專(zhuān)利名稱(chēng)：4,5－雙取代－1,8－萘酰亞胺類(lèi)化合物及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類(lèi)4，5-芳(或雜環(huán))氨基雙取代-1，8萘酰亞胺類(lèi)化合物及合成和作為比率熒光探針在緩沖液中對(duì)銅離子的高選擇性光敏識(shí)別與比率檢測(cè)。
背景技術(shù)：
由于銅離子在化學(xué)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)以及生命科學(xué)中具有重要意義，近些年來(lái)針對(duì)銅離子的熒光探針的研究受到廣泛關(guān)注。(Y.Zheng，et al，J.Am.Chem.Soc.2003，125，2680-2686)但是到目前為止，幾乎所有已報(bào)道的銅離子熒光探針都是以熒光的增強(qiáng)或減弱作為光信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的響應(yīng)。并且由于銅離子是眾所周知的強(qiáng)熒光淬滅劑，只有少數(shù)幾個(gè)熒光探針能夠在識(shí)別銅離子時(shí)熒光增強(qiáng)。(S.Kaur，S.Kumar，Chem.Commun.2002，2840-2841；S.Banthia，A.Samanta，J，Phys.Chem.B.2002，106，5572-5577)而且值得注意的是，多數(shù)熒光增強(qiáng)探針是在純有機(jī)溶液中檢測(cè)的，這樣就無(wú)法在環(huán)境和生命體系這樣的水相環(huán)境中得到應(yīng)用。近年來(lái)隨著研究的深入，比率熒光探針成為熱點(diǎn)。這類(lèi)探針能夠?qū)Φ孜锂a(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)吸收波長(zhǎng)或熒光發(fā)射波長(zhǎng)處強(qiáng)度的變化。檢測(cè)這些信號(hào)間的比率變化就可以排除諸如探針的光穩(wěn)定性、探針的濃度、檢測(cè)環(huán)境的溫度和極性等多種因素的干擾，提高檢測(cè)的選擇性和靈敏度。這是熒光增強(qiáng)或減弱型探針?biāo)痪邆涞膬?yōu)良特性。但是到目前為止，未見(jiàn)有針對(duì)銅離子的比率熒光探針的報(bào)道。本發(fā)明的目的在于研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠具有高靈敏度、高選擇性的檢測(cè)銅離子的比率熒光探針。其將在細(xì)胞、膜等生物微環(huán)境以及環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥的分析檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
一類(lèi)以具有熒光的萘酰亞胺作為發(fā)色團(tuán)母體，在4，5-位引入芳(或雜環(huán))胺取代基作為受體的4，5-雙取代-1，8-萘酰亞胺熒光化合物，具有下列結(jié)構(gòu)通式(I)
其中X＝R1，R2，R3，R4，R5；Y＝R1，R2，R3，R4，R5；X和Y可以相同或不同；Z＝C1-C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH，-C2H4OC2H4OH，-C2H3(OC2H5)2，-C2H3N+(CH3)3。
該類(lèi)化合物的合成路線和方法如下 該類(lèi)化合物是以4-溴-5-硝基-1，8-萘酐(II)為起始原料，在有機(jī)溶劑(1)中，與C1-C12直鏈或支鏈脂肪胺，H2NNC2H4OH，H2NC2H4OC2H4OH，H2NC2H3(OC2H5)2或H2NC2H3N+(CH3)3，按摩爾比1∶1，在回流溫度下，反應(yīng)3-10小時(shí)，先制得化合物(III)；然后，再將化合物(III)與X芳胺或雜環(huán)胺在有機(jī)溶劑(2)中，按摩爾比1∶1.1-1.8，在室溫到回流溫度下，使X與5位上的硝基先發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間0.5-10小時(shí)，制得化合物(IV)；最后，將化合物(IV)與Y芳胺或雜環(huán)胺在溶劑(2)中，按摩爾比1∶1.5-2.5，在回流溫度下，使Y與4位上的溴發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)4-10小時(shí)，制得化合物(I)。
