一类具有环状结构的蒽醌糖缀合物及其制备方法和在环境检测中的应用

摘要

本发明公开了一类具有环状结构的蒽醌糖缀合物及其制备方法和在环境检测中的应用，属于药物中间体及荧光探针分子的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：本发明操作简便，反应条件温和，所用试剂均为工业常用试剂，适合大量工业化制备；合成路线简洁，通过更改一些单糖即可发散式获得大量的具有环状结构的蒽醌糖缀合物，并对其进行荧光活性测试，结果显示该具有环状结构的蒽醌糖缀合物能够较好地应用于环境中重金属离子的检测。

说明书

技术领域

本发明属于药物中间体及荧光探针分子的合成技术领域，具体涉及一类具有环状结构的蒽醌糖缀合物及其制备方法和在环境检测中的应用。

背景技术

金属离子与生命科学、环境科学、医学等领域有着密不可分的联系，对其进行识别和检测是化学、生物学、临床生物学及环境学众多研究领域的热点课题。其中荧光检测法具有方法简便、灵敏度和选择性高并可以实现实时、在线检测等优点。因此，在主体分子上修饰荧光团以构建超分子荧光探针用于识别金属离子的研究颇受重视。

蒽醌类化合物是大环共轭体系，具有平面结构，具有荧光发射波长适中、光稳定性好和发光效率高等特点，更主要的是其荧光和紫外吸收波长均出现在可见光区。由于可以络合金属离子，氨基和羟基取代的蒽醌衍生物也被广泛应用于分析化学中作为发色团。从羟基终端导出的蒽醌衍生物与金属离子作用转化为复杂的化合物作为螯合剂已获得广泛的化学应用。

1,2,3-三氮唑类化合物是一类具有重要生物活性的五元氮杂环化合物，是酰胺键的电子等排物，在代谢转化、氧化还原、酸碱以及高温等条件下都比1,2,4-三氮唑类化合物具有更高的稳定性。近年来Cu(I)催化的叠氮化物和末端炔之间Huisgen 1,3-环加成反应以产生1,4-二取代的1,2,3-三氮唑类化合物吸引在合成有机化学、聚合物科学、材料科学、生物和肽备受瞩目。基于1,2,3-三氮唑类化合物的潜在药物包括抗癌物CAI和已知的核苷衍生物TSAO都是非核苷逆转录酶抑制剂，这些化合物都在或已经在临床试验中。1,2,3-三氮唑类化合物作为金属离子结合的潜在配体逐渐引起人们注意。通过查阅文献发现三氮唑基光学探针通常具有某种阳离子的高选择性，同时与离子的结合较为牢固。但这类探针的溶解性较差，通常需要在有机溶剂中进行检测。

糖类化合物因为其自身结构具有羟基、氧原子以及手性等特点，同时由于糖类分子的低毒性、生物相容度高以及在水中的良好溶解度，因此关于糖基化学焚光传感器的研究渐渐成为热点。而糖基化学探针由于其良好水溶性和优异的生物相容度，也必将在细胞标记和生物成像领域具有潜在的应用。目前，利用糖类分子作为核心骨架构建的化学探针，已经有大量的连接不同光学报告团的糖基化学探针被应用于检测各种金属离子、阴离子或者小分子。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一类具有环状结构的蒽醌糖缀合物及其制备方法，该方法利用蒽醌、三氮唑的金属配合性及糖类化合物的水溶性，设计了一系列含三氮唑硫桥环状结构的蒽醌类化合物，并对其进行荧光活性测试，结果显示能够较好地应用于环境中重金属离子的检测。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一类具有环状结构的蒽醌糖缀合物，其特征在于具有如下结构：

其中n为1-4之间的一个整数。

本发明所述的具有环状结构的蒽醌糖缀合物的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(1)单糖在碱的作用下与醋酸酐反应得到全乙酰单糖化合物一，其中单糖为葡萄糖、半乳糖、甘露糖、乙酰氨基葡萄糖、乙酰氨基半乳糖或2-脱氧葡萄糖，碱为醋酸钠、甲醇钠或吡啶；

