CN108947963A

CN108947963A - 苯并咪唑六氟磷酸盐化合物及其制备方法与应用

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Publication number: CN108947963A
Application number: CN201810851492.3A
Authority: CN
Inventors: 柳清湘; 胡则亮; 赵志翔; 吴昊
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: CN108947963B

Abstract

本发明公开了一种新的苯并咪唑盐化合物的制备方法及其应用。它是在有机溶剂中以1,8‑二羟基‑9,10‑蒽醌为原料与1,2‑二溴乙烷在碱性条件下反应得到1‑(2‑溴乙氧基)‑8‑羟基‑9,10‑蒽醌（I），再与N‑吡啶甲基苯并咪唑反应得到1‑[2‑N‑（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基]‑8‑羟基‑9,10‑蒽醌溴化物（II）。将（II）与六氟磷酸盐进行阴离子交换反应得到1‑[2‑N‑（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基]‑8‑羟基‑9,10‑蒽醌六氟磷酸盐（III）。本发明的苯并咪唑盐化合物制备简洁、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，主要应用于荧光识别技术领域。

Description

苯并咪唑六氟磷酸盐化合物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1,8-二羟基-9,10-蒽醌、1,2-二溴乙烷、N-吡啶甲基苯并咪唑作为原料的苯并咪唑六氟磷酸盐（III），更具体的说是苯并咪唑六氟磷酸盐（III）的制备方法及其在荧光识别性能的研究。

背景技术

苯并咪唑类化合物是一种含有二个氮原子的杂环化合物，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, 还可作为有机合成反应的中间体。针对苯并咪唑盐类化合物，越来越多的研究者开展了许多探索性的工作。苯并咪唑盐类之所以成为关注的热点，源于它自身灵活的构造。通常，在进行预先的实验设计路线过程中，最常见的就是通过引入不同的桥链，改变其原先自带的固有特性，使其发挥自身更多优势。随着研究的深入和范围的拓展，苯并咪唑盐类化合物作为荧光探针的主体化合物必将在化学学科、生命学科、环境分析和临床医学等领域得到应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的苯并咪唑六氟磷酸盐化合物及其制备方法。

本发明更进一步涉及了苯并咪唑六氟磷酸盐化合物在荧光识别领域中的应用。

为完成上述各项发明目的，本发明技术方案如下：

一种具有下述结构的苯并咪唑盐的化合物：

本发明所述的苯并咪唑六氟磷酸盐化合物III的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）在有机溶剂中以1,8-二羟基-9,10-蒽醌为原料，与1,2-二溴乙烷反应得到1- (2-溴乙氧基)-8-羟基-9,10-蒽醌（I）；其中1,8-二羟基-9,10-蒽醌与1,2-二溴乙烷的摩尔比为1:1；

（3）在有机溶剂中将得到的1- (2-溴乙氧基)-8-羟基-9,10-蒽醌（I）与N-吡啶甲基苯并咪唑反应得到1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌溴化物（II），其中1- (2-溴乙氧基)-8-羟基-9,10-蒽醌（I）与N-吡啶甲基苯并咪唑的摩尔比为1:1；

（4）将1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌溴化物（II）与NH₄PF₆以摩尔比为1-1.5mol的比例加入到反应器皿内，用有机溶剂溶解后，在室温温度下反应1天，过滤，洗涤，得到1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌六氟磷酸盐（III）。所述的有机溶剂选自二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醚、乙腈、乙酸乙酯中的一种或几种的混合物。

本发明进一步公开了一种典型的苯并咪唑化合物：

典型的苯并咪唑盐化合物（II）的分子式为C₂₉H₂₂N₃O₄Br。

特别加以说明的是苯并咪唑盐化合物（II）的单晶数据如下（采用Bruker APEX IICCD衍射仪进行测定）：

本发明所述苯并咪唑盐化合物（II）晶体的制备方法，其特征在于将苯并咪唑溴化物（II）溶于乙腈后放入试管中，在非良性溶剂中扩散令其缓慢结晶得到其淡黄色晶体。所述的非良性溶剂指的是乙醚。

本发明更进一步公开了苯并咪唑六氟磷酸盐（III）在荧光识别领域中的应用；为了消除溴离子的干扰，我们选择了苯并咪唑六氟磷酸盐（III）作为主体。所述的荧光识别指的是对四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵, 四丁基碘化铵，四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵荧光识别，结果表明：主体（III）对F^-具有选择性识别能力；

在25˚C下，在苯并咪唑六氟磷酸盐（III）的二氯甲烷溶剂中分别加入四丁基氟化铵,四丁基氯化铵，四丁基溴化铵, 四丁基碘化铵，四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后测定其荧光光谱，选择荧光强度降低最明显的四丁基氟化铵进行滴定。用苯并咪唑六氟磷酸盐（III）作为主体，用微量注射器向其中加入浓度逐渐增大的四丁基氟化铵溶液(5 × 10^-6mol/L)。主体溶液的激发波长为410 nm，发射光谱在485-700nm有发射峰。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡才可记录相应的荧光光谱，使其荧光强度逐渐减弱。见附图2和3。

