CN117551035A - 一种含氮三取代烯烃型化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含氮三取代烯烃型化合物及其制备方法和应用，包括式I化合物及其药学上可接受的盐：
Description
技术领域
本发明涉及物质检测技术领域，特别涉及一种含氮三取代烯烃型化合物及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，三取代烯烃型探针分子的构建引起广大研究者的关注。基于烯烃双键上取代基的结构，可以大致将三取代烯烃型探针分子分成以下几类：三芳(杂环)基取代的烯烃型分子、双键上连有氰基的三取代烯烃型分子，以及双键相连杂原子的三取代烯烃型分子。目前，烯烃双键上相连杂原子的三取代烯烃型探针分子可以应用于苦味酸检测、生物体内细胞成像及有毒汞离子的检测等领域。但是，有关三取代烯烃型探针分子对丙二腈的检测尚未有文献报道。
丙二腈是一种重要的化学原料，其在各种溶剂(如有机溶剂、水)中都有优良的溶解性。作为最简单的二腈化物，丙二腈由于具有较高的反应活性，可以广泛应用于医药生产和工业化学中。与此同时，丙二腈也是一种危险的致氰毒物，溶解在水体环境中时会对水体造成污染，在进入人体和动物组织代谢后会完全转化为HCN，从而抑制组织中的有氧糖酵解和脑、肾、肝的呼吸，并进一步引起一些严重的疾病。最终对人体造成不可逆转的损害。化工厂过度排放的丙二腈可能对水体、周边环境造成污染，其毒性也可能随着食物链的延长逐渐累积。因此，近年来丙二腈的检测得到了广大研究者的关注。分子结构中具有醛基的化合物，常常可与丙二腈发生Knoevenagel缩合反应。因此，若利用醛基和丙二腈反应时颜色发生变化，可望实现丙二腈的裸眼检测。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种含氮三取代烯烃型化合物及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面，提出了式I化合物及其药学上可接受的盐：
其中，为含N杂环基团。
在本发明的一些实施方式中，所述含N杂环基团包括含1～5个氮原子的具有一个或多个饱和或不饱和环的5至18元单环或多环的杂环的环系统。
在本发明的一些实施方式中，所述含N杂环基团包括包含1-4个氮原子的不饱和3-6元杂单环基团，例如吡咯基、吡咯啉基、咪唑基、吡唑基、吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、三唑基(如1,2,4-三氮唑基)或四唑基；包含1-4个氮原子的饱和3-6元杂单环基团，例如吡咯烷基、咪唑烷基(如咪唑甲基、咪唑乙基)、哌啶子基或哌嗪基；包含1-5个氮原子的不饱和稠合杂环基团，诸如吲哚基、异吲哚基、吲嗪基、苯并咪唑基、喹啉基、异喹啉基、吲唑基、苯并三唑基或四唑并哒嗪基。
在本发明的一些实施方式中，所述式I化合物选自以下化合物：
本发明的第二个方面，提出了一种所述的式I化合物的制备方法，包括以下步骤：
式II化合物与式III化合物/>反应制得式I化合物；
其中，X为卤素原子；的定义如前所述。
在本发明的一些实施方式中，所述卤素原子包括F、Cl、Br、I的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，式II化合物与式III化合物的摩尔比为1:2～2.5。
在本发明的一些实施方式中，所述反应的催化剂包括无机碱；所述无机碱包括CsF、K2CO3、Na2CO3、NaHCO3的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述反应的溶剂包括DMF、DMSO、THF的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述反应的温度为25℃～35℃，时间为16h～28h。
在本发明的一些实施方式中，所述的式I化合物的制备方法还包括对反应产物进行纯化处理；所述纯化处理包括萃取、分离得有机层、洗涤有机层、干燥、柱层析；所述纯化处理的具体操作包括：将反应产物用乙酸乙酯萃取后分离，合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和盐水洗涤有机层后，用无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品，粗产品经过柱层析分析得式I化合物。
本发明的第三个方面，提出了一种探针，包括所述的式I化合物。
在本发明的一些实施方式中，所述式I化合物的浓度为1×10-6M～1.0M；如1×10- 4M～0.1M。
