一种选择性SO2荧光探针的合成及性能

2021-08-17胡曰富刘琳霞齐庆蓉

合成化学 2021年7期

陈挺, 胡曰富, 刘琳霞, 齐庆蓉

(四川大学华西药学院靶向药物与释药系统教育部重点实验室四川省植物来源工程实验室和四川省小分子药物精准化工程技术研究中心，四川成都 610041)

香豆素广泛存在于自然界，化学结构为苯并α-吡喃酮，具有良好的光稳定性和制备简便的特点。香豆素结构易修饰，取代基的引入可以改变其衍生物的光化学性质，因此常用于小分子荧光探针的设计与合成。Yin等[13]将二乙氨基和醛基引入香豆素母核，设计合成了一个SO2荧光增强型探针，二乙氨基和醛基的推拉电子效应使得探针本身表现出荧光淬灭，当与SO2响应后荧光显著增强，响应时间为10 min，检出限为2.0 μM， Yu等[14]在香豆素母核结构与响应基团之间引入一个共轭双键，设计的荧光探针发射光谱发生红移，发射波长为625 nm，在20% DMF缓冲体系中可实现对SO2的快速响应，响应时间为30 s，检出限为58 μM， Guo等[15]将香豆素与苯并噻唑盐通过共轭双键连接，设计了一个SO2比率型荧光探针，其中苯并噻唑盐部分作为响应基团，经加成-重排反应对SO2进行响应，检出限为0.38 μM，响应时间为5 min。

基于此，本文设计合成了一个新型的香豆素类SO2荧光探针。以4-(二乙氨基)水杨醛和丙二酸二乙酯为原料，经Knoevenagel 缩合反应合成7-二乙氨基香豆素(1);1经Vilsmeier反应引入甲酰基得到7-二乙氨基香豆素-3-甲醛(2);2与磷叶立德试剂发生Wittig反应生成7-二乙氨基香豆素-3-丙烯醛(3)； 2,3,3-三甲基-3H-吲哚与碘甲烷发生亲核反应生成1,2,3,3-四甲基-3H-吲哚盐(4)，最后4与3发生缩合反应生成探针2-(4-(7-二乙氨基香豆素-3-)-丁烯基)-1,3,3-三甲基-3H-吲哚盐(PA1, Scheme 1)，其结构经1H NMR、13C NMR和HR-MS(ESI)确证。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

UV-2450型紫外可见分光光度计； Cary Eclipse FL1003M013型荧光分光光度计；Varian-Unity 400/600 MHz 型核磁共振仪(TMS为内标)；Waters Q-TOF-Premier型质谱仪；pHS-H25型pH计。

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 化合物1的合成[15]

将4-二乙氨基水杨醛(3.86 g, 20 mmol)，丙二酸二乙酯(6.41 g, 40 mmol)和哌啶0.5 mL加入250 mL圆底烧瓶，再加入乙醇50 mL，搅拌均匀，N2保护下回流反应8 h(TLC检测)。反应结束后除去溶剂，再缓慢加入浓盐酸30 mL和冰醋酸30 mL，回流反应12 h；将反应液冷却至室温，缓慢倒入200 mL冰水中，用20%氢氧化钠溶液调节pH至4～5，析出大量固体。过滤，将滤饼用水洗3次，真空干燥，乙醇重结晶得淡黄色固体3.00 g，收率69.7%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.82(d,J=9.3 Hz, 1H), 7.42(d,J=8.8 Hz, 1H), 6.68(dd,J=8.9 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.51(d,J=2.5 Hz, 1H), 5.99(d,J=9.3 Hz, 1H), 3.42(q,J=7.0 Hz, 4H), 1.12(t,J=7.0 Hz, 6H)。

(2) 化合物2的合成[15]

