Chem.Rev.2012,112,1910-1956.)。在众多荧光探针分子中，罗丹明衍生物具有摩尔吸光系数大、荧光量子产率高、荧光性质可调控以及光稳定性较好等优点，特别是因其独特的螺环结构特征和良好的荧光开关性能，被广泛应用于荧光探针分子的设计，在有机小分子荧光探针研究领域占有非常重要的地位。
罗丹明6G异羟肟酸具有螺环内酰胺结构，其氮原子上连有羟基官能团，不仅是识别次氯酸根的重要荧光探针(Yang,Y.K.；Cho,H.J.；Lee,J.；Shin,I.；Tae,J.Org.Lett.2009,11,859-861.)，而且通过羟基的衍生化成功设计合成了铂(Kim,H.；Lee,S.；Lee,J.；Tae,J.Org.Lett.2010,12,5342-5345.)、金(Yang,Y.K.；Lee,S.；Tae,J.Org.Lett.2009,11,5610-5613.)、铁(Moon,K.S.；Yang,Y.K.；Ji,S.；Tae,J.TetrahedronLett.2010,51,3290-3293.)等离子以及半胱氨酸(Yang,Y.K.；Shim,S.；Tae,J.Chem.Commun.2010,46,7766-7768.)等氨基酸的荧光探针。因此，罗丹明6G异羟肟酸现已成为构筑新型光、电活性受体分子的重要中间体。然而，目前罗丹明6G异羟肟酸的合成方法通常需要三步：首先，将罗丹明6G在碱性条件下反应水解生成相应的羧酸；接着在无水条件下与三氯氧磷反应生成罗丹明6G酰氯；最后，在三乙胺存在条件下，罗丹明6G酰氯与盐酸羟胺反应得到目标产物——罗丹明6G异羟肟酸。该合成方法步骤繁多，反应条件苛刻，操作麻烦，产率较低，原子经济性差，严重限制了其应用。因此，需要发明一种操作简便，反应产率高的罗丹明6G异羟肟酸绿色合成方法，拓展其在设计合成光电活性受体分子中的应用。
发明内容
本发明旨在针对上述技术分析中存在的问题，提供一种合成罗丹明6G异羟肟酸的新方法。本方法以罗丹明6G和盐酸羟胺为原料，在无机碱存在下直接氨解并环化一步高产率合成了具有螺环结构的罗丹明6G异羟肟酸。本方法与现有技术比较，省去了两步反应，具有原子经济性高，反应条件温和，操作简便等优点。
本发明中所用的罗丹明6G、各种无机碱、各种溶剂均为普通化学品。本发明采用如下技术方案：
一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，包括以下步骤：
在无机碱存在条件下，罗丹明6G在有机溶剂中与盐酸羟胺发生氨解、环化反应，一步合成罗丹明6G异羟肟酸。
本发明可用下列反应式表示：
进一步的，对合成的罗丹明6G异羟肟酸进行纯化，具体步骤包括：反应结束后，先将反应液倒入盐水中，过滤收集固体罗丹明6G异羟肟酸，然后采用柱层析或重结晶技术进行纯化。
本发明中所用的碱为无机碱，优选的为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、醋酸钠、醋酸钾中的一种或两种以上组合，进一步优选的为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯。
本发明中优选的所述无机碱用量为盐酸羟胺用量的100～150mol％，进一步优选的用量为100～120mol％。
本发明中优选的盐酸羟胺用量为罗丹明6G用量的100～300mol％，进一步优选的用量为100～200mol％。
本发明中优选的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)，进一步优选的结果为DMF、DMA或NMP。
本发明中优选的反应温度为10～30℃，进一步优化的结果为室温(25℃)。
本发明中优选的反应时间为5～15h，进一步优化的结果为10～12h。
本发明中优化的罗丹明6G异羟肟酸的纯化方法为：反应结束后，首先将反应液倒入盐水中，过滤收集固体罗丹明6G异羟肟酸，然后采用柱层析或重结晶技术进行纯化。
本发明中优选的盐水为饱和食盐水。
本发明中优选的用于柱层析和重结晶的溶剂分别为甲醇/乙酸乙酯和乙醇/石油醚。
本发明的有益效果在于：
本发明采用罗丹明6G与盐酸羟胺在无机碱存在下直接进行氨解、环化反应，一步高效合成了具有螺环结构的罗丹明6G异羟肟酸。本发明提供的方法，具有反应路线短、操作简便、反应条件温和、合成产率高等特点。本合成技术原子经济性高，绿色环保，对设计合成基于罗丹明6G的新型光电活性受体分子，拓展其在分析化学、材料化学、细胞成像等领域中的应用具有重要意义。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中罗丹明6G异羟肟酸合成方法存在步骤繁多、反应条件苛刻、操作麻烦、产率较低、原子经济性差等不足，为了解决上述技术问题，本发明人经过试验研究提出一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，该合成方法与现有技术比较具有反应条件温和，原子经济性高，操作方便等特点。
具体的技术方案如下：
一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，包括以下步骤：
在无机碱存在条件下，罗丹明6G在有机溶剂中与盐酸羟胺发生氨解、环化反应，一步合成罗丹明6G异羟肟酸，反应结束后，先将反应液倒入盐水中，过滤收集固体罗丹明6G异羟肟酸，然后采用柱层析或重结晶技术进行纯化。
本发明可用下列反应式表示：
在碱性条件下，盐酸羟胺与罗丹明6G能够顺利发生氨解、环化反应，为了提高产率，在本发明的一些优选的技术方案中，所述无机碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、醋酸钠、醋酸钾中的一种或两种以上组合；进一步优选的为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯；最优选的为碳酸钾。此外，本发明优选的所述无机碱用量为盐酸羟胺用量的100～150mol％，进一步优选的用量为100～120mol％。
为了使罗丹明6G反应完全，提高罗丹明6G异羟肟酸的产率，在本发明的一些优选的技术方案中，所述盐酸羟胺用量为罗丹明6G用量的100～300mol％；进一步优选的用量为100～200mol％；最优选的用量为200mol％。
