CN108822130A - 苯并咪唑环番及其制备方法与应用 - Google Patents

苯并咪唑环番及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了苯并咪唑环番及其制备方法与应用。它是在有机溶剂中用1,4‑二羟基‑9,10‑蒽醌与1,2‑二溴乙烷反应得到1,4‑二(2‑溴乙氧基)‑9,10‑蒽醌。1,3‑二溴丙烷与苯并咪唑反应制备1,3‑二(苯并咪唑基)丙烷，其再与1,4‑二(2‑溴乙氧基)‑9,10‑蒽醌反应得到(Y)，将(Y)与1,4‑二(2‑溴乙氧基)‑9,10‑蒽醌反应后再与六氟磷酸铵反应得到最终产物苯并咪唑环番（1）。用1作为主体，四丁基盐作为客体，将主体溶液分别和不同的客体溶液混合，测定其荧光光谱，找出主体能够识别的客体。本发明的苯并咪唑环番具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光分子识别体系，有望在荧光化学领域得到应用。

Description

苯并咪唑环番及其制备方法与应用
关于资助研究或开发的声明
本发明是在国家自然科学基金（基金号：21572159）的资助下进行的。
技术领域
本发明属于有机化学技术领域，涉及通过苯并咪唑、1,4-二羟基-9,10-蒽醌、1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷作为原料的苯并咪唑环番，更具体的说是苯并咪唑环番的制备方法及其在荧光识别性能的研究。
背景技术
苯并咪唑类化合物具有良好的生物活性和抗蚀性，如抗癌、抗真菌、消炎、治疗低血糖和生理紊乱等, 在药物化学中具有非常重要的意义。并可用于模拟天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位研究生物活性, 以及环氧树脂新型固化剂、催化剂和某些金属的表面处理剂等。针对苯并咪唑环蕃，越来越多的研究者开展了许多探索性的工作。苯并咪唑环番特殊的结构可以很好的捕获客体分子。苯并咪唑环番具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光分子识别体系的主体化合物，因此苯并咪唑类化合物作为荧光探针必将在化学学科、生命学科、环境分析和临床医学等领域得到应用。
发明内容
本发明公开了具有下述结构的苯并咪唑环番：
本发明进一步公开的苯并咪唑环番制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）在有机溶剂中以1,4-二羟基-9,10-蒽醌与1,2-二溴乙烷反应，得到的1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌。另外，1,3-二溴丙烷与苯并咪唑反应制备1,3-二(苯并咪唑基)丙烷，再与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌反应得到产物(Y)。将(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌反应后再在六氟磷酸铵的甲醇溶液中进行离子交换得到最终产物苯并咪唑环番(1)；其中1,4-二羟基-9,10-蒽醌与1,2-二溴乙烷的摩尔比为1:2；1,3-二溴丙烷与苯并咪唑的摩尔比为1:2；1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌与1,3-二(苯并咪唑基)丙烷的摩尔比为1:2；(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌的摩尔比为1:1。
（2）将产物(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌以摩尔比为1:1的比例加入到反应器皿内，用有机溶剂溶解后，反应回流7天，得到最终产物苯并咪唑环番六氟磷酸盐（1）。
本发明更进一步公开了苯并咪唑环番晶体，其晶体结构参数如下：
本发明更进一步公开了苯并咪唑环番及其晶体在制备荧光识别方面的应用。其中的荧光识别指的是对H2PO4 -的识别。
本发明通过苯并咪唑、1,4-二羟基-9,10-蒽醌、1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷作为原料可以制备苯并咪唑盐类化合物。它是在有机溶剂中以1,4-二羟基-9,10-蒽醌与1,2-二溴乙烷反应，得到的1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌。另外，1,3-二溴丙烷与苯并咪唑反应制备1,3-二(苯并咪唑基)丙烷，再与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌反应得到产物(Y)。将(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌反应后再在六氟磷酸铵的甲醇溶液中进行离子交换得到最终产物苯并咪唑环番(1)。
本发明进一步涉及了通过苯并咪唑环番作为主体在荧光识别领域中的应用。本发明的苯并咪唑环番具有结构可调整、制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光分子识别体系，有望在荧光化学领域得到应用。
本发明的合成路线如下:
典型的苯并咪唑环番的分子式为C70H60F24N8O8P4。苯并咪唑环番的单晶的测定方法如下：
晶体数据和结构精修参数包含在支持性信息中。在Bruker SMART 1000 CCD衍射仪上进行，实验温度为149.0(9)K, 在50kV 和20mA下，用Mo-Ka 辐射(0.71073Å)操作，用SMART和SAINT软件进行数据收集和还原，q 的范围是 1.8 < q < 25º。应用SADABS 程序进行经验吸收矫正。晶体结构由直接方法解出，用SHELXTL包对全部非氢原子坐标各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正：
本发明一个优选的实施例为实例1.