有機(jī)溶劑(1)是乙醇、甲醇、醋酸或甲苯；有機(jī)溶劑(2)是乙二醇單甲醚、乙二醇二甲醚、乙腈、吡啶或二甲基甲酰胺等極性溶劑。
當(dāng)Z＝正丁基時(shí)，具體合成方法可見(jiàn)實(shí)施例1-3和表1制得15個(gè)化合物。
可以看出，利用4-位溴和5-位硝基的活潑性不同，合成出系列對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的化合物(I)。
本發(fā)明的構(gòu)思在于萘酰亞胺類(lèi)化合物是一類(lèi)性能優(yōu)良的熒光化合物，在其4，5位引入芳香性雜環(huán)取代基構(gòu)造出特殊構(gòu)型的有結(jié)合能力的空腔。由于位阻過(guò)大，在未結(jié)合金屬離子時(shí)4，5位的基團(tuán)相互排斥，方便離子的進(jìn)入。由于空腔具有較強(qiáng)的剛性，底物一旦結(jié)合就很難離去。這種受體的柔性與剛性的完美結(jié)合，以及受體的特殊構(gòu)型，提高了對(duì)金屬離子識(shí)別的選擇性。對(duì)于表1中化合物1-3，6-7，10而言，銅離子進(jìn)入空腔與萘環(huán)上連接的兩個(gè)氮原子發(fā)生弱鍵作用，導(dǎo)致了分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)，降低了其對(duì)萘環(huán)的供電能力。這種共軛體系中推-拉電子能力的改變必將導(dǎo)致吸收光譜和熒光光譜的變化。供電基團(tuán)的供電能力下降將會(huì)使得吸收光譜和熒光光譜發(fā)生藍(lán)移，這樣就會(huì)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)處強(qiáng)度的變化，從而實(shí)現(xiàn)比率檢測(cè)。如化合物(1)，未結(jié)合銅離子時(shí)最大熒光發(fā)射波長(zhǎng)為525nm，一旦結(jié)合銅離子后波長(zhǎng)藍(lán)移至475nm，而且兩波長(zhǎng)處的熒光強(qiáng)度相當(dāng)。而對(duì)于表1中化合物13-15等，未結(jié)合銅離子時(shí)由于發(fā)生光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)，化合物熒光很弱。銅離子的結(jié)合將會(huì)抑制這一過(guò)程，從而使得熒光有增強(qiáng)的趨勢(shì)?；衔?3表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特性結(jié)合銅離子后產(chǎn)生出590nm左右的長(zhǎng)波熒光，這將十分有利于銅離子的檢測(cè)。
本發(fā)明的熒光探針可以在緩沖液中高選擇性的結(jié)合銅離子，熒光波長(zhǎng)發(fā)生明顯的位移(藍(lán)移或紅移)，從而實(shí)現(xiàn)比率熒光檢測(cè)。
本發(fā)明的熒光探針對(duì)低pH有響應(yīng)(pH＜4)，因此在弱酸、中性及堿性條件下可以排除質(zhì)子的影響。
本發(fā)明的熒光探針合成簡(jiǎn)單，原料易得，而且具有很高的衍生性，比如酰胺部分可以非常容易的用包括水溶性的各種基團(tuán)代替，4、5位的取代基也可以非常方便的更換成各種功能性受體。
本發(fā)明熒光化合物(I)能夠在緩沖溶液中對(duì)銅離子作為比率熒光探針進(jìn)行比率熒光檢測(cè)，其應(yīng)用條件是在乙醇∶水(體積比為4∶6，5mM HEPES，pH＝7.2)溶液中，探針濃度為1×10-5mol/L，銅離子濃度為0-5×10-5mol/L，未加銅離子前最大發(fā)射波長(zhǎng)為525nm，隨著銅離子的加入，475nm處的熒光強(qiáng)度I逐漸增大，而525nm處的熒光強(qiáng)度I逐漸減小，I475∶I525的比例與銅離子的加入量呈線性關(guān)系；當(dāng)銅離子的濃度達(dá)到1×10-5mol/L時(shí)，變化趨于平衡，探針和銅離子呈1∶1結(jié)合；化合物(I)表現(xiàn)出作為比率熒光探針，對(duì)銅離子有高靈敏度和高選擇性。Li1，Na1，K1，Mg11，Ca11，Zn11，Cd11，Hg11，Pb11離子的加入不能引起熒光的藍(lán)移，Ag1的藍(lán)移比Cu11小得多。
