含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体及应用

摘要

本发明公开了一种含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体及应用。该含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体的结构式为：

说明书

技术领域

本发明属于阴离子识别技术领域，特别涉及一种含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体及应用。

背景技术

阴离子普遍存在于自然界中，例如，生物体内的DNA、酶、多肽、氨基酸等大多数属于阴离子，人类在生活、农业生产、工业生产等过程中也会产生大量的阴离子。无机阴离子在生物体中有羧酸根离子、磷酸根离子，在海洋中有大量的氯离子，在酸雨中有硝酸根离子、硫酸根离子，阴离子在化学科学、生物科学、催化科学、环境科学、医药科学等领域里均有着十分重要的作用。例如，阴离子能够运载生物体的基因信息，DNA属于聚阴离子物种，酶也有大部分是阴离子物种。PO₄^3—在信息的处理以及能量的储存、传递等十分重要的生命过程中起到了重要作用。氟是动物骨骼、牙齿的基本组成成分，人体含氟量不足或者过量都极易在生理上或者病理上产生改变，从而影响到人体的健康。ATP^2—在生物体的能量代谢中是不可缺少的。血液中缺少磷酸二氢根离子将可能致使肾功能发生障碍。氯离子在人体中也起到了调整体液渗透压的作用等。除了在生物体内的重要作用之外，阴离子在环境领域的重要性也不容小觑，如由于大量的农业化肥使用，致使水体的富营养化，饮用水中NO₃^-含量过高可能会引发人体致癌等,阴离子污染已经严重地威胁到人类的生存环境。因此，设计并合成具有高选择性的阴离子识别受体对我们的生活环境监测以及疾病的预防，阴离子的测定、治理，具有非常重要的意义。随着阴离子识别研究的快速发展，脲或硫脲基、多酰胺基、含五元杂环等基团被广泛的用为阴离子受体的识别基团，其中含脲、硫脲的阴离子受体研究成为了阴离子识别研究热点，主要是因为脲、硫脲作为氢键供体可以提供2个NH质子，其与阴离子之间能够以双重氢键的方式相结合而具有较大的结合常数Kass。主客体间的检测方法也因受体的信号报告单元的不同而不同，常用的检测方法有：电化学法、紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、核磁共振波谱法和X射线晶体衍射法、目视比色法等。上述方法都有各自的优缺点，以目视比色法、紫外-可见吸收光谱法、电化学法应用较多。阴离子识别化学早在1967年就被提出，但在受体设计方面，在前人研究的硫脲类受体中，引入加大共轭体系的苯并菲衍生物的阴离子受体还未见有文献报道。在识别环境方面。本专利提出了一种含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体及应用，通过核磁共振氢谱仪、红外光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪、热重分析仪以及荧光光谱仪对苯并菲阴离子受体进行了结构表征，并利用紫外-可见吸收光谱法研究所合成的阴离子受体与阴离子如硝酸根、醋酸根、磷酸二氢根、氟离子等的相互作用，确定最佳识别的阴离子。

发明内容

本发明的目的是提供一种含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体及应用。

本发明的含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体的结构式为：

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制备上述含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体的具体步骤为：

(1)二己氧基苯酚的合成：量取30mL无水乙醇于50mL三口烧瓶中，并放入干净的磁子。依次称量碘化钾(0.249g,0.0015mol)、1-溴代正己烷(5.9g,0.036mol)、邻苯二酚(3.3g,0.030mol)加入三口烧瓶中，开启磁力搅拌器搅拌溶解。待邻苯二酚全部溶解后，称取无水碳酸钾（4.55g，0.033mol）在搅拌条件下缓慢地加入上述三口烧瓶中，无水碳酸钾加入完毕后，对装置进行氮气保护，然后在室温条件下搅拌1小时。将油浴锅温度控制恒定为80℃，加热回流。反应12小时后，停止加热并冷却至室温，将反应后的混合物抽滤，滤饼用丙酮洗涤，抽滤，重复抽滤两次。将滤液旋蒸浓缩，再经减压蒸馏，收集140~143℃（0.5mmHg）馏分，得到无色油状液体，即为二己氧基苯酚。

