二氧六环参与配位的稀土配合物及其制备方法和用途

摘要

本发明提供一种利用二氧六环(dioxane)小分子作为第二配体，吡哌酸(PPA)作为第一配体合成的稀土荧光配合物，以及其制备方法。由于二氧六环的存在，这种稀土配合物的荧光得到明显增强，而且二氧六环作为第二配体对稀土配合物的荧光寿命有很大影响。这种新型的稀土配合物为喹诺酮类广谱抗菌药物提供了新的可供筛选试剂，而且这种荧光增强现象也为检测小分子二氧六环的存在及其含量提供了一种新的方法。

说明书

技术领域

本发明提供一种利用二氧六环(dioxane)小分子作为第二配体，吡哌酸(PPA)作为第一配体所合成的稀土配合物，以及其制备方法。

背景技术

在研发稀土配合物，尤其是寻找性能优良的荧光稀土配合物过程中，需要找到合适的配体才能合成出性能稳定而且发光强度和荧光寿命都令人满意的稀土配合物。

1，4-二氧六环又称二氧六环或二噁烷(dioxide)，是无色可燃的液体，微有醚样气味，是一种优良的有机溶剂，用途广泛，可用作纤维素乙酸酯和许多树脂的溶剂。在医药行业可用作萃取剂，在1，1，1-三氯乙烷生产中作稳定剂，在聚氨酯合成革生产中，替代二甲基酰胺、四氢呋喃作为挥发性溶剂。在涂料、油漆工艺中作剥离剂。在染料工业中作为溶剂和分散剂，在印刷油墨方面作稳定剂。并可作为金属表面处理剂，还可用于化妆品、香料制造、电镀等方面。但对其检测的方法主要局限于气相色谱质谱联用仪和液相色谱法，例如参见Zhang Zhi-hong，SunXiao-juan(张智宏，孙晓娟)。Chinese Journal of Chromatography(色谱)，1998，16(3)：244-246；Ma Jian，Qian Chun-mei，Chen Jian-hua(马健，钱春美，陈建华)。Surfactant Industry(表面活性剂工业)，2000，2：41-43；SCALIA S.J.Pharm.Biomed.Anal.，1990，8：867-870；和Xi Xing-lin，Bao Lun-jun，Chen Jie，et al.(奚星林，鲍伦军，陈捷，等)。China Surfactant Detergent & Cosmetics(日用化学工业)，2003，33(6)：390-392。样品预处理方法有蒸馏、固相萃取，但这些方法的操作都比较繁琐，而且也比较费时。探索一种新型的方法检测二氧六环具有非常重要的意义。

吡哌酸是一种喹诺酮类广谱抗菌药物，该分子具有比较大的共轭体系，空间位阻很大，因此作为配体合成配合物时，难以找到合适的第二配体。稀土离子与吡哌酸制备稀土配合物是一种发展新型药物的途径。杨林等曾经研究了稀土离子与吡哌酸所制备稀土配合物的抗菌活性，发现比单独的吡哌酸有所增强，这方面的研究工作例如参见Yang L，TaoD L，Yang X L，et al.Chemical & Pharmaceutical Bulletin，2003，51(5)：494-498；和Yang L，Li W，Tao D L，et al.Synthesis And Reactivity InInorganic And Metal-Organic Chemistry，1999，29(8)：1485-1494。

本发明正是为满足现有技术的这些需要而提出的。

发明内容

本发明人经锐意研究发现，二氧六环小分子可以作为第二配体参与稀土/吡哌酸配合物的配位合成，形成稳定的稀土/吡哌酸/二氧六环新型配合物，这种配位方式具有专一性，因为其他的小分子溶剂例如乙醇、丙酮、四氢呋喃等都难以代替二氧六环与稀土/吡哌酸形成稳定的配合物，而氟哌酸虽然结构类似于吡哌酸，却也难以替代吡哌酸形成类似的配合物；由于二氧六环的存在，这种稀土配合物的荧光得到明显增强，而且二氧六环作为第二配体对稀土配合物的荧光寿命有很大影响；这种新型的稀土配合物不仅为喹诺酮类广谱抗菌药物提供了新的可供筛选试剂，而且这种荧光增强现象也为检测小分子二氧六环的存在及其含量提供了一种新的方法；由此完成本发明。

