吡啶基三唑功能化罗丹明化合物的合成

许曼曼, 光善仪*, 赵　岗, 田佳婵, 柯福佑, 徐洪耀

(1. 东华大学 a. 化学化工与生物工程学院 国家染整工程技术研究中心;b. 材料学院与纤维和高分子改性国家重点实验室，上海　201620)



吡啶基三唑功能化罗丹明化合物的合成

许曼曼1a, 光善仪1a*, 赵岗1b, 田佳婵1a, 柯福佑1b, 徐洪耀1b

(1. 东华大学 a. 化学化工与生物工程学院 国家染整工程技术研究中心;b. 材料学院与纤维和高分子改性国家重点实验室，上海201620)

以2-溴甲基吡啶氢溴酸盐和叠氮化钠为原料，合成中间体2-叠氮甲基吡啶(1)；对羟基苯甲醛和溴丙炔经取代反应合成中间体4-(丙-2-炔基丙氧基)苯甲醛(2)； 2与1经点击反应制得关键中间体BPT(3)； 3与罗丹明B酰肼经还原胺化反应得罗丹明类荧光探针，其结构经1H NMR， IR和元素分析表征。

吡啶; 叠氮化钠; 罗丹明; 点击化学; 合成

罗丹明类荧光染料具有摩尔消光系数高、光稳定性好、荧光量子产率高、较长的激发波长和发射波长等优异的光物理和光化学性能，现已成为制备荧光探针的一种理想材料之一[1-3]。同时，罗丹明的内酰胺结构自身并无颜色且不产生荧光发射，当与被分析物络合并被诱导致内酰胺开环时，络合物一般呈粉红色并显现出强烈荧光[4]。三唑环为含有7个氮原子的五元杂环，具有芳香性和丰富的电子，易接受质子和络合金属离子，因而此类化合物可通过配位键、氢键、离子D偶极、阳离子-π、π-π堆积、疏水效应及范德华力等非共价键力形成超分子聚集体，表现出特殊的性能及生物活性，具有广泛的应用前景[5]。点击化学操作简单，反应条件温和[6]。采用点击化学合成三唑，使罗丹明B酰肼具有罗丹明吡啶基三唑结构，灵敏度高、检测性好。

Scheme 1

本文以罗丹明B为荧光染料的母体，以三唑环和吡啶基作为荧光识别基团，中间通过C=N键和苯氧基相连，设计并合成一种新型具有荧光探针性能的罗丹明类染料。即以2-溴甲基吡啶氢溴酸盐和叠氮化钠为原料合成2-叠氮甲基吡啶(1)；同时以对羟基苯甲醛和溴丙炔为原料经取代反应合成4-(丙-2-炔基丙氧基)苯甲醛(2)； 2进一步与1通过点击化学反应制得中间产物BPT(3)。同时，以罗丹明B和水合肼为原料，经闭环反应制得罗丹明B酰肼(4)； 4进一步与3还原胺化反应合成罗丹明类荧光探针(5, Scheme 1),其结构经1H NMR， IR和元素分析表征。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

SGW X-4型数字显微熔点仪；Bruker AV 400型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Nicolet 8700型傅里叶变换红外光谱仪(KBr压片)； 瓦里安VARIAN 310型四极杆质谱仪；德国Elmentar Vario ELⅢ型元素分析仪。

1参照文献[7-9]方法合成；其余所用试剂均为分析纯。

1.2　合成

(1) 2的合成[10]

在三颈瓶中依次加入对羟基苯甲醛0.3 g(0.246 mol)，溴丙炔7.68 mL(0.983 mol)，丙酮150 mL和碳酸钾13.58 g(0.983 mol)，搅拌下回流(80 ℃)反应4 h。冷却至室温，加水37 mL，用CH2Cl2萃取，合并有机层，用无水MgSO4干燥，旋蒸除溶，残余物用蒸馏水重结晶，于40 ℃真空干燥得淡黄色固体2，产率96%， m.p.85～86 ℃；1H NMRδ: 9.87(s, 1H, CHO), 7.70(d,J=8.8 Hz, 2H, ArH), 6.96(d,J=9.0 Hz, 2H, ArH), 4.68(s, 2H, OCH2), 2.51(s, 1H, C≡CH)； FT-IRν: 3 210(C≡CH), 3 070(ArH), 2 836(CH), 2 122(C≡C), 1 668(C=O), 1 603, 1 577, 1 508, 1 453(C=C), 1 250(C—O) cm-1。

(2) 3的合成[11-13]

