CN108760698A - 具有大体积侧基直链淀粉衍生物手性荧光传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种具有大体积侧基直链淀粉衍生物手性荧光传感器的制备方法。以2,5‑二溴苯胺和4‑乙氧基苯硼酸为原料，通过Suzuki偶联反应合成2,5‑二(4′‑乙氧基苯基)苯胺；通过Sandmeyer反应合成2,5‑二(4′‑乙氧基苯基)溴苯；通过Grignard等反应一锅法合成2,5‑二(4′‑乙氧基苯基)苯硼酸。然后，以直链淀粉为反应基质，以4‑溴苯基异氰酸酯为衍生化试剂，通过传统酯化法合成直链淀粉‑三(4‑溴苯基氨基甲酸酯)，最后通过Suzuki偶联反应合成直链淀粉‑三(4‑(2‑(4,4′‑二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)。本发明合成路线清晰可行、工艺成熟、易于实现，可用于大规模的批量生产。

Description

具有大体积侧基直链淀粉衍生物手性荧光传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种功能高分子材料的制备方法，具体地说是一种手性荧光传感器的制备方法。

背景技术

当用作高效液相色谱法的手性固定相(CSPs)时，直链淀粉苯基氨基甲酸酯类衍生物显示出优异的手性识别能力。尽管其在手性固定相材料中有着广泛的应用，但它在其它手性功能材料领域的实际应用仍然很少。由于具有简单快速和灵敏度高等特点，使用荧光响应作为输出信号的手性识别方式被认为是对手性分子实现快速识别和响应最直接高效的技术之一。直至目前，人们已利用各类小分子开发出各种手性荧光传感器，例如基于双(恶唑啉基)苯酚，甲苯，1,8-二杂芳基萘和联萘基等化合物制备的手性荧光传感器。但基于高分子制备手性荧光传感器的研究相对较少，而对于利用具有大体积侧基多糖类衍生物开发手性荧光传感器的研究目前尚未见报道。经研究发现，通过在直链淀粉糖单元引入具有荧光效应的侧基以作为荧光信号输出单元，所获得直链淀粉衍生物在具备优异手性识别性能的同时，还能够对一些手性化合物实现对映选择性荧光响应，为开发具有新型功能性特征的多糖类衍生物提供了重要的理论和实验依据。为开发新型的多糖类衍生物并拓展该类高聚物在手性功能材料领域中的应用，设计和开发新型含大体积侧基直链淀粉衍生物手性荧光传感器已成为该领域的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于实现，可用于大规模批量生产的具有大体积侧基直链淀粉衍生物手性荧光传感器的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1).将4-乙氧基苯硼酸、2,5-二溴苯胺、碳酸钠、四(三苯基膦)钯的混合物真空干燥0.5-3h后，在二氧六环和水的混合液中加热搅拌回流20-32h停止反应，然后将反应体系温度降至室温，除去溶剂后得到粗产物，提纯得到纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺浅黄色粉末；

(2).取2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺装于容器中，加入20wt％的硫酸和水的混合溶液，加热2h后至完全溶解，在冰浴条件下加入亚硝酸钠溶液，配置体积比为1/1的氢溴酸和水的混合溶液，取溴化亚铜溶解在氢溴酸混合溶液中，然后将带有溴化亚铜的氢溴酸的混合溶液缓慢加入到所述容器中，在50℃条件下搅拌反应2.5h，当反应体系的氮气消失后，将反应温度升至80℃继续反应1h，随后将反应体系温度降至室温，用氢氧化钠溶液中和反应溶液至中性，用氯仿对产物进行萃取，除去溶剂后得到粗产物，提纯得到纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯乳白色粉末；

(3).取2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯于容器中进行抽真空处理，然后在氮气的氛围下向容器中加入异丙基氯化镁·氯化锂络合物；在常温下搅拌38h，搅拌结束后在冰浴条件下加入硼酸三甲酯，反应2h后后加入稀盐酸溶液进行淬灭反应，反应结束后用乙酸乙酯对产物进行萃取，将溶剂除去后得到粗产物，提纯得到较纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸乳白色粉末；

(4).取直链淀粉于容器中，在80℃条件下真空干燥4h，然后在氮气的氛围下加入无水N,N-二甲基乙酰胺反应13h，随后将反应液降至室温，在氮气的氛围下加入无水氯化锂，反应2h后加入无水吡啶，在80℃条件下搅拌4h，接着加入4-溴苯基异氰酸酯，在80℃条件下反应12h后降至室温，将反应液混合物逐滴滴加到甲醇中继续搅拌，搅拌30min后静置12h，除去上清液甲醇，然后用纯净的甲醇离心洗涤，在真空干燥箱过夜干燥后得到纯净的直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)；

(5).取直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)于容器中，然后加入2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾和亚硫酸钠，进行抽真空处理；然后在氮气的氛围下加入体积比为9/1四氢呋喃和水的混合溶液，混合物在50℃条件下反应40h后降至室温，除去溶剂后得到的最终产物分别用水和乙醇洗10次，在真空干燥箱过夜干燥后得到纯净的目标产物。

