CN113444067B

CN113444067B - 一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法及应用

Info

Publication number: CN113444067B
Application number: CN202110628784.2A
Authority: CN
Inventors: 杨欢; 张栋茂; 王周玉; 蒋珍菊; 李奎; 严丽
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2041-06-04
Also published as: CN113444067A

Abstract

本发明公开了一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法及应用，本发明属于化工工艺领域，具体涉及小分子荧光探针领域，所述制备方法，包括如下步骤：步骤1、将2,2’‑二硫代二苯甲酸和五硫化二磷加入二甲苯中，加热回流，产物趁热过滤，经乙醇重结晶得到红色固体，即为化合物1；步骤2、将化合物1和甲胺水溶液加入无水乙醇中，室温反应，产物经硅胶层析柱分离纯化得到黄色固体即为化合物2；步骤3、将化合物2、1,3‑丙酮二羧酸和氢氧化钠加入纯净水中，室温反应，产物过滤，滤饼经二氯甲烷洗涤，得到黄色固体即为化合物3。各个原料廉价且易得，反应条件温和，合成方法简单方便，易于制备。具有选择性好、灵敏度高、响应快及现象明显的优势。

Description

一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法及应用

技术领域

一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法及应用,本发明属于化工工艺技术领域，具体涉及小分子荧光探针技术领域。

背景技术

苯并噻吩及其衍生物是含硫芳香杂环化合物之一，在自然界中广泛存在。其衍生物具有重要的生理活性和独特的药理活性，常常作为农药、医药及天然产物的活性分子。除此之外，由于苯并噻吩类化合物具有较大电子云密度和极高的刚性分子结构，是良好的电子给体，容易形成D-π-D或A-π-A体系，也可以作为发光材料的基本骨架。

铁离子是生理过程中必须的离子之一，铁离子参与了许多细胞水平的化学及生物过程，生物体内的铁主要是二价的，极少量为三价，自然水体中的铁基本为三价铁，然而体内三价铁离子的浓度过高则会参与生命活动中的氧化还原反应和形成活性氧化中间体，严重危害生命活动的正常运行。因此制备出选择性检测三价铁离子的荧光探针是十分重要的。

与其他传统方法相比，小分子荧光探针的检测方法具有高灵敏度、高选择性、能够用于活体组织和细胞内检测、样品前处理简单、操作简便、外界干扰小等优点。近年来，基于不同识别基团和报告基团的三价铁离子荧光探针被设计出来，尽管这些荧光探针在许多方面都有其独特的优点，但其仍然存在选择性差、体内生物成像应用有限的缺陷。

目前分子内环化一直是合成苯并噻吩类衍生物方面的研究重点，分子内环化通常都需要用到价格昂贵的过渡金属催化剂，合成过程比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于：一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法及应用，以解决现有的分子内环化通常都需要用到价格昂贵的过渡金属催化剂，合成过程比较复杂的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将2,2’-二硫代二苯甲酸和五硫化二磷加入二甲苯中，加热回流，产物趁热过滤，经乙醇重结晶得到红色固体，即为化合物1；

步骤2、将化合物1和甲胺水溶液加入无水乙醇中，室温反应，产物经硅胶层析柱分离纯化得到黄色固体即为化合物2；

步骤3、将化合物2、1,3-丙酮二羧酸和氢氧化钠加入纯净水中，室温反应，产物过滤，滤饼经二氯甲烷洗涤，得到黄色固体即为化合物3。

本申请的技术方案中，各个原料廉价且易得，反应条件温和，合成方法简单方便，易于制备，本申请制得的C₁₂H₁₀NNaO₃S作为检测三价铁离子的荧光探针，检测手段简单，只需要借助荧光光谱仪即可实现，该三价铁离子探针对响应具有选择性好、灵敏度高等优点，具有响应快，现象明显的优势，有着广阔的应用前景，可将其应用于环境检测、特定疾病的检测和体内细胞成像中。解决了上述现有的分子内环化通常都需要用到价格昂贵的过渡金属催化剂，合成过程比较复杂的缺陷。

