水楊醛席夫堿功能化熒光素化合物的合成

郭冰苑　趙崗　光善儀　徐洪耀

摘 要：以對氨基苯甲酸甲酯和水合肼為原料，經(jīng)酰胺化反應(yīng)制得對氨基苯甲酸甲酰胺與水楊醛還原氨化反應(yīng)生成水楊醛類席夫堿1，化合物1在丙酮溶劑中與三聚氯氰親核取代得到一縮產(chǎn)物對氨基苯甲酰水楊醛肼腙三嗪產(chǎn)物2，然后以熒光素和水合肼的合成產(chǎn)物熒光素酰肼3與化合物2在四氫呋喃溶液中45～50 ℃反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物二縮產(chǎn)物熒光素酰肼三嗪水楊醛席夫堿4，并通過IR與1H NMR對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

關(guān) 鍵 詞：水楊醛；熒光素；席夫堿；合成

中圖分類號(hào)：TQ 201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2017）07-1284-03

Synthesis of Salicylaldehyde Schiff Base Functionalized Fluorescein Compounds

GUO Bing-yuan1， ZHAO Gang2， GUANG Shan-yi1*， XV Hong-yao2

（1. College of Chemistry，Chemical Engineering and Biotechnology， Donghua University， Shanghai 201620， China；

2. College of Materials Science and Technology， Donghua University， Shanghai 201620， China）

Abstract： Schiff base（1） was prepared by reductive ammoniation reaction of salicylaldehyde and aminobenzoic acid formamide which was synthesized by amidation reaction of methyl p-aminobenzoate and hydrazine hydrate. The Schiff base（1） reacted with cyanuric chloride in acetone solvent to obtain condensed product， p-aminobenzoatesalicylaldehyde hydrazine triazine （2）. Fluorescein and hydrazine hydrate were used as raw materials to obtain the fluorescein hydrazide （3） by static ring-closing reaction. Compound （2） further reacted with compound （3） in tetrahydrofuran at 45～50 °C to obtain target product， Schiff base（4）. Its structure was characterized by IR， 1H NMR.

Key words： Salicylaldehyde； Fluorescein； Schiff base； Synthesis

熒光素及其衍生物屬于呫噸類熒光探針[1]。由于熒光素都存在苯環(huán)間氧橋使分子具有大的剛性共平面結(jié)構(gòu)，使其具有良好的光譜性質(zhì)，如較大的摩爾吸光系數(shù)、可見光區(qū)內(nèi)較長的激發(fā)和發(fā)射波長、光穩(wěn)定性強(qiáng)以及高熒光量子產(chǎn)率等，具有很高的研究和商業(yè)價(jià)值[2，3]。故以熒光素為母體，引入不同的官能團(tuán)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾被用于廣泛研究。席夫堿是由活潑羰基與氨基縮合而來的一類有機(jī)化合物[4]。由于其C=N基團(tuán)的雜化軌道上的N原子含有孤對電子，具有好的配位能力，能以氮、氧原子進(jìn)行配位與過渡金屬形成復(fù)雜的化合物，其結(jié)構(gòu)又非常接近生物體系，此外席夫堿左右都可引入各類功能基團(tuán)使其在應(yīng)用上具有多樣性，在分析化學(xué)、藥物化學(xué)、催化劑等領(lǐng)域都有很好的性能[5]。而水楊醛類席夫堿化合物是具有席夫堿的優(yōu)良性質(zhì)擁有良好的配位性，能與金屬配合。同時(shí)具有水楊醛的優(yōu)良性質(zhì)具有變色性能，與其獨(dú)特的互變異構(gòu)特性，逐漸成為研究的熱點(diǎn)[6]。

三聚氯氰具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)特性，含氮的的六元雜環(huán)上的 3 個(gè)氯原子均具有反應(yīng)活性且具有活性程度不同，可通過控制反應(yīng)溫度和pH，實(shí)現(xiàn)分步進(jìn)行反應(yīng)[7-9]，因此可作為橋基連接熒光素與水楊醛席夫堿。