反应溶剂是影响罗丹明6G氨解、环化的重要因素之一，为了提高罗丹明6G异羟肟酸的产率，在本发明的一些优选的技术方案中，所述反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)，进一步优选的为DMF、DMA或NMP；最优选的为DMF。
在本发明优选的技术方案中，反应温度为10～30℃，反应时间为5～15h；进一步优选的反应温度为室温(25℃)，反应时间为10～12h，在该反应条件下，产率可高达95％。
为了使本领域技术人员能更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
罗丹明6G异羟肟酸的少量合成
在装有磁子的两口圆底烧瓶中，加入罗丹明6G(0.480g，1.0mmol)、盐酸羟胺(0.140g，2.0mmol)、碳酸钾(0.276g，2.0mmol)和DMF(3.0mL)，在氮气氛下室温(25℃)反应12h。将反应混合物倒入饱和食盐水中，过滤收集固体，干燥得罗丹明6G异羟肟酸粗品，然后用柱层析分离(甲醇/乙酸乙酯＝1:4，v/v，Rf＝0.6)，得红色固体0.410g，产率为95％。1HNMR(300MHz,CDCl3,TMS):δ8.25(m,1H),7.53(m,1H),7.42(m,2H),7.24(s,1H,),6.61(s,1H),6.39(s,2H),3.99(bs,2H),3.26(q,4H,J＝6.0Hz),2.08(s,3H),2.05(s,3H),1.33(t,6H,J＝6.0Hz).IR(neat,cm-1)νmax:3270,3055,2965,2924,1714,1609,1556,1503,1445,1375,1340,1275,1246,1176,1130,1038,1003.HR-MS:m/z[M]+:calcd for C26H27N3O3:429.2052,found:430.2151([M+H]+)。
实施例2
罗丹明6G异羟肟酸的放大合成
在装有机械搅拌的三口圆底烧瓶中，加入罗丹明6G(4.800g，10.0mmol)、盐酸羟胺(1.400g，20.0mmol)、碳酸钾(2.760g，20.0mmol)和DMF(25mL)，在氮气氛下室温(25℃)反应12h。然后将反应混合物倒入饱和食盐水中，过滤收集固体，干燥后用乙醇和石油醚重结晶，得罗丹明6G异羟肟酸4.000g，产率为93％。产物结构表征数据同实施例1。
实施例3
以碳酸铯作碱合成罗丹明6G异羟肟酸
在装有磁子的两口圆底烧瓶中，加入罗丹明6G(0.480g，1.0mmol)、盐酸羟胺(0.140g，2.0mmol)、碳酸铯(0.652g，2.0mmol)和DMF(3.0mL)，在氮气氛下室温(25℃)反应12h。将反应混合物倒入饱和食盐水中，过滤收集固体，干燥得罗丹明6G异羟肟酸粗品，然后用柱层析分离(甲醇/乙酸乙酯＝1:4，v/v，Rf＝0.6)，得红色固体0.410g，产率为95％。产物结构表征数据同实施例1。
实施例4
以DMA作溶剂合成罗丹明6G异羟肟酸
在装有磁子的两口圆底烧瓶中，加入罗丹明6G(0.480g，1.0mmol)、盐酸羟胺(0.140g，2.0mmol)、碳酸钾(0.276g，2.0mmol)和DMA(3.0mL)，在氮气氛下室温(25℃)反应12h。将反应混合物倒入饱和食盐水中，过滤收集固体，干燥得罗丹明6G异羟肟酸粗品，然后用柱层析分离(甲醇/乙酸乙酯＝1:4，v/v，Rf＝0.6)，得红色固体0.397g，产率为92％。产物结构表征数据同实施例1。
实施例5
以碳酸钠作碱合成罗丹明6G异羟肟酸
在装有磁子的两口圆底烧瓶中，加入罗丹明6G(0.480g，1.0mmol)、盐酸羟胺(0.140g，2.0mmol)、碳酸钠(0.212g，2.0mmol)和NMP(3.0mL)，在氮气氛下50℃反应12h。将反应混合物倒入饱和食盐水中，过滤收集固体，干燥得罗丹明6G异羟肟酸粗品，然后用柱层析分离(甲醇/乙酸乙酯＝1:4，v/v，Rf＝0.6)，得红色固体0.309g，产率为72％。产物结构表征数据同实施例1。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：在无机碱存在下，罗丹明6G在溶液中与盐酸羟胺发生反应，一步合成罗丹明6G异羟肟酸，所述无机碱为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯；反应结束后，先将反应液倒入盐水中，过滤收集固体罗丹明6G异羟肟酸，结构式为然后采用柱层析或重结晶技术进行纯化。
2.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：所述无机碱用量为盐酸羟胺用量的100～150mol％。
3.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：所述盐酸羟胺用量为罗丹明6G用量的100～200mol％。
4.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：反应溶剂为DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、DMA(N,N-二甲基乙酰胺)或NMP(N-甲基吡咯烷酮)。
5.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：反应温度为10～30℃。
6.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：反应时间为5～12h。
7.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：用于纯化罗丹明6G异羟肟酸的盐水为饱和食盐水。
8.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：用于柱层析的溶剂为甲醇和乙酸乙酯。
9.如权利要求1所述一种罗丹明6G异羟肟酸的合成方法，其特征是：用于重结晶的溶剂为乙醇和石油醚。
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