优选的，步骤1中2,2’-二硫代二苯甲酸，五硫化二磷和二甲苯的摩尔，摩尔和体积比为3mmol:5.1mmol:5ml。

优选的，步骤1中145℃加热回流；步骤1中反应温度为145℃。

优选的，步骤1中化合物1的结构式为

优选的，步骤2中化合物1，甲胺水溶液和无水乙醇的摩尔，摩尔和体积比为3mmol:15mmol:20ml。

优选的，步骤2中化合物2的结构式为

优选的，步骤3中化合物2、1,3-丙酮二羧酸、氢氧化钠和纯净水的摩尔，摩尔，摩尔和体积比为2mmol:2.4mmol:8mmol:3ml。

优选的，步骤3中化合物3的结构式为

分子式为C₁₂H₁₀NNaO₃S。

一种所述的苯并噻吩羧酸盐的制备方法制得的C₁₂H₁₀NNaO₃S作为荧光探针在环境中三价铁离子检测、体内三价铁离子检测或体内细胞成像中的用途。

本申请的技术方案中：

化合物1：3H-苯并[1,2]二硫基-3-硫酮；

化合物2：2-甲基苯并异噻唑-3(2H)-硫酮；

化合物3：3-(3-(甲基氨基)苯并噻吩-2-基)-3-氧代丙酸钠。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，各个原料廉价且易得，反应条件温和，合成方法简单方便，易于制备；

2、本发明中，本申请制得的C₁₂H₁₀NNaO₃S作为检测三价铁离子的荧光探针，检测手段简单，只需要借助荧光光谱仪即可实现；

3、本发明中，该三价铁离子探针对响应具有选择性好、灵敏度高等优点；

4、本发明中，具有响应快，现象明显的优势，有着广阔的应用前景，可将其应用于环境检测、特定疾病的检测和体内细胞成像中。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针的核磁氢谱图；

图2为本发明实施例1制备的苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针的核磁碳谱图；

图3为本发明实施例2中苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针，加入常见金属离子前后的紫外-可见光谱图；

图4为本发明实施例2中苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针，加入常见金属离子前后的荧光光谱图；

图5为本发明实施例2中苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针，加入其他金属离子和三价铁离子前后的荧光强度结果分析图；

图6为本发明发明实施例3中苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针，加入不同浓度三价铁离子前后的荧光强度变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-2所示，苯并噻吩羧酸盐荧光探针化合物的合成。

步骤(1)：准确称取原料2,2’-二硫代二苯甲酸(919mg，3.0mmol)于圆底烧瓶中，加入二甲苯5mL溶解，搅拌下再加入五硫化二磷(1133mg，5.1mmol)，升温至145℃下反应，通过TLC(薄层色谱法)检测，原料反应完全后，趁热过滤，滤液减压浓缩得粗产品，粗品经无水乙醇重结晶，得788mg纯产品3H-苯并[1,2]二硫基-3-硫酮，即化合物1，收率71％，红色针状晶体。¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆):δ8.15(d,J＝8.3Hz,1H),8.08-8.06(m,1H),7.86-7.82(m,1H),7.59-7.55(m,1H).¹³C NMR(100MHz,DMSO-d₆):δ217.36,153.52,140.97,133.76,127.81,126.92,125.72.

步骤(1)中的反应方程式为：

步骤(2)：准确称取化合1(540mg，3.0mmol)于圆底烧瓶中，加入无水乙醇20mL溶解，搅拌下加入甲胺水溶液(460mg，15.0mmol)，室温下搅拌反应，通过TLC检测，原料反应完全，减压浓缩得粗产品，粗品经硅胶柱层析纯化，石油醚及乙酸乙酯作为洗脱剂，得457mg纯产品2-甲基苯并异噻唑-3(2H)-硫酮(MBS)，即化合物2，收率84％，黄色粉末。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.35–8.32(m,1H),7.67–7.51(m,2H),7.49-7.47(m,1H),3.85(s,3H).¹³CNMR(101MHz,CDCl₃)δ185.72,140.59,134.79,131.89,129.49,126.36,119.32,35.96.

步骤(2)中的反应方程式为：

步骤(3)：准确称取化合物2(362mg，2.0mmol)于反应试管中，加入水3mL，搅拌下加入1,3-丙酮二羧酸(350mg，2.4mmol)和氢氧化钠(320mg，8.0mmol)，室温下反应，通过TLC检测，原料基本反应完全，有大量固体生成，过滤，滤饼用大量二氯甲烷洗涤纯化，晾干，得163mg纯产品3-(3-(甲基氨基)苯并噻吩-2-基)-3-氧代丙酸钠，即化合物3，收率30％，黄色粉末。¹H NMR(400MHz,D₂O):δ7.93(d,J＝8.4Hz,1H),7.48(d,J＝8.2Hz,1H),7.31(t,J＝7.5Hz,1H),7.10(t,J＝7.6Hz,1H),3.34(s,2H),3.16(s,3H).¹³C NMR(101MHz,D₂O):δ188.48,175.35,154.87,141.52,130.17,129.54,126.64,123.84,123.22,105.96,50.78,31.97.

