一种3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱及其制备方法

摘要

一种席夫碱荧光探针及其在检测铅离子中的应用涉及一类在铅离子存在下荧光发生显著增强的荧光探针。本发明提供了一种可用于选择性检测铅离子3‑甲基吡唑基苯甲醛缩4‑氨基安替比林席夫碱及其制备方法。首先以3‑甲基吡唑与对氟苯甲醛为原料，制备3‑甲基吡唑基苯甲醛，再利用其与4‑氨基安替比林通过醛基与伯胺的缩合反应，得到了具有更大共轭π结构的席夫碱。该工艺具有原料易得，合成成本低，操作简单易于制得，产率高等特点。该探针对铅离子具有选择性好，易于辨别，反应时间快，pH适应性强等特点，是一种简单、灵敏、可以快速识别铅离子的特异性检测试剂，可以用于材料领域或传感器领域，并且在生物环境检测领域具有潜在应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱及其制备方法，该化合物具有共轭和刚性平面结构，表现出较好的荧光性能，同时含有C＝N官能团，能够提供丰富的配位方式，具有很强的金属配位能力，从而具备很好的金属离子选择性。

背景技术

吡唑是一种含有两个氮原子的杂环化合物，作为一类非常重要的有机合成中间体，主要应用于含卤素溶剂、润滑油的稳定剂、螯合剂、有机合成中间体等领域中。其环上的氮原子，由于有孤对电子，使它能够和多种金属离子(如铅离子和铬离子(Ⅲ)等)进行配位和吸附等,可以形成单齿、多齿等多种配体结构，因此吡唑在配位化学中的作用日益重要起来。3-甲基吡唑作为吡唑的主要衍生物，具备吡唑所具有优秀性能，同时因为环上具有给电子基-CH₃，3-甲基吡唑可能又具备一些吡唑不具备的性能。4-氨基安替比林是一种常见的具有亚胺基团的有机化合物，常备用于席夫碱的合成。

席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特性基团(-RC＝N-)的一类有机化合物，有着特殊的共轭结构、良好的化学配位性能，其部分金属配合物具有良好的荧光性能而被作为荧光探针应用于识别金属离子，引起了人们较为深人的理论和应用研究。同时，席夫碱类化合物及其金属配合物也在医学、催化、分析化学、腐蚀以及光致变色领域的重要应用。目前虽然研究者已经利用吡唑进行了很多的反应，但是以3-甲基吡唑和4-氨基安替比林为原料的合成及作为荧光探针用于金属离子检测还未见相关报道。相对于其他类似化合物，比如JOURNAL OF FLUORINE CHEMISTRY杂志2010,63,958–964所报道的Characterization andPhotoluminescent Properties of ZnII,CdII,and HgII Complexes with N,O HybridPyrazole Ligand.Aust，本专利把3-甲基吡唑和席夫碱的特点有机结合起来，制成吡唑类衍生物席夫碱，合成的化合物对Cr³⁺离子具有很好的特异选择性，检测限已达到纳米级，同时具有快速响应和pH适应范围广的特点。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一类新的对Cr³⁺具有特异性检测的3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱荧光探针，该探针具有特殊的共轭结构和良好的化学配位性能，而且该合成工艺具有操作简单、产率高、成本低、检测快速等优点。

本发明的另一目的是提供所述的3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替吡林席夫碱的制备方法。

本发明的另一目的是提供所述的3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱的应用。

为了实现这样的目的，本发明的技术方案如下：

该化合物主要应用于材料领域或传感器领域；

一种3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱的制备方法，其制备方法如下：

1)称取3-甲基吡唑溶于溶剂，加入碳酸钾试剂，3-甲基吡唑与碳酸钾的摩尔比为1:1～1:2；

2)将上述溶液溶于装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中，于110～120℃恒温搅拌下反应30min后，向混合溶液中加入对氟苯甲醛，点板跟踪，继续反应15～20h，冷却到室温，过滤，萃取，柱色谱分离，浓缩，用乙醚重结晶，真空干燥，即得3-甲基吡唑基苯甲醛；

