CN110698377A - 一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法，属于小分子荧光探针的合成技术领域。本发明的一类基于单个苯环的荧光小分子探针，以单个苯环作为基础结构，以氮杂环丁烷和烷氧羰基分别作为电子供体和电子受体，通过调控两种取代基在苯环上的相对位置和数量设计合成了系列单苯环类荧光小分子，为一系列溶剂适用范围宽、荧光颜色灵活可调的单苯环类小分子荧光探针，基于电子推‑拉结构，该类化合物可表现出不同的溶致变色行为；引入活性反应基团乙氧羰酰基，便于后续在实际应用中对其进一步衍生。
Description
技术领域
本发明属于小分子荧光探针的合成技术领域，涉及一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法。
背景技术
荧光分子探针由于具有结构灵活可调、光谱覆盖范围宽和荧光量子效率高等优势，在环境监测、生物传感以及有机光电材料等领域备受关注。根据结构特征主要分为两类：一类是含多个芳环或稠环的π-π共轭系统，另一类是体积相对较小的π共轭片段中连有电子供体和电子受体的推拉型荧光化合物。前者具有较大的刚性骨架，往往在许多方面表现不足，如溶解性较差、较强的π-π堆积易引起自猝灭以及光化学稳定性差等。相反，含推拉电子结构的荧光化合物由于体积相对较小，溶剂适用范围宽和可修饰性强等，常被作为小分子荧光探针和光电器件的基本单元。截至目前，科学家们已发现并设计合成数万种含推拉结构的荧光化合物，如6-丙酰基-2-(二甲氨基)萘(PRODAN)、4-二甲氨基-7-硝基苯并呋咱(NBD)类衍生物、尼罗红(Nile red)、花菁类染料和丹磺酰氯衍生物等。然而现已报道的该类探针仍存在诸多缺陷，如尼罗红类在极性溶剂中的荧光量子产率低，菁类染料在质子性溶剂中易引起荧光猝灭且光化学稳定性较差，BODIPY类衍生物的斯托克斯位移(Stokesshift)较小。因此，发展一类具有广谱溶剂适应性及优异光学性能的荧光探针仍具有重要意义。
苯是构建π-π共轭系统的基本单元，一般的，具有光学活性的化合物以多个苯环作为芳香结构。最近，文献中相继报道了一类只含单个苯环、且在固体态和溶液态均具有较高荧光量子产率的小分子化合物。例如，Katagiri小组设计合成了一个基于单苯环结构的荧光化合物2,5-二(甲磺酰基)-1,4-二氨基苯，研究发现该化合物在较大极性溶剂及水中均具有较高的荧光量子产率和较大的Stokes shift，且在固体态也呈现较强的荧光。张红雨课题组设计合成了系列单苯环类化合物2,5-二烷氨基对苯二甲酸甲酯，该类化合物在晶体态均呈现出较强的红色荧光。该类化合物具有较高荧光量子产率的本质是分子内和分子间存在较强的氢键，然而，其光谱学性质随溶剂的极性几乎不发生变化，并且如果对其进一步衍生，一定会严重破坏其荧光行为甚至使其没有荧光。因此，发展一类结构更小且具有优异光谱学特性的环境敏感型荧光探针仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点：1)溶剂适用范围较窄；2)探针分子的溶致变色能力较弱；3)进一步衍生可能严重破坏其荧光行为甚至使其没有荧光。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一类基于单个苯环的荧光小分子探针，其结构式为：
上述结构式分别为4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯、2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯、2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯。
上述基于单个苯环的荧光小分子探针中4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，包括以下步骤：
1)将4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
进一步的，步骤3)中提纯采用二氯甲烷-石油醚体系进行柱分离，二氯甲烷-石油醚体系中二氯甲烷-石油醚的体积比为1：1。
基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，包括以下步骤：
1)将2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯。
步骤2)在惰性气体保护下进行。
上述基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯的合成方法，包括以下步骤：
1)称取2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯，溶于甲醇，加入氯化亚铜和硼氢化钠，得到反应液；
其中，2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯、氯化亚铜、硼氢化钠和甲醇的摩尔比为1：(0.5～1.5)：(5～10)：(5～15)；
2)室温搅拌进行反应1～3h，得到反应产物；
3)将反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离，得到2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
上述基于单个苯环的荧光小分子探针中2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯的合成方法，包括以下步骤：
1)将2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，得到反应产物；
3)将上述反应产物进行过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用乙酸乙酯-石油醚柱分离，得到2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
上述基于单个苯环的荧光小分子探针中2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯的合成方法，
1)将2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物进行过滤后浓缩，得到粗产物，之后用乙酸乙酯-石油醚进行柱分离得到2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的一类基于单个苯环的荧光小分子探针，以单个苯环作为基础结构，以氮杂环丁烷和烷氧羰基分别作为电子供体和电子受体，通过调控两种取代基在苯环上的相对位置和数量改变探针分子在溶液态和固体态的荧光颜色和溶剂适用范围；基于电子推-拉结构，该类化合物可表现出不同的溶致变色行为；引入活性反应基团乙氧羰酰基，便于后续在实际应用中对其进一步衍生；该类基于单个苯环的荧光小分子探针，是一系列溶剂适用范围宽、荧光颜色灵活可调的单苯环类小分子荧光探针；单苯环类荧光小分子在溶液态和固体态的荧光颜色可实现灵活调控，且表现出较高的荧光量子产率，例如，在二氯甲烷溶液和在固体态中的最强荧光发射峰的范围分别为350～566nm和366～560nm；该类化合物均表现出一定的溶致变色行为，表现最明显的化合物的溶致变色范围分别为470～524nm和542～610nm，且在溶液态均具有较好的光化学稳定性。引入活性反应基团乙氧羰酰基，便于后续在实际应用中对其进一步衍生。
