CN109762000B - 基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物及其合成方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于1,8‑萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物及其合成方法和应用，本发明通过在萘酰亚胺单元上键接光致变色基螺噁嗪得到一种双功能光致变色材料，其中在对萘酰亚胺取代时通过一种新颖的方法引入了二甲氨基，最终化合物光照前为黄色，光照后变为绿色，具有明显的光致变色效应，化合物本身发射亮绿色荧光，加入酸后，颜色发生改变，且其发射的亮绿色的荧光值会明显降低，属于同时具有光致变色且能发射荧光的螺噁嗪类化合物，化合物还具有能对氢离子进行识别的荧光探针功能。

Description

基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物及 其合成方法和应用

技术领域

本发明涉及基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物及其合成方法和应用。

背景技术

近年来，有机光致变色化合物的合成与应用一直备受关注，螺噁嗪类化合物因其高的稳定性和抗疲劳性，而被广泛应用于光致变色眼镜、滤光器、光学仪器、玻璃隔墙、装饰物品，在光信息存储、生物分子活性的光调控等领域也有广泛的应用前景。螺噁嗪类化合物既有光致变色、热致变色性能，同时还具有酸致变色效应，即可以通过多种途径刺激使其产生吸收光谱的改变。

由于螺噁嗪类化合物具有很高的科研价值和商业价值，很多研究小组一直致力于此类光功能化合物的理论及应用研究。为了实现材料的多功能化、智能化，双功能材料的合成一直是目前的研究热点。

萘酰亚胺类化合物是具有较大共轭结构的一类分子，使其具有很强的荧光性能；化合物具有的良好光化学稳定性和热稳定性加之其发射的荧光颜色鲜艳，使其可作为识别许多金属离子以及小分子的荧光探针，另外其在荧光增白剂、染料、和荧光显示器等领域也广泛用作发色团和荧光功能团。

C-4取代的萘酰亚胺类化合物在500-600nm处会产生较强的荧光发射，光致变色化合物一般荧光较弱或几乎没有荧光，但是螺恶嗪类化合物酸致变色的开环体的紫外可见吸收恰好在此波长范围内。因此通过在萘酰亚胺单元上键接光致变色螺噁嗪后可得到一种双功能光致变色材料，目前国内外对此领域的研究报道很少，因此我们的工作将会拓展萘酰亚胺类化合物的应用范围。

发明内容

本发明提供了基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物及其合成方法和应用，首次通过共价键把螺噁嗪修饰在1,8-萘二甲酰亚胺分子上，得到了较为罕见的光照后变绿色，且发射亮绿色荧光的螺噁嗪类化合物，首次研究此类双功能材料对于氢离子的荧光探针识别功能。

本发明第一个目的是基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物，其特征在于，其分子结构式如下：

本发明第二个目的是提供上述基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物的合成方法，包括以下步骤：

S1、1-亚硝基-2,7-二萘酚1的合成

2,7-二萘酚溶于近沸的蒸馏水，冷却兼搅拌的条件下加入亚硝酸钠的水溶，充分混合后，滴加硫酸溶液，控温0℃以下，滴加完毕之后继续搅拌，加入硫酸铵以除去过量的亚硝酸，反应完全后减压过滤，用蒸馏水洗涤固体后真空干燥，得到紫红色化合物1；

S2、1,3,3-三甲基螺吲哚啉-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚2的合成

将1-亚硝基-2,7-二萘酚放入溶于无水乙醇，加热至回流，滴入1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉，回流反应，充分冷却后，减压过滤，固体用乙醇洗涤，得到暗灰色粉末状固体，经过柱层析分离得到浅黄色固体化合物2；