冰浴下将DMF 5 mL缓慢滴加于5 mL 三氯氧磷中，滴毕，搅拌30 min。再将1(2.00 g, 9.21 mmol)溶于DMF 8 mL滴加到上述混合体系中，滴毕，升温至60 ℃反应12 h(TLC检测)。反应停止后降至室温，将反应液倒入100 mL冰水中，析出大量固体。过滤，滤饼水洗3次，真空干燥，乙醇重结晶得橙黄色固体1.38 g，收率61.3%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 10.13(s, 1H), 8.25(s, 1H), 7.41(d,J=9.0 Hz, 1H), 6.64(dd,J=9.0 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.49(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.48(q,J=7.2 Hz, 4H), 1.26(t,J=7.1 Hz, 6H)。

(3) 化合物3的合成[14,16]

将2(500 mg， 2.04 mmol)和(1，3-二氧戊环-2-基甲基)-三苯基溴化磷(2.63 g， 6.12 mmol)溶解于50 mL 二氯甲烷，室温搅拌30 min，然后加入20% NaOH溶液10 mL，继续反应3 h。再缓慢滴加浓盐酸3 mL，滴毕，室温搅拌20 min。向混合体系加入二氯甲烷50 mL，萃取分离有机层，水洗3次，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩，残余物经硅胶柱(洗脱剂：环己烷/乙酸乙酯=2/1,V/V)层析纯化得橙红色固体470 mg，产率85.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 9.65(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.83(s, 1H), 7.45(d,J=15.8 Hz, 1H), 7.34(d,J=8.9 Hz, 1H), 7.00(dd,J=15.8 Hz, 7.8 Hz, 1H), 6.65(dd,J=9.0 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.51(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.46(q,J=7.4 Hz, 4H), 1.25(t,J=7.1 Hz, 6H)。

(4) 化合物4的合成[17]

将2,3,3-三甲基-3H-吲哚(4.0 g, 25.12 mmol)和碘甲烷(5.35 g, 37.68 mmol)溶于40 mL无水乙醇，80 ℃回流反应8 h后析出大量粉色固体，停止反应。反应液冷却至室温，过滤，滤饼用少许丙酮洗涤得粉色固体5.87 g，收率77.1%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.93～7.89(m, 1H), 7.85～7.81(m, 1H), 7.66～7.59(m, 2H), 3.97(s, 3H), 2.77(s, 3H), 1.53(s, 6H)。此固体不经纯化，直接用于后续反应。

(5) 化合物PA1的合成

将3(100 mg， 0.37 mmol)和4(111 mg， 0.37 mmol)加入10 mL无水乙醇中，搅拌均匀，氮气保护下回流反应12 h(TLC检测)。反应液由橙红色逐渐变为蓝紫色，停止反应。将反应液降至室温，减压浓缩，残余物经硅胶柱(洗脱剂：二氯甲烷/甲醇=60/1,V/V)层析纯化得蓝紫色固体76 mg，产率37.1%；1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 8.31(dd,J=15.3 Hz, 10.7 Hz, 1H), 8.19(s, 1H), 7.82(dt,J=7.4 Hz, 1.9 Hz, 2H), 7.74(dd,J=14.9 Hz, 10.6 Hz, 1H), 7.69～7.62(m, 1H), 7.62～7.52(m, 3H), 7.19(d,J=15.2 Hz, 1H), 6.84(dd,J=9.1 Hz, 2.4 Hz, 1H), 6.62(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.98(s, 3H), 3.52(q,J=7.0 Hz, 4H), 1.73(s, 6H), 1.16(t,J=7.0 Hz, 6H);13C NMR(101 MHz, DMSO)δ: 180.89, 159.95, 157.05, 156.00, 152.86, 145.97, 145.69, 143.64, 142.40, 131.73, 129.34, 129.12, 123.26, 115.04, 114.55, 110.81, 109.40, 96.76, 51.93, 44.99, 34.15, 26.02, 12.91; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H31N2O2{[M+1]+} 427.2380, found 427.2375。