表1中表示Z為正丁基時(shí)，可以合成15個(gè)化合物。


圖1表示的是隨著銅離子的加入探針(1)的熒光光譜變化，其中橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)(nm)，縱坐標(biāo)表示熒光強(qiáng)度；圖2表示的是475nm和525nm處熒光強(qiáng)度比率與加入銅離子濃度的關(guān)系，其中橫坐標(biāo)表示銅離子濃度，縱坐標(biāo)表示475nm和525nm處熒光強(qiáng)度比率；圖3表示的是探針(1)對(duì)銅離子識(shí)別的選擇性，其中橫坐標(biāo)表示其它競(jìng)爭(zhēng)金屬離子，縱坐標(biāo)表示475nm和525nm處熒光強(qiáng)度比率。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是1、設(shè)計(jì)、合成了能夠比率檢測(cè)銅離子的熒光探針系列化合物(I)，且具有很高的選擇性和靈敏度，排除了諸如探針的光穩(wěn)定性、探針的濃度、檢測(cè)環(huán)境的溫度和極性等多種因素的干擾，是未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)的檢測(cè)銅離子比率熒光探針。
2、該比率熒光探針是在緩沖溶液中實(shí)現(xiàn)了對(duì)銅離子的比率檢測(cè)，可將其應(yīng)用領(lǐng)域拓展到水相系統(tǒng)，在細(xì)胞、膜等生物微環(huán)境、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥的分析檢驗(yàn)中，具有重要實(shí)用價(jià)值。
3、該類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)新穎，合成方法簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，具有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 在一個(gè)25ml的燒瓶中加入0.1g(0.31mmol)4-溴-5-硝基-1，8-萘酐，加入10ml乙醇加熱至回流，片刻后冷卻到50℃，慢慢滴加入0.0227g丁胺(0.31mmol)的5ml乙醇溶液，原來(lái)還是有些混濁的溶液一下子變得澄清，顏色也加深，變?yōu)榧t色。加熱繼續(xù)回流，40min后TLC板跟蹤反應(yīng)結(jié)束。減壓蒸餾掉乙醇后，硅膠柱分離，CHCl3洗脫。乙醇重結(jié)晶，最終得到產(chǎn)品為白色針狀晶體，重47mg，收率為40.2％。溶點(diǎn)175.8-176.2℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ 0.99(t，J＝7.2Hz，3H)，1.45(m，J＝7.2Hz，2H)，1.71(m，J＝7.2Hz，2H)，4.18(t，J＝7.2Hz，2H)，7.93(d，J＝8.0Hz，1H)，8.21(d，J＝8.0Hz，1H)，8.51(d，J＝8.0Hz，1H)，8.71(d，J＝8.0Hz，1H).13C-NMR(CDCl3，100MHz)，δ13.95，20.49，30.21，40.92，122.69，123.72，124.26，125.99，131.37，132.49，136.14，162.21，162.98.IR(KBr，cm-1)3057，2963，2935，2912，2860，1706，1568，1541，1230，658，586.HRMS(EI)calcd for C16H13BrN2O4，[M]376.0059，found 376.0075.
