一种6‑氯‑3‑(2‑羟基‑4‑二乙胺基苯亚甲基)氨基香豆素的制备及其应用

摘要

本发明公开了一种6‑氯‑3‑[(2‑羟基‑4‑二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素的制备及其应用，属于无机材料合成与应用技术领域。该6‑氯‑3‑[(2‑羟基‑4‑二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素，是由5‑氯水杨醛、乙酰甘氨酸以及无水乙酸钠先合成3‑氨基‑6‑氯香豆素，然后再与4‑二乙胺基水杨醛反应制备而成。本发明合成的6‑氯‑3‑[(2‑羟基‑4‑二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素是一种新型的钴离子比色识别分子探针，结构稳定，制备方法简单，反应条件温和，绿色无污染，产率高，而且其对钴离子的裸眼识别效果良好，灵敏度高，特意选择性强，可用于钴离子的微量检测，是一种具有重要应用价值的离子比色传感材料。

说明书

技术领域

本发明属于无机材料合成及应用技术领域，具体涉及一种简便制备香豆素席夫碱类比色传感材料的制备方法及其应用。

背景技术

生物体内及环境中离子的识别在生命科学、食品行业、环境保护以及药物学等领域具有重要意义。众所周知,钴是人体内必需的一种微量元素，与人的健康紧密相关，其主要功能是用于形成叶酸和脂肪酸的新陈代谢所必需的维生素B12并实现甲基的转移。研究表明，钴离子的浓度大小会导致多种疾病的发生，例如人体内钴的摄入量不足会引起心血管疾病，而摄入过量的钴离子则会引起钴中毒，因此如果能现场识别、检测生物体内的钴离子，就能使人们在细胞层次或组织层次上了解钴离子参与生化反应的过程，对于揭示钴离子的生理功能有极大的研究价值。在各种探测钴离子的方法中，光分析法中比色传感因为具备仪器设备简单、响应快速，可裸眼识别等优势得到了广泛关注。而要实现钴离子的高效光学识别，光学分子探针的设计是关键。常见的光学传感分子探针通常由结合位点和信号单元通过连接基团构成，当结合位点与目标物通过氢键作用、特殊反应或配位作用结合后，会导致探针分子中的电荷分布、能量分布、分子构型等发生变化，甚至信号单元与结合位点脱离，最终使探针分子将识别信息转化为荧光响应，达到在线、快捷、定性、定量检测目标物的效果。现有的钴离子比色和荧光识别分子探针化合物种类繁多，但仍然存在制备方法繁杂、响应灵敏度低，特异识别性不高、微量检测难等缺陷，因此基于香豆素衍生物所表现出的稳定的光学效应加上席夫碱化合物作为独特的性能所构建出分子探针的应用潜力，设计采用更为合理、简单、条件温和的合成方法制备出结构新型的香豆素席夫碱化合物分子探针化合物，并用于钴离子的在线识别和检测，极大地改善比色识别效果，开发出更加高效、高选择性、低毒以及可裸眼识别微量钴离子的新型光学传感材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的钴离子比色和荧光分子探针原料昂贵，合成过程复杂，反应温度较高，反应时间长，耗能多，提纯分离困难、光学传感灵敏度和选择性低等缺点，通过简单的反应，较为温和的反应条件，采用绿色无污染溶剂，较高产率和纯度制备分离出优良性能的香豆素席夫碱类化合物分子探针，使得该分子探针可以裸眼、高灵敏度、单一选择性识别并检测钴离子。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明一种6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将5-氯水杨醛、乙酰甘氨酸以及无水乙酸钠溶于乙酸酐溶剂中在138～145℃条件下加热回流反应7～10小时，冰水冷却后抽滤并在25～40℃下真空干燥8～10小时得到中间产物。

所述5-氯水杨醛、乙酰甘氨酸以及无水乙酸钠的摩尔比为1:1:2～4。

(2)将步骤(1)的中间产物置于浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于70～90℃温度下加热回流3～5小时后冷却，并用氢氧化钠溶液调节酸度至5.5～6.5，沉淀析出，过滤，产物在25～40℃下真空干燥15～24小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素。