因此，本发明的目的之一在于提供一种二氧六环小分子作为第二配体，吡哌酸(PPA)作为第一配体合成的稀土配合物，即稀土/吡哌酸/二氧六环配合物。

本发明另一目的在于提供一种制备上述这种稀土配合物的方法。

本发明人经研究发现，这种新型的配合物荧光强度得到了大幅度的提高，因此为检测二氧六环的存在提供了新的方法。这种新型配合物的合成也为喹诺酮类广谱抗菌药物提供了新的可供筛选试剂。

因此，本发明又一目的在于提供一种检测二氧六环的方法，首先合成稀土/吡哌酸配合物，然后在二氧六环存在下，以其作为第二配体进一步合成稀土/吡哌酸/二氧六环配合物，通过配合物的形成及其量的变化来检测二氧六环的存在与否及其含量。

本发明另一目的还在于提供一种喹诺酮类广谱抗菌药物，该药物含有以二氧六环小分子作为第二配体，以吡哌酸(PPA)作为第一配体合成的稀土配合物，即稀土/吡哌酸/二氧六环配合物。

以下具体描述本发明。

在本发明的一个实施方案中，提供一种二氧六环小分子作为第二配体，吡哌酸(PPA)作为第一配体合成的稀土配合物，即稀土/吡哌酸/二氧六环配合物。

在本发明中，所述稀土配合物中的稀土元素Ln可以是能够发射荧光的任何稀土元素，如铕(Eu)、铽(Tb)、钐(Sb)或镝(Dy)等，优选铕和铽，优选所形成的配合物是Ln(PPA)₃dioxane，其中，Ln＝Eu或Tb，PPA是吡哌酸，dioxane是二氧六环。

在本发明中，分别测定了Eu(PPA)₃·nH₂O(n一般为6)、Tb(PPA)₃·nH₂O(n一般为6)、Eu(PPA)₃dioxane和Tb(PPA)₃dioxane的红外光谱，如附图所示。在Eu(PPA)₃dioxane的红外光谱中，在1625cm^-1处有一个窄峰，并且在1547cm^-1处有一个宽峰。在Tb(PPA)₃dioxane的红外光谱中，在1625cm^-1处有一个窄峰，并且在1276cm^-1处有一个峰。Eu(PPA)₃dioxane和Tb(PPA)₃dioxane的红外光谱图非常相似，说明二者的结构类似，Eu(PPA)₃·nH₂O和Tb(PPA)₃·nH₂O的红外光谱也非常相似，说明其结构相似。

在本发明另一实施方案中，提供一种制备上述这种稀土配合物的方法，首先在碱性条件下，在有机溶剂存在下，以吡哌酸(PPA)作为第一配体，与稀土离子合成单配体的稀土配合物，然后任选在碱性条件下，在有机溶剂存在下，以二氧六环小分子作为第二配体，合成稀土/吡哌酸/二氧六环配合物。

在本发明的制备方法中，所采用的稀土可以是能够发射荧光的任何稀土元素，如铕(Eu)、铽(Tb)、钐(Sb)或镝(Dy)等，优选铕和铽，优选所形成的配合物是Ln(PPA)₃dioxane，其中，Ln＝Eu或Tb，PPA是吡哌酸，dioxane是二氧六环。

在本发明的制备方法中，碱性条件是指存在碱性物质，如氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等无机碱，或者三乙醇胺、吡啶等有机碱，优选使用无机碱如氢氧化钠或氢氧化钾，更优选使用氢氧化钠。