(2)全乙酰单糖化合物一在酸的作用下与1-溴-6-己醇反应得到化合物二，其中酸为盐酸气、三氟化硼乙醚溶液、对甲苯磺酸、乙酸、二溴化锌、二氧化硅或硫酸铜；

(3)化合物二与叠氮化钠反应得到化合物三；

(4)化合物三在碱的作用下脱乙酰基保护并在碱性条件下与对甲苯磺酰氯反应得到化合物四，其中碱为甲醇钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾；

(5)化合物四与硫代乙酸钾反应得到化合物五；

(6)蒽醌与溴丙炔反应得到化合物六；

(7)化合物五与化合物六在抗坏血酸钠盐和铜盐的作用下反应得到化合物七，其中铜盐为五水硫酸铜、碘化亚铜或氯化亚铜；

(8)化合物七经脱保护得到目标产物具有环状结构的蒽醌糖缀合物。

本发明所述的具有环状结构的蒽醌糖缀合物的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(1)1,2,3,4,6-五-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖的合成，将无水葡萄糖在醋酸钠的作用下与醋酸酐于140℃加热回流反应得到1,2,3,4,6-五-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖；

(2)2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-溴己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷的合成，将1,2,3,4,6-五-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖与分子筛在氮气保护下加入二氯甲烷，再加入1-溴-6-己醇在冰浴、氮气保护下加入三氟化硼乙醚反应得到2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-溴己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷；

(3)2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷的合成，将2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-溴己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷溶于N,N-二甲基甲酰胺中与叠氮化钠于60℃反应得到2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷；

(4)2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-O-对甲苯磺酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷的合成，将2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷溶于甲醇中，通过甲醇钠调节pH为8-9，反应完全后加入酸性树脂调节pH为7，过滤干燥后的油状物溶于吡啶，并在冰浴条件下加入对甲苯磺酰氯的吡啶溶液，再加入4-二甲氨基吡啶反应得到2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-O-对甲苯磺酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷；

(5)2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷的合成，将2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-O-对甲苯磺酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷溶于丙酮中与硫代乙酸钾和四丁基碘化铵于65℃反应得到2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷；

(6)1,8-二-O-炔丙基-蒽醌的合成，将1,8-二羟基蒽醌溶于N,N-二甲基甲酰胺与碳酸钾和3-溴-1丙炔于室温反应得到1,8-二-O-炔丙基-蒽醌；

(7)带有保护基的蒽醌糖缀合物的合成，将2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷与1,8-二-O-炔丙基-蒽醌溶在抗坏血酸钠盐和五水硫酸铜的作用下于55℃避光条件下反应得到带有保护基的蒽醌糖缀合物；

(8)具有环状结构的蒽醌糖缀合物的合成，将带有保护基的蒽醌糖缀合物经脱保护得到目标产物具有环状结构的蒽醌糖缀合物，其中保护基为乙酰基、苯甲酰基或苄基，脱乙酰基或苯甲酰基的条件为在甲醇钠、碳酸钾、三乙胺或氢氧化钠的作用下，脱苄基的条件为在氢气/钯碳或氢气/氢氧化钯的作用下。

本发明所述的具有环状结构的蒽醌糖缀合物的制备方法，其特征在于合成过程中的反应方程式为：

其中R₃为Ac、Bz或Bn。

本发明所述的具有环状结构的蒽醌糖缀合物在环境检测中的应用，该具有环状结构的蒽醌糖缀合物作为荧光探针用于在中性DMF-H₂O体系中实现对Cr³⁺的定量检测。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明操作简便，反应条件温和，所用试剂均为工业常用试剂，适合大量工业化制备；合成路线简洁，通过更改一些单糖即可发散式获得大量的具有环状结构的蒽醌糖缀合物，并对其进行荧光活性测试，结果显示该具有环状结构的蒽醌糖缀合物能够较好地应用于环境中重金属离子的检测。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