所述浓盐酸和乙醇的混合溶剂中，浓盐酸和乙醇的体积比为1.5:1或2:1。

(3)将步骤(2)得到的3-氨基-6氯香豆素与4-二乙胺基水杨醛以质量比1:1.0～1.5溶于乙醇中，在70～90℃温度下加热回流3～5小时，自然冷却后抽滤，洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

上述6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素可以作为分子探针在钴离子比色识别和检测中加以应用。

本发明所使用的香豆素席夫碱化合物采用溶液合成法制备，参考相关材料(Jiang J Q，Gou C，Luo J，Yi C L，Liu X Y.A novel highly selective colorimetric sensor for Ni(II)ion using coumarin derivatives.Inorg.Chem.Commun.,2012,15:12-15.)。

本发明的科学原理：

采用具有斯托克斯位移大、荧光量子产率高、光稳定性强、可见光激发和发射波长、生物相容性好等优点的香豆素衍生物，通过胺醛缩合反应键连上合成方法简单、结构多样化、配位作用强并具有优良光电和催化性能的席夫碱基团，构建出结构新颖的香豆素席夫碱化合物分子探针后研究对钴离子的比色响应，结果发现，该分子探针对钴离子可裸眼识别，灵敏度高，抗干扰性好，甚至可实现微量检测。

本发明与其它钴离子比色和荧光传感分子探针材料的合成方法和应用相比，具有以下技术效果：

1.合成方法简单，原材料用量较少；

2.反应条件温和，节能减耗；

3.反应溶剂低毒性，绿色无污染；

4.合成产物稳定性强，荧光效率较高；

5.对钴离子有高的灵敏响应；

6.对钴离子识别选择性好，不受其它金属离子的干扰；

7.可用于钴离子的微量测定。

附图说明

图1为本发明6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素的合成路线图。

图2为本发明实施例4制备的6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液加入钴离子和未加钴离子后的照片及紫外可见吸收光谱比较图。

图3为本发明实施例4制备的6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液中逐渐加入不同量钴离子后的紫外可见滴定光谱图(A)；分子探针在481nm处吸收峰的吸光度变化值与钴离子浓度(10-60μM)之间的校正曲线(B)。

图4为本发明实施例4制备的6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液与钴离子作用后的Benesi-Hildebrand图(A)和Job’s图(B)(图中L代表6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素)。

图5为本发明实施例4制备的6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液加入钴离子和加入其它离子后的照片及紫外可见吸收光谱比较图。

具体实施方式

本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中实施例中反应产物的核磁数据测试表征使用的是德国Bruker公司的型号为AVANCE-III 400MHz的核磁共振仪(TMS为内标)；红外光谱测试表征采用美国Nicolet/Nexus-870FT-IR型红外光谱仪(KBr压片)；使用美国Perkin Elmer LS55型荧光光谱仪和美国WinASPECT PLUS2000型紫外光谱仪分别测定荧光和紫外可见吸收光谱。

本发明所提供的一种可用于钴离子比色识别的香豆素席夫碱类化合物的制备方法，其合成路线如图1所示。首先5-氯水杨醛、乙酰甘氨酸和乙酸钠在乙酸酐溶剂中加热回流，冰水冷却后析出沉淀，抽滤、真空干燥，再将中间产物置于浓盐酸和乙醇的混合溶剂中继续加热回流、冷却，并用NaOH调节反应介质酸度至近中性，析出沉淀，过滤、干燥后用无水乙醇重结晶得到3-氨基-6-氯香豆素；接着采用3-氨基-6-氯香豆素与4-二乙胺基水杨醛在无水乙醇中加热回流反应，胺醛缩合生成大量沉淀，冷却至室温后，抽滤、洗涤、真空干燥，最终用无水乙醇重结晶获得黄色目标产物粉末。

