CN107089925A - 一种手性酰腙化合物及其稀土配合物的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手性酰腙化合物及其稀土配合物的制备方法及应用，该配合物的配体上含有酰腙基团具有多齿配位特点，可以和稀土离子结合得到手性单一、结构稳定的四核四螺旋配合物；利用配合物中配体上的NH与氟离子的氢键形成，从而可以实现手性配合物旋光信号对氟离子的旋光选择性识别检测。
Description
技术领域
本发明属于阴离子检测技术领域，具体地说，涉及一种手性酰腙化合物及其稀土配合物的制备方法及应用。
背景技术
手性化合物广泛存在于自然界，在自然科学和生命科学中具有重要作用。手性有机化合物和金属离子通过配位作用得到的手性配合物可用于催化、分离、识别等领域，此类材料已经引起了人们广泛的研究兴趣。近年来，人们致力于合成各种配合物用于离子检测，但是利用手性信号的变化来检测一些重要的阴离子却研究较少。氟离子作为电负性最高、离子半径最小的阴离子，广泛存在自然界之中，也是人体必需的微量元素之一。适量氟离子的摄入对人体有益，如在牙膏或是水中加入适量的氟离子可以防止龋齿和骨质疏松。但是，当过量氟离子摄入时，又会引起氟中毒，严重者会导致氟斑牙和一系列骨质疾病。在之前的工作中，人们已经陆续发展了一系列检测方法，诸如离子色谱法、荧光光谱分析法、电化学方法等(J.Chromatogr.A(2007,114398–104；Chem.Commun.,2014,50,14021—14024；Anal.Chem.,2007,79,7005)，但其中许多检测方法存在响应时间久、操作相对繁琐、成本相对昂贵、需要大型仪器作为支撑等缺点。因此，发展新的检测方法和手段检测氟离子显得尤为重要，也是对现有检测方法的重要补充。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手性酰腙化合物及其稀土配合物的制备方法及应用。其具体技术方案为：
一种手性酰腙化合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、合成中间体(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸二甲酯：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸1.72g置于50mL圆底烧瓶，加入20ml甲醇，浓硫酸1ml，40℃搅拌24h,旋蒸除去甲醇，加水少许后用二氯甲烷萃取后合并有机层，干燥，旋蒸除去有机溶剂得到无色油状液体1.82g，产率91.0％；
步骤2、合成中间体(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酰肼：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸二甲酯1.6g置于50ml圆底烧瓶，依次加入25ml甲醇，水合肼1.6ml，40℃下搅拌24h，出现白色固体，抽滤，依次用甲醇、乙醚洗涤，干燥的白色粉末0.98g，产率61.2％.熔点：202.5–203.5℃；
步骤3、合成目标产物化合物1：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酰肼0.80g置于50ml圆底烧瓶，依次加入甲醇25mL，10mL的3-乙氧基-2-羟基苯甲醛1.36g的甲醇溶液，在40℃下搅拌6h,出现白色固体，抽滤，依次用甲醇、乙醚洗涤，干燥得白色固体1.6g，产率80.5％。熔点：247.6–248.5℃。
一种手性酰腙化合物的配合物的制备方法，包括以下步骤：
称取24.8mg化合物1和LiOH·H2O 4.2mg置于25mL圆底烧瓶，加入3mL甲醇后搅拌5分钟，再向其中加入六水合硝酸镧22.0mg的甲醇溶液2mL，快速搅拌5分钟后过滤，得到清液置于室温缓慢挥发得到亮黄色晶体，产率65.0％；待晶体充分干燥后，元素分析实测值：C44.79,H 4.25,N 10.15；高分辨质谱：实测值：864.8266，计算值:864.8264。
本发明所述手性酰腙化合物的配合物在氟离子检测过程中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明制备出的配合物的配体上含有酰腙基团具有多齿配位特点，可以和稀土离子结合得到手性单一、结构稳定的四核四螺旋配合物；利用配合物中配体上的NH与氟离子的氢键形成，从而可以实现手性配合物旋光信号对氟离子的旋光选择性识别检测。
附图说明
图1为化学结构式，其中，图1a手性酰腙化合物的化学结构；图1b手性稀土四核四螺旋配合物的化学结构；
图2为手性稀土四核四螺旋配合物对溶液中F-,Cl-,Br-,I-,NO3 -,BF4 -,ClO4 -,N3 -,SCN-,F3CSO3 -,HSO4 -等离子的旋光响应；
图3为手性稀土四核四螺旋配合物对溶液中氟离子的圆二色光谱响应。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
一种由化学式1表示的手性化合物制备由图1表示的四核四螺旋稀土配合物手性识别氟离子的应用，其特征在于所述应用包括将所述化合物用于制备所述四核螺旋稀土配合物的配体，并且使所述化合物1与碱在溶液中与硝酸稀土反应的到所述配合物，具体结构如图1。
配合物1对氟离子的旋光响应识别：在溶液中存在F-,Cl-,Br-,I-,NO3 -,BF4 -,ClO4 -,N3 -,SCN-,F3CSO3 -,HSO4 -等离子时，通过检测旋光仪检测旋光值的变化，可以看到F-能够明显改变配合物的旋光值。