本发明提出的苯并咪唑六氟磷酸盐（III）是一种在标准状态下可以稳定存在的高级荧光材料，具有制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光材料和荧光分子识别体系，有望在荧光化学领域得到应用。

附图说明：

图1为含苯并咪唑盐溴化物（II）（实施例1）的晶体结构图；

图2为含苯并咪唑六氟磷酸盐（III）（实施例1）在25˚C下，二氯甲烷作为溶剂中加入四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵, 四丁基碘化铵，四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后的荧光光谱图；结果表明主体（III）对F^-具有选择性识别能力；

图3为苯并咪唑六氟磷酸盐（III）（实施例1）在25˚C下，二氯甲烷作为溶剂中加入不同浓度的四丁基氟化铵溶液后的荧光滴定光谱图；结果表明随着F^-浓度的增加主体的荧光逐渐降低，当F^-浓度达到一定数值后荧光不再有明显的降低。

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；其中

1,8-二羟基-9,10-蒽醌、1,2-二溴乙烷、碳酸钾、N-吡啶甲基苯并咪唑、六氟磷酸铵、四丁基溴化铵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- (2-溴乙氧基)-8-羟基-9,10-蒽醌（I）的制备：

将1,8-二羟基-9,10-蒽醌（0.500 g，2 mmol），无水K₂CO₃（0.150g，1 mmol）和无水TBAB（0.100 g，0.3 mmol）的丙酮（150 mL）溶液搅拌半回流一小时。待冷却后，将1,2-二溴乙烷（0.400 g，2 mmol）缓慢加入到上述混合物中，并在40 ˚C下连续搅拌48小时。过滤所得溶液并浓缩至5 mL，将其通过硅胶快速色谱法使用石油醚和乙酸乙酯（石油醚/乙酸乙酯=99：1）的混合物溶剂作为洗脱剂纯化。得到1-（2-溴乙氧基）-8-羟基-9,10-蒽醌（I），为黄色粉末。产率：0.190 g (51%)，熔点：161-163 ˚C。 Calcd for C₁₆H₁₁O₄Br: C, 55.35; H,3.19%. Found: C, 54.98; H, 3.14%。¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz): δ3.80 (t, J = 6.8Hz, 2H, CH ₂), 4.50 (t, J = 3.4 Hz, 2H, CH ₂), 7.26 (s, 1H, ArH), 7.31 (q, J =3.0 Hz, 1H, ArH), 7.36 (d, J = 8.4 Hz, 1H, ArH), 7.62 (t, J = 8.4 Hz, 1H,ArH), 7.79 (m, 2H, ArH), 8.03 (d, J = 2.9 Hz, 1H, ArH), 12.93 (s, 1H, ArOH)。¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz): δ188.0 (CO), 182.1 (CO), 162.1 (ArC), 158.9 (ArC),135.5 (ArC), 135.4 (ArC), 135.2 (ArC), 132.3 (ArC), 124.3 (ArC), 121.4 (ArC),120.8 (ArC), 120.3 (ArC), 118.4 (ArC), 116.6 (ArC), 69.6 (CH₂), 27.9 (CH₂)。

1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌溴化物（II）的制备：

将化合物（I）（0.150 g，0.5 mmol）和N-吡啶甲基苯并咪唑（0.100 g，0.5 mmol）的CH₃CN（50 mL）溶液在回流下搅拌4天，形成黄色沉淀。通过过滤并用CH₂Cl₂（5mL）洗涤得到1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌溴化物（II）。产率：0.180 g(75%)，熔点：138-140 ˚C。Calcd for C₂₉H₂₂N₃O₄Br: C, 62.59; H, 3.98; N, 7.55%.Found: C, 62.44; H, 3.72; N, 7.68%。¹H NMR (DMSO-d ₆, 400 MHz): δ 4.68 (t, J =4.8 Hz, 2H, CH ₃), 5.17 (t, J = 4.1 Hz, 2H, CH ₂), 5.98 (s, H, CH ₂), 7.15 (m,1H, ArH), 7.31 (m, 1H, ArH), 7.55 (d, J = 6.0 Hz, 1H, ArH), 7.69 (m, 6H,ArH), 7.86 (m, 3H, ArH), 8.20 (d, J = 4.0 Hz, 1H, ArH), 8.27 (d, J = 8.0 Hz,1H, ArH), 10.23 (s, 1H, 2-bimiH), 12.44 (s, 1H, OH). ¹³C NMR (DMSO-d ₆, 100MHz): δ187.6 (CO), 181.9 (CO), 161.1 (ArC), 158.5 (ArC), 152.8 (ArC), 149.2(ArC), 144.6 (ArC), 137.2 (ArC), 136.3 (ArC), 136.2 (ArC), 134.8 (ArC), 132.2(ArC), 131.2 (ArC), 130.9 (ArC), 126.6 (ArC), 126.4 (ArC), 124.4 (ArC), 123.3(ArC), 122.3 (ArC), 120.2 (ArC), 118.2 (ArC), 116.7 (ArC), 114.0 (ArC), 113.8(ArC), 66.5 (CH₂), 50.8 (CH₂), 46.2 (CH₂) (bimi = benzimidazolium)。