(2)邻二己氧基苯的合成：量取50mL无水乙醇于100mL三口烧瓶中，并放入干净的磁子。然后依次称量碘化钾（0.7304g，0.0044mol）、1-溴代正己烷（7.04g，0.044mol）、邻苯二酚（2.2g，0.02mol）加入三口烧瓶中，开启磁力搅拌器搅拌。待邻苯二酚全部溶解后，称量无水碳酸钾（6.9g，0.05mol）在搅拌条件下缓慢的加入上述三口烧瓶中，无水碳酸钾加入完毕后，对装置进行氮气保护，然后在室温条件下搅拌1小时。将油浴锅温度控制恒定为80℃，加热回流反应。反应48小时后，停止加热并冷却至室温，然后将反应后的混合物抽滤，滤饼用丙酮洗涤，抽滤，重复抽滤两次。将滤液旋蒸浓缩，再经减压蒸馏，收集149~157℃（0.7mmHg）馏分，得到无色油状液体，即为邻二己氧基苯。

(3)羟基-3,6,7,10,11-五己氧基苯并菲的合成：依次量取二氯甲烷（80mL）和硝基甲烷（9.6mL）加入250mL单口烧瓶，并加入无水三氯化铁（15.55g，0.0969mol）和干净磁子，将烧瓶置于冰水浴环境中，控制温度0~4℃，再依次量取二己氧基苯酚（1.39g，0.0072mol）和邻二己氧基苯（4.0g，0.0144mol）溶于二氯甲烷（40mL）中，并转移至常压漏斗中，缓慢滴加到三氯化铁溶液中，大约用0.5小时滴加完毕，继续控温使其在0-4℃环境下进行反应。反应2小时后，加入30mL甲醇终止反应，将反应混合物用布氏漏斗进行抽滤，滤饼用二氯甲烷洗涤，抽滤。滤液分别用饱和食盐水和稀盐酸各萃取一次，取有机层，加入无水硫酸钠干燥，后再将其过滤，在滤液中加入硅胶（11g），用旋转蒸发仪蒸除溶剂，得到含有目标产物的干燥硅胶底物。粗产品经硅胶柱层析分离提纯，淋洗液为石油醚/乙酸乙酯混合溶液。

(4)含4-甲酰苯甲酸侧链苯并菲的合成：称取2-羟基-3,6,7,10,11-五己氧基苯并菲（0.744g，0.001mol）、4-甲酰苯甲酸(0.18g，0.0012mol)、二环己基碳二亚胺(0.2575g)、4-二甲氨基吡啶(0.0153g)依次加入100mL单口烧瓶，并加入干净的磁子，抽真空，抽真空0.5小时。然后量取经干燥的二氯甲烷（30mL）加入单口烧瓶中，磁力搅拌溶解，对装置进行氮气保护，常温反应12小时，后将反应混合物、二氯甲烷冷冻，用砂芯漏斗抽滤反应混合物，滤饼用冷冻后的二氯甲烷洗涤，抽滤。在滤液中加入硅胶（2g），用旋转蒸发仪蒸除溶剂，得到含有目标产物的干燥硅胶底物。粗产品经硅胶柱层析分离提纯，淋洗液为石油醚/二氯甲烷混合溶液。

(5)含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子受体的合成：量取20mL无水乙醇于50mL单口烧瓶中，并加入干净磁子。称取4-苯基-3-硫代氨基脲（0.0835g，0.50mmol）加入到单口烧瓶中，搅拌溶解。将含4-甲酰苯甲酸侧链苯并菲（0.362g，0.41mmol）用10mL二氯甲烷溶解，在搅拌条件下，逐滴滴加到上述单口烧瓶中，然后加入适量冰醋酸调节pH约3~4，常温搅拌1小时。加热，温度设定为60℃，蒸去反应混合物中的二氯甲烷。接着将温度设置为83℃，回流反应4小时。冷却至室温，取出磁子后往反应混合物中加入硅胶（1.5g），用旋转蒸发仪蒸除溶剂，得到含有阴离子受体的干燥硅胶底物。粗产品经硅胶柱层析分离提纯，淋洗液为纯二氯甲烷，获得含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体，产率85.1%，熔点m.p.：157.3~159.8℃。