本发明另一个优选的实施例为应用实例1。
本发明进一步公开了通过苯并咪唑环番及其晶体在荧光识别领域中的应用。
实验证明：用苯并咪唑环番及其晶体作为主体，用不同种类的四丁基盐作为客体（不同四丁基盐，如：F-, Cl-, Br-, I-, H2PO4 -, HSO4 -, OAc-, NO3 -），在25℃下，将主体和客体溶解在有机溶剂中，在一定浓度下，将主体溶液分别和不同的客体溶液混合，测定其荧光光谱，找出主体能够识别的客体。对于主体能够识别的客体，用不同的浓度的客体对主体进行滴定（1.0 × 10-6 mol L-1），测定其荧光光谱。用微量注射器加入浓度逐渐增大的四丁基盐溶液(0-25 × 10-6 mol L-1)。主体溶液的激发波长为420 nm，发射光谱在540 nm有发射峰。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡测定相应的荧光强度。本发明作为主体的苯并咪唑环番对四丁基盐化合物的荧光感光效果明显，在荧光光谱中的在540 nm 有明显的荧光发射，并伴随有红移现象，产生了裸眼可视的识别效果，（图2）可以用来制作荧光探针，有望在荧光化学领域得到应用。
本发明提出的苯并咪唑环番及其晶体是一种在标准状态下可以稳定存在的高级荧光材料，具有荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光分子识别体系，有望在荧光化学领域得到应用。
附图说明：
图1为苯并咪唑环番（实施例1）的晶体结构图；
图2为苯并咪唑环番（实施例1）在25℃下，DMSO/CH2Cl2 (v:v = 1:4)中加入不同类型相同浓度的四丁基盐溶液的荧光光谱图；从图中可以看出主体对H2PO4 -具有选择性识别能力；
图3为苯并咪唑环番（实施例1）在25℃下，DMSO/CH2Cl2 (v:v = 1:4)中加入不同浓度的H2PO4 -的溶液的荧光光谱图，从图中可以看出随着H2PO4 -浓度的增加荧光强度逐渐增强，并且逐渐发生红移。当H2PO4 -浓度增加到一定数值后，荧光不再有明显的增强，也不再发生红移；
图4为苯并咪唑环番（实施例1）在25℃下，DMSO/CH2Cl2 (v:v = 1:4)中加入不同浓度的H2PO4 -的溶液的紫外滴定图。图中可以看出随着H2PO4 -浓度的增加紫外吸收强度逐渐增强，并且逐渐发生红移。当H2PO4 -浓度增加到一定数值后，吸收强度不再有明显的增强，也不再发生红移。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
本发明所用原料及试剂均有市售；特别加以说明的是，制备本发明化合物的起始物质苯并咪唑、1,4-二羟基-9,10-蒽醌、1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷等均可以从市场上买到或容易地通过已知的方法制得。制备本发明化合物所用到的试剂全部来源于天津市科锐思化工有限公司，级别为分析纯。
另外需要加以说明的是：所有的实验操作运用Schlenk技术，溶剂经过标准流程纯化。所有用于合成和分析的试剂都是分析纯，并没有经过进一步的处理。熔点通过Boetius区截机测定。1H 和 13C{1H}NRM谱通过汞变量Vx400分光光度计记录，测量区间：400 MHzand 100 MHz。化学位移，参考国际标准的TMS测定。荧光光谱通过Cary Eclipse荧光分光光度计测定。
实施例1
1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌的制备
将1,4-二羟基-9,10-蒽醌(2.000 g, 8.3 mmol)称好后放入三口瓶中，加入250 mL丙酮加热溶解，然后加入无水K2CO3 (6.900 g, 49.9 mmol)和四丁基溴化铵(0.540 g, 1.7mmol)。在40 ˚C下搅拌1 h后，将称好的1,2-二溴乙烷(9.362 g, 49.8 mmol)加入到反应体系当中，在回流的状态下反应5天。抽滤，旋去丙酮溶液，得到黄色油状的液体。用少量乙醚洗涤2-3次后得到黄色固体。将黄色固体在乙酸乙酯中重结晶得到产物1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌。产量2.352 g，产率：62%，熔点：126-128 ˚C。1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ8.17 (q, J = 5.0 Hz, 2H, ArH), 7.74 (q, J = 5.0 Hz, 2H, ArH), 7.37 (s, J =5.0 Hz, 2H, ArH), 4.43 (t, J = 6.1 Hz, 4H, CH 2), 3.78 (t, J = 6.1 Hz, 4H,CH 2).