3)称取4-氨基安替比林和步骤2)得到的3-甲基吡唑基苯甲醛溶于溶剂；3-甲基吡唑基苯甲醛与4-氨基安替比林的摩尔比为1:1～1.5:1。

4)称取冰醋酸加入到步骤3)所述的混合溶液中，3-甲基吡唑基苯甲醛与冰醋酸的摩尔比为1:1～1:4，点板跟踪实验，在80～100℃下恒温反应2.5～5h，冷却至室温，加入100～400mL去离子水，有白色沉淀析出，过滤，去离子水洗涤多次，真空干燥即得3-甲基吡唑缩4-氨基安替比林席夫碱。

优选的，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种；

优选的，步骤2)中3-甲基吡唑和对氟苯甲醛的摩尔比为1:1～1:2；更优选的，3-甲基吡唑和对氟苯甲醛的摩尔比为1:1.2；

优选的，步骤3)所述的3-甲基吡唑基苯甲醛与4-氨基安替比林的摩尔比为1:1.2；

本发明所述的3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱的合成路线如下：

本发明将3-甲基吡唑与对氟苯甲醛反应，制备得3-甲基吡唑基苯甲醛，将其与4-氨基安替比林反应得3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱，经测试，该化合物具有对金属铬离子(Ⅲ)良好的选择性(结果见附图5)。

本发明的新化合物可以作为探针应用于离子检测领域。目前虽然研究者已经利用吡唑进行了很多的反应，但是3-甲基吡唑席夫碱的合成及应用于荧光探针还未见相关报道，相对于类似化合物，所合成的化合物对铬离子(Ⅲ)具有很好的特异选择性，检测限已达到纳米级，同时具有快速响应和pH适应范围广的特点。

附图说明：

(1)图1是化合物的核磁共振氢谱图。

(2)图2荧光探针与铬离子(Ⅲ)混合前后，荧光探针最大发射波长处荧光强度随时间变化情况(横坐标为时间，纵坐标为荧光强度)。

(3)图3荧光探针与铬离子(Ⅲ)混合前后，荧光探针最大发射波长处荧光强度随pH变化情况(横坐标为pH，纵坐标为荧光强度)。

(4)图4是化合物对不同金属离子的紫外吸收光谱图(横坐标为吸收波长，纵坐标为吸收强度)。

(5)图5是化合物的对金属离子选择性的荧光谱图(横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度)。

(6)图6是化合物对不同铬离子(Ⅲ)浓度的荧光响应的关系曲线(横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度)。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明的技术方案，以下通过具体的实施例作进一步详细叙述。

实施例1

称取3-甲基吡唑0.82g(10mmol)，碳酸钾2.32g(16.8mmol)，溶于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中。在100℃恒温搅拌下反应，向混合溶液中加入对氟苯甲醛1.24g(10mmol)，继续反应16h，冷却到室温,过滤，萃取，柱色谱分离，减压浓缩，用温水洗涤，用乙醚重结晶，于50℃下真空干燥8h，即得3-甲基吡唑基苯甲醛。

称取3-甲基吡唑基苯甲醛0.93g(5mmol)，4-氨基安替比林1.01g(5mmol)，溶入4mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的10mL的单口烧瓶中。向上述混合溶液中加入冰醋酸0.12g(2mmol)，在80℃恒温搅拌下反应4h，冷却至室温，加入100ml的去离子水，过滤得到白色粉末状固体，用甲醇重结晶提纯，于50℃下真空干燥8h，即得最终产品化合物(3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱)。产率：91％。

实施例2

称取3-甲基吡唑0.82g(10mmol)，碳酸钾2.32g(16.8mmol)，溶于15mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中。在110℃恒温搅拌下反应，向混合溶液中加入对氟苯甲醛3.1g(25mmol)，继续反应16h，冷却到室温,过滤，萃取，柱色谱分离，减压浓缩，用温水洗涤，用乙醚重结晶，于50℃下真空干燥8h，即得3-甲基吡唑基苯甲醛。

称取3-甲基吡唑基苯甲醛0.186g(1mmol)，4-氨基安替比林0.202g(1mmol)，溶入5mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的10mL的单口烧瓶中。向上述混合溶液中加入冰醋酸0.30g(5mmol)，在85℃恒温搅拌下反应4h，冷却至室温，加入100ml的去离子水，过滤得到白色粉末状固体，用甲醇重结晶提纯，于50℃下真空干燥8h，即得最终产品化合物(3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱)。产率：85％。

