CN107382934A

CN107382934A - 一种巯基功能化香豆素衍生物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN107382934A
Application number: CN201710635855.5A
Authority: CN
Inventors: 冯苗; 万佳琪; 何惠斌; 徐海峰
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2017-11-24

Abstract

本发明公开了一种巯基功能化香豆素衍生物及其制备方法和应用，属于功能材料制备技术领域。本发明通过四步化学反应合成了巯基功能化香豆素衍生物，其结构式为；并将合成的巯基功能化香豆素衍生物与经处理后的金纳米粒子相混合，搅拌过夜后得到香豆素功能化金纳米粒子。本发明制备的香豆素功能化金纳米粒子具有以下优点：（1）分子端基‑巯基能高效的与金纳米粒子结合，可以在光照的条件下实现金纳米粒子自组装行为；（2）巯基功能化金纳米粒子可在不同光照的条件下实现可逆的自组装行为，即做到分散‑组装‑再分散的循环。这也为研发一种可循环的新型光感应智能设备或材料提供了一种潜在的应用手段。

Description

一种巯基功能化香豆素衍生物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种巯基功能化香豆素衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

香豆素类化合物是一类重要的药用天然活性化合物，广泛存在于高等植物的次生代谢产物。香豆素及其衍生物由于存在苯环和内酯的特殊结构，决定了其拥有丰富的物理化学性质，被广泛的应用于各个领域。

在医药领域，由于香豆素及其衍生物具有明显的生物活性，对人体有明显的抗氧化、抗高血压、抗凝血等功效。在香料领域，香豆素及其衍生物能使得产品发出清香，故可以在洗涤剂中做增香剂。在染料领域，由于其拥有极高的荧光效率和Stokes位移等特性，可制作成荧光溶剂染料或者激光染料等。更重要的是香豆素及其衍生物是一种具有特殊的可逆光二聚特性，研究表明，香豆素分子在受到波长大于300 nm的光照射时，会发生可逆的[2+2]环形聚合，然而，当二聚体分子受到波长小于260 nm的光照射时，又会重新解聚形成单体分子。因此香豆素及其衍生物也被用于光控生物传送系统、光数据储存以及自我修复高分子等领域。但是香豆素分子在金属纳米粒子光诱导自组装领域却很少被研究，因而本专利发明的一种通过化学合成的方法，将香豆素分子巯基化，巯基功能化的香豆素衍生物分子以共价键的形式与金纳米粒子表面相连，在香豆素可逆光诱导二聚反应的基础上，通过不同波长的光作为外部刺激源来控制香豆素分子的结构，从而控制金纳米粒子的分布状态，使金纳米粒子发生光诱导自组装。

依据上述香豆素光二聚现象的理论研究，本发明通过紫外可见吸收光谱（UV-vis）、核磁共振氢谱（¹H-NMR）以及透射电子显微镜（TEM）等手段检测和研究巯基功能化香豆素衍生物在光响应金纳米粒子自组装体系中发挥的作用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种巯基功能化香豆素衍生物及其制备方法和应用。巯基功能化香豆素衍生物由于端基官能团巯基的存在使得其能够与金纳米粒子通过Au-S配位键稳定链接，可作为一种光敏配体用于金纳米粒子的自组装方面，而且基于香豆素可逆的光二聚性质，香豆素功能化金纳米粒子可以构成可逆光诱导自组装体系，这也为研发光响应智能设备或纳米材料提供了一种新思路。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一、一种巯基功能化香豆素衍生物，具有如下结构：

。

制备方法包括以下步骤：

A、11-硫代乙酰氧基十一烷醇的合成：在甲醇溶液中加入十一烯醇，硫代乙酸，偶氮二异丁腈（十一烯醇，硫代乙酸和偶氮二异丁腈的摩尔比为1:4:7）。将以上混合溶液移至石英冷阱反应器中，在氮气保护下，用500 W的高压汞灯照射时长范围为8 至24 h，更优选16 至24 h。待反应结束后，将反应溶液在真空中除去溶剂。之后将所得的粗产物通过柱层析法提纯（按体积比氯仿:石油醚=3:1），制得11-硫代乙酰氧基十一烷醇，其结构式如下：；