配合物1对氟离子的圆二色光谱(CD)信号响应识别：在溶液中存在F-,Cl-,Br-,I-,NO3 -,BF4 -,ClO4 -,N3 -,SCN-,F3CSO3 -,HSO4 -等离子时，通过检测CD的变化，可以看到F-能够明显改变配合物的CD信号。
一、手性酰腙化合物的制备
上述手性酰腙化合物的制备方法：以(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸为起始原料，经过第一步加硫酸催化酯化；第二步，以第一步产物为起始产物加入水合肼得到酰肼；第三步，以第二步产物为起始原料与邻羟基苯甲醛衍生物反应得到目标产物1。
具体的一个目标化合物的反应步骤如下：
首先，按照下述步骤合成中间体(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸二甲酯：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸(1.72g,10mmol)置于50mL圆底烧瓶，加入20ml甲醇，浓硫酸1ml，40℃搅拌24h,旋蒸除去甲醇，加水少许后用二氯甲烷萃取后合并有机层，干燥，旋蒸除去有机溶剂得到无色油状液体1.82g，产率91.0％。(c＝0.01g cm-3，溶剂：甲醇)；1H NMR(400MHz,CDCl3-d1):δ＝3.68(s,6H),2.58–2.65(m,2H),2.05–2.09(m,2H),1.79–1.81(m,2H),1.19–1.43(m,4H).13C NMR(100MHz,CDCl3-d1):δ＝175.55,51.82,44.81,28.94,25.22.ESI,m/z:[M+Na]+223.09。然后，按照下述步骤合成中间体(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酰肼，称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸二甲酯(1.6g，8mmol)置于50ml圆底烧瓶，依次加入25ml甲醇，水合肼(1.6ml，32mmol)，40℃下搅拌24h，出现白色固体，抽滤，依次用甲醇、乙醚洗涤，干燥的白色粉末0.98g，产率61.2％.熔点：202.5–203.5℃. (c＝0.01g cm-3，溶剂：水)；1H NMR(400MHz,D2O-d2):δ＝2.42–2.44(m,2H),1.78–1.87(m,4H),1.28–1.45(m,4H).13C NMR(100MHz,D2O-d2):δ＝176.55,45.17,29.39,24.91.ESI,m/z:[M+H]+201.0。
之后，按照下述步骤合成目标产物化合物1：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酰肼(0.80g,4.0mmol)置于50ml圆底烧瓶，依次加入甲醇25mL，10mL的3-乙氧基-2-羟基苯甲醛(1.36g,8.2mmol)的甲醇溶液，在40℃下搅拌6h,出现白色固体，抽滤，依次用甲醇、乙醚洗涤，干燥得白色固体1.6g，产率80.5％。熔点：247.6–248.5℃.(钠盐形式Na2L，c＝0.01 g cm-3溶剂：甲醇)；1H NMR(400 MHz,DMSO-d6):δ＝11.72(d,J＝16.4Hz,1.40H),11.14(s,0.6H),10.83(d,J＝21.6Hz,1.4H),9.54(d,J＝21.2Hz,0.6H),8.32(d,J＝22.0Hz,2H),6.78–7.20(m,6H),4.02–4.08(m,4H),2.50–2.63(m,1.4H),1.79–2.05(m,4H),1.30–1.38(m,10H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6):δ＝175.57,171.01,170.69,147.44,147.20,147.10,146.73,146.50,146.32,141.65,121.11,120.39,119.48,119.08,115.20,114.17,64.22,44.11,43.88,41.58,29.72,28.49,25.47,25.20,14.90,14.83.ESI,m/z:[M+Na]+519.2217。
二、手性稀土四核四螺旋配合物的制备
其中一个具体的手性稀土四核四螺旋配合物的制备步骤：称取化合物1(24.8mg，0.05mmol)和LiOH·H2O(4.2mg,0.1mmol)置于25mL圆底烧瓶，加入3mL甲醇后搅拌5分钟，再向其中加入六水合硝酸镧(22.0mg,0.05mmol)的甲醇溶液2mL，快速搅拌5分钟后过滤，得到清液置于室温缓慢挥发得到亮黄色晶体，产率65.0％。待晶体充分干燥后，元素分析实测值：C 44.79,H 4.25,N 10.15。高分辨质谱：实测值：864.8266，计算值:864.8264。IR(KBr,cm-1):3436(br),3226(m),3052(w),2975(w),2931(m),2860(w),1631(m),1605(vs),1556(s),1450(s),1384(vs),1304(s),1262(w),1219(vs),1174(m),1112(w),1096(w),1070(m),1044(w),938(w),891(m),855(w),740(s),641(w).