实施例3

称取3-甲基吡唑1.64g(20mmol)，碳酸钾5.53g(40mmol)，溶于30mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中。在120℃恒温搅拌下反应，向混合溶液中加入对氟苯甲醛1.61g(13mmol)，继续反应18h，冷却到室温,过滤，萃取，柱色谱分离，减压浓缩，用温水洗涤，用乙醚重结晶，于50℃下真空干燥8h，即得3-甲基吡唑基苯甲醛。

称取3-甲基吡唑基苯甲醛0.186g(1mmol)，4-氨基安替比林1.01g(0.5mmol)，溶入4mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的10mL的单口烧瓶中。向上述混合溶液中加入冰醋酸0.12g(2mmol)，在80℃恒温搅拌下反应4h，冷却至室温，加入100ml的去离子水，过滤得到白色粉末状固体，用甲醇重结晶提纯，于50℃下真空干燥8h，即得最终产品化合物(3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱)。产率：83％。

实施例4

称取3-甲基吡唑0.82g(10mmol)，碳酸钾4.15g(30mmol)，溶于25mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中。在90℃恒温搅拌下反应，向混合溶液中加入对氟苯甲醛2.48g(20mmol)，继续反应18h，冷却到室温,过滤，萃取，柱色谱分离，减压浓缩，用温水洗涤，用乙醚重结晶，于50℃下真空干燥8h，即得3-甲基吡唑基苯甲醛。

称取3-甲基吡唑基苯甲醛0.186g(1mmol)，4-氨基安替比林0.404g(2mmol)，溶入4mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的10mL的单口烧瓶中。向上述混合溶液中加入冰醋酸0.1g(3mmol)，在80℃恒温搅拌下反应4h，冷却至室温，加入100ml的去离子水，过滤得到白色粉末状固体，用甲醇重结晶提纯，于50℃下真空干燥8h，即得最终产品化合物(3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱)。产率：85％

实施例5

称取3-甲基吡唑0.82g(10mmol)，碳酸钾5.53g(40mmol)，溶于40mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中。在115℃恒温搅拌下反应，向混合溶液中加入对氟苯甲醛3.72g(30mmol)，继续反应19h，冷却到室温,过滤，萃取，柱色谱分离，减压浓缩，用温水洗涤，用乙醚重结晶，于50℃下真空干燥8h，即得3-甲基吡唑基苯甲醛。

称取3-甲基吡唑基苯甲醛1.86g(10mmol)，4-氨基安替比林3.04g(15mmol)，溶入4mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的10mL的单口烧瓶中。向上述混合溶液中加入冰醋酸0.24g(4mmol)，在80℃恒温搅拌下反应4h，冷却至室温，加入100ml的去离子水，过滤得到白色粉末状固体，用甲醇重结晶提纯，于50℃下真空干燥8h，即得最终产品化合物(3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱)。产率：89％。

实施例6

称取3-甲基吡唑0.82g(10mmol)，碳酸钾5.53g(40mmol)，溶于45mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的100mL的四口烧瓶中。在110℃恒温搅拌下反应，向混合溶液中加入对氟苯甲醛3.72g(30mmol)，继续反应19h，冷却到室温,过滤，萃取，柱色谱分离，减压浓缩，用温水洗涤，用乙醚重结晶，于50℃下真空干燥8h，即得3-甲基吡唑基苯甲醛。

称取3-甲基吡唑基苯甲醛1.86g(10mmol)，4-氨基安替比林1.82g(9mmol)，溶入4mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加入到装有温度计、搅拌装置的10mL的单口烧瓶中。向上述混合溶液中加入冰醋酸0.36g(6mmol)，在80℃恒温搅拌下反应4h，冷却至室温，加入100ml的去离子水，过滤得到白色粉末状固体，用甲醇重结晶提纯，于50℃下真空干燥8h，即得最终产品化合物(3-甲基吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱)。产率：86％。

