一種灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-苝四羧酸二酰亞胺的單酰胺類衍生物及其制備方法和應用
【專利摘要】本發明公開了一種灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10?苝四羧酸二酰亞胺的單酰胺類衍生物及其制備方法，所述化合物合成方法如下：1)將灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10?苝四羧酸二酰亞胺溶于有機溶劑中，加入硝酸，常溫反應，得到中間產物A；2)將中間產物A溶于有機溶劑中，加入鋅粉，醋酸，常溫反應，得到中間產物B；3)將中間產物B溶于無水非質子有機溶劑中，加入有機縛酸劑后，加入相應酰氯，反應結束后，除去溶劑，加入二氯甲烷溶解，溶液用飽和碳酸鹽水溶液洗滌，得到粗產品，分離提純后，得到終產物。本發明豐富了苝四羧酸二酰亞胺類衍生物家族，而且反應條件溫和，反應步驟簡單，產率可達60％以上，該類化合物可用于生物和醫學領域對氟離子的檢測。
【專利說明】
一種灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰 胺類衍生物及其制備方法和應用
技術領域
[0001] 本發明涉及一種灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺類衍生 物及其制備方法，屬于有機合成技術領域。
【背景技術】
[0002] 茈四羧酸二酰亞胺(ΡΒΙ)是具有平面共輒大π鍵的稠環大分子，有優異的物理及化 學性質，其較高的熒光量子產率、光熱穩定性以及溶解度，使其可以作為一類性能優異的熒 光團，從而在熒光傳感材料、液晶材料、激光材料、有機場效應晶體管、太陽能電池等領域顯 示了良好的應用前景。因此研究制備茈四羧酸二酰亞胺及其衍生物，豐富茈四羧酸二酰亞 胺家族就顯得尤為重要，能夠為進一步研究其應用打下基礎。
[0003] 氟離子在生物生命過程中扮演著十分重要的角色，是生命活動的必需微量元素， 也是有毒有害元素，缺乏或者過量均會使對生命活動產生重大影響。因此，如何快速高效地 對生命過程中氟離子含量的檢測也就成為氟離子檢測領域研究的熱點。
【發明內容】
[0004] 為克服現有技術的不足，本發明提供了一種灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-茈四羧 酸二酰亞胺的單酰胺類衍生物及其制備方法和應用，具有合成步驟簡單、原料易得以及產 率高等優點。
[0005] 本發明采用的技術方案如下：
[0006] -種灣位嵌氧六元雜環的3，4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺類衍生物，其結 構為：
[0007]
[0008] 式中，心、1?2為不多于12個碳原子的任意烴基，R3、R 4為不多于8個碳原子的任意烴 基，也為不多于12個碳原子的任意烴基。
[0009] 本發明還公開了一種灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺 類衍生物的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 1)將灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺溶于有機溶劑中，加入硝 酸，常溫反應，得到中間產物A;
[0011] 2)將中間產物A溶于有機溶劑中，加入鋅粉，醋酸，常溫反應，得到中間產物B;
[0012] 3)將中間產物B溶于無水非質子有機溶劑中，加入有機縛酸劑后，加入相應酰氯， 反應結束后，除去溶劑，加入二氯甲烷溶解，溶液用飽和碳酸鹽水溶液洗滌，得到粗產品，分 離提純后，得到最終產物即灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺衍 生物。
[0013] 所述步驟（1)中，灣位嵌氧六元雜環的3，4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺按照專利 (ZL201310652963.5)報道方法合成。
[0014]優選的，所述步驟1)中，有機溶劑為二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯，進一步優選為二 氯甲烷。