将所合成的目标产物充分溶解于四氢呋喃中，然后分别加入base的两种不同光学活性对映异构体，制成测试样品，对其对映选择性荧光响应性能进行测试与表征。

图2中列出了用于评价新型手性荧光传感器对映选择性荧光响应性能的外消旋体结构。图3为具有大体积侧基的直链淀粉衍生物手性荧光传感器(直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯))的核磁共振氢谱(¹H-NMR)，从图3中可以看到，所合成衍生物的结构规整，且符合预期结构目标。

图4a和图4b分别为加入不同体积特罗杰碱-(+)对映体和特罗杰碱-(-)对映体后所得到直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯的荧光强度。从图4a中可以发现，当在直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)溶液中依次加入浓度为0.5×10-5mol/L的3号对映体特罗杰碱-(+)(0μL、20μL、40μL、60μL、80μL)时，该对映体对直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)的荧光响应在570～700nm范围内呈现出明显的荧光淬灭效果，并且随着特罗杰碱-(+)对映体加入量的增加其淬灭效果逐渐增强。而从图4b中可以发现，在直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)溶液中依次加入浓度0.5×10-5mol/L特罗杰碱-(-)对映体(0μL、20μL、40μL、60μL、80μL)时，直链淀粉衍生物的荧光强度在570～700nm范围内没有太大变化，且随着特罗杰碱-(-)对映体加入量的增加其荧光强度几乎没有改变。基于以上结果可知，本研究所合成的直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)衍生物对于一些外消旋体(如特罗杰碱)具有较好的对映选择性荧光相应，可用来制备手性荧光传感器。

本发明以2,5-二溴苯胺和4-乙氧基苯硼酸为原料，通过Suzuki偶联反应合成2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺；并以所得2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺为原料，通过Sandmeyer反应合成2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯；以2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯和三甲氧基苯硼酸为原料，通过Grignard等反应一锅法合成2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸。然后，以直链淀粉为反应基质，以4-溴苯基异氰酸酯为衍生化试剂，通过传统酯化法合成直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)，最后基于所合成的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸和直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)，通过Suzuki偶联反应合成直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)，为最终产物。在确定所得产物的分子结构符合预期目标后，将所合成的新型直链淀粉衍生物充分溶解于四氢呋喃溶液中，并运用荧光光谱仪对其对映选择性荧光响应性能进行详细表征与分析。以上合成路线清晰可行、工艺成熟、易于实现，可用于大规模的批量生产。

本发明采用的直链淀粉及其他原材料来源广泛、价廉易得，而且整个合成工艺简单、成熟、易于控制，产率高。

附图说明

图1为本发明的具有大体积侧基的直链淀粉衍生物手性荧光传感器的制备方法的工艺路线图。

图2为外消旋体特罗杰碱的结构式。

图3为具有大体积侧基的直链淀粉衍生物手性荧光传感器(直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯))的核磁共振氢谱(¹H-NMR)。

图4a和图4b分别为加入不同体积特罗杰碱-(+)对映体和特罗杰碱-(-)对映体后所得到直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯的荧光强度。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

1.将24mmol 4-乙氧基苯硼酸，10mmol 2,5-二溴苯胺，60mmol碳酸钠，0.4mmol四(三苯基膦)钯加入两口瓶中，然后加入75ml体积比为2/1的二氧六环和水的混合溶液；将反应体系加热至80℃、搅拌32h后反应结束。然后将反应体系温度降至室温，除去溶剂后得到粗产物。通过柱层析的方法将粗产物进行提纯，得到纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺浅黄色粉末。产率为83.3％。

2.取9mmol2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺于两口瓶中，加入14.6mL 20wt％的硫酸和水的混合溶液，60℃条件下加热2h后至样品完全溶解；在冰浴条件下向反应瓶中缓慢的加入3ml 3.3mol/L的亚硝酸钠溶液；配置44ml体积比为1/1的氢溴酸和水溶液，取14.3mmol溴化亚铜溶解在氢溴酸混合溶液中；然后将带有溴化亚铜的氢溴酸的混合溶液缓慢加入到两瓶中，在50℃条件下在通风厨内搅拌反应2.5h，搅拌的过程中会有氮气的产生；当反应体系的氮气消失后，将反应温度升温至80℃反应1h，升温过程中仍会有氮气产生，氮气消失后标志着应结束。随后将反应体系温度降至室温，用0.5g/ml的氢氧化钠溶液中和反应液至中性，用氯仿对产物进行萃取，除去溶剂后得到粗产物，通过柱层析的方法将其提纯，可得到纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯乳白色粉末。产率47％。