一、本发明新型香豆素发光化合物的制备

实施例1

(1)准确称取3.13g 5-氯水杨醛，2.34g N-乙酰甘氨酸，3.28g无水乙酸钠，溶于40mL的乙酸酐中，在138℃下冷凝回流反应10小时，反应结束后加入10mL冰水，抽滤后在25℃下真空干燥10小时得中间产物。

(2)将该中间产物置于60mL体积比为1.5:1的浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于70℃温度下加热回流5小时后冷却，并用质量浓度为30％的NaOH溶液调节酸度至5.5，沉淀析出，过滤，产物在25℃下真空干燥24小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)准确称取0.5g 3-氨基-6氯香豆素和0.5g 4-二乙胺基水杨醛溶于30mL乙醇中，在70℃条件下冷凝回流反应5小时，自然冷却后抽滤、洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

实施例2

(1)准确称取3.13g 5-氯水杨醛，2.34g N-乙酰甘氨酸，4.92g无水乙酸钠，溶于45mL的乙酸酐中，在139℃下冷凝回流反应9小时，反应结束后加入12mL冰水，抽滤后在30℃下真空干燥9小时得中间产物。

(2)将该中间产物置于60mL体积比为1.5:1的浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于75℃温度下加热回流5小时后冷却，并用质量浓度为30％的NaOH溶液调节酸度至6.0，沉淀析出，过滤，产物在30℃下真空干燥20小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)准确称取0.5g 3-氨基-6氯香豆素和0.6g 4-二乙胺基水杨醛溶于35mL乙醇中，在75℃条件下冷凝回流反应4小时，自然冷却后抽滤，自然冷却后抽滤，洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

实施例3

(1)准确称取3.13g 5-氯水杨醛，2.34g N-乙酰甘氨酸，4.10g无水乙酸钠，溶于45mL的乙酸酐中，在140℃下冷凝回流反应7小时，反应结束后加入10mL冰水，抽滤后在35℃下真空干燥8小时得中间产物。

(2)将该中间产物置于60mL体积比为2:1的浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于80℃温度下加热回流4小时后冷却，并用质量浓度为30％的NaOH溶液调节酸度至6.5，沉淀析出，过滤，产物在35℃下真空干燥18小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)准确称取0.5g 3-氨基-6氯香豆素和0.5g 4-二乙胺基水杨醛溶于30mL乙醇中，在80℃条件下冷凝回流反应4小时，自然冷却后抽滤，自然冷却后抽滤，洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

实施例4

(1)准确称取3.13g 5-氯水杨醛，2.34g N-乙酰甘氨酸，5.74g无水乙酸钠，溶于50mL的乙酸酐中，在139℃下冷凝回流反应8小时，反应结束后加入15mL冰水，抽滤后在40℃下真空干燥8小时得中间产物。。

(2)将该中间产物置于70mL体积比为2:1的浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于80℃温度下加热回流3小时后冷却，并用质量浓度为30％的NaOH溶液调节酸度至6.0，沉淀析出，过滤，产物在40℃下真空干燥15小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)准确称取0.5g 3-氨基-6氯香豆素和0.5g 4-二乙胺基水杨醛溶于30mL乙醇中，在80℃条件下冷凝回流反应3小时，自然冷却后抽滤，自然冷却后抽滤，洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

实施例5

(1)准确称取3.13g 5-氯水杨醛，2.34g N-乙酰甘氨酸，6.56g无水乙酸钠，溶于55mL的乙酸酐中，在140℃下冷凝回流反应8小时，反应结束后加入20mL冰水，抽滤后在25℃下真空干燥10小时得中间产物。。

(2)将该中间产物置于80mL体积比为2:1的浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于75℃温度下加热回流4小时后冷却，并用质量浓度为30％的NaOH溶液调节酸度至6.5，沉淀析出，过滤，产物在35℃下真空干燥18小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)准确称取0.5g 3-氨基-6氯香豆素和0.7g 4-二乙胺基水杨醛溶于35mL乙醇中，在75℃条件下冷凝回流反应4小时，自然冷却后抽滤，自然冷却后抽滤，洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