[0015] 優選的，所述步驟1)中，硝酸為發煙硝酸。
[0016] 優選的，所述步驟1)中，硝酸與中間產物A的摩爾比為2-10:1。
[0017]優選的，所述步驟1)反應完成后，用碳酸鹽水溶液洗滌，直到不再有氣體產生，以 有效去除發煙硝酸。
[0018]進一步優選的，所述的碳酸鹽水溶液為Na2C〇3溶液或K2C〇3溶液。
[0019]優選的，所述步驟2)中，有機溶劑為四氫呋喃、二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯，進一步 優選為四氫呋喃。
[0020] 優選的，所述步驟2)中，鋅粉、醋酸與中間產物B的摩爾比為1 -10:1 -10:1。
[0021] 優選的，所述步驟3)中，非質子溶劑為二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯或四氫呋喃，進一 步優選為四氫呋喃。
[0022]優選的，所述步驟3)中，有機縛酸劑為三乙胺、吡啶、喹啉或乙二胺。
[0023]優選的，所述步驟3)中，酰氯為乙酰氯、氯乙酰氯或1 -吡啶酰氯。
[0024] 優選的，所述步驟3)中，反應溫度為0-70°C，優選為45-65°C ;反應時間為0.5-5h， 優選為0.5-lh。使得反應能夠充分進行，反應效果最佳。
[0025] 優選的，所述酰氯、有機縛酸劑和單氨基取代灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四 羧酸二酰亞胺的摩爾比為1-10:1-10:1。
[0026] 本發明化合物的合成路線，如下式所示：
[0027]
[0028] 式中，心、1?2為不多于12個碳原子的任意烴基，R3、R4為不多于8個碳原子的任意烴 基，抱為不多于12個碳原子的任意烴基。
[0029]本發明還公開了將所述灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰 胺類衍生物用于生物和醫學領域氟離子的檢測。
[0030] 所述灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺類衍生物因其具 有的灣位嵌氧六元雜環結構和酰胺結構，使其分子平面性增強，電子結構、物理與光化學性 質均發生了改變，其紫外可見吸收光譜發生了較大紅移，使之更適合成為生物和醫學檢測 領域的氟離子分子探針。
[0031] 本發明的有益效果為：
[0032] (1)本發明合成了一類灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰 胺類衍生物，豐富了茈四羧酸二酰亞胺類衍生物家族，為進一步研究其應用打下基礎。 [0033] (2)本發明的反應條件溫和，反應步驟簡單，產率較高，可達到60%以上，便于工業 化規模生產。
[0034] (3)本發明合成的灣位嵌氧六元雜環的3，4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺類 衍生物，由于分子平面性提高使得的茈四羧酸二酰亞胺的單酰胺類衍生物可見光吸收發生 了較大紅移，具有應用于生物組織檢測的潛力，實驗研究表明所述化合物可用于氟離子的 比色法檢測，提高了對氟離子的檢測效果。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明的實施例1中產品A的核磁氫譜；
[0036] 圖2為本發明實施例1中的產品A的質譜；
[0037] 圖3為本發明的實施例1中的產品A的UV-vis紫外可見光譜滴定圖；
[0038] 圖4為本發明的實施例1中的產品A的熒光滴定圖；
[0039 ]圖5為本發明的實施例2中產品B的核磁氫譜；
[0040] 圖6為本發明的實施例2中產品B的質譜；
[0041] 圖7為本發明的實施例2中的產品B的UV-vis紫外可見光譜滴定圖；
[0042] 圖8為本發明的實施例2中的產品B的熒光滴定圖；
[0043 ]圖9為本發明的實施例3中產品C的核磁氫譜；
[0044] 圖10為本發明的實施例3中產品C的質譜；
[0045] 圖11為本發明的實施例3中的產品C的UV-vis紫外可見光譜滴定圖；
[0046] 圖12為本發明的實施例3中的產品C的熒光滴定圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結合實施例進一步說明。