B、11-硫代乙酰氧-1-溴十一烷的合成：将11-硫代乙酰氧基十一烷醇和三苯基膦溶解在无水二氯甲烷中，然后加入四溴甲烷的无水二氯甲烷溶液，在室温下搅拌20 h以上。待反应结束后，将反应混合溶液在真空中除去溶剂，然后用石油醚萃取1 至8 次，优选4 至6次。萃取得到的初产物通过柱层析法分离提纯（乙酸乙酯:正己烷=1:50）。11-硫代乙酰氧基十一烷醇，三苯基膦和四溴甲烷的摩尔比为2:5:3。制得的11-硫代乙酰氧-1-溴十一烷结构式为：；

C、7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素的合成：将11-硫代乙酰氧基-1-溴代十一烷、7-羟基香豆素和碳酸钾溶解在丙酮中，混合溶液在80 ℃下搅拌回流30 h以上。待反应结束后，将反应溶液冷却，过滤去除无机物质，然后在真空条件下除去溶剂。所得到的粗产物用氯仿硅胶柱层析法纯化。11-硫代乙酰氧基-1-溴代十一烷、7-羟基香豆素和碳酸钾的摩尔比为1:1.24:5.18。制得的7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素的结构式为：；

D、7-（11-巯基十一烷醚）香豆素的合成：将7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素溶于氯仿−甲醇（氯仿和甲醇溶液的体积比范围为1:5至2:3，优选1:3 至3:5）混合液中，然后加入浓度范围为1至8 mol/L，优选1至4 mol/L范围的氯化氢甲醇溶液。混合物溶液在氮气气氛和70 ℃下搅拌2 h以上。待反应结束后，将反应溶液冷却，然后在真空条件下除去溶剂。所得到的粗产物用氯仿硅胶柱层析法纯化，最终得到产物巯基功能化香豆素衍生物（即7-（11-巯基十一烷醚）香豆素）。

二、本发明还保护了巯基功能化香豆素衍生物作为一种光敏性配体在金纳米粒子光响应自组装体系上的应用，可以用来合成香豆素功能化金纳米粒子；所述香豆素功能化金纳米粒子的结构式如下：

。

具体的制备方法为：将金纳米粒子甲苯悬浮液加入到离心管中，然后再加入甲醇，在离心转速范围为6000 至12000 r/min（优选8000 至10000 r/min范围）的条件下离心5min以上，小心移除上层清液，待剩余溶剂挥发完全之后，加入溶剂（甲苯、氯仿或四氢呋喃（THF））重新分散。将重新分散的金纳米粒子悬浮液移至棕色小玻璃瓶中，在磁转子的搅拌下加入摩尔浓度范围为0至0.08 mmol/L（优选浓度0.005 至0.02 mmol/L范围）的香豆素基光敏配体溶液，在黑暗条件下，搅拌过夜。

巯基功能化香豆素衍生物配体及其功能化金纳米粒子合成路线如下：

与现有技术相比，本发明的有益效果体现为：

（1）通过四步化学反应合成出的巯基功能化香豆素衍生物，作为一种光敏配体将香豆素引入纳米颗粒自组装领域，实现了香豆素光敏配体功能化金纳米粒子的光响应自组装；

（2）由于香豆素分子具有可逆光二聚效应，通过改变辐射光波长，可实现金纳米粒子的可逆自组装；这种可逆自组装行为也为制备一种新型光控设备或者合成以一种新型光控纳米结构提供一种独一无二的思路。