S3、6-(6-溴-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸3的合成

将4-溴-1,8-萘二甲酸酐和6-氨基己酸溶于无水乙醇，加热回流后冷至室温，过滤，用乙醇洗涤，得到浅黄色固体，将固体晾干后补加6-氨基己酸和无水乙醇，继续加热回流，重复上述反应2次，把洗涤后的产品加水，搅拌加热煮沸，趁热过滤，并用热水洗涤，晾干得到米白色粉末状产品3；

S4、6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸4的合成

将S3得到的化合物3、三乙胺和DMF，加热搅拌回流，回流结束后，将液体倒入盛有蒸馏水的容器中，有橙黄色固体析出，充分静置进行过滤，过滤后得到橙黄色固体产品4；

S5、化合物6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸-1,3,3-三甲基螺吲哚啉-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚酯5的合成

在烧瓶加入将S4得到的化合物4、S2得到的化合物2、DCC、DMAP 和DMF，常温避光磁力搅拌，过滤除去生成的副产物脲，滤液倒入水中，有固体析出，静置后减压过滤，滤饼通过柱层析分离，收集最多的绿色产品段，经过重结晶得到浅黄色固体产物5。

本发明还保护键合双螺吡喃单元的1,8-萘酰亚胺类光控荧光分子开关化合物在离子检测以及生物体系的光化学成像领域的应用。

本发明还保护基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物在作为光致变色材料领域的应用。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过在萘酰亚胺单元上键接光致变色基螺噁嗪得到一种双功能光致变色材料，其中在对萘酰亚胺取代时通过一种新颖的方法引入了二甲氨基，最终化合物光照前为黄色，光照后变为绿色，具有明显的光致变色效应，化合物本身发射亮绿色荧光，加入酸后，颜色发生改变，且其发射的亮绿色的荧光值会明显降低，属于同时具有光致变色且能发射荧光的螺恶嗪类化合物，化合物还具有能对氢离子进行识别的荧光探针功能。

1、本发明主中间产物3采用间歇式分段法合成，简化了提纯步骤，得到了纯度较高的产品。

2、本发明没有经过使用常温下是气体的二甲胺作原料，但是得到了4-溴原子被二甲基胺取代的中间体4。

3、本发明首次通过共价键把螺噁嗪修饰在1,8-萘二甲酰亚胺分子上，得到了较为罕见的光照后变绿色，且发射亮绿色荧光的螺噁嗪类化合物，该化合物对于氢离子显示了荧光分子开关性能。

附图说明

图1为本发明基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物的分子式；

图2为本发明实施例得到的化合物的高分辩质谱图；

图3a为化合物在光照前后TLC检测裸眼识别结果，其中(a)图为光照前， (b)图为光照激发中，(c)图为光照后；

图3b为化合物在丙酮中加酸前后颜色的变化图，其中(a)图为加酸前， (b)图为加酸后；

图4为化合物在丙酮中加酸前后荧光颜色及荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明提供的基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物，其分子结构式如下：

本发明上述基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物的合成路线如下：

具体制备本发明化合物的实施例如下：

实施例

本实施例化合物的具体合成路线包括以下步骤：

S1、1-亚硝基-2,7-二萘酚1的合成

4g 2,7-二萘酚溶于80mL近沸的蒸馏水，搅拌均匀后迅速倒入装好电动搅拌器的三颈瓶中，冷却兼搅拌的条件下加入亚硝酸钠的水溶液(1.84g亚硝酸钠溶于40mL蒸馏水中)，充分混合后，缓慢滴加硫酸溶液(浓硫酸1.44g与 20mL水混合后冷却)，控温0℃以下，滴加完毕之后继续搅拌1h，加入少量硫酸铵以除去过量的亚硝酸，反应完全后减压过滤，用蒸馏水洗涤固体后真空干燥，得到4.20g紫红色化合物1。

S2、化合物1,3,3-三甲基螺吲哚啉-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚 2的合成

0.95g 1-亚硝基-2,7-二萘酚放入溶于20mL无水乙醇，加热至回流，缓慢滴入1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉0.9g，回流反应4h后，充分冷却后，减压过滤，固体用少量乙醇洗涤，得到暗灰色粉末状固体，经过柱层析分离得到浅黄色固体化合物2，产率38％。