3.取2.5mmol 2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯于两口瓶中进行抽真空处理，然后在氮气的氛围下向两口瓶中加入7ml异丙基氯化镁·氯化锂络合物；在常温下搅拌38h，搅拌结束后在冰浴条件下加入4.6ml硼酸三甲酯，体系反应2h后变黏着，最后加入104ml0.1M的稀释液溶液进行淬灭反应。反应结束后用乙酸乙酯对产物进行萃取，将溶剂除去后得到粗产物，通过柱层析的方法将粗产物进行提纯，得到较纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸乳白色粉末。产率为53％。

4.取0.2g直链淀粉于两口瓶中，在80℃条件下真空干燥4h，然后在氮气的氛围下加入8mL无水N,N-二甲基乙酰胺反应13h，随后将反应液降至室温，在氮气的氛围下加入0.4g无水氯化锂，反应2h后体系变的澄清透明；然后向反应体系加入5mL无水吡啶，在80℃条件下搅拌4h，接着向反应瓶中加入1.47g 4-溴苯基异氰酸酯，在80℃条件下反应12h后结束反应。最后将反应体系降至室温，将反应液混合物逐滴滴加到300mL甲醇中继续搅拌，搅拌30min后静置12h直至沉淀全部静置于烧杯底部，除去上清液甲醇，然后用纯净的甲醇离心洗涤8次，在真空干燥箱过夜干燥后得到纯净的直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)。产率为83％。

5.取0.25g直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)于两口瓶中，然后加入0.4g2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸，0.05g四三苯基膦钯，0.45g碳酸钾和0.01g亚硫酸钠，进行抽真空处理；然后在氮气的氛围下加入7mL体积比为9/1四氢呋喃和水的混合溶液，混合物在50℃条件下反应40h后反应结束。最后将反应体系降至室温，除去溶剂后得到的最终产物分别用水和乙醇洗10次，在真空干燥箱过夜干燥后得到纯净的目标产物。产率为90％。

6.将所合成的最终产物配置成浓度为4.5 10^-7mol/L直链淀粉-三(4-(2-(4,4′-二乙氧基对三联苯))苯基氨基甲酸酯)四氢呋喃溶液，然后分别加入不同体积量浓度为0.510^-5mol/L特罗杰碱的两种不同光学活性对映异构体，对其对映选择性荧光响应性能进行详细表征和分析。

Claims (1)

1.一种具有大体积侧基直链淀粉衍生物手性荧光传感器的制备方法，其特征是包括如下步骤：

(1).将4-乙氧基苯硼酸、2,5-二溴苯胺、碳酸钠、四(三苯基膦)钯的混合物真空干燥0.5-3h后，在二氧六环和水的混合液中加热搅拌回流20-32h停止反应，然后将反应体系温度降至室温，除去溶剂后得到粗产物，提纯得到纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺浅黄色粉末；

(2).取2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯胺装于容器中，加入20wt％的硫酸和水的混合溶液，加热2h后至完全溶解，在冰浴条件下加入亚硝酸钠溶液，配置体积比为1/1的氢溴酸和水的混合溶液，取溴化亚铜溶解在氢溴酸混合溶液中，然后将带有溴化亚铜的氢溴酸的混合溶液缓慢加入到所述容器中，在50℃条件下搅拌反应2.5h，当反应体系的氮气消失后，将反应温度升至80℃继续反应1h，随后将反应体系温度降至室温，用氢氧化钠溶液中和反应溶液至中性，用氯仿对产物进行萃取，除去溶剂后得到粗产物，提纯得到纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯乳白色粉末；

(3).取2,5-二(4′-乙氧基苯基)溴苯于容器中进行抽真空处理，然后在氮气的氛围下向容器中加入异丙基氯化镁·氯化锂络合物；在常温下搅拌38h，搅拌结束后在冰浴条件下加入硼酸三甲酯，反应2h后后加入稀盐酸溶液进行淬灭反应，反应结束后用乙酸乙酯对产物进行萃取，将溶剂除去后得到粗产物，提纯得到较纯净的2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸乳白色粉末；

(4).取直链淀粉于容器中，在80℃条件下真空干燥4h，然后在氮气的氛围下加入无水N,N-二甲基乙酰胺反应13h，随后将反应液降至室温，在氮气的氛围下加入无水氯化锂，反应2h后加入无水吡啶，在80℃条件下搅拌4h，接着加入4-溴苯基异氰酸酯，在80℃条件下反应12h后降至室温，将反应液混合物逐滴滴加到甲醇中继续搅拌，搅拌30min后静置12h，除去上清液甲醇，然后用纯净的甲醇离心洗涤，在真空干燥箱过夜干燥后得到纯净的直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)；

(5).取直链淀粉-三(4-溴苯基氨基甲酸酯)于容器中，然后加入2,5-二(4′-乙氧基苯基)苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾和亚硫酸钠，进行抽真空处理；然后在氮气的氛围下加入体积比为9/1四氢呋喃和水的混合溶液，混合物在50℃条件下反应40h后降至室温，除去溶剂后得到的最终产物分别用水和乙醇洗10次，在真空干燥箱过夜干燥后得到纯净的目标产物。