最终产品化合物核磁分析(核磁谱图见附图1)：

本发明所述铬离子(Ⅲ)离子荧光探针的用途

实验例1

取实施例1制备的3-吡唑基苯甲醛缩4-氨基安替比林席夫碱溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，制成1×10^-3mol/L储备液，取Pb(NO₃)₂制成1×10^-3mol/L的铬离子(Ⅲ)储备液。从储备液中各取出1mL加入到100mL量瓶中，用N,N-二甲基甲酰胺溶液定容，检测最大荧光发射波长处荧光探针荧光强度随时间变化情况(结果见附图2)；

如图2所示，荧光探针与铬离子(Ⅲ)混合后荧光强度增加很快，6min之后变化很小，几乎形成了一个平台，表明反应基本完成。探针本身在测试的16min之内没有明显的变化，因此最佳检测时间为6min。与文献报道的大部分铝离子荧光探针相比，探针能够更快速地检测铬离子(Ⅲ)，在实时检测上具有较大的优势。

实验例2

利用N,N-二甲基甲酰胺做溶剂分别配制了不同pH值的化合物与金属离子的1:1混合溶液，探索研究了化合物与Cr³⁺在不同pH值条件下的实验(结果见附图3)。从图3中我们可以看出化合物在pH2～12之间都具有很强的荧光性，这表明探针具有很强的环境适应性，可以适用于各种pH环境下的检测。从图中我们可以看出制备的荧光探针在pH6.0～9.0是趋于稳定的，这表明这种探针适用于类似生物体环境的检测，在未来人体检验Cr³⁺检测方面具有潜在的应用价值。

实验例3

利用N,N-二甲基甲酰胺做溶剂分别配制1.0×10^-5mol/L的化合物与金属离子的1:1混合溶液。测试化合物与金属离子溶液的紫外吸收光谱(结果见附图4)，我们发现当溶液中加入等当量的Al³⁺,Ba²⁺,Cu²⁺,Cr³⁺,Fe²⁺,Ni²⁺,Pb²⁺和Zn²⁺后，荧光光谱没有较明显的变化，只有加入Cr³⁺后，紫外光谱才产生了一定程度的增强，所以所合成的荧光探针对于铬离子(Ⅲ)有较好的选择性。

实验例4

取经过纯化处理的化合物，利用N,N-二甲基甲酰胺溶解、稀释，配置成1.0×10^-5mol/L的样品溶液。利用紫外可见分光光度计测定样品的紫外吸收光谱图，根据测得的化合物的最大紫外吸收波长，利用F-4600荧光分光光度计测定化合物的荧光激发波长，并测定化合物的荧光光谱。然后向溶液中分别加入等当量的不同金属离子Al³⁺,Ba²⁺,Cu²⁺,Cr³⁺,Fe²⁺,Ni²⁺,Pb²⁺和Zn²⁺，测定在各金属离子存在下，荧光探针分子的荧光发射光谱(结果见附图4)；

我们发现该化合物在没有金属离子加入时，本身的荧光强度是非常弱的，以至于很难在图中被观察到，但是当溶液中加入等当量的Al³⁺,Ba²⁺,Cu²⁺,Pb²⁺,Fe²⁺,Ni²⁺和Zn²⁺后，荧光光谱均有了一定程度的增强，并且只有当加入Cr³⁺后，荧光光谱才产生了非常显著的增强，这一特点对于我们快速识别金属铬离子(Ⅲ)具有重要意义，所合成的荧光探针对于铬离子(Ⅲ)有较好的选择性。

实验例5

取经过纯化处理的化合物，利用N,N-二甲基甲酰胺溶解、稀释，配置成1.0×10^-5mol/L的样品溶液。然后用N,N-二甲基甲酰胺溶液分别配置不同浓度的铬离子(Ⅲ)标准溶液，浓度分别是：1.0×10^-6mol/L，1.0×10^-7mol/L，1.0×10^-8mol/L，1.0×10^-9mol/L，测定了溶液的荧光发射光谱(结果附图6)。如图6所示，我们发现当铬离子(Ⅲ)浓度为1.0×10^-9mol/L时，依然有较强的荧光强度，说明荧光探针对铬离子(Ⅲ)具有非常高的灵敏度，可以在浓度非常低的情况下检测铬离子(Ⅲ)，荧光探针的检测限已达到纳米级。