在三颈瓶中加入2 0.316 4 g(2 mmol)和1 0.264 7 g(2 mmol)， N2保护，依次加入叔丁醇/水(V/V=1/1)30 mL， 5 mol% CuSO4·5H2O和10 mol%抗坏血酸钠，搅拌下于室温反应24 h。用乙酸乙酯萃取，合并有机层，用无水NaSO4干燥，旋蒸除溶得棕色油状物，经柱层析(洗脱剂：A=石油醚/乙酸乙酯=1/1，V/V)纯化得白色固体3，产率70%， m.p.106～107 ℃；1H NMRδ: 9.88(s, 1H, CHO), 8.55(d,J=3.2 Hz, 1H, PyH), 8.30(s, 1H, trizole-H), 7.90(d,J=6.0 Hz, 2H, ArH), 7.84(t,J=8.60 Hz, 1H, PyH), 7.37(t,J=5.8 Hz, 1H, PyH), 7.32(d,J=8.0 Hz, 1H, PyH), 7.26(d,J=8.60 Hz, 2H, ArH), 5.76(s, 2H, CH2), 5.30(s, 2 H, CH2)； FT-IRν： 3 139(C=CH), 3 075 (ArH), 2 847, 2 864(CH), 1 681(C=O), 1 603, 1 577, 1 508, 1 476(C=C), 1 422(PyH), 1 392(CH), 1 254(C=O), 870, 835(C=C) cm-1； Anal. calcd for C15H14O2N4: C 63.84, N 19.86, H 4.96; found C 64.65, N 18.86, H 4.67。

(3) 4的合成[14-16]

在三口烧瓶中加入罗丹明B 1.200 g(2.5 mmol),加入无水乙醇30 mL中溶解，剧烈搅拌下于室温缓慢加入水合肼1 mL(19.8 mmol， 98%),加毕，于(78 ℃)回流反应2 h(溶液由暗红色变为澄清黄色)。冷却至室温，旋蒸除去溶剂和过量水合肼得淡黄色粗产物4。加入50 mL新制1 mol·L-1盐酸(呈粉红色溶液状)，搅拌下缓慢加入 1 mol·L-1NaOH溶液，调至pH 9～10(pH至6时开始有淡粉色絮状沉淀析出)，过滤，滤饼用去离子水洗涤，于40 ℃真空干燥得淡粉红色粉末4， m.p.171～172 ℃；1H NMRδ: 7.94(dd,J=5.4 Hz, 3.3 Hz, 1H, ArH), 7.45(d,J=3.3 Hz, 1H, ArH), 7.43(d,J=3.3 Hz, 1H, ArH), 7.11(dd,J=5.4 Hz, 3.3 Hz, 1H, ArH), 6.48(d,J=9.0 Hz, 2H, xanthene-H), 6.42 (d,J=2.4 Hz, 2H, xanthene-H), 6.29(dd,J=9.0 Hz, 2.4 Hz, 2H, xanthene-H), 3.61(br s, 2H, NH2), 3.34(q,J=7.0 Hz， 8H, NCH2), 1.16(t,J=7.0 Hz, 12H, NCH2)； FT-IRν: 3 424(OH), 3 415(NH2), 2 969 cm-1, 2 928(C—H), 1 696(C=O), 1 615, 1 547, 1 514, 1 374(C=C), 1 357, 1 219, 1 118(C—C), 819, 787, 699 cm-1； Anal.calcd for C28H32N4O2: C 73.68, N 12.28, H 7.02; found C 72.48, N 11.98, H 6.72。

(4) 5的合成[17]

在三颈瓶中加入3 0.147 g(0.5 mmol)和少量乙醇，加热使之溶解；搅拌下缓慢滴加4 0.228 g(0.5 mmol)的乙醇溶液，加几滴冰乙酸，滴毕，升温至80 ℃反应5～6 h。旋蒸除溶，残余物于40 ℃真空干燥得紫红色固体5，产率89%， m.p.199～200 ℃；1H NMRδ: 8.63(d,J=4.8 Hz, 1H, PyH), 8.60(d,J=4.8 Hz, 1H, xanthene-H), 8.01(d,J=7.6 Hz, 1H, ArH), 7.87(t,J=8.4 Hz, 1H, PyH), 7.77(d,J=8.0 Hz, 2H, xanthene-H), 7.69(t,J=8.0 Hz, 1H, ArH), 7.50(t,J=8.0 Hz, 1H, ArH), 7.45(d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 7.28(d,J=8.4 Hz， 1H, PyH), 7.19(d,J=8.0 Hz, 2H, xanthene-H), 7.15(s, 2 H, xanthene-H), 7.12(s, 1 H, triazole-H), 6.90(s, 1H, ArH), 6.88(s, 1H, CH=N), 5.76(s, 2H, CH2), 5.71(s, 1H), 5.65(s, 1H), 5.20(s, 2H, OCH2), 3.75(q,J=7.0 Hz, 8H, NCH2), 1.20(t,J=7.0 Hz, 12H, NCH2)； FT-IRν：2 970(C—H), 1 716(C=O), 1 613, 1 547, 1 514, 1 466(C=C), 1 264(C—O), 1 235, 1 219(C—C)1 118, 1 005, 758(C—H) cm-1； Anal. calcd for C43H44N8O3: C 71.67, N 15.56, H 6.11; found C 71.43, N 16.05, H 6.40。

