新型氧雜咪唑鎓環(huán)蕃受體的合成

宋玉梅

（西華師范大學(xué)，四川 南充 637000）

陰離子在生物系統(tǒng)中無處不在，在制藥、生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域也發(fā)揮著非常重要的作用[1-2]?；陉庪x子引起熒光變化的陰離子選擇性受體和化學(xué)感受器的研究已引起了廣泛的關(guān)注。在過去的幾十年里，人們做了大量的努力來設(shè)計新的化學(xué)傳感器，包括顯色傳感器和熒光化學(xué)傳感器，以快速高效識別陰離子。與陽離子相比，陰離子具有較低的電荷密度、復(fù)雜的幾何形狀、且體積較大，因此對陰離子的選擇性識別具有更大的挑戰(zhàn)性。

含咪唑基團(tuán)的主體化合物對陰離子的識別得到了積極的研究。咪唑環(huán)2-位碳?xì)洌–2-H）具有一定的酸性，咪唑鎓環(huán)蕃的空腔能與陰離子形成氫鍵，是一種良好的氫鍵供體。近幾十年來，咪唑鎓環(huán)蕃一直是超分子化學(xué)研究的熱門領(lǐng)域之一。隨著對咪唑鎓環(huán)蕃化合物的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)，不同的咪唑鎓環(huán)蕃化合物具有不同的空腔結(jié)構(gòu)，而不同的空腔結(jié)構(gòu)具有各自的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和性能特點。利用環(huán)蕃獨特的空腔結(jié)構(gòu)，可以使主體化合物與外來分子或離子，形成配位化合物或超分子自組裝體系，從而到達(dá)主體化合物可以選擇性識別客體分子、離子的能力。

相關(guān)課題組報道了一系列基于咪唑類環(huán)蕃的超分子化學(xué)的陰離子識別主體，對無機陰離子，如F-，Br-，H2PO4-等，和生物有機陰離子，如ATP，GTP等，取得了較好的研究成果。本文選用與陰離子結(jié)合較強的咪唑鎓環(huán)蕃和比較常見的冠醚類化合物為識別位點，設(shè)計合成了一種結(jié)構(gòu)新穎的咪唑鎓環(huán)蕃。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

聯(lián)苯，氯化鋅，四丁基溴化銨，鹽酸，氫氧化鈉，石油醚，甲酸，二氯甲烷，1，2-二溴乙烷，無水碳酸鉀，間苯二酚，三氯甲烷，四氫呋喃，氫化鈉，乙腈，咪唑，碳酸氫銨，甲醇，氨水，無水硫酸鎂等均為分析純（A.R.）。

THF：加金屬Na及二苯甲酮回流到變色，蒸餾。無水乙腈：用P2O5回流，蒸餾。

1.2 實驗儀器

W210恒溫水浴鍋；R-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；DF-101S集熱式磁力攪拌器；Brucker-400型核磁共振儀；Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀;Bruker micrOTOF-Q II質(zhì)譜儀

1.3 實驗步驟

1.3.1 中間產(chǎn)物1的合成

準(zhǔn)確稱取1 g（0.65mmol）聯(lián)苯、1.6 g（11.5mmol）氯化鋅、12.5 mg（0.4mmol）四丁基溴化銨、7.5mL濃鹽酸及5mL甲酸加入干燥的三頸燒瓶中，攪拌狀態(tài)下通入新制的干燥的氯化氫氣體，升溫至90℃后攪拌4h。待反應(yīng)體系冷卻至室溫后，用氯仿萃取三次。再用飽和食鹽水萃取以除去無機物。有機層用無水硫酸鎂除水，過濾，濃縮濾液。濃縮液經(jīng)硅膠柱層析（洗脫劑：V二氯甲烷∶V正己烷=4∶1） 分離提純得中間產(chǎn)物 1（見圖1），收率：68%，1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.58（d，4H，Ph-H），7.47（d，4H，Ph-H），4.64 （s，4H，-CH2-）。

圖1 中間產(chǎn)物1的合成路線

1.3.2 中間產(chǎn)物2的合成

在干燥的三頸瓶中，加入20 mL乙腈，10 mL1，2-二溴乙烷，攪拌下加入6g（40mmol）無水碳酸鉀。氮氣保護(hù)下加入1g（10mmol）間苯二酚，回流反應(yīng)。反應(yīng)完后除去溶劑及未反應(yīng)完的1，2-二溴乙烷，加入適量NaOH溶液攪拌半小時，調(diào)節(jié)pH=8～9，用氯仿萃取三次。萃取液用無水硫酸鎂干燥，過濾后濃縮濾液。濃縮液經(jīng)硅膠柱層析（VPE∶VCH2Cl2=4∶1） 分離提純，得白色固體 2。產(chǎn)率：57%，1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.20（t，1H，Ph-H），6.55（d，2H，Ph-H），6.51（t，1H，Ph-H），4.28（t，4H，-CH2-），3.64 （t，4H，-CH2-）。