1、以下提供本发明的实施例(以如上化合物A为例)：

(1)1,2,3,4,6-五-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖1的合成

取无水葡萄糖(20g，0.111mol)和醋酸钠(4.552g，0.056mol)于250mL圆底烧瓶中，加入醋酸酐(105mL，1.11mol)于140℃加热回流搅拌2h。反应冷却到室温后倒入300mL冰水中，待产物大量析出后将反应液过滤，滤饼用大量水洗涤至中性，真空干燥即可得白色固体化合物1,2,3,4,6-五-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖1(39.3g，98％)。

(2)2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-溴己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷2的合成

取1,2,3,4,6-五-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖1(2g)和适量分子筛于圆底烧瓶中，氮气保护下加入二氯甲烷，搅拌均匀后加入1-溴-6-己醇0.74mL在冰浴、氮气保护下滴加三氟化硼乙醚2.5mL，1h后撤掉冰浴至室温反应，待TLC监测原料反应完全后，加水终止反应，用适量二氯甲烷稀释后，用饱和NaHCO₃溶液调节pH约为7，二氯甲烷萃取，饱和食盐水洗涤无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩，柱色谱分离即可得到白色固体化合物2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-溴己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷2(990.3mg，43％)。

¹H>3,400MHz)δ5.20(t,J＝9.6Hz,1H),5.09(t,J＝9.6Hz,1H),4.98(dd,J＝9.6,8.0Hz,1H),4.49(d,J＝8.0Hz,1H),4.26(dd,J＝12.4,4.8Hz,1H),4.13(dd,J＝12.4,2.4Hz,1H),3.87(dt,J＝9.6,6.4Hz>13C>3,400MHz)δ170.9,170.5,169.6,169.4,100.9,73.0,71.9,71.4,70.1,68.5,62.1,33.9,32.75,29.3,27.9,25.1,20.9,20.8,20.8,20.8。

(3)2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷3的合成

取2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-溴己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷2(400mg)于圆底烧瓶中，用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解，加入叠氮化钠306mg，于60℃加热搅拌。TLC监测原料反应完全后冷却至室温，加入20mL蒸馏水，乙酸乙酯萃取，蒸馏水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩，用柱色谱进行分离即可得到白色固体化合物2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷3(330mg，93％)。

¹H>3,400MHz)δ5.20(t,J＝9.6Hz,1H),5.08(t,J＝9.6Hz,1H),4.98(dd,J＝9.4,8.2Hz,1H),4.48(d,J＝7.6Hz,1H),4.26(dd,J＝12.4,4.4Hz,1H),4.13(dd,J＝12.4,2.4Hz,1H),3.90-3.84(m,1H),3.70-3.66(m,1H),3.50-3.43(m,1H),3.25(t,J＝6.8Hz,2H),2.08(s,3H),2.03(s,3H),2.02(s,3H),2.00(s,3H),1.60-1.55(m,4H),1.40-1.32(m,4H).¹³C>3,400MHz)δ170.9,170.5,169.6,169.5,100.9,72.9,71.9,71.4,70.1,68.5,62.1,51.5,29.4,28.9,26.5,25.5,20.9,20.8,20.8,20.8。

(4)2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-O-对甲苯磺酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷4的合成

取2,3,4,6-四-O-乙酰基-(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷3(415mg)于圆底烧瓶中用甲醇溶解，加入1mol/L的甲醇钠溶液调节pH为8-9，室温搅拌。TLC监测0.5h后原料反应完全，加入酸性树脂调节pH约为7，过滤，旋干滤液后真空干燥后做下一步。取真空干燥后的油状物于圆底烧瓶中，吡啶溶解后冰浴下缓慢加入对甲苯磺酰氯的吡啶溶液(550mg，2.874mmol)，再加入4-二甲氨基吡啶(DMAP，88mg)，室温搅拌。TLC监测原料反应完全后，冰浴下滴加0.66mL苯甲酰氯，室温搅拌至反应完全。旋干吡啶，用柱色谱进行分离即可得到无色油状物化合物2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-O-对甲苯磺酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷4(626mg，93％)。