附图说明

图1a是本发明实施例1制备的11-硫代乙酰氧基十一烷醇¹H-NMR谱图；

图1b是本发明实施例1制备的11-硫代乙酰氧基-1-溴代十一烷¹H-NMR谱图；

图1c是本发明实施例1制备的7-(11-硫代乙酰氧基十一烷醚)香豆素¹H-NMR谱图；

图1d是本发明实施例1制备的7-(11-巯基十一烷醚)香豆素¹H-NMR谱图；

图2a是未经香豆素功能化金纳米粒子THF悬浮液在365 nm光照射下的UV-vis光谱变化图；

图2b是未经香豆素功能化金纳米粒子THF悬浮液在365 nm光照射0 h的TEM图；

图2c是未经香豆素功能化金纳米粒子THF悬浮液在365 nm光照射72 h的TEM图；

图3a是香豆素功能化金纳米粒子THF悬浮液在365 nm光照下不同时间的UV-vis光谱变化图；

图3b是香豆素功能化金纳米粒子THF悬浮液在254 nm光照下不同时间的UV-vis光谱变化图；

图3c是香豆素功能化金纳米粒子THF悬浮液365 nm和254 nm紫外光照射不同时间下的TEM图；a）365 nm光照0 h，b）365 nm光照24 h，c）365 nm光照48 h，d）365 nm光照72 h，e）365 nm光照72 h后254 nm光照0 min，f）365 nm光照72 h后254 nm光照20 min，g）365 nm光照72 h后254 nm光照40 min，h）365 nm光照72 h后254 nm光照60 min；

图4是在365 nm和254 nm紫外光交替照射下香豆素功能化金纳米粒子的最大特征吸收峰峰位变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

巯基功能化香豆素衍生物的制备：

A、11-硫代乙酰氧基十一烷醇的合成：

在50 mL的甲醇（MeOH）溶液中加入十一烯醇（12 g），硫代乙酸（20 mL），偶氮二异丁腈（AIBN）（80 mg）。将以上混合溶液移至石英冷阱反应器中，在氮气保护下，用500 W的高压汞灯照射20 h。待反应结束后，将反应溶液在真空中除去溶剂。之后将所得的粗产物通过柱层析法提纯（氯仿:石油醚=3:1），产率: 5.39 g (31%)。¹H NMR: (CDCl3, 500 MHz) δ 3.66(t, 2H, J = 6.3 Hz), 2.88 (t, 2H, J = 7.2 Hz), 2.34 (s, 3H), 1.58-1.29 (m,18H)（图1a）。

B、11-硫代乙酰氧-1-溴十一烷的合成：

将11-硫代乙酰氧基十一烷醇（4.0 g）和三苯基磷（PPh₃）（10.6 g）溶解在60 mL的无水二氯甲烷（通过加入P4O10蒸馏除水）中，然后加入四溴甲烷（CBr₄）（8.4 g）的无水二氯甲烷溶液（30 mL），在室温下搅拌24 h。待反应结束后，将反应混合溶液在真空中除去溶剂，然后用石油醚萃取5次。萃取得到的初产物通过柱层析法分离提纯（乙酸乙酯:正己烷=1:50），产率:3.65 g (72%)。¹H NMR: (acetone-d6, 500 MHz) δ 3.51 (t, 2H, J = 6.6 Hz),2.87 (t, 2H, J = 7.2 Hz), 2.31 (s, 3H), 1.87 (t, 2H, J = 7.2 Hz), 1.59-1.30(m, 16H)（图1b）。

C、7-(11-硫代乙酰氧基十一烷醚)香豆素的合成：

将11-硫代乙酰氧基-1-溴代十一烷（0.69 g）、7-羟基香豆素（7-hydroxycoumarin）（0.45 g）和碳酸钾（ 1.6 g）溶解在丙酮（50 mL）中，混合溶液在80 ℃下搅拌回流40 h。待反应结束后，将反应溶液冷却，过滤去除无机物质，然后在真空条件下除去溶剂。所得到的粗产物用氯仿硅胶柱层析法纯化，产率:0.61 g (71%)。 ¹H NMR:(CDCl3, 500MHz) δ 7.65(d, 1H, J= 9.5 Hz), 7.38 (d, 1H), 6.83-6.88 (m, 2H), 6.26 (d, 1H, J = 9.5Hz), 4.03 (t, 2H, J = 6.6 Hz), 2.89 (t, 2H, J = 7.2 Hz), 2.35 (s, 3H), 1.83-1.31 (m, 18H)（图1c）。

D、7-（11-巯基十一烷醚）香豆素的合成：

将7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素（300 mg）溶于氯仿−甲醇（7 mL:15 mL）混合液中，然后加入20 mL浓度为2 mol/L的氯化氢甲醇溶液。混合物溶液在氮气气氛和70 ℃下搅拌5 h。待反应结束后，将反应溶液冷却，然后在真空条件下除去溶剂。所得到的粗产物用氯仿硅胶柱层析法纯化，产率:227 mg (85%)。 ¹H NMR: (CDCl3, 500 MHz) δ 7.66 (d,1H, J = 9.5 Hz), 7.38 (d, 1H), 6.83-6.88 (m, 2H), 6.26 (d, 1H, J = 9.5 Hz),4.03 (t, 2H, J = 6.6 Hz), 2.54 (q, 2H, J = 7.4 Hz), 1.85-1.28 (m, 18H). ESI-MS: 349.4 (M+H+)（图1d）。