所述有机溶剂为能够溶解PPA和稀土盐的溶剂，优选醇类溶剂，例如甲醇，乙醇，丙醇和丁醇，优选乙醇，更优选无水乙醇。

上述稀土盐例如是铕或铽的无机盐，优选铕或铽的盐酸盐，如EuCl₃和TbCl₃，或者其水合物，如EuCl₃·6H₂O和TbCl₃·6H₂O。

在本发明优选的制备方法中，在合成单配体的稀土配合物时，首先将PPA和无机碱溶于有机溶剂中，并将稀土盐单独溶于这种有机溶剂中，然后将稀土盐的溶液加入PPA和无机碱的溶液中，反应一段时间。

双配体稀土配合物的合成可以紧接着原位进行，此时在上述反应混合物中加入二氧六环，则有沉淀生成，即为双配体的稀土配合物；也可以将以上制得的单配体的稀土配合物溶液在抽真空的情况下使溶剂蒸发出来，得到固体粉末即为单配体的稀土配合物，然后将其溶于有机溶剂中，任选加入碱性物质，并向其中加入二氧六环，生成沉淀，即为双配体的稀土配合物。

在本发明更优选的制备方法中，将PPA和NaOH共同溶于无水乙醇中。然后，EuCl₃·6H₂O或TbCl₃·6H₂O溶于无水乙醇中，将该溶液逐滴加入上述的PPA和NaOH的无水乙醇溶液中。使用旋转蒸发仪在抽真空的情况下，温度控制在60℃，将溶剂乙醇蒸发出来，所得到的固体粉末即为Eu(PPA)₃·nH₂O或Tb(PPA)₃·nH₂O，其中n为1～6，放入干燥器中干燥备用，n的取值视溶剂蒸发情况和干燥程度而定。制备双配体的稀土配合物时，将其溶于无水乙醇中，任选加入碱性物质，并向其中加入过量二氧六环，可以看到有沉淀生成，即为Eu(PPA)₃dioxane或Tb(PPA)₃dioxane。

也可以在制备单配体的稀土配合物后原位制备双配体的稀土配合物，其步骤如下：在不断地搅拌作用下，将PPA和NaOH共同溶于无水乙醇中。温度控制在80℃左右，保持回流状态。然后，将EuCl₃·6H₂O或TbCl₃·6H₂O溶于无水乙醇中，将该溶液逐滴加入上述的PPA和NaOH的无水乙醇溶液中。最后在溶液中加入过量二氧六环，可以看到有沉淀生成，即为Eu(PPA)₃dioxane或Tb(PPA)₃dioxane，过滤沉淀放入干燥器中干燥备用。

从实验现象上看，合成稀土配合物Eu(PPA)₃dioxane和Tb(PPA)₃dioxane时，第二配体二氧六环加入后，有沉淀生成，这说明第二配体参与了配位。而少量的二氧六环刚加入时并没有大量沉淀生成，其原因在于，二氧六环溶剂分子首先溶入无水乙醇中形成了氢键。

根据Yang Jun，Xu Yi-zhuang，Weng Shi-fu，et al.(杨军，徐怡庄，翁诗甫，等)Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析)，2002，22(5)：741-744的报道，喹诺酮类配位点主要是羧基的氧原子，在碱性环境下吡哌酸失去氢后的羧基负离子与稀土离子形成螯合配位键。

在本发明又一实施方案中，提供一种检测二氧六环的方法，首先合成稀土/吡哌酸配合物，然后在二氧六环存在下，以其作为第二配体进一步合成稀土/吡哌酸/二氧六环配合物，通过是否形成所述双配体配合物来判断是否存在二氧六环，并根据配合物前后量的变化来检测二氧六环的含量。

在本发明又一实施方案中，提供一种喹诺酮类广谱抗菌药物，该药物含有二氧六环小分子作为第二配体，吡哌酸(PPA)作为第一配体合成的稀土配合物，即稀土/吡哌酸/二氧六环配合物。