本文以對氨基苯甲酸甲酯和水合肼為原料，經(jīng)酰胺化反應(yīng)后，再與水楊醛還原氨化反應(yīng)得到水楊醛類席夫堿1；化合物1在丙酮溶劑中與三聚氯氰經(jīng)縮合取代得到一縮產(chǎn)物對氨基苯甲酰水楊醛肼腙三嗪2；以熒光素和水合肼為原料，經(jīng)靜閉環(huán)反應(yīng)制得熒光素酰肼3，化合物2進(jìn)一步在四氫呋喃中與化合物3在45～50 ℃發(fā)生取代反應(yīng)生成二縮產(chǎn)物熒光素酰肼三嗪水楊醛席夫堿4，其結(jié)構(gòu)通過IR與1HNMR進(jìn)行表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Bruker Avance 400型核磁共振儀（DMSO-d6為溶劑，TMS 為內(nèi)標(biāo)）；Nicolet 6700 型傅里葉變換紅外光譜儀（KBr壓片）。

化合物1和2參考文獻(xiàn)[7，8]方法合成；所用試劑均為分析純。

1.2 合成

1.2.1 熒光素酰肼（3）的合成

參考文獻(xiàn)[9]稱取1. 00 g熒光素置于100 mL圓底燒瓶中，加入30 mL無水乙醇使其溶解，然后向其中滴加 3. 0 mL 水合肼，攪拌回流 8 h，停止反應(yīng)并冷卻，經(jīng)旋蒸去除溶劑，再用甲醇重結(jié)晶，干燥后得灰白色固體粉末0. 74 g，產(chǎn)率 71%。

1.2.2 熒光素酰肼三嗪水楊醛席夫堿（4）的合成

將69.68 mg （0.2 mmol）熒光素酰肼（3）溶于10.0 mL的THF中，用磁力攪拌器攪拌使其溶解。并在油浴中加熱至40～45 ℃，用15.0 mL的THF 80.64 mg（0.2 mmol）對氨基苯甲酰水楊醛肼腙三嗪（2）溶解，倒入滴液漏斗中，并緩慢滴加到三口燒瓶中，攪拌1 h，用滴液漏斗將0.085 g（1 mmol） NaHCO3溶液逐滴加入。反應(yīng)3 h后，抽濾，除去部分溶劑，在緩慢滴加到200.0 mL的石油醚中，得到白色沉淀，抽濾，重復(fù)三次，放入40 ℃的真空干燥箱里烘干至恒重，得到白色固體粉末分子熒光素酰肼三嗪水楊醛席夫堿，產(chǎn)率69.0%。FTIR（KBr）：=3 440 cm-1（OH）；3290 cm-1（NH）；1 670 cm-1（C=O）；2 960 cm-1，1 610 cm-1，1 550 cm-1（Ar-H）；1 170 cm-1，1 110 cm-1（C=N）； 806 cm-1（-Cl）1H-NMR（400 MHz， DMSO， ppm）： 6.20～ 6.35（2H，m），6.40～6.45（1H，s），6.50～6.60（1H，m），6.80～6.85（2H，s），6.90～6.97（1H，m），7.36～7.45（3H，m），7.60～7.66（2H，m），7.76～7.80（1H，m），7.94～8.01（2H，m），9.80（3H，s），11.52（1H，s）。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

在進(jìn)行三聚氯氰的一縮反應(yīng)時(shí)的溫度對反應(yīng)有較大的影響，一縮反應(yīng)時(shí)控制在0～5 ℃下進(jìn)行。保證體系無水且N2保護(hù)[10，11]。為了保證4-氨基水楊醛苯甲酰肼腙能完全反應(yīng)，三聚氯氰需過量5%～10%。一縮反應(yīng)的時(shí)間會(huì)根據(jù)氨基化合物活性的不同，反應(yīng)時(shí)間一般控制在1～3 h。進(jìn)行二縮反應(yīng)時(shí)，因三聚氯氰第二個(gè)氯原子的反應(yīng)活潑性相對比較惰性，二縮反應(yīng)時(shí)的溫度需適當(dāng)提高。控制在40～45 ℃，反應(yīng)時(shí)間一般控制在2～6 h。而第三個(gè)氯的反應(yīng)溫度在80～100 ℃下活化，在得到化合物4后，要在低溫真空干燥箱中烘干（圖1）。

