3,4-苝二羧酸酯類化合物及其合成方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及有機合成技術領域，具體涉及3, 4-茈二羧酸酯類化合物及其合成方 法和應用。
【背景技術】
[0002] 茈的羧酸酯類衍生物具有優異的物理及化學性質，對從可見光區到紅外區的光均 有比較好的吸收，熒光量子產率很高，而且在常見有機溶劑中有著很高的溶解度，是一類性 能優異的熒光團。以茈的羧酸酯類衍生物作為熒光團的分子探針已經在生物醫藥、生物化 學、環境科學等領域得到了廣泛的應用。因此，茈的羧酸酯類衍生物的合成研究變得尤為重 要。目前，茈的羧酸酯類衍生物的合成研究主要集中于3, 4, 9, 10-茈四羧酸酯類衍生物，繼 續反應的位置較少，然而迄今為止，還沒有見到涉及3, 4-茈二羧酸酯類化合物及其合成方 法和應用方面的報到。
【發明內容】
[0003] 本發明合成了 3, 4-茈二羧酸酯類化合物，在保留茈的羧酸酯類衍生物優良性質 的同時，增加了可以繼續反應的位置，具有重要的理論意義和應用價值。同時，本發明提供 了 3, 4-茈二羧酸酯類化合物的合成方法和應用。
[0004] 為實現上述目的，本發明的技術方案為：
[0005] 3, 4-茈二羧酸酯類化合物，其結構式（I )如下：
[0007] 其中，R為碳原子不大于6的烷烴基。
[0008] 3, 4-茈二羧酸酯類化合物與常見的茈系衍生物茈二酰亞胺、茈單酰亞胺、茈四羧 酸酯類似均為優異的熒光團，但茈二羧酸酯類相比于茈二酰亞胺、茈單酰亞胺有極好的溶 解性，幾乎所有的常見有機溶劑而擴大了應用范圍；與其它茈系衍生物相比，其化學反應活 性位點不同，除彎位1，6, 7, 12位作為反應活性位，其端位9, 10也具有相當甚至略強的反應 活性，可與彎位發生不同的反應及選擇性反應，作為不對稱結構，相比于茈四羧酸酯類其便 于以其設計結構復雜的功能分子。經過進一步衍生化，可以結合多種不同的識別基團，例如 吡啶、穩定自由基、噻吩與喹啉等，可構成具有不同檢測作用的熒光分子探針。
[0009] 3, 4-茈二羧酸酯類化合物的合成方法，將茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯類化 合物溶于喹啉中，加入Cu20,無氧條件下回流反應后即得3, 4-茈二羧酸酯類化合物，其中 茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯類化合物的結構式（II )如下：
[0011] 其中，R為碳原子不大于6的烷烴基。成功制備了 3, 4-茈二羧酸酯類化合物，合 成方法簡單，產率可達到60%以上，適于工業化生產。
[0012] 合成路線為：
[0014] 其中，R為碳原子不大于6的烷烴基。
[0015] 優選的，步驟為：
[0016] (1)制備茈_3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯類化合物；
[0017] (2)將制備的茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯類化合物溶于喹啉中，加入Cu20， 無氧條件下回流反應；
[0018] (3)分離純化后即得3, 4-茈二羧酸酯類化合物。
[0019] 進一步優選的，步驟（2)中的喹啉經過減壓蒸餾制得。減少了雜質的引入，降低了 副反應的發生。
[0020] 進一步優選的，所述回流反應的時間為12-56h ;優選為24-48h。使得反應能夠充 分進行，反應效果最佳。
[0021] 進一步優選的，步驟（2)中茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯類化合物與Cu20的 摩爾比為1:0. 1-10,優選1:0. 5-3。保證茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯類化合物的轉化 率。
[0022] 進一步優選的，步驟（3)中的分離純化的具體步驟為，將步驟2中反應后的溶液傾 入酸性水溶液中，形成沉淀，抽濾、洗滌、干燥得粗產品，粗產品進行硅膠柱層析得到產物。 進一步提尚廣品的純度。
[0023] 更進一步優選的，酸性水溶液的濃度為1-10 4mol/L，優選10 ^10 2mol/L，用量為 溶劑體積的2-15倍，優選3-5倍。能夠將3, 4-茈二羧酸酯類化合物萃取出來。