1,3-二(苯并咪唑基)丙烷的制备
将苯并咪唑(10.080 g, 85.3 mmol)加热溶于200 mL四氢呋喃，然后加入无水KOH(9.573 g, 170.6 mmol)和四丁基溴化铵(0.490 g, 1.5 mmol)，在40˚C条件下搅拌1 h。将1,3-二溴丙烷(2.870 g, 14.2 mmol)溶于四氢呋喃后缓慢滴加至反应体系当中，回流状态下反应3天。抽滤、旋去四氢呋喃后得到白色固体。将白色固体在甲醇中重结晶后，再用乙醚洗涤3次，得到白色固体1,3-二(苯并咪唑基)丙烷。产量2.803 g，产率：71%，熔点：135-137˚C。1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6): δ 8.26 (s, 2H, bimiH), 7.66 (d, J = 8.0 Hz, 2H,ArH), 7.56 (d, J = 7.6 Hz, 2H, ArH), 7.23 (m, 4H, ArH), 4.31 (t, J = 7.2 Hz,4H, CH 2), 2.38 (m, 2H, CH 2).
1,4-二{2-[1-(3-(苯并咪唑基)丙基)苯并咪唑基]乙氧基}-9,10-蒽醌六氟磷酸盐(Y)的制备
将1,3-二(苯并咪唑基)丙烷(1.825 g, 6.6 mmol)在50 ˚C条件下加热溶解于50 mL四氢呋喃。然后将1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌(0.090 g, 0.2 mmol)溶于四氢呋喃后缓慢滴加至反应体系当中，保持温度为50 ˚C反应6天。抽滤、旋去四氢呋喃后，得到的固体用甲醇溶解后加入六氟磷酸铵(0.081 g, 0.5 mmol)，在室温条件下搅拌4天。抽滤，固体用乙酸乙酯洗涤5次后，得到黄色的固体1,4-二{2-[1-(3-(苯并咪唑基)丙基)苯并咪唑基]乙氧基}-9,10-蒽醌六氟磷酸盐。产量0.123 g，产率：55%，熔点：164-166 ˚C。 1H NMR (400MHz, DMSO-d6): δ 10.02 (s, 2H, bimiH), 8.17 (m, 4H, ArH), 7.68 (m, 8H, ArH),7.57 (m, 8H, ArH), 7.11 (m, 4H, ArH), 4.98 (m, 4H, CH2), 4.67 (m, 4H, CH2),4.52 (m, 4H, CH2), 4.45 (m, 4H, CH2), 2.58 (m, 4H, CH2).