附图说明

图1是吡哌酸的分子结构示意图；

图2是配体PPA、配合物Eu(PPA)₃·6H₂O和Eu(PPA)₃dioxane从1200cm^-1到1700cm^-1的红外光谱图；

图3是配体PPA、配合物Tb(PPA)₃·6H₂O和Tb(PPA)₃dioxane从1200cm^-1到1700cm^-1的红外光谱图；

图4和图5是配合物Eu(PPA)₃·6H₂O和Eu(PPA)₃dioxane的激发光谱与发射光谱图，激发光谱的监测波长是612nm；

图6和图7是配合物Tb(PPA)₃·6H₂O和Tb(PPA)₃dioxane的激发光谱与发射光谱图，激发光谱的监测波长是546nm；

图8和图9是配合物Eu(PPA)₃·6H₂O和Eu(PPA)₃dioxane荧光衰减曲线；

图10和图11是配合物Tb(PPA)₃·6H₂O和Tb(PPA)₃dioxane的荧光衰减曲线；

图12和图13是配合物Ln(PPA)₃·nH₂O和Ln(PPA)₃dioxane(Ln＝Eu，Tb)的结构式。

具体实施方式

以下以优选的具体实施方式并结合附图来进一步说明本发明。本发明的特点和优点将随着这些说明变得更为清楚。不过，这些实施方案仅是说明性的，其对本发明的保护范围并不构成任何限制。本领域技术人员理解，在不超出或偏离本发明保护范围的情况下，本发明的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价物，这些均应落入本发明的保护范围内。

试剂

本发明所采用的试剂为：

99.9％的Eu₂O₃溶于稀盐酸中，缓慢蒸发析出结晶EuCl₃·6H₂O，抽滤出晶体并放置于干燥器中干燥备用。

在不断搅拌的情况下，逐滴加入双氧水，使得99.9％的Tb₄O₇溶解在稀盐酸中，缓慢蒸发析出结晶TbCl₃·6H₂O，抽滤出晶体并放置于干燥器中干燥备用。

吡哌酸购于山东新华制药厂。

无水乙醇和二氧六环都是分析纯试剂。

实施例1：稀土配合物Eu(PPA)₃·nH₂O和Tb(PPA)₃·nH₂O(n为1～6)的制备

在不断地搅拌作用下，将3mmol的PPA(0.357g)和3mmol的NaOH(0.12g)共同溶于30ml无水乙醇中。然后，1mmol的EuCl₃·6H₂O溶于10mL的无水乙醇中，将该溶液逐滴加入上述的PPA和NaOH的溶液中。使用旋转蒸发仪(RE-52AA)在抽真空的情况下，温度控制在60℃，将溶剂乙醇蒸发出来，所得到的固体粉末即为Eu(PPA)₃·nH₂O，放入干燥器中干燥备用，其中n为1～6，视蒸发和干燥程度而定，一般n为6。

Tb(PPA)₃·nH₂O的制备方法也采用类似的方法，具体如下：

在不断地搅拌作用下，将3mmol的PPA和3mmol的NaOH共同溶于30ml无水乙醇中。然后，1mmol的TbCl₃·6H₂O溶于10mL的无水乙醇中，将该溶液逐滴加入上述的PPA和NaOH的溶液中。使用旋转蒸发仪在抽真空的情况下，温度控制在65℃，将溶剂乙醇蒸发出来，所得到的固体粉末即为Tb(PPA)₃·nH₂O，放入干燥器中干燥备用，其中n为1～6，视蒸发和干燥程度而定，一般n为6。

实施例2：稀土配合物Eu(PPA)₃dioxane和Tb(PPA)₃dioxane的制备

制备方法一：

在不断地搅拌作用下，将3mmol的PPA(0.357g)和3mmol的NaOH(0.12g)共同溶于30mL无水乙醇中。温度控制在80℃左右，保持回流状态。然后，将1mmol的EuCl₃·6H₂O溶于10mL的无水乙醇中，将这份溶液逐滴加入上述的PPA和NaOH的溶液中。最后在溶液中加入过量二氧六环(10mL)，可以看到有浅黄色沉淀Eu(PPA)₃dioxane生成。过滤沉淀放入干燥器中干燥备用。