本发明的含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体应用于对F^-、CH₃COO^-和H₂PO₄^-的选择性识别。

本发明采用荧光光谱法测定含有阴离子的受体溶液的吸收变化。以N,N-二甲基甲酰胺为介质，测定在浓度为2.5×10^-5mol/L的受体（3mL）中加入浓度为1.5×10^-2mol/L的Cl^-,Br^-,I^-,NO₃^-,HSO₄^-、F^-、CH₃COO^-和H₂PO₄^-阴离子溶液0~250μL的荧光光谱（均用波长为277nm的光激发，激发光夹缝宽度和发射光夹缝宽度均选择5nm）。实验结果表明，加入Cl^-,Br^-,I^-,NO₃^-,HSO₄^-等阴离子，其荧光光谱无明显变化，表明受体与上述阴离子无明显作用；而在加入F^-、CH₃COO^-和H₂PO₄^-的荧光光谱发生了荧光强度增强的现象，表明受体与F^-、CH₃COO^-和H₂PO₄^-的发生了作用，从而实现了含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体对F^-、CH₃COO^-和H₂PO₄^-的选择性识别。

本发明的优点是在硫脲类受体中，引入具有较大共轭体系的苯并菲衍生物作为信号报告单元，确保了硫脲作为氢键供体能够提供2个NH质子，其与阴离子之间能够以双重氢键的方式相结合而具有较大的结合常数Kass。

附图说明

图1为本发明中含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体的结构式。

图2为本发明实施例中含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体的红外光谱图。

图3为本发明实施例中加入0~50当量F^-的受体的荧光发射光谱图。

图4为本发明实施例中加入0~50当量CH₃COO^-的受体的荧光发射光谱图。

图5为本发明实施例中加入0~50当量H₂PO₄^-的受体的荧光发射光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐明本发明，但实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例：

制备含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体的具体步骤为：

(1)二己氧基苯酚的合成：量取30mL无水乙醇于50mL三口烧瓶中，并放入干净的磁子。依次称量碘化钾(0.249g,0.0015mol)、1-溴代正己烷(5.9g,0.036mol)、邻苯二酚(3.3g,0.030mol)加入三口烧瓶中，开启磁力搅拌器搅拌溶解。待邻苯二酚全部溶解后，称取无水碳酸钾（4.55g，0.033mol）在搅拌条件下缓慢地加入上述三口烧瓶中，无水碳酸钾加入完毕后，对装置进行氮气保护，然后在室温条件下搅拌1小时。将油浴锅温度控制恒定为80℃，加热回流。反应12小时后，停止加热并冷却至室温，将反应后的混合物抽滤，滤饼用丙酮洗涤，抽滤，重复抽滤两次。将滤液旋蒸浓缩，再经减压蒸馏，收集140~143℃（0.5mmHg）馏分，得到无色油状液体，即为二己氧基苯酚。

(2)邻二己氧基苯的合成：量取50mL无水乙醇于100mL三口烧瓶中，并放入干净的磁子。然后依次称量碘化钾（0.7304g，0.0044mol）、1-溴代正己烷（7.04g，0.044mol）、邻苯二酚（2.2g，0.02mol）加入三口烧瓶中，开启磁力搅拌器搅拌。待邻苯二酚全部溶解后，称量无水碳酸钾（6.9g，0.05mol）在搅拌条件下缓慢的加入上述三口烧瓶中，无水碳酸钾加入完毕后，对装置进行氮气保护，然后在室温条件下搅拌1小时。将油浴锅温度控制恒定为80℃，加热回流反应。反应48小时后，停止加热并冷却至室温，然后将反应后的混合物抽滤，滤饼用丙酮洗涤，抽滤，重复抽滤两次。将滤液旋蒸浓缩，再经减压蒸馏，收集149~157℃（0.7mmHg）馏分，得到无色油状液体，即为邻二己氧基苯。