三、手性稀土四核四螺旋配合物对氟离子的手性识别
1.手性配合物对氟离子响应的旋光测试：配置4mM的配合物甲醇溶液(以有机配体计)，依次移取2mL配合物溶液置于10mL的透明玻璃小瓶中，共计12瓶，分别向其中加入2mmol的四丁基铵盐(氟，氯，溴，碘，硝酸根，高氯酸根，叠氮，醋酸根，三氟甲磺酸根，硫氰根，四氟硼酸根)甲醇溶液后，震荡1分钟后，分别测量不同离子加入配合物溶液后的旋光值，只有加入氟离子后旋光值出现显著变化，从不加入离子时的-630变为-1190(见图2)。因此，可以通过测量配合物溶液的旋光值变化来作为一种检测氟离子的方法。
2.手性配合物对氟离子响应的圆二色光谱(CD)测试：配置0.5mM的配合物甲醇溶液(以有机配体计)，移取2mL加入样品池，测量得到配合物溶液的圆二色光谱图，然后，加入不同量的四丁基氟化铵(0.25，0.5，0.75，1.0，2.0倍量)后测量配合物溶液的圆二色光谱的变化。CD的强度在254，308和400nm均随氟离子加入逐渐降低，而位于235和280nm处的峰出现增强(图3)。故可以通过测量配合物溶液的CD变化来作为一种检测氟离子的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种手性酰腙化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、合成中间体(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸二甲酯：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸1.72g置于50mL圆底烧瓶，加入20ml甲醇，浓硫酸1ml，40℃搅拌24h,旋蒸除去甲醇，加水少许后用二氯甲烷萃取后合并有机层，干燥，旋蒸除去有机溶剂得到无色油状液体1.82g，产率91.0％；
步骤2、合成中间体(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酰肼：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酸二甲酯1.6g置于50ml圆底烧瓶，依次加入25ml甲醇，水合肼1.6ml，40℃下搅拌24h，出现白色固体，抽滤，依次用甲醇、乙醚洗涤，干燥的白色粉末0.98g，产率61.2％.熔点：202.5–203.5℃；
步骤3、合成目标产物化合物1：称取(1R,2R)-1,2-环己烷二甲酰肼0.80g置于50ml圆底烧瓶，依次加入甲醇25mL，10mL的3-乙氧基-2-羟基苯甲醛1.36g的甲醇溶液，在40℃下搅拌6h,出现白色固体，抽滤，依次用甲醇、乙醚洗涤，干燥得白色固体1.6g，产率80.5％。熔点：247.6–248.5℃。
2.一种手性酰腙化合物的配合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
称取24.8mg化合物1和LiOH·H2O 4.2mg置于25mL圆底烧瓶，加入3mL甲醇后搅拌5分钟，再向其中加入六水合硝酸镧22.0mg的甲醇溶液2mL，快速搅拌5分钟后过滤，得到清液置于室温缓慢挥发得到亮黄色晶体，产率65.0％；待晶体充分干燥后，元素分析实测值：C44.79,H 4.25,N 10.15；高分辨质谱：实测值：864.8266，计算值:864.8264。
3.权利要求2所述手性酰腙化合物的配合物在氟离子检测过程中的应用。
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