Tb(PPA)₃dioxane的制备也采用类似的方法，具体如下：

在不断地搅拌作用下，将3mmol的PPA和3mmol的NaOH共同溶于30mL无水乙醇中。温度控制在80℃左右，保持回流状态。然后，将1mmol的TbCl₃·6H₂O溶于10mL的无水乙醇中，将这份溶液逐滴加入上述的PPA和NaOH的溶液中。最后在溶液中加入过量二氧六环(10mL)，可以看到有沉淀Tb(PPA)₃dioxane生成。过滤沉淀放入干燥器中干燥备用。

制备方法二：

将实施例1制得的固体粉末Eu(PPA)₃·nH₂O或Tb(PPA)₃·nH₂O溶于无水乙醇中，任选加入适量的氢氧化钠，并向溶液中加入过量二氧六环，可以看到有沉淀生成，即为Eu(PPA)₃dioxane或Tb(PPA)₃dioxane。

从实验现象来看，合成稀土配合物Eu(PPA)₃dioxane和Tb(PPA)₃dioxane的时候，加入第二配体二氧六环后，有沉淀生成，这说明第二配体参与了配位。喹诺酮类配位点主要是羧基的氧原子。图1是吡哌酸的分子结构示意图，加入氢氧化钠在乙醇溶液中夺取吡哌酸中羧基的氢，羧基负离子则与稀土离子形成螯合配位键。

测试实施例3：红外光谱的测定

配体PPA和所制备的稀土配合物采用Nicolet Magna-IR 750傅里叶显微红外光谱仪上测定。光谱分辨率4cm^-1，扫描64次，扫描区域4000-400cm^-1。

图2是配体PPA、配合物Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Eu(PPA)₃dioxane从1200cm^-1到1700cm^-1的红外光谱图。

从图中可以看到，PPA通过与稀土离子发生反应后，光谱发生了明显的变化。1641cm^-1和1619cm^-1处的两个峰变成了一个1627cm^-1的宽峰和一个肩峰。1580cm^-1处的尖峰消失，在1541cm^-1处出现一宽峰。第二配体二氧六环参与反应后，在1627cm^-1处的峰位变为一个窄峰并移动到了1625cm^-1，这可能与第二配体代替了结晶水有关。1541cm^-1处的峰位发生宽化并移动到了1547cm^-1。可见第二配体的参与对于其红外光谱具有一定影响，说明二氧六环的加入导致稀土配合物结构发生了一定变化。

图3是配体PPA、配合物Tb(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Tb(PPA)₃dioxane从1200cm^-1到1700cm^-1的红外光谱图。

形成配合物Tb(PPA)₃·nH₂O后，1641cm^-1和1619cm^-1处的两个峰变成了一个1618cm^-1的宽峰。1580cm^-1处的尖峰消失，在1545cm^-1处出现一宽峰。第二配体二氧六环参与反应后，在1618cm^-1处的峰位略微变窄并移动到了1625cm^-1，这可能与第二配体代替了结晶水有关。所有峰位的相对强度都有所变化。另外，在1276cm^-1处出现了一个新峰。可见第二配体的参与对于其红外光谱具有一定影响，说明二氧六环的加入导致稀土配合物结构发生了一定变化。

另外，由于以上二种配合物的荧光发射光谱上都有Eu³⁺和Tb³⁺的特征发射峰，说明稀土离子与PPA发生了配位反应，形成了配合物。

测试实施例4：荧光光谱的测定。

荧光光谱在F-4500荧光分光光度计上测定。

图4和图5是配合物Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Eu(PPA)₃dioxane的激发光谱与发射光谱图。激发光谱的监测波长是612nm，将两种配合物激发光谱的强度调整到可比较状态。