在本发明的一些实施方式中，所述探针还包括基材，所述式I化合物负载于所述基材上。
在本发明的一些实施方式中，所述基材包括试纸、滤纸的至少一种。
本发明的第四个方面，提出了一种丙二腈的检测方法，包括采用式I化合物和/或所述的探针检测丙二腈。
在本发明的一些实施方式中，所述丙二腈的检测方法包括使式I化合物和/或所述的探针与丙二腈接触后，进行目测。
在本发明的一些实施方式中，所述目测具体为：观察检测体系的颜色变化；优选地，所述颜色变化包括从无边变化为黄色；优选地，所述黄色的深浅还能反映检测体系中丙二腈含量高低，具体地，黄色越明显，丙二腈含量越高；优选地，所述颜色变化出现的时间为1s～300min；优选地，颜色变化出现的时间能反应检测体系中丙二腈含量高低，具体地，颜色变化时间越短，丙二腈含量越高。
在本发明的一些实施方式中，所述丙二腈的浓度范围包括0.0001M～10M；如0.001M～0.1M。
本发明的第四个方面，提出了所述的式I化合物和/或所述的探针在丙二腈检测中的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明合成一系列的含氮新型三取代烯烃类化合物，并对合成的化合物以1HNMR、13C NMR、ESI-HRMS和X-射线单晶衍射分析测试方法进行结构表征，明确其结构。
(2)本发明化合物的合成方法选择合适的无机碱，通过卤代丁烯醛酸(如3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮)和含氮杂环化合物发生亲核取代反应实现，其无需过渡金属催化、反应原料易得，具有反应体系简单，底物适用范围广、产率较高等优点，同时丰富了含氮结构的新型三取代烯烃类的小分子库。
(3)本发明中含氮三取代烯烃类化合物的试纸片可以检测环境体系中的丙二腈，有望在化工厂体系中检测排放的丙二腈，在公共安全领域具有潜在的应用。
附图说明
图1为本发明实施例6中化合物6的X射线单晶衍射图。
图2为本发明实施例7中试纸片Blank对照组。
图3为本发明实施例7中含化合物4试纸片对丙二腈的检测结果。
图4为本发明实施例7中含化合物4试纸片对低浓度丙二腈的检测结果。
图5为本发明实施例8中试纸片Blank对照组。
图6为本发明实施例8中含化合物5试纸片对丙二腈的检测结果。
图7为本发明实施例8中含化合物5试纸片对低浓度丙二腈的检测结果。
图8为本发明实施例9中试纸片Blank对照组。
图9为本发明实施例9中含化合物6试纸片对丙二腈的检测结果。
图10为本发明实施例9中含化合物6试纸片对低浓度丙二腈的检测结果。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例制备了化合物1(化学名：3,3-二(1H-吡唑-1-基)丙烯醛)，具体过程为：
向25mL的圆底烧瓶中加入2.5mmol吡唑，加入DMF 3mL溶解。在常温下搅拌10分钟后，向烧瓶内加入1.0mmol3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮和4.0mmol的氟化铯，在35℃下反应24小时。反应结束后，用15mL水猝灭反应，再用乙酸乙酯(15mL×3)萃取、分液。合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和食盐水洗涤有机层。有机层无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品。粗产品经过柱层析分离，得到化合物1，黄色蜡状(55.2mg,67％)。
化合物1的结构式与相关表征数据等如下所示：
1H NMR(600MHz,CDCl3),δ,ppm:6.49-6.52(m,2H,＝CH-2,ArH-5),6.58-6.61(m,1H,ArH-8),7.38(d,J＝3.0Hz,,1H,ArH-4),7.78(d,J＝2.4Hz,1H,ArH-6),7.82(d,J＝1.2Hz,1H,ArH-7),7.89(d,J＝1.2Hz,1H,ArH-9),9.53(d,J＝7.2Hz,1H,CHO-1)；
13C NMR(150MHz,CDCl3),δ,ppm:108.9(C-2),109.9(C-8),110.7(C-5),130.2(C-7),133.4(C-4),143.8(C-9),144.7(C-6),147.0(C-3),189.7(C-1)；
ESI-HRMS,m/z:Calcd for C9H8N4O[M+H]+,189.0770,found:189.0768.
