新型2-吡啶苄基胺类罗丹明基活性小分子探针的合成

2020-04-10易春雪光善仪徐洪耀

合成化学 2020年3期

易春雪,赵岗,光善仪*,徐洪耀

(1.东华大学 a.化学化工与生物工程学院；b.材料科学与工程学院，上海 201620)

罗丹明类染料因为良好的荧光特性，比如较大摩尔吸光系数、可见光区内较长的激发和发射波长、强的光稳定性、高荧光量子产率以及螺环和开环的互变分子结构导致的荧光性能差异等而常被作为荧光基团[1-4]。三聚氯嗪分子中有3个活泼的氯原子，在很多探针制备过程中被用作活性基团，可分级取代形成各种不同性质和用途的衍生物[3-5]。

2-吡啶苄基胺及酰胺环上的氨基均可作为电子的给予体来提供电子对，进而和多种金属离子配位生成金属离子螯合物，从而实现对重金属离子的配位识别。目前研究人员已经设计并合成了多种以吡啶及其衍生物为识别基团的金属离子荧光探针。2014年，Sheng等[6]合成了含有1%甲醇的水溶性罗丹明-2-吡啶苄基胺类荧光探针，用于Fe3+的检测；Hou等[7]合成了以香豆素为荧光基团的2-吡啶苄基胺类Cu2+荧光探针。这类探针拓宽了配位化学的研究领域，使得吡啶类衍生物在荧光分析中得到了快速的发展[8-10]。

Scheme 1

本文以罗丹明B和乙二胺为原料，经缩合反应制得罗丹明酰乙二胺(1,Rhb)；然后在无水THF中，1与三聚氯嗪的活性氯原子发生亲核取代反应，得到罗丹明酰乙二胺-三聚氯嗪化合物(2,Rhbc)；最后在氮气氛下，化合物2与N,N-二甲基吡啶胺反应生成一种新型双(2-吡啶苄基)胺罗丹明基活性小分子探针(3,Rhbd,Scheme 1)，其结构经1H NMR、IR、HR-MS和元素分析表征。通过实验发现，该探针可以识别Fe3+。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

SGWX-4型熔点仪；Bruker AVANCE/DMX 600 MHz型核磁共振仪(氘代氯仿为溶剂，TMS为内标)；Nicolet 8700型傅里叶变换红外光谱仪(KBr压片)；VARIAN 310型四极杆质谱仪。

1[8-12 ]和2[13-15]按文献方法合成；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 3的合成

氮气保护下，在250 mL三口烧瓶中加入N,N-二甲基吡啶胺0.12 g(0.6 mmol)，K2CO30.17 g(1.2 mmol)和无水THF 10 mL，控制温度为40～45 ℃,搅拌下滴加2300 mg(0.57 mmol)的无水THF(50 mL)溶液，滴毕(30 min)，搅拌下反应15 h(TLC跟踪)。过滤，滤液旋蒸除溶，残余物经硅胶柱层析(展开剂:乙酸乙酯/石油醚,V/V=1/4)纯化得淡粉红色固体30.11 g,产率63.3%;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:1.16(t,J=7.0 Hz,12H),3.16～3.17(m,J=6.8 Hz,2H),3.32(q,J=7.0 Hz,8H),3.28～3.29(m,J=6.8 Hz,2H),4.92(s,4H),6.33～7.32(m,6H),7.05～7.07(m,2H),7.44～7.45(m,1H),7.63～7.64(m,1H),7.76～7.77(m,2H),7.73～7.74(m,1H),7.87～7.88(m,1H),8.44～8.46(d,J=8.0 Hz,2H),8.50～8.51(m,2H),11.02(s,1H);13C NMR(400 MHz,CDCl3)δ:12.9,25.4,45.8,47.1,47.4,62.4,97.7,106.5,111.3,119.6,128.0,128.8,128.9,127.7,132.3,139.2,140.6,151.3,160.6,162.8,165.4,167.9,168.1,169.3,172.4,175.3,183.4;HR-MS(ESI)m/z:Calcd for C45H47N10O2ClK{[M+K]+}794.4012,found 794.4021;Anal.calcd for C45H47N10O2Cl:C 67.78,H 6.19,O 4.01,N 17.57,found C 67.77,H 6.20,O 4.03,N 17.56。

2 结果与讨论

2.1 合成

合成1时，为了提高产物纯度，采用了柱层析分离。合成2时，由于化合物1容易被氧化，反应必须在N2保护下进行。此外，滴加化合物1时速度需要足够慢。最后由于三聚氯嗪的化学性质比较活泼，反应时间不宜过长。在3的合成中，由于N,N-二甲基吡啶胺与2的反应活性不高，通过加热提高反应速度。K2CO3对最终产率有较大影响，用量不宜太多。

2.2 表征

分析1～3的IR谱图(图略)可知，对于化合物1，3436 cm-1处特征峰为NH2的伸缩振动吸收峰，3196 cm-1处特征峰为NH的伸缩振动吸收峰，2980 cm-1和2920 cm-1处特征峰为饱和烷基链的吸收峰，1712 cm-1处特征峰为羰基的伸缩振动吸收峰，1625 cm-1,1552 cm-1,1387 cm-1处特征峰为苯环骨架的振动吸收峰，1106 cm-1处特征峰为C—O单键的振动吸收峰，对于化合物2，813 cm-1处特征峰为三嗪环的吸收峰，对于化合物3，3238 cm-1处特征峰为NH的振动吸收峰，1684 cm-1处特征峰为羰基的伸缩振动吸收峰，1524 cm-1处特征峰为C=N双键伸缩振动吸收峰，1280 cm-1处特征峰为C—N振动吸收峰，1120 cm-1处特征峰为C—O的伸缩振动吸收峰。

分析1～3的1H NMR谱图(图略)可知，受三嗪环的去屏蔽作用影响，2转化为3后，2中靠近三嗪结构苯环上质子特征吸收峰向低场移动，并出现了新的质子吸收峰δ4.92，归属于吡啶环与三嗪环连接的CH2的特征峰，δ8.44和δ8.50均为吡啶环上的质子吸收峰。

2.3 离子检测

图1和图2为探针Rhbd和Fe3+络合物的激发态吸收光谱和荧光发射谱图。由图1可知，激发波长为558 nm，Rhbd和Fe3+络合物在578 nm处呈现出强烈的荧光发射峰。由图2可知，随着时间的延长，络合物的荧光强度不断升高，在11 min时达到稳定。

图3为探针Rhbd对不同金属离子的FL谱图。由图3可见，Rhbd只对Fe3+有响应[16-23]，Rhbd-Fe3+的荧光强度是单纯探针荧光强度的几十倍。除Fe3+之外，Pb2+，Cd2+和Fe2+等离子不能与探针Rhbd络合。根据荧光滴定曲线计算可得其检出限为30 nM。

λ/nm图1 乙腈-水溶液中，探针Rhbd和Fe3+络合物的激发态吸收光谱和荧光发射谱图Figure 1 Excited state absorption spectra and fluorescence emission spectra of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O solution