S3、化合物6-(6-溴-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸3的合成

11.08g的4-溴-1,8-萘二甲酸酐和5.28g 6-氨基己酸溶于80.0mL的无水乙醇，加热至回流，8个小时后冷至室温，过滤，用适量的乙醇洗涤，得到浅黄色固体。将固体晾干后补加2.64g 6-氨基己酸，加入60.0mL的无水乙醇，继续加热回流，回流期间再补加1.00g 6-氨基己酸，10小时后停止加热，充分冷却，过滤后的固体先用一定量的乙醇洗涤，再用少量水洗涤产品，把洗涤后的产品转移到到烧杯中，向烧杯中加入一定量的水，搅拌加热煮沸30分钟，然后趁热过滤，并用热水洗涤三次，晾干得到米白色粉末状产品3，测得化合物的熔点为：159.0-159.6℃。经TLC检测新化合物中没有原料残留。

S4、化合物6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸 4的合成

在50mL的三颈瓶中加入0.80g化合物3，0.79g三乙胺和5.0mL的 DMF(N,N-二甲基甲酰胺)，加热搅拌回流4小时，回流结束后，将烧瓶中的液体倒入盛有30mL蒸馏水的烧杯中，有橙黄色固体析出，充分静置进行过滤。过滤后得到橙黄色固体产品4，不经提纯直接进行下步实验。

S5、化合物6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸-1,3,3-三甲基螺吲哚啉-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚酯5的合成

在100mL的圆底烧瓶中加入0.20g的化合物4、0.20g化合物2、0.20g DCC(N，N'-二环己基碳二酰亚胺)、催化量的DMAP(4-二甲氨基吡啶)和20mL 的DMF，常温避光磁力搅拌24小时。过滤除去生成的副产物脲，滤液倒入水中，有固体析出，静置后减压过滤，滤饼通过柱层析分离，收集最多的绿色产品段，经过重结晶得到0.24g浅黄色固体产物5。产物结构鉴定：

¹HNMR[CDCl₃,TMS,500M]:1.36(s,6H),1.62(m,2H),1.86(m,2H),1.91(m,2H),2.67(t, 2H),2.77(s,3H),3.13(s,6H),4.25(t,2H),6.59(d,1H),6.91(t,1H),6.98(d,1H),7.09(d,1H), (7.12-7.14)(dd,1H),7.15(d,1H),7.23(t,1H),7.65(d,1H),7.68(t,1H),7.72(s,1H),7.73(d, 1H),8.24(s,1H),8.47(d,1H),8.51(d,1H),8.61(d,1H)。¹³CNMR[CDCl₃,TMS,125M):20.8,24.8,25.4,26.7,27.8,29.6,34.4,40.0,44.8,51.8,98.7,107.1, 113.0,113.4,115.3,116.5,119.5,119.8,121.5,122.9,123.2,125.0,125.4,127.2,128.0,129.2, 130.0,130.3,131.0,131.1,131.8,132.6,135.9,144.7,147.6,149.8,150.7,156.8,164.1,164.6, 172.3。HRMS以C₄₂H₄₀N₄O₅[M+H]⁺计，理论值681.3071,实测值681.3077。

Claims (2)

1.基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物，其特征在于，其分子结构式如下：

上述化合物是按照如下步骤制得的：

S1、1-亚硝基-2,7-二萘酚1的合成

2,7-二萘酚溶于近沸的蒸馏水，冷却兼搅拌的条件下加入亚硝酸钠的水溶，充分混合后，滴加硫酸溶液，控温0℃以下，滴加完毕之后继续搅拌，加入硫酸铵以除去过量的亚硝酸，反应完全后减压过滤，用蒸馏水洗涤固体后真空干燥，得到紫红色化合物1；