1.3.3 中間產(chǎn)物3的合成

在干燥的三頸瓶中，加入2.6g（100mmol）氫化鈉和10mL四氫呋喃，氮氣保護(hù)。將6.1g（90mmol）咪唑溶于25mL四氫呋喃溶液中，再緩慢滴加到三頸瓶中，室溫攪拌半小時后升溫到60℃，緩慢滴加含9.7g（30mmol）化合物2的四氫呋喃。反應(yīng)結(jié)束后，加入少量無水乙醇除去未反應(yīng)的氫化鈉，再減壓除去溶劑得到油狀物，在攪拌狀態(tài)下，將油狀物倒入冰水中，析出淺黃色固體。將淡黃色固體用PE-CHCl3重結(jié)晶后得白色固體3（見圖2）。1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ： 7.69（s，2H，Im-H），7.19（t，1H，Ph-H），7.10（s，2H，Im-H），7.06（s，2H，Im-H），6.51（dd，2H，Ph-H），6.39（s，1H，Ph-H），4.35（t，4H，-CH2-），4.21（t，4H，-CH2-）。

圖2 中間產(chǎn)物3的合成

1.3.4 目標(biāo)化合物咪唑鎓環(huán)蕃4的合成

將1.0 g（4mmol）4，4’-二氯甲基聯(lián)苯溶于20mL氯仿中，將1.2g(4mmol）二咪唑化合物2溶于20mL乙腈中，分別同時緩慢將兩種溶液滴入30mL乙腈中，回流反應(yīng)48 h，除去乙腈得白色固體。白色固體溶解后經(jīng)硅膠柱層析（洗脫劑：V甲醇∶V氨水∶V飽和碳酸氫銨溶液=5∶2∶0.5） 分離提純。將得到的固體用水溶解，過濾，將濾液滴入飽和六氟磷酸銨溶液中，析出白色沉淀，過濾，洗滌，干燥，得到目標(biāo)化合物咪唑鎓環(huán)蕃4（見圖3），產(chǎn)率:43%。1H NMR （400 MHz，DMSO） δ：9.35（s，2H，Im-H），7.81-7.80（d，4H，Im-H），7.68-7.66（d，4H，Ph-H），7.48-7.46（d，4H，Ph-H），7.20-7.16（m，1H，Ph-H），6.55-6.53（d，2H，Ph-H），6.46（s，1H，Ph-H），5.45（s，4H，-CH2-），4.55（s，4H，-CH2-），4，30（t，4H，-CH2-）。13C NMR（100 MHz，DMSO）δ：159.25，140.17，137.03，134.80，130.58，129.44，127.75，123.71，122.84，107.87，102.30，66.04，56.50，52.05，49.02，19.03。

1.3.5 陰離子識別性能測試

圖3 目標(biāo)化合物的合成

通過熒光發(fā)射光譜研究了咪唑鎓化合物4及其與不同陰離子 F-，Cl-，Br-，I-，CH3COO-，NO3-，HSO4-和H2PO4-之間的相互作用。在乙腈溶液中，以260nm光作為激發(fā)光時，化合物4在308 nm處有一個較強的熒光發(fā)射峰（見圖4）。在咪唑鎓化合物4的乙腈溶液中分別加入F-，Cl-，Br-，I-，CH3COO-，NO3-，HSO4-和 H2PO4-陰離子的乙腈溶液后，只有H2PO4-的加入使得主體化合物在308 nm處的熒光強度顯著增強，而其它陰離子的加入只引起熒光強度的微小變化。

圖4 化合物4的熒化光譜圖

2 結(jié)語

已有文獻(xiàn)報道了一系列咪唑類環(huán)蕃，并研究了其對鹵素陰離子和復(fù)合陰離子的識別作用。研究證實含咪唑環(huán)的環(huán)蕃化合物是一類良好的陰離子受體。本文以間苯二酚和聯(lián)苯為原料，采用比較簡單的一鍋法設(shè)計合成了新型的氧雜咪唑鎓環(huán)蕃主體化合物。該化合物中添加了氧原子，增加了環(huán)的可變形性和較多的識別位點。熒光測試結(jié)果表明，主體化合物4對H2PO4-具有一定的選擇性響應(yīng)，有可能作為識別H2PO4-的熒光探針。