2.2 表征

對氨基苯甲酰水楊醛肼腙三嗪2與熒光素酰肼3取代反應(yīng)得到熒光素酰肼三嗪水楊醛席夫堿4。通過IR分析說明，4對比3的紅外光譜圖來看，由于水楊醛席夫堿的接入使原本羰基的C=O伸縮振動(dòng)1 690 cm-1處移動(dòng)至1 700 cm-1；由于三嗪環(huán)接入使1 510、1 450 cm-1處共軛芳香環(huán)的骨架振動(dòng)移動(dòng)至1 560、1 440；1 230 cm-1處為水楊醛席夫堿的C-N鍵的特征吸收峰，接入3后的4紅外圖譜中，由于OH的接入使3 430 cm-1處峰強(qiáng)度相對更強(qiáng)更寬。由于分子結(jié)構(gòu)整體共軛性的增強(qiáng)，同時(shí)誘導(dǎo)作用推拉電子向高波數(shù)移動(dòng)（圖2）。

通過1HNMR分析表明，4對比3的核磁譜圖來看，4在δ11.40、δ9.19、δ8.66、δ7.98、δ7.26處相比于3產(chǎn)生以上這些新的化學(xué)位移，主要是由于2與3發(fā)生取代反應(yīng)得到的4既具有熒光素酰肼的特征峰，也具有對氨基苯甲酰水楊醛肼腙三嗪的特征峰（圖3）。

3 結(jié) 論

成功合成以熒光素酰肼和對氨基苯甲酰水楊醛肼腙在三聚氯氰為橋基的新型功能性化合物。該反應(yīng)條件溫和，通過控制反應(yīng)溫度與計(jì)量比使產(chǎn)物易純化且產(chǎn)率高，為類似化合物的合成可提供借鑒。

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科學(xué)家警告：遏制二氧化碳排放只剩三年時(shí)間

英國《自然》雜志日前發(fā)表評論文章稱，全球60多位著名科學(xué)家、商業(yè)領(lǐng)袖、政策領(lǐng)導(dǎo)人等警告說，我們只有3年時(shí)間可以扭轉(zhuǎn)全球二氧化碳排放形勢。7月7日至8日即將在漢堡召開的G20峰會(huì)前夕，科學(xué)家們?yōu)榕まD(zhuǎn)全球碳排放形勢提出6個(gè)里程碑，“以免為時(shí)已晚”。

評論文章作者認(rèn)為，雖然面臨一定阻力，如美國總統(tǒng)特朗普宣布美國將退出巴黎氣候協(xié)定，但是全球已經(jīng)蓄力待發(fā)，向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變是不可避免的。

全球因燃燒化石燃料而排放的二氧化碳在經(jīng)歷了幾十年的增長后，在過去的3年里穩(wěn)定了下來，這是一個(gè)良好的跡象，表明為緩解氣候變化所制定的政策、所做的投資正在取得成效。但是，我們還要加快步伐。“事關(guān)氣候變化，時(shí)間就是一切。”文章聯(lián)署者們寫道，如果二氧化碳排放量每年持續(xù)增長，至2020年以后，即使保持持平，巴黎協(xié)定設(shè)定的溫度控制目標(biāo)也幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的。

聯(lián)合國氣候變化框架公約前負(fù)責(zé)人克里斯蒂安娜·菲格雷斯及其他共同作者，此次提出了2020年的減排里程碑，共涉及6個(gè)板塊——能源、基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、土地使用、產(chǎn)業(yè)和金融，這些領(lǐng)域有望在減排方面快速取得重大突破。他們呼吁參加G20峰會(huì)的各國領(lǐng)導(dǎo)人，將2020年作為大力推進(jìn)氣候變化工作的關(guān)鍵年，并支持金融機(jī)構(gòu)制定完全去碳化的策略。

克里斯蒂安娜·菲格雷斯也是此次“2020任務(wù)”（Mission 2020）的召集人。該任務(wù)是一個(gè)涉及范圍廣泛的活動(dòng)，希望各方立即行動(dòng)起來，確保到2020年碳排放量開始下降。