应用例

一、未经香豆素功能化金纳米粒子在紫外光照射下的行为研究

取100 μL金纳米粒子甲苯悬浮液加入到离心管中，然后再加入2 mL甲醇，在离心转速为8500 r/min的条件下离心10 min，小心移除上层清液，待剩余溶剂挥发完全之后，加入3mL溶剂THF重新分散。将重新分散的金纳米粒子悬浮液转移到四面透光的石英比色皿中，用紫外光进行照射，测试不同光照时间下的UV-vis吸收光谱。其中溶剂为：THF；紫外光波长分别为365 nm和254 nm；365 nm紫外光的照射时间为0-72 h，254 nm 紫外光的照射时间为0-6 h。图2a为未功能化的金纳米粒子THF悬浮液在365 nm紫外光照射时间为0和72 h的UV-vis 光谱，它们的表面等离子共振（SPR）吸收峰均为523 nm，且光谱曲线高度重合，即365nm紫外光照射并不会引起未功能化金纳米粒子的自组装。图2b和图2c分别为未功能化的金纳米粒子THF悬浮液在365 nm紫外光照射0 h和72 h的TEM图。

二、香豆素功能化金纳米粒子在紫外光照射下的自组装行为研究

取100 μL金纳米粒子甲苯悬浮液加入到离心管中，然后再加入2 mL甲醇，在离心转速为8500 r/min的条件下离心10 min，小心移除上层清液，待剩余溶剂挥发完全之后，加入3mL溶剂THF重新分散。将重新分散的金纳米粒子悬浮液移至容量为5 mL的棕色小玻璃瓶中，在磁转子的搅拌下加入0.01 mmol/L巯基功能化香豆素衍生物光敏配体溶液，在黑暗条件下，搅拌过夜，得到香豆素功能化金纳米粒子。最后用紫外光进行照射，测试不同光照时间下的UV-vis吸收光谱。UV-vis吸收光谱图3a中显示，未经光照的初始金纳米粒子悬浮液在523 nm处有金颗粒的表面SPR吸收峰。在365 nm紫外光照射72 h后SPR吸收峰从523 nm红移至556 nm，这是由于365 nm紫外光引发了金纳米粒子自组装，使得粒子尺寸变大，SPR吸收峰红移。图3b中显示了，经过365 nm紫外光照射72 h的功能化金纳米粒子THF悬浮液在254nm光照下不同时间的UV-vis光谱变化图，从图中可以看出，样品的SPR吸收峰在254 nm光照下发生蓝移。在254 nm光照20 min、40 min和60 min后SPR吸收峰从初始的556 nm处移至550 nm、532 nm和523 nm处，这说明在365 nm紫外光下发生自组装的金纳米粒子在254 nm紫外光下又重新分散，而且可以通过光照时间来控制自组装聚集的程度。图3c是金纳米粒子THF悬浮液在365 nm和254 nm紫外光照射不同时间下的TEM图，从图中可以金纳米粒子悬浮液在365 nm和254 nm紫外光照射下的颗粒尺寸的变化。当受到365 nm紫外光照射时，由于粒子表面的巯基化香豆素光敏配体在光照下发生光二聚反应使得金纳米粒子开始逐渐聚集，在254 nm紫外光照射60 min后又会重新回到原来的单分散状态。

三、香豆素功能化金纳米粒子自组装可逆循环分析

分别通过365 nm和254 nm的紫外光照射香豆素功能化金纳米粒子的THF溶液，可以诱导香豆素功能化金纳米粒子进行可逆的光诱导自组装。如图4，可逆自组装可以做到四个分散−组装−再分散的循环。从图中可以看出，通过365 nm和254 nm的紫外光照射，金纳米粒子的SPR吸收峰可以在523至560 nm的区间移动，这是因为香豆素基团在波长λ > 300 nm的光照射时发生光二聚作用，而当入射光波长转变为λ < 260 nm时，二聚体发生光裂解。

