新试剂2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺的合成及铜(Ⅱ)的测定研究

2020-06-19汪大巍操燕明

化学研究 2020年1期

汤军，汪大巍，操燕明

(武汉华夏理工学院生物与制药工程学院，湖北武汉 430223)

铜是工业上广泛应用的金属，在环境中分布很广. 铜也是人体及动植物所必需的微量元素，对机体的新陈代谢有重要的调节作用，但过量摄入铜亦会产生危害[1]. 过量铜对水生生物的危害较大，其毒性与形态有关，游离铜离子的毒性比络合态的铜大得多，因此研究铜的分析方法一直受到人们关注[2]. 光度法测定铜的试剂很多[3]，有荧光酮类、安替比林类、变色酸偶氮类、卟啉类、三氮烯类显色剂，但是偶氮类试剂较少.

联苯胺曾经是重要的染料中间体[4]，其两个氨基均可重氮化，可与各种偶合组分进行对称和不对称偶合，制成各种色泽的多偶氮染料. 其合成简单，价格低廉，着色浓厚，遮盖力强，使用范围广. 但联苯胺类染料严重的致癌性已成为主要矛盾，其代用染料的研究非常活跃. 代用染料研究的方向首先是要考虑合成的产品是安全染料[5]，不会分解和产生禁用中间体；其代用品在性能、效果上要予以保证[6].

本文以研究开发环境友好型染料代替致癌性试剂为目标，以二氨基苯甲酰替胺代替联苯胺，设计合成了新的显色试剂2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺(2-NATDAB)，研究了其与铜(II)的显色反应，确立了2-NATDAB测定Cu(Ⅱ)含量的方法，测定了废水中Cu(Ⅱ)的含量.

1 实验部分

1.1 主要仪器

BRUKE AVANCE 500型核磁共振仪(瑞士BRUKE公司)，UV-2550紫外-可见分光光度计(日本岛津公司)，pHS-3B精密pH计(上海精密科学仪器有限公司).

1.2 2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺的合成

以4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺、2-萘酚和N-乙酰-L-酪氨酸为原料，采用重氮化偶合反应，合成了一种新型的4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺偶氮试剂2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺(2-NATDAB)，合成路线见图1.

图1 2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺的合成路线Fig.1 Synthetic route of 2-NATDAB

称取4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺2.3 g (0.01 mol)于三口烧瓶，加入20 mL水，6 mL浓HCl，搅拌加热使其溶解，外加冰水浴使三口烧瓶温度保持在0～5 ℃. 另取1.38 g NaNO2溶于4 mL水冷却，将其溶液慢慢滴入上述溶液，滴加的过程中确保三口烧瓶温度不得超过10 ℃，滴加完后，等待反应30 min，溶液变为棕红色，pH测试为1～2. 用淀粉KI试纸检测，显示为淡蓝色.

另取1.44 g 2-萘酚溶于10 mL 10% NaOH溶解，用NaOH控制pH为10左右. 立刻加入上述重氮盐溶液，控制pH为8～10左右，反应30 min，然后将乙酰酪氨酸2.22 g溶于20 mL乙醇中，再滴加到上述单偶氮体系中，控制pH为8～10左右，温度控制在10 ℃以内，室温再反应2 h，然后盐析，过滤，干燥.

将固体溶于二氯甲烷进行重结晶，冷却,抽干，烘干，最后得成品.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6)δ： 10.61(1H, -COOH),10.30 (1H, -OH), 8.77～6.86 (18H, Ar-H), 3.97(1H, -NH), 3.02 (1H, -CH), 1.76 (3H, -CH3).13C NMR (75 MHz, CDCl3)δ： 177.0 (-COOH), 170.9 (-NHCO), 165.2 (-COCH3)， 150.6 (苯), 148.7(苯),139.6 (苯),136.0 (苯), 132.0 (苯，萘)，129.2 (苯，萘),124.1 (苯，萘), 117.9 (苯)，59.3 (CHCOOH), 36.7 (-CH2CH), 18.0 (1C, -CH3). EI-MS：m/z， 618(M+2)+，617(M+1)+，616(M)+. 元素分析，C18H18ClN3O4，实测值(计算值)，%：C 66.12 (66.23),H 4.55 (4.58)，N 13.10 (13.62)，O 16.23 (15.57).