[0048]以下實施例中所述灣位嵌氧六元雜環的3，4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺按照專利 (ZL201310652963.5)報道方法合成。
[0049] 實施例1
[0050]將300毫克灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺（結構式如下所示）溶 于50毫升二氯甲烷中，加0.5毫升發煙硝酸，常溫條件下，TLC跟蹤至反應結束，用飽和碳酸 鹽水溶液洗滌三次，直到不再有氣體產生，分液，收集有機相，除去溶劑得粗產品。粗產品進 行硅膠柱層析，淋洗液為二氯甲烷;得到中間產物A1;將中間產A1溶于四氫呋喃中，加入600 毫克鋅，0.5毫升醋酸，常溫反應，TLC跟蹤至反應結束，抽濾除去鋅粉，旋干溶劑后，真空干 燥，得到中間產物B1;將中間產物B1不經進一步分離提純，溶于50毫升無水四氫呋喃中，加 入0.5毫升吡啶，0.5毫升乙酰氯，在回流條件下反應，TLC跟蹤反應進程，反應結束后（約反 應0.5小時），旋干溶劑后得到粗產品。粗產品進行硅膠柱層析，淋洗液為二氯甲烷：乙酸乙 酯=20:1。得到最終產物A，195毫克，產物A結構見圖1、2，產率約為65%。
[0051]
[0052]產物A與氟離子的識別采用UV-vis紫外可見光譜滴定與熒光滴定的方法測試。所 使用為物質量濃度為IX l〇_5mol · Γ1的二氯甲烷溶液測試，氟離子的來源采用的是四丁基 氟化胺。加入的量如圖3、圖4所示，其中每一個Equiv表示加入四丁基氟化胺的濃度為10_5mol · I/1，當Equiv為Omol · I/1即沒有加入氟離子，表示的是產物A本身的UV-vis紫外可見 光譜和熒光光譜。由圖3、圖4可以看出產物A的最大吸收波長為577. OOnm，熒光發射波長為 613 · 97，在20Equi v達到飽和。
[0053] 實施例2
[0054]將300毫克灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺（結構式如下所示）溶 于50毫升二氯甲烷中，加0.5毫升發煙硝酸，常溫條件下，TLC跟蹤至反應結束，用飽和碳酸 鹽水溶液洗滌三次，直到不再有氣體產生，分液，收集有機相，除去溶劑得粗產品。粗產品進 行硅膠柱層析，淋洗液為二氯甲烷;得到中間產物A1;將中間產A1溶于四氫呋喃中，加入600 毫克鋅，0.5毫升醋酸，常溫反應，TLC跟蹤至反應結束，抽濾除去鋅粉，旋干溶劑后，真空干 燥，得到中間產物B1;將中間產物B1不經進一步分離提純，溶于50毫升無水四氫呋喃中，加 入0.5毫升吡啶，0.5毫升氯乙酰氯，在回流條件下反應，TLC跟蹤反應進程，反應結束后(約 反應0.5小時），旋干溶劑后得到粗產品。粗產品進行硅膠柱層析，淋洗液為二氯甲烷：乙酸 乙酯=20:1。得到最終產物B，200毫克，產率約為66.7 %。
[0055]
[0056] 產物B與氟離子的識別采用UV-vis紫外可見光譜滴定與熒光滴定的方法測試。所 使用為物質量濃度為IX l〇_5mol · Γ1的二氯甲烷溶液測試，氟離子的來源采用的是四丁基 氟化胺。加入的量如圖7、圖8所示，其中每一個Equiv表示加入四丁基氟化胺的濃度為10-5mol · I/1，當Equiv為Omol · I/1即沒有加入氟離子，表示的是產物Β本身的UV-vis紫外可見 光譜和熒光光譜。由圖7、圖8可以看出產物A的最大吸收波長為577. OOnm，熒光發射波長為 613·97，在4Equiv達到飽和。
[0057] 實施例3
[0058]將300毫克灣位嵌氧六元雜環3,4,9,10-茈四羧酸二酰亞胺（結構式如下所示）溶 于50毫升二氯甲烷中，加0.5毫升發煙硝酸，常溫條件下，TLC跟蹤至反應結束，用飽和碳酸 鹽水溶液洗滌三次，直到不再有氣體產生，分液，收集有機相，除去溶劑得粗產品。粗產品進 行硅膠柱層析，淋洗液為二氯甲烷;得到中間產物A1;將中間產A1溶于四氫呋喃中，加入600 毫克鋅，0.5毫升醋酸，常溫反應，TLC跟蹤至反應結束，抽濾除去鋅粉，旋干溶劑后，真空干 燥，得到中間產物B1;將中間產物B1不經進一步分離提純，溶于50毫升無水四氫呋喃中，加 入0.5毫升吡啶，0.5毫升1-吡啶酰氯，在回流條件下反應，TLC跟蹤反應進程，反應結束后 (約反應0.5小時），旋干溶劑后得到粗產品。粗產品進行硅膠柱層析，淋洗液為二氯甲烷:乙 酸乙酯= 20:1。得到最終產物C，190毫克，產率約為63.3%。