本发明的一类基于单个苯环的荧光小分子探针的合成方法，经过一步缩合反应得到，反应产率较高且操作简便。
附图说明
图1为实施例1得到的4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯在不同溶剂中的荧光发射光谱；
图2为实施例2得到的2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯在不同溶剂中的荧光发射光谱；
图3为实施例3得到的2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯在不同溶剂中的荧光发射光谱；
图4为实施例4得到的2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯在不同溶剂中的荧光发射光谱；
图5为实施例5得到的2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯在不同溶剂中的荧光发射光谱；
图6为实施例1得到的4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、实施例3得到的2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯、实施例4得到的2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯和实施例5得到的2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯在固体态时的荧光发射光谱。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一类基于单个苯环的荧光小分子探针，该类荧光探针的结构式如下：
本发明的化合物1(4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯)的合成方法如下：
在手套箱中分别称取4-溴苯甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口烧瓶中，将反应装置与双排管系统连接以保证氮气氛围，注入干燥的1,4-二氧六环将反应物溶解，然后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h,反应结束后将混合物过滤、浓缩，用二氯甲烷与石油醚的混合体系进行柱分离得到白色固体化合物1；
其中，4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
其反应方程式如下：
本发明的化合物2(2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯)的合成方法如下：
在手套箱中分别称取2-溴苯甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口烧瓶中，将反应装置与双排管系统连接以保证氮气氛围，注入干燥的1,4-二氧六环将反应物溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h，反应结束后将混合物过滤、浓缩，用二氯甲烷和石油醚的混合体系进行柱分离得到浆状化合物2；其中，2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；其反应方程式如下：
本发明的化合物3(2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯)的合成方法如下：
在手套箱中分别称取2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口烧瓶中，将反应装置与双排管系统连接以保证氮气氛围，注入干燥的1,4-二氧六环溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h，过体滤后浓缩，用二氯甲烷和石油醚的混合体系进行柱分离得到化合物2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯；其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)，碳酸铯和氮杂环丁烷的摩尔比为1：(0.1～0.2)：(0.1～0.2)：(2～3)：(2～4)；其反应方程式如下：
在氩气保护下，称取2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯，注入分析纯的甲醇溶解，依次加入氯化亚铜和硼氢化钠，室温搅拌1～3h，将反应混合物过滤、浓缩，用二氯甲烷和石油醚的混合体系进行柱分离得到黄色固体3。其中，2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯、氯化亚铜、硼氢化钠和甲醇的摩尔比为1：(0.5～1.5)：(5～10)：(5～15)；；其反应方程式如下：
本发明的化合物4(2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯)的合成方法如下：
在手套箱中分别称取2,5-二溴苯甲酸甲酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口烧瓶中，注入干燥的1,4-二氧六环溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h，将反应混合物过滤、浓缩，用乙酸乙酯和石油醚的混合体系进行柱分离得到淡黄色粉末4；
其中，其中，2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；其反应方程式如下：
本发明的化合物5(2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯)的合成方法如下：
在手套箱中分别称取2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口烧瓶中，将反应装置与双排管系统连接以保证氮气氛围，注入干燥的1,4-二氧六环溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流18～24h，将反应混合物过滤、浓缩，用乙酸乙酯和石油醚的混合体系进行柱分离得到橘黄色粉末5；
其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；其反应方程式如下：