[0024] 更進一步優選的，所述酸性水溶液為無機酸水溶液或有機強酸水溶液；無機酸優 選為鹽酸、硫酸或硝酸；有機強酸優選為甲酸或乙酸。能夠更好的將3, 4-茈二羧酸酯類化 合物萃取出來。
[0025] 3, 4-茈二羧酸酯類化合物在熒光分子探針中的應用。
[0026] 本發明的有益效果為：
[0027] 1.本發明成功合成了 3, 4-茈二羧酸酯類化合物，反應條件溫和，反應步驟簡單， 反應的選擇性高，產率可達到60 %以上，且極易提純，適于工業化生產；
[0028] 2.合成的3, 4-茈二羧酸酯類化合物具有優良的溶解性，可溶于幾乎所有的常見 有機溶劑，并且熒光量子產率較高，具有良好的化學、熱及光化學穩定性，作為熒光團，可具 有更廣泛的應用范圍；
[0029] 3.合成的不對稱結構的3, 4-茈二羧酸酯類化合物具有更多的反應位點，除彎位 1，6, 7, 12位作為反應活性位，其端位9, 10也具有相當甚至略強的反應活性，可與彎位發生 不同的反應及選擇性反應，可以進行多種衍生化反應，能設計結合多種功能集團的復雜結 構，實現相應功能。
【附圖說明】
[0030] 圖1為實施例1中產品A的核磁氫譜；
[0031] 圖2為實施例1中產品A的質譜；
[0032] 圖3為實施例1中產品A的UV-vis紫外可見光譜；
[0033] 圖4為實施例1中產品A的熒光譜圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0035] 實施例1
[0036] 將600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸正丁酯溶于30毫升新蒸喹啉中，加入 500毫克Cu20,無氧條件下，回流反應48小時，將反應后的溶液傾入100毫升0. 1摩爾/升 的硫酸水溶液中，形成沉淀，抽濾、洗滌、干燥得粗產品。粗產品進行硅膠柱層析，淋洗液為 二氯甲烷。得到產物A367毫克，產率61 %。
[0037] 產物A的結構表征如圖1-2所示，
[0038] 氫譜共分為三個部分：化學位移從1到2,這里是3, 4-茈二羧酸酯類化合物中酯 基上的烷基鏈上的氫，由左向右依次為β，γ，S氫；4到5為酯基上的烷基鏈上的α氫；7 到9之間共有四組峰，其中7. 26為⑶(：13的溶劑峰，從右向左依次為8位的三重峰，9位的 雙重峰，5位的雙重峰，以及6, 7位的多重峰。因為3, 4-茈二羧酸酯類化合物為左右對稱， 所以右側的峰與左側的完全重合。質譜是以ESI離子源，正離子模式下得出，因為3, 4-茈 二羧酸酯類化合物的酯基官能團，使之呈現加鈉峰475. 1860。
[0039] 對產品A進行的吸收、發射性質進行了測試如圖3-4所示，UV-vis紫外可見光譜 與熒光光譜都是用濃度為10 5mol · L 1的二氯甲烷溶液測試，UV-vis紫外可見光譜最大吸 收波長為458. OOnm，吸光強度為0. 169 ;熒光激發波長為458. 97,激發波長為495. 97nm，熒 光強度為218. 5188。熒光量子產率為0.54。
[0040] 實施例2
[0041] 將600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸正丙酯溶于20毫升新蒸喹啉中，加入 300毫克Cu20,無氧條件下，回流反應40小時，將反應后的溶液傾入80毫升0. 05摩爾/升 的鹽酸水溶液中，形成沉淀，抽濾、洗滌、干燥得粗產品。粗產品進行硅膠柱層析，淋洗液為 二氯甲烷。得到產物B 378毫克，產率63%。
[0042] 實施例3
[0043] 將600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸正戊酯溶于25毫升新蒸喹啉中，加入 600毫克Cu20,無氧條件下，回流反應52小時，將反應后的溶液傾入90毫升0. 08摩爾/升 的硝酸水溶液中，形成沉淀，抽濾、洗滌、干燥得粗產品。粗產品進行硅膠柱層析，淋洗液為 二氯甲烷。得到產物C 396毫克，產率66%。
[0044] 實施例4
[0045] 將600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸甲酯溶于20毫升新蒸喹啉中，加入300 毫克Cu20,無氧條件下，回流反應38小時，將反應后的溶液傾入80毫升0. 1摩爾/升的甲 酸水溶液中，形成沉淀，抽濾、洗滌、干燥得粗產品。粗產品進