[0059]
[0060] 產物C與氟離子的識別采用UV-vis紫外可見光譜滴定與熒光滴定的方法測試。所 使用為物質量濃度為IX l〇_5mol · Γ1的二氯甲烷溶液測試，氟離子的來源采用的是四丁基 氟化胺。加入的量如圖11、圖12所示，其中每一個Equiv表示加入四丁基氟化胺的濃度為10_5mol · I/1，當Equiv為Omol · I/1即沒有加入氟離子，表示的是產物B本身的UV-vis紫外可見 光譜和熒光光譜。由圖11、圖12可以看出產物C的最大吸收波長為581. OOnm，熒光發射波長 為613.97，在2把911"達到飽和。
[0061]上述實例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限 制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付 出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種灣位嵌氧六元雜環的3，4,9,10-巧四簇酸二酷亞胺的單酷胺類衍生物，其特征 在于，該化合物結構為：其中，Ri、R2為不多于12個碳原子的任意控基，R3、R4為不多于8個碳原子的任意控基，Rs 為不多于12個碳原子的任意控基。2. 權利要求1所述灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-巧四簇酸二酷亞胺的單酷胺類衍生 物的合成方法，其特征在于，合成步驟如下： 1) 將灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-巧四簇酸二酷亞胺溶于有機溶劑中，加入硝酸，常 溫反應，得到中間產物A; 2) 將中間產物A溶于有機溶劑中，加入鋒粉，醋酸，常溫反應，得到中間產物B; 3) 將中間產物B溶于無水非質子有機溶劑中，加入有機縛酸劑后，加入相應酷氯，反應 結束后，除去溶劑，加入二氯甲燒溶解，溶液用飽和碳酸鹽水溶液洗涂，得到粗產品，分離提 純后，得到最終產物即灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-巧四簇酸二酷亞胺的單酷胺衍生物。3. 如權利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步驟1)中，有機溶劑為二氯甲燒、乙 酸乙醋或甲苯;硝酸為發煙硝酸;硝酸與中間產物A的摩爾比為2-10:1。4. 如權利要求2或3所述的合成方法，其特征在于，所述有機溶劑為二氯甲燒。5. 如權利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步驟1)反應完成后，用碳酸鹽水溶 液洗涂，直到不再有氣體產生。 6 .如權利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述碳酸鹽水溶液化2〇)3溶液或K2C03溶 液。7. 如權利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步驟2)中，有機溶劑為四氨巧喃、二 氯甲燒、乙酸乙醋或甲苯，進一步優選為四氨巧喃；鋒粉、醋酸與中間產物B的摩爾比為1- 10:1-10:1。8. 如權利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步驟3)中，非質子溶劑為二氯甲燒、 乙酸乙醋、甲苯或四氨巧喃，進一步優選為四氨巧喃;有機縛酸劑為Ξ乙胺、化晚、哇嘟或乙 二胺;酷氯為乙酷氯、氯乙酷氯或1-化晚酷氯;反應溫度為0-70°C，優選為45-65°C ;反應時 間為0.5-化，優選為0.5-化。9. 如權利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述酷氯、有機縛酸劑和單氨基取代灣 位嵌氧六元雜環的3,4,9，10-巧四簇酸二酷亞胺的摩爾比為1-10:1-10:1。10.權利要求1所述灣位嵌氧六元雜環的3,4,9,10-巧四簇酸二酷亞胺的單酷胺類衍生 物在生物和醫學領域對氣離子檢測的應用。
【文檔編號】G01N21/31GK105837588SQ201610202221
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】石志強, 王苒
【申請人】山東師范大學