实施例1
手套箱中分别称取4-溴苯甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口瓶中，将其与双排管系统连接以保证氮气氛围，用干燥的1,4-二氧六环将反应物溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h,反应结束后过滤、浓缩，用二氯甲烷：石油醚＝1:5进行柱分离得到化合物4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯。其中，4-溴苯甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，RuPhos，碳酸铯和氮杂环丁烷的摩尔比为1：0.1：0.1：1：1.5。
化合物1(4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯)的核磁氢谱数据为：1H NMR(600MHz,C6D6)δ(ppm)8.27(m,2H),6.12(d,J＝8.4Hz,2H),4.23(m,2H),3.30(m,4H),1.64(m,2H),1.09(t,J＝7.2Hz,3H)。
参见图1，图1为本实施例1制得的化合物4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯分别在正己烷、甲苯、二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺中的荧光发射光谱。可以看出，该化合物在上述溶剂体系中，其最强发射峰的位置随溶剂极性的增大逐渐红移，溶致变色范围为334～357nm。
实施例2
手套箱中分别称取2-溴苯甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口瓶中，将其与双排管系统连接以保证氮气氛围，用干燥的1,4-二氧六环将反应物溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h,反应结束后过滤、浓缩，用二氯甲烷：石油醚＝1:3进行柱分离得到浆状化合物2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯。其中，2-溴苯甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，RuPhos，碳酸铯和氮杂环丁烷的摩尔比为1：0.1：0.1：1：1.5。
化合物2(2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯)的核磁氢谱数据为：1H NMR(600MHz,C6D6)δ(ppm)7.86(d,J＝7.2Hz,1H),7.14(m,1H),6.64(t,J＝7.8,15.0Hz,1H),6.26(m,1H),4.13(q,J＝6.6Hz,2H),3.61(m,4H),1.71(m,2H),1.06(t,J＝6.6,13.8Hz)。
参见图2，图2为本实施例2制得的化合物2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯分别在正己烷、甲苯、二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺中的荧光发射光谱。可以看出，该化合物在上述溶剂体系中，其最强发射峰的位置同样随溶剂极性的增大逐渐红移，溶致变色范围为396～424nm。
实施例3
手套箱中分别称取2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口瓶中，将其与双排管系统连接以保证氮气氛围，用干燥的1,4-二氧六环溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h,反应结束后过滤、浓缩，用二氯甲烷：石油醚＝1:1进行柱分离得到2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯。其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，RuPhos，碳酸铯和氮杂环丁烷的摩尔比为1：0.1：0.1：1.5：2。
氩气保护下，称取2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯，用分析纯的甲醇溶解，依次加入氯化亚铜和硼氢化钠，室温搅拌1～3h，将反应混合物过滤、浓缩，用二氯甲烷：石油醚＝1:1进行柱分离得到黄色固体化合物2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；其中，2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯，氯化亚铜和硼氢化钠的摩尔比为1：1.0：6。
化合物3(2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯)的核磁氢谱数据为：1H NMR(600MHz,C6D6)δ(ppm)7.80(d,J＝7.8Hz,1H),7.60(d,J＝7.8Hz,1H),7.40(s,1H),4.11(dq,J＝7.2,21.6Hz,4H),3.58(t,J＝7.2Hz,4H),1.62(m,2H),1.02(td,4.2,7.2Hz)。
参见图3，图3为本实施例3制得的化合物2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯分别在正己烷、甲苯、二氯甲烷中的荧光发射光谱。可以看出，该化合物在上述溶剂体系中，其最强发射峰的位置随溶剂极性的增大逐渐红移，溶致变色范围为433～453nm。
实施例4
手套箱中分别称取2,5-二溴苯甲酸甲酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口瓶中，用干燥的1,4-二氧六环溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流12～18h,将反应混合物过滤、浓缩，用乙酸乙酯：石油醚＝1:10进行柱分离得到淡黄色粉末化合物2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯；其中，2,5-二溴苯甲酸甲酯，RuPhos-G3-Palladacycle，RuPhos，碳酸铯和氮杂环丁烷的摩尔比为1：0.1：0.1：2：4。
化合物4(2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯)的核磁氢谱数据为：1H NMR(600MHz,C6D6)δ(ppm)7.11(m,1H),6.50(dd,J＝3.0,9.0Hz),6.39(d,J＝8.4Hz,1H),3.65(t,J＝7.2,14.4Hz),3.55(s,3H),3.47(t,7.2,14.4Hz,4H),1.81(m,4H)。