苯并咪唑环番(1)的制备
在三口瓶中加入200 mL乙腈溶剂，加热至回流状态。将1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌(0.090 g, 0.2 mmol)和1,4-二{2-[1-(3-(苯并咪唑基)丙基)苯并咪唑基]乙氧基}-9,10-蒽醌六氟磷酸盐(0.225 g, 0.2 mmol)分别溶于乙腈中，通过恒压滴液漏斗缓慢滴加(速度基本相同)到反应体系当中，期间保持体系的温度不要有较大的波动。反应10天后，将乙腈旋干，得到的粗产物用少量丙酮洗涤5次，再在六氟磷酸铵的甲醇溶液中交换4天后，抽滤得到黄色固体1。产量0.155 g，产率：45%，熔点：﹥300˚C。 1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6): δ10.06 (s, 4H, bimiH), 8.24 (t, J = 7.6 Hz, 8H, ArH), 7.74 (m, 8H, ArH), 7.53(s, 4H, ArH), 6.92 (q, J = 5.6 Hz, 4H, ArH), 6.55 (q, J = 4.8 Hz, 4H, ArH),5.02 (s, 8H, CH 2), 4.93 (m, 8H, CH 2), 4.53 (s, 8H, CH 2), 2.99 (m, 4H, CH 2). 13CNMR (100 MHz, DMSO-d 6): 181.1 (C=O), 152.3 (ArC), 143.7 (bimi-NCN), 142.8(ArC), 140.3 (ArC), 132.3 (ArC), 130.9 (ArC), 126.7 (ArC), 124.8 (ArC), 122.6(ArC), 121.3 (ArC), 119.5 (ArC), 115.4 (ArC), 113.8 (ArC), 65.8 (CH2), 50.7(CH2), 46.2 (CH2), 29.9 (CH2), 晶体结构见说明书附图1：
实施例2
苯并咪唑环番的晶体结构参数
晶体数据和结构精修参数包含在支持性信息中。在Bruker APEX II CCD衍射仪上进行，实验温度为149.0(9)K, 在50kV 和20mA下，用Mo-Ka 辐射(0.71073Å)操作，用SMART和SAINT软件进行数据收集和还原，q 的范围是 1.8 < q < 25º。应用SADABS 程序进行经验吸收矫正。晶体结构由直接方法解出，用SHELXTL包对全部非氢原子坐标各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正。
应用实例1
在25℃下，在苯并咪唑环番晶体的DMSO/CH2Cl2 (v:v = 1:4)溶液中（1 × 10-6 mol/L）加入不同种类的相同浓度的（10 × 10-6 mol/L）四丁基盐的溶液（F-, Cl-, Br-, I-,H2PO4 -, HSO4 -, OAc-, NO3 -），测定其荧光光谱，见附图2。当加入H2PO4 -时，溶液的颜色由无色变为黄色，而加入其它的阴离子 (F-, Cl-, Br-, I-, HSO4 -, OAc-, NO3 -)，溶液的颜色没有明显的变化。
荧光滴定通过Cary Eclipse荧光分光光度计用1cm路径长的石英槽测定的。滴定的进行是将主体(1 × 10-6 mol L-1)放入4 mL的比色皿中，并用微量注射器加入浓度逐渐增大的H2PO4 -溶液(0-25 × 10-6 mol L-1)。主体溶液的激发波长为420 nm，发射光谱在540nm有发射峰。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡测定荧光强度。数据分析使用Origin8.0，见图3。
紫外滴定通过JASCO-V570 spectrometer紫外分光光度计用1cm路径长的石英槽测定的。滴定的进行是将主体(2 × 10-5 mol L-1)放入4 mL的比色皿中，并用微量注射器加入浓度逐渐增大的H2PO4 -溶液(0-14 × 10-7 mol L-1)。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡测定紫外吸收强度。数据分析使用Origin 8.0，见图4。
综上所述，本发明的内容并不局限在实例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实例，但这种实例都包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.具有下述结构的苯并咪唑环番：
。
2.权利要求1所述苯并咪唑环番制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）在有机溶剂中以1,4-二羟基-9,10-蒽醌与1,2-二溴乙烷反应，得到的1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌；另外，1,3-二溴丙烷与苯并咪唑反应制备1,3-二(苯并咪唑基)丙烷，再与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌反应得到产物(Y)；将(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌反应后再在六氟磷酸铵的甲醇溶液中进行离子交换得到最终产物苯并咪唑环番(1)；其中1,4-二羟基-9,10-蒽醌与1,2-二溴乙烷的摩尔比为1:2；1,3-二溴丙烷与苯并咪唑的摩尔比为1:2；1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌与1,3-二(苯并咪唑基)丙烷的摩尔比为1:2；(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌的摩尔比为1:1；
（2）将产物(Y)与1,4-二(2-溴乙氧基)-9,10-蒽醌以摩尔比为1:1的比例加入到反应器皿内，用有机溶剂溶解后，反应回流7天，得到最终产物苯并咪唑环番六氟磷酸盐（1）；
。
3.权利要求2所述的制备方法，其中步骤（1）、（2）中所述的有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲醇中的一种或几种的混合物。
4.权利要求1所述的苯并咪唑环番晶体，其晶体结构参数如下：
。
5.权利要求1所述的苯并咪唑环番在制备荧光识别方面的应用。
6.权利要求5所述的应用，其中荧光识别指的是对H2PO4 -的识别。
7.权利要求4所述的苯并咪唑环番晶体在制备荧光识别方面的应用；其中荧光识别指的是对H2PO4 -的识别。
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