¹H>3,400MHz)δ7.96-7.91(m,2H),7.88-7.82(m,2H),7.81-7.77(m,2H),7.72(d,J＝8.4Hz,2H),7.56-7.49(m,2H),7.44-7.35(m,5H),7.30-7.24(m,2H),7.22(d,J＝8.0Hz,2H),5.83(t,J＝9.6Hz,1H),5.43(dd,J＝10.0,8.0Hz,1H),5.36(t,J＝9.6Hz,1H),4.75(d,J＝8.0Hz,1H),4.24-4.15(m,2H),4.08-4.03(m,1H),3.89(dt,J＝9.6,6.0Hz,1H),3.51-3.48(m,1H),3.08(t,J＝6.8Hz,2H),2.37(s,3H),1.57-1.46(m,2H),1.37-1.31(m,2H),1.26-1.18(m,4H).¹³C>3,400MHz)δ165.8,165.3,165.0,145.1,133.7,133.4,133.4,132.3,129.9,129.8,129.3,128.8,128.6,128.5,128.4,128.1,101.1,72.7,72.3,71.7,70.2,69.5,68.4,51.3,29.3,28.7,26.4,25.5,21.8。

(5)2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷5的合成

取2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-O-对甲苯磺酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷4(600mg)于圆底烧瓶中，丙酮溶解，加入硫代乙酸钾362mg和四丁基碘化铵30mg，于65℃回流搅拌。TLC监测原料反应完全后，冷却至室温，旋干丙酮，柱色谱分离即可得到黄色油状化合物2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷5(500mg，96％)。

¹H>3,400MHz)δ7.99-7.91(m,4H),7.82(d,J＝7.6Hz,2H),7.52(t,J＝7.2Hz,2H),7.43-7.36(m,5H),7.27(t,J＝7.6Hz,2H),5.83(t,J＝9.6Hz,1H),5.51-5.42(m,2H),4.75(d,J＝8.0Hz,1H),3.95-3.89(M,2H),3.54(dt,J＝9.6,6.4Hz,1H),3.45(dd,J＝14.4,2.8Hz,1H),3.11-3.03(m,3H),2.34(s,3H),1.59-1.49(m,2H),1.39-1.30(m,2H),1.27-1.20(m,4H).¹³C>3,400MHz)δ194.8,165.9,165.6,165.1,133.5,133.3,133.3,129.9,129.8,129.8,129.4,129.0,128.9,128.5,128.5,128.4,101.2,73.5,72.9,72.0,71.9,70.1,51.3,30.7,30.5,29.3,28.7,26.4,25.5。

(6)1,8-二-O-炔丙基-蒽醌6的合成

取1.8-二羟基蒽醌(2.013g)于圆底烧瓶中，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解，加入碳酸钾5.96g和3-溴-1-丙炔2.6mL后室温搅拌，TLC监测原料反应完全后，用饱和氯化铵调Ph约为7后，二氯甲烷萃取，蒸馏水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩，柱色谱进行分离即可得到黄色固体化合物1,8-二-O-炔丙基-蒽醌6(1.84g，80％)。

¹H>3,400MHz)δ7.92(dd,J＝7.6,0.8Hz,2H),7.67(t,J＝8.0Hz,2H),7.50(dd,J＝8.4,0.8Hz,2H),4.94(s,2H),4.94(s,2H),2.55(t,J＝2.4Hz,2H)。