實(shí)施例2 在一個(gè)25ml的燒瓶中加入100mg(0.266mmol)N-丁基4-溴-5-硝基-1，8-萘酰亞胺，加入10ml乙二醇單甲醚溶解，滴加入N-苯基-乙二胺0.15ml(1.05mmol)，加熱。4min后反應(yīng)結(jié)束。倒入水中，二氯甲烷萃取，色譜柱提純，得到黃色固體，收率為87％。熔點(diǎn)186.2-187.5℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ0.946-0.983(t，J＝7.6Hz，3H)，1.401-1.458(m，J＝7.6Hz，2H)，1.654-1.711(m，J＝7.6Hz，2H)，3.640(br，4H)，4.111-4.149(t，J＝7.6Hz，2H)，6.714-6.834(br，4H)，7.221-7.262(t，J＝8Hz，3H)，7.752-7.771(d，J＝7.6Hz，1H)，7.826(s，N-H)，8，264-8.284(d，J＝8Hz，1H)，8.425-8.446(d，J＝8Hz，1H)。
實(shí)施例3 將120mg以上的產(chǎn)品溶于10ml乙二醇單甲醚，再加入1ml N-苯基乙二胺，回流至反應(yīng)結(jié)束。倒入水中，二氯甲烷萃取，色譜柱提純，得到黃色固體，稱(chēng)重136mg，收率為74％。熔點(diǎn)203.5-204.1℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ0.936-0.972(t，J＝7.2Hz，3H)，1.395-1.450(m，J＝7.2Hz，2H)，1.669-1.704(m，J＝7.2Hz，2H)，3.351-3.425(dd，J＝5.2Hz，4H)4.104-4.140(t，J＝7.2Hz，2H)，6.195(s，N-H)，6.538-6.559(d，J＝8.4Hz，1H)，6.672-6.692(d，J＝8.4Hz，4H)，6.766-6.803(t，J＝7.6Hz，2H)，7.191-7.230(d，J＝7.6Hz，4H)，8.265-8.286(d，J＝8.4Hz，2H)。13C-NMR(CDCl3，400MHz)δ14.060，20.671，30.608，40.028，43.474，44.036，107.252，113.590，119.010，129.797，132.26，133.615，147.893，152.205，164.661。HRMS(EI)calcd for C32H35N5O2[M]521.2791，found 521.2779。
實(shí)施例4
操作方法參見(jiàn)實(shí)施例3。熔點(diǎn)212.7-213.8℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ0.936-0.973(t，J＝7.2Hz，3H)，1.399-1.454(m，J＝7.2Hz，2H)，1.653-1.711(m，J＝7.2Hz，2H)，3.593(2H)，3.693-3.706(d，2H)，4.106-4.143(t，J＝7.6Hz，2H)，4.647(s，1H)，6.665-6.809(m，5H)，7.134-7.171(t，J＝7.6Hz，2H)，7.339-7.352(d，J＝5.2Hz，1H)，7.438-7.458，(d，J＝8Hz，1H)，7.816-7.853(t，J＝7.6Hz，1H)，8.397-8.435(t，J＝7.6Hz，2H)，8.631-8.643(d，J＝4.8Hz，1H)。APCI(Positive)[M+H]m/z＝494.5。
實(shí)施例5 在5ml的單口梨形瓶中加入3ml乙醇單甲醚，加入53mg N-丁基-4-溴-5-硝基-1，8-萘酰亞胺溶解，溫?zé)嵯录尤?.3ml 2-胺甲基吡啶，回流至反應(yīng)結(jié)束。倒入水中，二氯甲烷萃取，色譜柱提純，得到黃色固體，重56mg，收率為85％。