1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌六氟磷酸盐（III）制备：

在搅拌下将NH₄PF₆（0.100 g，0.6 mmol）加入到化合物（II）（0.180 g，0.3 mmol）的甲醇（30 mL）溶液中，搅拌一天后形成黄色沉淀。过滤收集沉淀，真空干燥，得到1-[2'-（N-吡啶甲基苯并咪唑鎓基）乙氧基]-8-羟基-9,10-蒽醌六氟磷酸盐（III）的黄色粉末。产率：0.150 g (83%)，熔点：246-248 ˚C。 Calcd for C₂₉H₂₂N₃O₄F₆P: C, 56.04; H, 3.56; N,6.76%。 Found: C, 55.79; H, 3.85; N, 6.65%。 ¹H NMR (DMSO-d ₆, 400 MHz): δ4.69(t, J = 4.4 Hz, 2H, CH ₃), 5.18 (t, J = 3.4 Hz, 2H, CH ₂), 5.98 (s, H, CH ₂),7.15 (m, 1H, ArH), 7.31 (m, 1H , ArH), 7.55 (d, J = 6.0 Hz, 1H, ArH), 7.69(m, 6H, ArH), 7.91 (m, 3H, ArH), 8.20 (d, J = 4.0 Hz, 1H, ArH), 8.27 (d, J =8.0 Hz, 1H, ArH), 10.23 (s, 1H, 2-bimiH), 12.45 (s, 1H, ArOH). ¹³C NMR (DMSO-d ₆, 100 MHz): 187.7 (CO), 181.9 (CO), 161.1 (ArC), 158.5 (ArC), 152.8 (ArC),149.2 (ArC), 144.6 (ArC), 137.2 (ArC), 136.2 (ArC), 136.1 (ArC), 134.8 (ArC),132.2 (ArC), 131.2 (ArC), 130.9 (ArC), 126.6 (ArC), 126.5 (ArC), 124.3 (ArC),123.3 (ArC), 122.3 (ArC), 120.4 (ArC), 118.2 (ArC), 116.6 (ArC), 114.0 (ArC),113.7 (ArC), 66.4 (CH₂), 50.8 (CH₂), 46.2 (CH₂) (bimi = benzimidazolium)；

苯并咪唑盐溴化物（II）的晶体结构见说明书附图1：

实施例1苯并咪唑盐化合物（II）的晶体，其晶体结构参数如下：

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293(2)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˚C下，苯并咪唑六氟磷酸盐（III）的二氯甲烷作溶剂中分别加入四丁基氟化铵,四丁基氯化铵，四丁基溴化铵, 四丁基碘化铵，四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后测定其荧光光谱，见附图2，从附图2中可以看出主体（III）对F^-具有选择性识别能力；

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(5 × 10^-6mol/L)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四丁基氟化铵溶液(0-10 × 10^-6mol L^-1)。主体溶液的激发波长为410 nm，发射光谱在485-700 nm有发射峰。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡才可记录相应的荧光光谱，数据分析使用Origin 8.0，见附图3，从附图3中可以看出：随着F^-浓度的增加主体的荧光逐渐降低，当F^-浓度达到一定数值后荧光不再有明显的降低。

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

1.具有下述结构的苯并咪唑盐化合物：

II。

2.权利要求1所述的苯并咪唑盐的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（4）将1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌溴化物（II）与NH₄PF₆以摩尔比为1-1.5mol的比例加入到反应器皿内，用有机溶剂溶解后，在室温下反应1天，过滤，洗涤，得到1- [2-N-（吡啶甲基苯并咪唑）乙氧基] -8-羟基-9,10-蒽醌六氟磷酸盐（III）。

3.如权利要求2所述的制备方法，其中所述的有机溶剂选自二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醚、乙腈、乙酸乙酯中的一种或几种的混合物。

4.一种典型的苯并咪唑盐化合物：

II。

5.权利要求4所述双苯并咪唑盐的晶体(II)，其晶体结构参数如下：

。

6.权利要求5所述苯并咪唑盐化合物（II）的晶体制备方法，其特征在于用得到的苯并咪唑盐化合物（II），将其溶于乙腈后放入试管中，在非良性溶剂中扩散令其缓慢结晶得到其淡黄色晶体；所述的非良性溶剂指的是乙醚。

7.权利要求2所述苯并咪唑六氟磷酸盐（III）在荧光识别领域中的应用；所述的荧光识别指的是对四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四丁基磷酸二氢铵、四丁基硫酸氢铵、四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵荧光的识别。