实施例6

(1)准确称取3.13g 5-氯水杨醛，2.34g N-乙酰甘氨酸，4.92g无水乙酸钠，溶于45mL的乙酸酐中，在141℃下冷凝回流反应7小时，反应结束后加入10mL冰水，抽滤后在30℃下真空干燥9小时得中间产物。。

(2)将该中间产物置于60mL体积比为2:1的浓盐酸和乙醇的混合溶剂中于75℃温度下加热回流4小时后冷却，并用质量浓度为30％的NaOH溶液调节酸度至6.0，沉淀析出，过滤，产物在40℃下真空干燥15小时后用乙醇重结晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)准确称取0.5g 3-氨基-6氯香豆素和0.65g 4-二乙胺基水杨醛溶于35mL乙醇中，在80℃条件下冷凝回流反应4小时，自然冷却后抽滤，自然冷却后抽滤，洗涤并使用乙醇重结晶后得到产物6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素。

目标产物表征：产率:72％。¹H>6):1.09(t,6H)，3.39(m,4H)，6.07(dd,J＝2.4Hz和2.4Hz,1H)，6.34(m,1H)，7.40(s,1H)，7.43(s,1H)，7.51(dd,J＝2.4Hz和2.4Hz,1H)，7.86(d,J＝2.4Hz,1H)，8.59(s,1H)，9.62(s,1H)，9.84(s,1H)；IR(KBr,cm^-1):1713(-COOR)，1630(C＝N)，1592(C＝C)。

二、本发明香豆素席夫碱化合物对钴离子的比色识别和检测效果评价

以实施例4制备的6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素为分子探针，研究对钴离子的比色传感响应效果。

(1)经过研究发现，向6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素的二甲基甲酰胺溶液中加入钴离子，溶液的颜色会在2s之内由黄色迅速地转变为酒红色(如图2A所示)，表明该化合物可用于裸眼识别钴离子。紧接着采用紫外可见光谱仪研究了钴离子加入6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素的二甲基甲酰胺溶液后的光谱变化，如图2B所示，可以观察到分子探针在430nm处的吸收峰降低，并且在481nm处出现了一个新的吸收峰，可能是钴离子与6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素之间配位后产生金属配体电荷转移作用(MLCT)从而导致分子探针化合物的紫外可见光谱发生变化。

(2)通过紫外滴定的方法，研究发现6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液中连续不断地加入钴离子后，430nm处的吸收峰逐渐降低，在481nm处的吸收峰逐渐升高，在458nm处出现一个等吸收点，表明6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素与钴离子形成了稳定的一定摩尔比的配合物(如图3A)，另外481nm处新生成吸收峰的吸光度差值与钴离子浓度在0.2～10μM之间呈良好的线性关系，检测限为6.3×10^-8M(信噪比为3，r＝0.9906)(如图3B)，这表明6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素可用于钴离子的定量检测。使用修正后的Benesi-Hildebrand方程(Singh>2+.Spectrochim.Acta>0为分子探针在481nm处的吸光度，A为在加入特定浓度钴离子后的吸光度，M为钴离子浓度)为3.86×10⁴M^-1，表明6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素对钴离子有很强的结合能力(如图4A)。进一步采用Job曲线计算出(Li>3+based>

(3)采用紫外可见光谱仪研究了其它离子对6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液的影响，如图5A所示。在6-氯-3-[(2-羟基-4-二乙胺基苯亚甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液中加入除了钴离子之外的各种离子如钾离子、钠离子、钙离子、银离子、铝离子、镉离子、铜离子、镁离子、镍离子、锌离子和二价铁离子后，该化合物紫外可见光谱峰无显著变化而且颜色也没有改变，本质上不同于钴离子(如图5B)，从而表明该分子探针对钴离子的识别选择性较高。