实施例2
本实施例制备了化合物2(化学名：3,3-二(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丙烯醛)，具体过程为：
向25mL的圆底烧瓶中加入2.5mmol 1,2,4-三氮唑，加入DMF 3mL溶解。在常温下搅拌10分钟后，向烧瓶内加入1.0mmol3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮和4.0mmol的氟化铯，在35℃下反应24小时。反应结束后，用15mL水猝灭反应，再用乙酸乙酯(15mL×3)萃取、分液。合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和食盐水洗涤有机层。有机层无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品。粗产品经过柱层析分离，得到化合物2，黄色蜡状(51.0mg,62％)。
化合物2的结构式与相关表征数据等如下所示：
1H NMR(600MHz,CDCl3),δ,ppm:6.74(d,J＝7.2Hz,1H,＝CH-2),8.17(s,1H,ArH-6),8.22(s,1H,ArH-4),8.30(s,1H,ArH-7),8.55(s,1H,ArH-5),9.65(d,J＝6.6Hz,1H,CHO-1)；
13C NMR(150MHz,CDCl3),δ,ppm:113.7(C-2),140.0(C-6),144.1(C-4),146.8(C-3),154.4(C-7),154.6(C-5),187.9(C-1)；
ESI-HRMS,m/z:Calcd for C7H6N6O[M+H]+,191.0675,found:191.0673.
实施例3
本实施例制备了化合物3(化学名：3,3-二(1H-苯并咪唑-1-基)丙烯醛)，具体过程为：
向25mL的圆底烧瓶中加入2.5mmol苯并咪唑，加入DMF 3mL溶解。在常温下搅拌10分钟后，向烧瓶内加入1.0mmol3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮和4.0mmol的氟化铯，在35℃下反应24小时。反应结束后，用15mL水猝灭反应，再用乙酸乙酯(15mL×3)萃取、分液。合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和食盐水洗涤有机层。有机层无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品。粗产品经过柱层析分离，得到化合物3，黄色蜡状(121.1mg,86％)。
化合物3的结构式与相关表征数据等如下所示：
1H NMR(600MHz,CDCl3),δ,ppm:6.40(d,J＝7.2Hz,1H,ArH-15),6.77(d,J＝7.8Hz,1H,＝CH-2),6.87(d,J＝8.4Hz,1H,ArH-8),7.21-7.24(m,2H,ArH-7,14),7.33-7.37(m,2H,ArH-6,13),7.82(d,J＝7.8Hz,1H,ArH-12),7.89(d,J＝7.2Hz,1H,ArH-5),7.94(s,1H,ArH-17),8.20(s,1H,ArH-10),9.55(d,J＝7.8Hz,1H,CHO-1)；
13C NMR(150MHz,CDCl3),δ,ppm:110.7(C-2),111.3(C-12),112.4(C-5),121.6(C-15),121.6(C-8),125.0(C-14),125.1(C-7),125.8(C-13),125.9(C-6),131.5(C-11),133.1(C-4),141.0(C-17),141.6(C-10),142.7(C-16),143.7(C-9),144.6(C-3),187.9(C-1)；
ESI-HRMS,m/z:Calcd for C17H12N4O[M+H]+,289.1083,found:289.1080.
实施例4
本实施例制备了化合物4(化学名：3,3-二(1H-咪唑-1-基)丙烯醛)，具体过程为：
向25mL的圆底烧瓶中加入2.5mmol咪唑，加入DMF 3mL溶解。在常温下搅拌10分钟后，向烧瓶内加入1.0mmol3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮和4.0mmol的氟化铯，在35℃下反应24小时。反应结束后，用15mL水猝灭反应，再用乙酸乙酯(15mL×3)萃取、分液。合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和食盐水洗涤有机层。有机层无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品。粗产品经过柱层析分离，得到化合物4，白色固体(64.0mg,78％)，熔点146℃～147℃。
化合物4的结构式与相关表征数据等如下所示：
1H NMR(600MHz,CDCl3),δ,ppm:6.17(d,J＝7.2Hz,1H,＝CH-2),7.02-7.04(m,1H,ArH-8),7.19-7.23(m,2H,ArH-5,7),7.29-7.32(m,1H,ArH-4),7.64(s,1H,ArH-9),7.88(s,1H,ArH-6),9.43(d,J＝7.2Hz,1H,CHO-1)；
13C NMR(150MHz,CDCl3),δ,ppm:111.7(C-2),117.6(C-7),120.7(C-4),131.9(C-8),132.5(C-5),136.3(C-9),139.0(C-6),142.4(C-3),187.7(C-1)；
ESI-HRMS,m/z:Calcd for C9H8N4O[M+H]+,189.0770,found:189.0768.