步骤(3)中的反应方程式为：

实施例2

如图3-图5所示，本发明苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针检测三价铁离子的选择性实验。

综上，准确化合物3 2.7mg于10mL容量瓶中，用纯净水定容，配置成1mM探针母液。准确称取包括Ag⁺，Ba²⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，K⁺，Li⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，Pb² ⁺，Zn²⁺，Cr²⁺，Cr³⁺，Sn²⁺在内的20种金属离子的盐酸盐或硝酸盐或硫酸盐于10mL的容量瓶，去离子水定容得6mM待测金属离子母液。分别取300μL样品母液与300μL金属离子母液于2.7mL超纯水中稀释，测定紫外光谱，分别取30μL样品母液与30μL金属离子母液于2.94mL超纯水中稀释，测定荧光光谱。

从紫外吸收光谱图3可以看出Fe³⁺、Cu²⁺、Sn²⁺的加入均会导致探针最大吸收波长红移，其他金属离子对探针紫外吸收光谱不产生影响；从荧光发射光谱图图4可以看出探针溶液中加入Fe³⁺后，荧光在460nm处的发射峰几乎完全淬灭，而在500nm左右产生了一个新的荧光峰，且荧光强度明显增强。因此，探针在500nm以及460nm处的荧光强度的比值能够作为定量评定探针对Fe³⁺特异性的比率型输出信号，如图5所示，加入Fe³⁺后F₅₀₀/F₄₆₀的值要比加入其它金属离子高出约50倍，这些结果证明探针对于Fe³⁺的检测具有很好的选择性；其中，图5从左至右依次为探针未加金属离子、加入其他金属离子和三价铁离子后在365nm荧光灯下照片。

实施例3

如图6所示，本发明苯并噻吩羧酸盐作为荧光探针检测三价铁离子的荧光滴定实验。

为了测试探针在不同浓度Fe³⁺条件下荧光变化情况，在10μM探针溶液中滴加Fe³⁺，测定荧光谱图，荧光发射光谱图如图6所示。滴定过程中可以看到，当在探针中加入0-6当量Fe³⁺，荧光逐渐产生红移，然后看到460nm处荧光逐渐淬灭，500nm处会产生一个新的荧光峰并逐渐增强。在这个过程中可以看到约472nm处有一个明显的等发射点，表明在这个反应过程中产生了新的物质。当增加的三价铁离子的终浓度达到80μM，该探针的荧光强度增长倍数可达到66000倍。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤 1、将 2,2’-二硫代二苯甲酸和五硫化二磷加入二甲苯中，加热回流，产物趁热过滤，经乙醇重结晶得到红色固体，即为化合物 1，结构式为

；

步骤 2、将化合物 1 和甲胺水溶液加入无水乙醇中，室温反应，产物经硅胶层析柱分离纯化得到黄色固体，即为化合物 2，结构式为

；

步骤 3、将化合物 2、1,3-丙酮二羧酸和氢氧化钠加入纯净水中，室温反应，产物过滤，

滤饼经二氯甲烷洗涤，得到黄色固体，即为化合物 3，结构式为

，分子式为 C12H10NNaO3S。

2.根据权利要求 1 所述的一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法，其特征在于，步骤 1 中2,2’-二硫代二苯甲酸，五硫化二磷和二甲苯的摩尔，摩尔和体积比为3mmol:5.1mmol:5ml。

3.根据权利要求 1 所述的一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法，其特征在于，步骤 1 中145℃加热回流。

4.根据权利要求 1 所述的一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法，其特征在于，步骤 2 中化合物 1，甲胺水溶液和无水乙醇的摩尔，摩尔和体积比为 3mmol:15mmol:20ml。

5.根据权利要求 1 所述的一种苯并噻吩羧酸盐的制备方法，其特征在于，步骤 3 中化合物 2 、 1,3- 丙酮二羧酸、氢氧化钠和纯净水的摩尔，摩尔，摩尔和体积比为2mmol:2.4mmol:8mmol:3ml。

6.一种如权利要求 1-5 任一项所述的苯并噻吩羧酸盐的制备方法制得的C12H10NNaO3S作为荧光探针在环境中三价铁离子检测、体内三价铁离子检测或体内细胞成像中的用途，

所述用途不以疾病的诊断和/或治疗为目的。