可以看到Eu(PPA)₃dioxane的激发光谱比Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)的明显变宽。以351nm作为激发波长，可以看到Eu(PPA)₃dioxane的荧光强度比Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)的增强了将近一倍。这表明二氧六环参与配位后对配合物的荧光增强具有重要的贡献。荧光增强机理可能是因为二氧六环两个氧与稀土离子配位后代替了水分子，使得配合物分子结构紧凑，热振动减少而增强了荧光。

图6和图7是配合物Tb(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Tb(PPA)₃dioxane的激发光谱与发射光谱图。激发光谱的监测波长是546nm，将两种配合物激发光谱的强度调整到可比较状态。

可以看到Tb(PPA)₃dioxane的激发光谱在400nm以前比较宽，而Tb(PPA)₃·nH₂O(n＝6)的激发光谱在400nm以后比较宽。以351nm作为激发波长，可以看到Tb(PPA)₃dioxane的荧光强度比Tb(PPA)₃·nH₂O(n＝6)的增强了将近20倍。这表明二氧六环参与配位后对配合物的荧光增强具有重要的贡献。荧光增强机理可能是因为二氧六环两个氧与稀土离子配位后代替了水分子，使得配合物分子结构紧凑，热振动减少而增强了荧光。同时，与Eu³⁺所形成的配合物对比，说明PPA与稀土Tb³⁺能级匹配性比较差。

测试实施例5：时间寿命的测定。

时间寿命的测定使用的是稳态瞬态时间分辨荧光光谱仪(英国Edinburgh Instruments Ltd.)。

图8和图9是配合物Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Eu(PPA)₃dioxane荧光衰减曲线。通过对配合物的衰减曲线进行双指数拟合得到其荧光寿命。

拟合结果表明配合物Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Eu(PPA)₃dioxane都具有两个寿命，对于Eu(PPA)₃·nH₂O(n＝6)，τ₁＝991μs(75％)，τ₂＝478μs(25％)。对于Eu(PPA)₃dioxane，τ₁＝317μs(5％)，τ₂＝897μs(95％)。可见两种配合物的荧光衰减过程发生了很大的变化。Eu(PPA)₃先经历一个长的荧光衰减过程，然后是一个短的荧光衰减过程；而Eu(PPA)₃dioxane则是先经历一个短的衰减过程，然后是一个长的衰减过程。

图10和图11是配合物Tb(PPA)₃·nH₂O(n＝6)和Tb(PPA)₃dioxane的荧光衰减曲线。

双指数拟合结果表明二者都具有两个寿命。对于Tb(PPA)₃·nH₂O(n＝6)，τ₁＝21μs(39％)，τ₂＝101μs(61％)。对于Tb(PPA)₃dioxane，τ₁＝161μs(28％)，τ₂＝494μs(72％)。可见二者的荧光衰减时间发生了很大的变化，后者两个过程的荧光衰减时间都远远大于前者，这就解释了后者的荧光强度远远强于前者的原因。

对比Eu和Tb所形成的配合物，可以看到不同的稀土离子所形成的配合物加入二氧六环后，其荧光寿命变化并不相同。Eu所形成的配合物加入二氧六环后颠倒了两个过程的荧光衰减时间，而Tb所形成的配合物加入二氧六环后使得两个过程的荧光衰减时间都增加了。这说明了对于不同的稀土离子所形成的配合物其能量传递过程差别很大，可能与稀土离子本身的能级结构有关。

根据以上实验结果，图12和图13给出了配合物Ln(PPA)₃·nH₂O和Ln(PPA)₃dioxane(Ln＝Eu，Tb)的结构式。

以上结合具体实施方案对本发明进行了说明。不过，这些实施方案仅是说明性的，其对本发明的保护范围并不构成任何限制。本领域技术人员理解，在不超出或偏离本发明保护范围的情况下，本发明的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价物，这些均应落入本发明的保护范围内。