2　结果与讨论

2.1合成

在1的合成中，由于叠氮化钠不能高温存在，且在摩擦情况下易产生火花而爆炸，所以在反应过程中固体叠氮化钠不能接触金属物质且反应需要在常温下进行。

在2的合成中，加入碳酸钾作为干燥剂和催化剂,取代反应更容易进行,反应几乎剂量进行。

在3的合成中，在N2保护下，加入CuSO4·5H2O和抗坏血酸钠作为催化剂，反应不仅产率高，而且条件温和。

在4的合成中，98%的水合肼使产率更高，用盐酸溶液调至pH 9～10，基于产物溶于酸而不溶于碱，从而达到易于纯化的目的。

在5的合成中，加入2滴冰乙酸使C=O易极化，更容易进行缩合反应。

2.2表征

(1)1H NMR

在2的1H NMR谱中，δ4.68和δ2.51处吸收峰分别为CH2和C≡CH的特征峰，说明对羟基苯甲醛上的羟基和对溴丙炔发生了取代反应。2转化为3后，δ5.76处吸收峰为CH2(介于三唑环和吡啶环之间)的特征峰；δ5.30处吸收峰是与氧相邻的CH2的特征峰，由于三唑的去屏蔽作用影响向低场方向移动了0.62；δ8.30和δ8.55处吸收峰为CH的质子峰的特征峰，说明发生了点击化学反应。在4中，δ3.62处吸收峰为NH2的质子特征峰说明合成了罗丹明酰肼。5中δ14.37和δ10.05处吸收峰分别为NH的和亚胺(N=CH)质子特征峰(δ10.05)，说明NH2与醛基发生了反应。

(2) IR

3 210 cm-1和2 122 cm-1处吸收峰为C≡CH末端炔氢的伸缩振动吸收峰以及C≡C的伸缩振动吸收峰，1 250 cm-1处的吸收峰属于C—O的伸缩振动峰，说明2的生成。经过点击反应合成3后， 3 139 cm-1， 1 577 cm-1和1 422 cm-1处的吸收峰分别为烯烃类碳碳双键上C—H的伸缩振动峰，1 577 cm-1和1 422 cm-1处的吸收峰为吡啶环上的振动峰。870 cm-1， 835 cm-1代表苯环C=C上的倍频峰体现三唑环的形成。4中，1 696 cm-1和1 615 cm-1处为酰胺吸收峰，且发生了位移，3 415 cm-1处吸收峰是NH2的伸缩振动峰。5中，1 514 cm-1处的强吸收峰说明有C=N的键的生成，1 696 cm-1和1 615 cm-1处峰位移到1 716 cm-1和1 613 cm-1。

成功合成了一种以罗丹明B为荧光染料的母体，三唑环和吡啶基作为荧光识别基团，中间通过C=N键和苯氧基相连的新型罗丹明类荧光探针。该方法反应条件温和，产品易纯化，制备步骤简单，产率较高，为类似化合物的合成提供借鉴，三唑环具有的特殊性能为进一步研究其生物活性做参考。

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Synthesis of Pyridyl Triazole Functionalized Rhodamine Compounds

XU Man-man1a,GUANG Shan-yi1a*,ZHAO Gang1b,TIAN Jia-chan1a,KE Fu-you1b,XU Hong-yao1b

(a. College of Chemistry, Chemical and Biological Engineering and national dyeing and finishing engineering technology research center; b. College of materials and polymer modified National Key Laboratory, 1. Donghua University, Shanghai 201620， China)

2-(Azidomethyl)pyridine(1)was prepared by using 2-bromomethyl pyridine hydrobromide and sodium azide as raw materials. 4-(Ethynyloxy)benzaldehyde(2) was prepared by substitution reaction of hydroxy benzaldehyde with bromine propiolic. The intermediate, 4-{[1-(pyridin-2-ylmethyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl] methoxy} benzaldehyde(3), was prepared by click reaction of 2 with 1.Rhodamine fluorescent probe was synthesized by reductive amination of 3 with rhodamine hydrazine.The structure was characterized by1H NMR, IR and elemental analysis.

pyridine; sodium azide； Rhodamine; click chemistry; synthesis

2015-12-01;

2016-07-25

国家自然科学基金资助项目(21271040; 21171034)

许曼曼(1990-)，女，汉族，安徽六安人，硕士研究生，主要从事荧光探针的设计与合成研究。E-mail: 15026505605@163.com

光善仪，教授， Tel. 021-67792435, E-mail: syg@dhu.edu.cn

O621.3

ADOI： 10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.09.15397