(3)羟基-3,6,7,10,11-五己氧基苯并菲的合成：依次量取二氯甲烷（80mL）和硝基甲烷（9.6mL）加入250mL单口烧瓶，并加入无水三氯化铁（15.55g，0.0969mol）和干净磁子，将烧瓶置于冰水浴环境中，控制温度0~4℃，再依次量取二己氧基苯酚（1.39g，0.0072mol）和邻二己氧基苯（4.0g，0.0144mol）溶于二氯甲烷（40mL）中，并转移至常压漏斗中，缓慢滴加到三氯化铁溶液中，大约用0.5小时滴加完毕，继续控温使其在0-4℃环境下进行反应。反应2小时后，加入30mL甲醇终止反应，将反应混合物用布氏漏斗进行抽滤，滤饼用二氯甲烷洗涤，抽滤。滤液分别用饱和食盐水和稀盐酸各萃取一次，取有机层，加入无水硫酸钠干燥，后再将其过滤，在滤液中加入硅胶（11g），用旋转蒸发仪蒸除溶剂，得到含有目标产物的干燥硅胶底物。粗产品经硅胶柱层析分离提纯，淋洗液为石油醚/乙酸乙酯混合溶液。

(4)含4-甲酰苯甲酸侧链苯并菲的合成：称取2-羟基-3,6,7,10,11-五己氧基苯并菲（0.744g，0.001mol）、4-甲酰苯甲酸(0.18g，0.0012mol)、二环己基碳二亚胺(0.2575g)、4-二甲氨基吡啶(0.0153g)依次加入100mL单口烧瓶，并加入干净的磁子，抽真空，抽真空0.5小时。然后量取经干燥的二氯甲烷（30mL）加入单口烧瓶中，磁力搅拌溶解，对装置进行氮气保护，常温反应12小时，后将反应混合物、二氯甲烷冷冻，用砂芯漏斗抽滤反应混合物，滤饼用冷冻后的二氯甲烷洗涤，抽滤。在滤液中加入硅胶（2g），用旋转蒸发仪蒸除溶剂，得到含有目标产物的干燥硅胶底物。粗产品经硅胶柱层析分离提纯，淋洗液为石油醚/二氯甲烷混合溶液。

(5)含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子受体的合成：量取20mL无水乙醇于50mL单口烧瓶中，并加入干净磁子。称取4-苯基-3-硫代氨基脲（0.0835g，0.50mmol）加入到单口烧瓶中，搅拌溶解。将含4-甲酰苯甲酸侧链苯并菲（0.362g，0.41mmol）用10mL二氯甲烷溶解，在搅拌条件下，逐滴滴加到上述单口烧瓶中，然后加入适量冰醋酸调节pH约3~4，常温搅拌1小时。加热，温度设定为60℃，蒸去反应混合物中的二氯甲烷。接着将温度设置为83℃，回流反应4小时。冷却至室温，取出磁子后往反应混合物中加入硅胶（1.5g），用旋转蒸发仪蒸除溶剂，得到含有阴离子受体的干燥硅胶底物。粗产品经硅胶柱层析分离提纯，淋洗液为纯二氯甲烷，获得含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体，产率85.1%，熔点m.p.：157.3~159.8℃，经红外光谱、核磁共振氢谱确认，其结构式为：

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本实施例制得的含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体应用于阴离子选择性识别：

采用荧光光谱法测定含有阴离子的受体溶液的荧光强度的变化。以N,N-二甲基甲酰胺为介质，在浓度为2.5×10^-5mol/L的受体（3mL）中加入浓度为1.5×10^-2mol/L的阴离子溶液，测定荧光光谱，与空白组对照，考察荧光光谱强度的变化（均用波长为277nm的光激发，激发光夹缝宽度和发射光夹缝宽度均选择5nm），结果发现加入F^-,CH₃COO^-,H₂PO₄^-的受体溶液的荧光强度增强，其强度随着加入阴离子浓度的增加而增强（见图3，4和5），从而实现了含缩4-苯基-3-硫代氨基脲席夫碱侧链的苯并菲阴离子识别受体对F^-、CH₃COO^-和H₂PO₄^-的选择性识别。