参见图4，图4为本实施例4制得的化合物2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯分别在正己烷、甲苯、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醇和甲醇中的荧光发射光谱。可以看出，该化合物在上述溶剂体系中，其最强发射峰的位置随溶剂极性的增大逐渐红移，溶致变色范围为470～524nm。与前面所述的三个化合物相比，该化合物的溶剂适用范围得到明显拓宽，在非极性、极性以及质子性溶剂中均表现出较强的荧光，在相同溶剂中其最强发射峰的位置也明显向长波方向移动，表明在苯环中增加供电子基团氮杂环丁烷的数目，可显著改善其光物理性质。
实施例5
手套箱中分别称取2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯(RuPhos)和碳酸铯置于双口瓶中，将其与双排管系统连接以保证氮气氛围，用干燥的1,4-二氧六环溶解，后注入氮杂环丁烷，加热回流18～24h,将反应混合物过滤、浓缩，用乙酸乙酯：石油醚＝1:3进行柱分离得到橘黄色固体化合物2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯。其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯，RuPhos-G3-Palladacycle，RuPhos，碳酸铯和氮杂环丁烷的摩尔比为1：0.1：0.1：3：4。
化合物5(2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯)的核磁氢谱数据为：1H NMR(600MHz,CDCl3)δ(ppm)6.82(s,2H),4.36(q,J＝6Hz,4H),3.85(t,J＝6Hz,8H),2.20(m,4H),1.28(t,J＝12Hz,6H)。
参见图5，图5为本实施例5制得的化合物2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯分别在正己烷、甲苯、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醇、甲醇和水中的荧光发射光谱。可以看出，该化合物在上述溶剂体系中，其最强发射峰的位置随溶剂极性的增大逐渐红移，溶致变色范围为542～610nm。该化合物在上述溶剂体系中均表现出较强的荧光，可适用于非极性、极性和质子性有机溶剂以及水相中。
参见图6，图6为制得的化合物4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯、2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯和2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯在固体态时的荧光发射光谱。可以看出，四个化合物在固体态时其最强吸收峰的位置在366～560nm范围内逐渐红移，表明通过改变苯环上电子供体(氮杂环丁烷)和电子受体(烷氧羰酰基)的相对位置和数量，其在固体态的光物理性质同样可实现灵活调控。
表1为实施例6-9，按照表1参数进行合成，经后处理得到4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；表2为实施例10-13，按照表2中的条件进行合成，经后处理得到2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；表3为实施例14-17，按照表3中的条件进行合成，经后处理得到2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；表4为实施例18-21，按照表4中的条件进行合成，经后处理得到2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯；表5为实施例22-25，按照表5中的条件进行合成，经后处理得到2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯。后处理均为过滤、浓缩和提纯处理。
表1实施例6-9
表2实施例10-13
表3实施例14-17
表4实施例18-21
表5实施例22-25
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一类基于单个苯环的荧光小分子探针，其特征在于，其结构式为：
上述结构式分别为4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯、2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯、2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯。
2.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
3.根据权利要求2所述的基于单个苯环的荧光小分子探针的合成方法，其特征在于，步骤3)中提纯采用二氯甲烷-石油醚体系进行柱分离，二氯甲烷-石油醚体系中二氯甲烷-石油醚的体积比为1：1。
4.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
5.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯，溶于甲醇，加入氯化亚铜和硼氢化钠，得到反应液；
其中，2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯、氯化亚铜、硼氢化钠和甲醇的摩尔比为1：(0.5～1.5)：(5～10)：(5～15)；
2)室温搅拌进行反应1～3h，得到反应产物；
3)将反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离，得到2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
6.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，得到反应产物；
3)将上述反应产物进行过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用乙酸乙酯-石油醚柱分离，得到2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
7.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物进行过滤后浓缩，得到粗产物，之后用乙酸乙酯-石油醚进行柱分离得到2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。
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