1.3 主要试剂

N-乙酰-L-酪氨酸按文献[7]方法合成，其余所用化学试剂均为分析纯或化学纯.

1.3.1 Cu(Ⅱ)标准溶液

称取0.25 g硝酸铜用蒸馏水定容到100 mL容量瓶中，然后取2.5 mL稀释到25 mL,配成1×10-5mol/L的工作液.

1.3.2 表面活性剂

十二烷基苯磺酸钠(SDBS)配成质量分数为0.5%的水溶液；聚乙二醇辛基苯基醚(OP)，吐温-80(Tween-80)均配成体积分数为5%的水溶液.

1.3.3 缓冲溶液

按照标准配置方法配制成0.2 mol/L磷酸氢二钠溶液和0.1 mol/L柠檬酸溶液，然后用上述溶液配制成pH为2～8的一系列缓冲溶液；取氯化铵5.4 g，加水20 mL溶解后，加浓氯溶液35 mL，再加水稀释至100 mL，即得氨-氯化铵缓冲液(pH 10.0)；取50 mL 0.05 mol/L磷酸氢二钠和4.1 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液即得pH为11的缓冲溶液；取50 mL 0.05 mol/L磷酸氢二钠和26.9 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液即得pH为12的缓冲溶液；

1.3.4 试剂溶液

称取0.6 g 2-NATDAB试剂，用N,N-二甲基甲酰胺定容到100 mL容量瓶中，再取2.5 mL稀释到25 mL,配成1×10-5mol/L显色剂溶液.

1.4 实验方法

在25 mL容量瓶中，准确加入一定量的金属离子标准溶液，然后依次加入一定量体积分数为5% OP溶液、一定pH的缓冲溶液和一定量质量分数的试剂溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置一定时间后，用1 cm石英比色皿，在最大吸收波长处，以试剂空白为参比测量吸光度.

2 结果与讨论

2.1 紫外可见吸收光谱

图2 试剂络合物的吸收光谱Fig.2 UV spectrum of 2-NATDAB and Cu(Ⅱ) complex

2.2 表面活性剂的选择

分别用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、非离子表面活性剂Tween、OP作增溶增敏剂，测试试剂与Cu(Ⅱ)的配合物吸光度，见图3，实验结果表明非离子表面活性剂OP的增溶增敏效果最好. 故本实验采用OP作为表面活性剂.

图3 表面活性剂的选择Fig.3 UV spectrum of 2-NATDAB and Cu(Ⅱ) complex with various surfactants

2.3 表面活性剂的用量

取不同用量OP溶液，测试不同用量下的Cu(Ⅱ)的配合物吸光度，实验结果如图4所示.

图4 OP用量对显色体系吸光度的影响Fig.4 Influence of OP dosage on absorbance of system

OP的较佳用量范围在2.5～4.5 mL,故本实验时选择体积分数为5%的OP 4.0 mL.

2.4 pH的影响

在配合物最大吸收波长处测定了不同pH下各金属离子配合物的吸光度，见图5.

图5 pH值对显色体系吸光度的影响Fig.5 Influence of pH on absorbance of system

由图可知，较佳的pH范围是5～9，本实验选择pH=6的缓冲溶液.

2.5 缓冲溶液用量

在配合物最大吸收波长处测定了不同缓冲溶液用量下试剂与Cu(Ⅱ)显色配合物的吸光度,见图6.

图6 不同缓冲溶液用量下吸光度的影响Fig.6 Influence of buffer solution dosage on absorbance of system

缓冲溶液的用量大于2.5 mL后，配合物的吸光度达到最大且恒定，故本实验选用2.5 mL的缓冲溶液.

2.6 金属离子配合物的显色稳定时间

在室温下，使显色剂与Cu(Ⅱ)显色，在不同时间测定配合物的吸光度. 结果见表1.

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