熔點(diǎn)179.5-179.9℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ 0.95(t，J＝7.6Hz，3H)，1.44(m，J＝7.6Hz，2H)，1.69(m，J＝7.6Hz，2H)，4.14(t，J＝7.6Hz，2H)，4.66(s，4H)，6.78(d，J＝8.4Hz，2H)，7.19(t，J＝7.2Hz，2H)，7.40(d，J＝7.6Hz，2H)，7.62(S，N-H)，7.69(t，J＝7.2Hz，2H)，8.32(d，J＝8.4Hz，2H)，8.42(d，J＝8.4Hz，2H)13C-NMR(CDCl3，100MHz)δ14.09，20.65，30.55，39.97，49.36，105.98，107.24，112.38，122.16，122.77，133.87，137.24，147.75，149.06，151.93，156.31，164.83.IR(KBr，cm-1)3328，3043，2953，2869，1673，1633，1592，1541，1508，1310，996.HRMS(ESI)calcd for C28H28N5O2[MH]466.2243，found 466.2247。
實(shí)施例6 操作方法同實(shí)施例5。熔點(diǎn)217.3-219.1℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ0.94(t，J＝7.6Hz，3H)，1.38(m，J＝7.6Hz，2H)，1.65(m，J＝7.6Hz，2H)，4.12(t，J＝7.6Hz，2H)，4.41(s，4H)，6.22(s，2H)，6.35(s，2H)，6.81(d，J＝8.4Hz，2H)，7.26(s，N-H)，7.37(s，2H)，8.41(d，J＝8.4Hz，2H)，8.42(d，J＝8.4Hz，2H)13C-NMR(CDCl3，100MHz)δ13.906，20.465，30.325，39.867，42.509，107.987，108.579，110.507，110.591，113.475，132.101，133.454，142.616，150.480，151.217，164.470。IR(KBr，cm-1)3329，3041，2951，2869，1673。HRMS(ESI)calcd for C26H25N3O4[MH]444.1923，found 444.1938。
實(shí)施例7 操作方法同實(shí)施例5。熔點(diǎn)112.4-114.1℃。1H-NMR(CDCl3，400MHz)δ0.94(t，J＝7.6Hz，3H)，1.40(m，J＝7.6Hz，2H)，1.66(m，J＝7.6Hz，2H)，4.11(t，J＝7.6Hz，2H)，4.58(s，4H)，6.82(d，J＝8.4Hz，2H)，6.96(m，4H)，7.22(m，2H)，8.41(d，J＝8.4Hz，2H)。13C-NMR(CDCl3，100MHz)δ14.082，20.641，30.494，40.051，44.423，108.322，113.590，125.796，126.548，127.277，133.661，139.961，150.490，151.233，164.623。IR(KBr，cm-1)3327，3043，2953，2869，1674，1635。HRMS(ESI)calcd for C26H25N2O2S2[MH]476.1466，found 476.1476。
實(shí)施例8化合物(1)在乙醇∶水(體積比為4∶6，50mM HEPES，pH＝7.2)溶液中對(duì)銅離子可以做到比率熒光檢測(cè)。探針濃度為1×10-5mol/L，銅離子濃度為0-5×10-5mol/L。未加銅離子時(shí)最大發(fā)射波長(zhǎng)為525nm，隨著銅離子的加入，475nm處的熒光強(qiáng)度逐漸增大，而525nm處的熒光強(qiáng)度逐漸減小，前者與后者的比例，即I475∶I525，與銅離子的加入量呈線性關(guān)系，從而可以實(shí)現(xiàn)比率檢測(cè)。銅離子的濃度達(dá)到1×10-5mol/L以后，變化趨于平衡，這說(shuō)明探針和銅離子呈1∶1結(jié)合。同時(shí)，探針(I)表現(xiàn)了很好的選擇性Li1，Na1，K1，Mg11，Ca11，Zn11，Cd11，Hg11和Pb11的加入并不能引起熒光的藍(lán)移，Ag1的加入雖然也能引起熒光的藍(lán)移，但是I475∶I525與加入Cu11相比要小得多。
需要說(shuō)明的是1、其他化合物均可參照上述方法合成；2、取代基Z為其中任何一種，便代表15種化合物。以Z為正丁基為例，15種化合物列于表1表1


權(quán)利要求