实施例5
本实施例制备了化合物5(化学名：3,3-二(2-甲基-1H-咪唑-1-基)丙烯醛)，具体过程为：
向25mL的圆底烧瓶中加入2.5mmol甲基咪唑，加入DMF 3mL溶解。在常温下搅拌10分钟后，向烧瓶内加入1.0mmol3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮和4.0mmol的氟化铯，在35℃下反应24小时。反应结束后，用15mL水猝灭反应，再用乙酸乙酯(15mL×3)萃取、分液。合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和食盐水洗涤有机层。有机层无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品。粗产品经过柱层析分离，得到化合物5，白色固体(33mg,80％)，熔点166℃～168℃。
化合物5的结构式与相关表征数据等如下所示：
1H NMR(600MHz,CDCl3),δ,ppm:2.18(s,3H,CH3-11),2.22(s,3H,CH3-7),6.13(d,J＝7.2Hz,1H,＝CH-2),6.88(d,J＝1.8Hz,1H,ArH-4),7.07(d,J＝1.8Hz,1H,ArH-5),7.12(d,J＝1.2Hz,1H,ArH-8),7.17(d,J＝1.2Hz,1H,ArH-9),9.49(d,J＝7.2Hz,1H,CHO-1)；
13C NMR(150MHz,CDCl3),δ,ppm:13.4(C-11),14.2(C-7),115.8(C-2),117.2(C-8),119.2(C-4),122.0(C-9),130.1(C-5),143.5(C-10),145.9(C-6),146.4(C-3),188.4(C-1)；
ESI-HRMS,m/z:Calcd for C11H12N4O[M+H]+,217.1084,found:217.1081.
实施例6
本实施例制备了化合物6(化学名：3,3-二(2-乙基-1H-咪唑-1-基)丙烯醛)，具体过程为：
向25mL的圆底烧瓶中加入2.5mmol乙基咪唑，加入DMF 3mL溶解。在常温下搅拌10分钟后，向烧瓶内加入1.0mmol3,4-二溴-5-羟基-2(5H)-呋喃酮和4.0mmol的氟化铯，在35℃下反应24小时。反应结束后，用15mL水猝灭反应，再用乙酸乙酯(15mL×3)萃取、分液。合并有机层，依次用饱和氯化铵、饱和食盐水洗涤有机层。有机层无水硫酸钠干燥，减压旋干得粗产品。粗产品经过柱层析分离，得到化合物6，白色固体(90.3mg,85％)，熔点107℃～108℃。
化合物6的结构式与相关表征数据等如下所示：
1H NMR(600MHz,CDCl3),δ,ppm:1.22(t,J＝7.2Hz,3H,CH3-8),1.26(t,J＝7.2Hz,3H,CH3-13),2.31-2.37(m,4H,CH2-7,12),6.06(d,J＝7.2Hz,1H,＝CH-2),6.80(d,J＝1.8Hz,1H,ArH-4),7.04(d,J＝1.8Hz,1H,ArH-5),7.09(d,J＝1.2Hz,1H,ArH-9),7.13(d,J＝1.2Hz,1H,ArH-10),9.42(d,J＝7.2Hz,1H,CHO-1)；
13C NMR(150MHz,CDCl3),δ,ppm:11.5(C-13),11.6(C-8),20.5(C-12),21.1(C-7),116.1(C-2),119.2(C-9),122.2(C-4),129.7(C-10),129.8(C-5),143.4(C-11),150.6(C-6),151.1(C-3),188.5(C-1)；
ESI-HRMS,m/z:Calcd for C13H16N4O[M+H]+,245.1397,found:245.1394.