以上结合具体实施例描述了本发明化合物的制备步骤以及在金纳米粒子光响应可逆自组装方面的创新性应用。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种巯基功能化香豆素衍生物，其特征在于：所述巯基功能化香豆素衍生物的结构式为：。

2.一种制备如权利要求1所述的巯基功能化香豆素衍生物的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、11-硫代乙酰氧基十一烷醇的合成：在甲醇溶液中依次加入十一烯醇、硫代乙酸和偶氮二异丁腈；将上述混合溶液转移至冷阱中，在氮气的保护下，使用汞灯照射进行反应；待反应结束后，将反应溶液中的溶剂进行真空蒸发，随后所得的粗产物通过柱层析提纯，制得11-硫代乙酰氧基十一烷醇，其结构式如下：；

B、11-硫代乙酰氧基-1-溴十一烷的合成：将步骤A中所得到的11-硫代乙酰氧基十一烷醇与三苯基膦溶解在无水二氯甲烷中，然后加入溶解有四溴甲烷的无水二氯甲烷中，在室温下搅拌；待反应结束后，将反应溶液中的溶剂在真空中去除，接着进行萃取，最后将萃取得到的粗产物进行柱层析提纯，制得11-硫代乙酰氧基-1-溴十一烷，其结构式如下：；

C、7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素的合成：将步骤B中得到的11-硫代乙酰氧基-1-溴十一烷、7-羟基香豆素和碳酸钾溶解于丙酮溶液中，混合溶液在80℃下回流搅拌至反应完全；反应结束后将反应悬浮液过滤，除去无机物，然后在真空条件下除去溶剂；所得到的粗产物进行柱层析提纯，制得7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素，其结构式如下：；

D、7-（11-巯基十一烷醚）香豆素的合成：将步骤C得到的7-（11-硫代乙酰氧基十一烷醚）香豆素溶解于氯仿-甲醇混合溶液中，然后加入氯化氢甲醇溶液；混合溶液在氮气的氛围下70℃搅拌；待反应结束后，将反应溶液在真空下除去溶剂，最后再进行柱层析提纯，制得7-（11-巯基十一烷醚）香豆素，即所述的巯基功能化香豆素衍生物。

3.根据权利要求2所述一种巯基功能化香豆素衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，十一烯醇、硫代乙酸和偶氮二异丁腈的摩尔比为1:4:7，所用的汞灯功率为500 W，照射时长范围为8 ~24 h；柱色谱的洗脱剂配比为氯仿：石油醚=3:1。

4.根据权利要求2所述一种巯基功能化香豆素衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤B中，11-硫代乙酰氧基十一烷醇、三苯基膦和四溴甲烷的摩尔比为2:5:3，柱色谱的洗脱剂配比为乙酸乙酯：正己烷=1:50。

5.根据权利要求2所述一种巯基功能化香豆素衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤C中，11-硫代乙酰氧基-1-溴十一烷、7-羟基香豆素和碳酸钾的摩尔比为1:1.24:5.18。

6.根据权利要求2所述一种巯基功能化香豆素衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤D中，氯仿-甲醇混合溶液中，氯仿和甲醇溶液的体积比范围为1:5~ 2:3；氯化氢甲醇溶液浓度范围为1~8 mol/L。

7.一种如权利要求1所述的巯基功能化香豆素衍生物的应用，其特征在于：所述巯基功能化香豆素衍生物作为一种光敏性配体用于金纳米粒子光响应自组装体系，合成香豆素功能化金纳米粒子。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：将金纳米粒子的甲苯悬浮液加入到离心管中，然后再加入甲醇，经离心，移除上层清液后再加入溶剂中重新分散；将重新分散的金纳米粒子悬浮液移至棕色小玻璃瓶中，加入巯基功能化香豆素衍生物溶液，在黑暗条件下，搅拌过夜，合成香豆素功能化金纳米粒子。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：离心转速范围为6000 至12000 r/min，溶剂分别为甲苯、氯仿或四氢呋喃；巯基功能化香豆素衍生物溶液的摩尔浓度范围为0至0.08mmol/L。