S2、1,3,3-三甲基螺吲哚啉-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚2的合成

将1-亚硝基-2,7-二萘酚溶于无水乙醇，加热至回流，滴入1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉，回流反应，充分冷却后，减压过滤，固体用乙醇洗涤，得到暗灰色粉末状固体，经过柱层析分离得到浅黄色固体化合物2；

S3、6-(6-溴-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸3的合成

将4-溴-1,8-萘二甲酸酐和6-氨基己酸溶于无水乙醇，加热回流后冷至室温，过滤，用乙醇洗涤，得到浅黄色固体，将固体晾干后补加6-氨基己酸和无水乙醇，继续加热回流，重复上述反应2次，把洗涤后的产品加水，搅拌加热煮沸，趁热过滤，并用热水洗涤，晾干得到米白色粉末状产品3；

S4、6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸4的合成

将S3得到的化合物3、三乙胺和DMF，加热搅拌回流，回流结束后，将液体倒入盛有蒸馏水的容器中，有橙黄色固体析出，充分静置进行过滤，过滤后得到橙黄色固体产品4；

S5、化合物6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸-1,3,3-三甲基螺吲哚林-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚酯5的合成

在烧瓶加入将S4得到的化合物4、S2得到的化合物2、DCC、DMAP和DMF，常温避光磁力搅拌，过滤除去生成的副产物脲，滤液倒入水中，有固体析出，静置后减压过滤，滤饼通过柱层析分离，收集最多的绿色产品段，经过重结晶得到浅黄色固体产物5。

2.如权利要求1所述的基于1,8-萘酰亚胺单元的螺噁嗪类氢离子荧光探针化合物的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括以下步骤：

S1、1-亚硝基-2,7-二萘酚1的合成

2,7-二萘酚溶于近沸的蒸馏水，冷却兼搅拌的条件下加入亚硝酸钠的水溶，充分混合后，滴加硫酸溶液，控温0℃以下，滴加完毕之后继续搅拌，加入硫酸铵以除去过量的亚硝酸，反应完全后减压过滤，用蒸馏水洗涤固体后真空干燥，得到紫红色化合物1；

S2、1,3,3-三甲基螺吲哚啉-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚2的合成

将1-亚硝基-2,7-二萘酚溶于无水乙醇，加热至回流，滴入1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉，回流反应，充分冷却后，减压过滤，固体用乙醇洗涤，得到暗灰色粉末状固体，经过柱层析分离得到浅黄色固体化合物2；

S3、6-(6-溴-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸3的合成

将4-溴-1,8-萘二甲酸酐和6-氨基己酸溶于无水乙醇，加热回流后冷至室温，过滤，用乙醇洗涤，得到浅黄色固体，将固体晾干后补加6-氨基己酸和无水乙醇，继续加热回流，重复上述反应2次，把洗涤后的产品加水，搅拌加热煮沸，趁热过滤，并用热水洗涤，晾干得到米白色粉末状产品3；

S4、6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸4的合成

将S3得到的化合物3、三乙胺和DMF，加热搅拌回流，回流结束后，将液体倒入盛有蒸馏水的容器中，有橙黄色固体析出，充分静置进行过滤，过滤后得到橙黄色固体产品4；

S5、化合物6-(6-二甲氨基-1,3-二氧代-1H-苯并[D]异喹啉-2(3)H-基)己酸-1,3,3-三甲基螺吲哚林-2,3′[3H]-萘并[2,1-b][1,4]噁嗪]-9′-酚酯5的合成

在烧瓶加入将S4得到的化合物4、S2得到的化合物2、DCC、DMAP和DMF，常温避光磁力搅拌，过滤除去生成的副产物脲，滤液倒入水中，有固体析出，静置后减压过滤，滤饼通过柱层析分离，收集最多的绿色产品段，经过重结晶得到浅黄色固体产物5。

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