(7)带有保护基的蒽醌糖缀合物7的合成

取2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷5(136mg)和1,8-二-O-炔丙基-蒽醌6(30.3mg)于圆底烧瓶中，用体积比为1:1的H₂O与THF的混合溶剂溶解，避光条件下于55℃加热搅拌，加入五水硫酸铜3.6mg和1mol/L的L-抗坏血酸钠盐30μL，TLC监测原料2,3,4-三-O-苯甲酰基-6-硫乙酰基(6-叠氮己基)-β-D-吡喃葡萄糖苷5和1,8-二-O-炔丙基-蒽醌6反应完全后，加入蒸馏水，乙酸乙酯萃取，蒸馏水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩，柱色谱进行分离即可得到黄色固体化合物带有保护基的蒽醌糖缀合物7(150mg，96％)。

¹H>3,600MHz)δ7.95(d,J＝7.6Hz,4H),7.92(d,J＝7.6Hz,4H),7.85(d,J＝7.6Hz,2H),7.79(d,J＝7.6Hz,4H),7.71(s,2H),7.60(d,J＝7.8Hz,2H),7.54-7.50(m,4H),7.46(t,J＝7.2Hz,2H),7.43-7.37(m,6H),7.34(t,J＝7.8Hz,4H),7.26(t,J＝5.2Hz,4H),5.81(t,J＝9.6Hz,2H),5.49-5.41(m,8H),4.74(d,J＝7.8Hz,2H),4.14(t,J＝7.2Hz,4H),3.97-3.82(m,4H),3.57-3.48(m,2H),3.43(dd,J＝14.2,2.8Hz,2H),3.07(dd,J＝14.4,7.8Hz,2H),2.32(s,6H),1.65-1.59(m,4H),1.53-1.40(m,4H),1.24-1.20(m,4H),1.17-1.13(m,4H).¹³C>3,600MHz)δ194.7,192.7,183.7,182.7,165.8,165.6,165.1,158.0,143.8,134.9,134.1,133.5,133.4,133.3,129.9,129.8,129.8,129.4,129.1,128.9,128.5,128.5,128.4,125.0,123.3,121.1,120.1,101.2,73.5,72.9,72.1,71.9,69.9,64.1,50.2,30.7,30.5,30.1,29.2,26.1,25.4。

(8)具有环状结构的蒽醌糖缀合物8的合成

取带有保护基的蒽醌糖缀合物7(34mg)于圆底烧瓶中，用甲醇溶解，加1mol/L的甲醇钠调节pH为10，室温搅拌原料反应完全后，加入酸性树脂调pH约为7，真空过滤，旋干滤液得到黄色固体。二氯甲烷洗涤，最后得到目标产物黄色固体具有环状结构的蒽醌糖缀合物8(17.5mg，95％)。

¹H>13CNMR(DMSO,600MHz)δ183.1,181.0,166.3,166.3,157.5,157.4,142.5,142.3,134.2,134.1,124.7,124.5,124.1,124.0,121.2,121.0,118.9,118.8,103.0,102.9,76.5,76.4,74.3,74.1,73.5,73.5,73.2,73.1,68.7,68.6,63.0,62.5,49.4,48.6,29.8,29.7,29.1,25.7,25.6,25.0,24.9.ESI(+)-HRMS(m/z):[M+Na]⁺calcd.for>44H₅₆N₆O₁₄S₂>

其它的蒽醌三唑环状类似物均可由以上设计路线合成获得。

2、已获得的部分化合物结构

系列一：

系列二：

系列三：

3、部分化合物初步测定的荧光活性数据分析

本实施例用紫外和荧光对所有合成的具有环状结构的蒽醌糖缀合物I、II和III系列的化合物进行表征。结果显示，在中性DMF-H₂O体系中加入Cr³⁺可以使探针分子的荧光强度大大增强，特别是I-4、I-8、II-6、II-7、III-2和III-6，体系的荧光强度变化和Cr³⁺浓度在1×10^-4-1×10^-6mol/L范围内呈线性关系，因此合成的具有环状结构的蒽醌糖缀合物可以实现在DMF-H₂O体系中对Cr³⁺的定量检测。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。