1.一類(lèi)以萘酰亞胺為母體結(jié)構(gòu)的4，5-雙取代-1，8-萘酰亞胺熒光化合物，其特征在于該類(lèi)化合物以萘酰亞胺為發(fā)色團(tuán)母體，在4，5-位引入芳胺或雜環(huán)胺取代基作為受體的4，5-雙取代-1，8-萘酰亞胺類(lèi)熒光化合物，它們具有下列通式結(jié)構(gòu)(I) 其中X＝R1，R2，R3，R4，R5；Y＝R1，R2，R3，R4，R5；X和Y可以相同或不同；Z＝C1-C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH，-C2H4OC2H4OH，-C2H3(OC2H5)2，-C2H3N+(CH3)3。
2.一類(lèi)以權(quán)利要求1所述熒光化合物的合成方法，其特征在于該類(lèi)化合物(I)是以4-溴-5-硝基-1，8-萘酐(II)為起始原料，在有機(jī)溶劑(1)中，與C1-C12直鏈或支鏈脂肪胺，H2NC2H4OH，H2NC2H4OC2H4OH，H2NC2H3(OC2H5)2或H2NC2H3N+(CH3)3，按摩爾比1∶1，在回流溫度下，反應(yīng)3-10小時(shí)，先制得化合物(III)；然后，再將化合物(III)與X芳胺或雜環(huán)胺在有機(jī)溶劑(2)中，按摩爾比1∶1.1-1.8，在室溫到回流溫度下，使X與5-位上的硝基先發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為0.5-10小時(shí)，制得化合物(IV)；最后，將化合物(IV)與Y芳胺或雜環(huán)胺在有機(jī)溶劑(2)中，按摩爾比1∶1.5-2.5，在回流溫度下，使Y與4位上的溴發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)4-10小時(shí)，制得化合物(I)。
3.按照權(quán)利要求2所述熒光化合物的合成方法，其特征在于合成反應(yīng)中所使用的有機(jī)溶劑(1)是乙醇、甲醇、醋酸或甲苯；有機(jī)溶劑(2)是乙二醇單甲醚、乙二醇二甲醚、乙腈、吡啶或二甲基甲酰胺極性溶劑。
4.一類(lèi)以權(quán)利要求1所述熒光化合物的用途，其特征在于該類(lèi)化合物(I)能夠在緩沖溶液中對(duì)銅離子進(jìn)行比率熒光檢測(cè)，其應(yīng)用條件是在乙醇∶水(體積比為4∶6，50mMHEPES，pH＝7.2)溶液中，探針濃度為1×10-5mol/L，銅離子濃度為0-5×10-5mol/L，未加銅離子前最大發(fā)射波長(zhǎng)為525nm，和加入銅離子后的最大發(fā)射波長(zhǎng)為475nm，它們的熒光強(qiáng)度比例I475∶I525與銅離子的加入量呈線性關(guān)系；銅離子的濃度達(dá)到1×10-5mol/L時(shí)，變化趨于平衡，探針和銅離子呈1∶1結(jié)合；化合物(I)作為比率熒光探針，對(duì)銅離子有高靈敏度和高選擇性。
全文摘要
本發(fā)明提供了一類(lèi)以萘酰亞胺為發(fā)色團(tuán)母體，在4，5－位引入相同或不同的芳胺(或芳雜環(huán)胺)取代基作為受體的4，5－雙取代－1，8－萘酰亞胺類(lèi)熒光化合物；該類(lèi)熒光化合物是以4－溴－5－硝基－1，8－萘酐為原料，在有機(jī)溶劑中，4，5－位分別被芳胺或芳雜胺基取代，制得對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)型系列化合物，作為比率熒光探針，可在緩沖溶液中對(duì)銅離子進(jìn)行比率熒光檢測(cè)，表現(xiàn)出高靈敏度和高選擇性。并在細(xì)胞、膜等生物微環(huán)境、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥中的銅離子分析檢驗(yàn)以及金屬催化化學(xué)中有重要應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C07D401/00GK1634893SQ20041008274
公開(kāi)日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者錢(qián)旭紅, 崔京南, 徐兆超, 肖義 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)