化合物6的X射线单晶衍射图如附图1所示。
核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、高分辨质谱和X射线单晶衍射结果显示化合物6的结构和预期一致。
实施例7
本实施例对丙二腈进行检测，具体过程为：
将化合物4均配置成不同浓度(10-1M～10-4M)的溶液并制作成试纸片(白色)，再将丙二腈溶解于二氯甲烷中配置成浓度为10-1M的溶液。之后，将一组由化合物4制成的试纸片放置在不含丙二腈的环境(Blank对照，图2)中，而另一组由化合物4制成的试纸片则与丙二腈的二氯甲烷溶液置于同一密闭空间中，观察现象(图3)。在两者共处40min左右，试纸片均变成黄色，且试纸片中化合物4的浓度越低，黄色则越不明显。其中，未处于丙二腈环境中的Blank对照化合物4试纸片颜色不发生任何变化。即使将丙二腈环境的浓度稀释100倍，仍然能够观察到试纸片的变色现象(图4)，但是此时需要的时间约为200min。
实施例8
本实施例对丙二腈进行检测，具体过程为：
将化合物5均配置成不同浓度(10-1M～10-4M)的溶液并制作成试纸片，再将丙二腈溶解于二氯甲烷中配置成浓度为10-1M的溶液。之后，将一组由化合物5制成的试纸片放置在不含丙二腈的环境(Blank对照，图5)中，而另一组由化合物5制成的试纸片则与丙二腈的二氯甲烷溶液置于同一密闭空间中，观察现象(图6)。在两者共处30min左右，试纸片均变成黄色，且试纸片中化合物5的浓度越低，黄色则越不明显。其中，未处于丙二腈环境中的Blank对照化合物5试纸片颜色不发生任何变化。即使将丙二腈环境的浓度稀释100倍，仍然能够观察到试纸片的变色现象(图7)，但是此时需要的时间约为180min。
实施例9
本实施例对丙二腈进行检测，具体过程为：
将化合物6均配置成不同浓度(10-1M～10-4M)的溶液并制作成试纸片，再将丙二腈溶解于二氯甲烷中配置成浓度为10-1M的溶液。之后，将一组由化合物6制成的试纸片放置在不含丙二腈的环境(Blank对照，图8)中，而另一组由化合物6制成的试纸片则与丙二腈的二氯甲烷溶液置于同一密闭空间中，观察现象(图9)。在两者共处15min左右，试纸片均变成黄色，且试纸片中化合物6的浓度越低，黄色则越不明显。其中，未处于丙二腈环境中的Blank化合物6试纸片颜色不发生任何变化。即使将丙二腈环境的浓度稀释100倍，仍然能够观察到试纸片的变色现象(图10)，但时间则需要约60min。
综上，本发明含氮三取代烯烃型化合物无需金属催化剂即可一步法顺利合成。该类化合物在丙二腈存在的环境体系中均可发生不同程度的颜色变化，且随着丙二腈浓高，含该类化合物试纸片变色程度越深，需要时间越短。因此，该类化合物可实现对环境中丙二腈的有效检测。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.式I化合物及其药学上可接受的盐：
其中，为含N杂环基团。
2.根据权利要求1所述的式I化合物，其特征在于：所述含N杂环基团包括包含1-4个氮原子的不饱和3-6元杂单环基团；和/或，包含1-4个氮原子的饱和3-6元杂单环基团；和/或，包含1-5个氮原子的不饱和稠合杂环基团。
3.根据权利要求1所述的式I化合物，其特征在于：所述式I化合物选自以下化合物：
4.一种如权利要求1～3任一项所述的式I化合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
式II化合物与式III化合物/>反应制得式I化合物；
其中，X为卤素原子；的定义如权利要求1所述。
5.根据权利要求4所述的式I化合物的制备方法，其特征在于：所述反应的催化剂包括无机碱。
6.一种探针，其特征在于：包括如权利要求1～3任一项所述的式I化合物。
7.根据权利要求6所述的探针，其特征在于：所述式I化合物的浓度为1×10-6M～1.0M。
8.根据权利要求6所述的探针，其特征在于：所述探针还包括基材，所述式I化合物负载于所述基材上。
9.一种丙二腈的检测方法，包括采用如权利要求1～3任一项式I化合物和/或如权利要求6～8任一项所述的探针检测丙二腈。
10.如权利要求1～3任一项所述的式I化合物和/或如权利要求6～8任一项所述的探针在丙二腈检测中的应用。
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