毕业设计（论文）-3-羟基黄酮衍生物中间体的合成及表征.pdf

本本科科毕毕业业论论文文 3-3-羟基黄酮衍生物中间体的合成及表征羟基黄酮衍生物中间体的合成及表征 Synthesis and Characterization of the Intermediates of 3-Hydroxy Flavone Derivatives 学 院 名 称：化学与环境工程学院 专 业 班 级：高分子材料与工程 12 -1 学 生 姓 名：林祥成 学号：201205040046 指导教师姓名：王芳 指导教师职称：副教授 2016 年 5 月 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导 下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的 地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为 获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提 供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了 谢意。 作 者签 名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规 定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有 权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为 目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 目录 摘要I AbstractII 引言.1 第 1 章 文献综述2 1.1 氟的简介2 1.2 荧光的产生.2 1.3 光化学传感器的简介 2 1.3.1 光化学传感器设计原理.3 1.3.2 分子内电荷转移(ICT)机制4 1.3.3 激发态分子内质子转移（ESIPT）机制.5 1.3.4 光诱导电子转移（PET）机制. 5 1.3.5 光化学传感器的分类.6 1.4 本课题研究的主要内容及意义7 第 2 章 实验部分9 2.1 实验仪器与试剂.9 2.3 实验内容. 10 2.3.1 合成路线.11 第 3 章 结果与讨论.12 3.1 点板分析. 12 3.2 质谱分析. 14 3.3 核磁分析. 15 3.4 实验总结.16 结论.18 致谢.19 参考文献.20 I 3-羟基黄酮衍生物中间体的合成及表征 摘要：氟离子是所有原子中最小的阴离子，具备碱性强、电负性高等化学性质。故此，氟 离子的检测在医学、环境科学和食品研究等领域有着重要意义。而且氟离子是我们人体所 必需的微量元素，在人体中有着很重要的作用。迄今，已有很多能检测氟离子的荧光化学 传感器，其中最有应用价值的是有更高选择性又能在水相中直接检测氟离子的反应型传感 器。荧光化学传感器自身具有选择性好、灵敏度高、简便快速等特征,比色化学传感器则 可不借助于任何高昂的仪器而直接可以用肉眼观察。本论文设计以黄酮作为发光基团，合 成能辨别氟离子的光化学传感器的中间体。接着使用质谱等检测手段探究了其化学性质。 关键词：光化学传感器水相识别氟离子 II Synthesis and Characterization of the Intermediates of 3- Hydroxy Flavone Derivatives Abstract: The fluoride ion is the smallest of all atoms in the anion, strong alkaline, high electronegativity property. Therefore, the detection of fluoride ion in medicine, environmental sciences and food research is of great significance. And the fluoride ion is a necessary element of the body, plays a very important role in the human body. To date, there have been many fluorescent chemical sensor can detect the fluorine ion, among which the most valuable is to have high selectivity in direct detection of fluoride ion in aqueous reaction-type sensors. Fluorescence chemical sensors, high selectivity, high sensitivity, easy characteristics than color sensor is not directly with each other by using any costly equipment can be observed with the naked eye. In this paper, the synthesis of the intermediate of the photo sensor of the fluoride ion can be identified by the flavonoid as the light emitting group.Then use detection means such as mass spectrometry has explored its property. Keywords: optical chemical sensor; water; identifying; the fluoride ion 1 引 言 氟离子是我们人体所必需的微量元素，适量氟离子的摄入有益于牙齿和骨骼的健康， 但过多或过少摄入氟离子都会对人体造成不良影响，例如：氟中毒、胆结石、骨质疏松等， 由于氟化物和含氟物质在工业生产、日常生活、科研方面的广泛使用，就使得氟离子不可 避免的给人们的生活造成了污染。例如，粘土是砖瓦、瓷器等工业产品的主要原料，部分 土壤在砖瓦窑的温度下释放氟的百分比可以达到百分七十到百分之九十五,这些工业产品 释放的氟化物严重的污染了周围的环境，致使近些年来氟中毒患者达到数百万计，因此研 制出能够快速便捷定性和定量检测水相中氟离子的方法有重要的意义。 氟离子是所有原子中最小的阴离子，具备非常独特的化学性质，与饮用水检测及神经 毒气等均有关系，但是以往的离子选择电极对于这种生活中的氟离子检测没有作用。氟离 子在医学、环境科学和食品研究等领域有着重要意义，而且在生物医学中对于骨质疏松症 状和蛀牙的治疗都有重要意义。使用离子选择电极检查试样中氟离子含量的手段称为氟电 极法，但是氟电极法会受很多条件的约束，如干扰离子、所使用电极的材料、系统环境等 因素，不能做到精确和准确的测量。而荧光化学传感器则具备快速简便、灵敏度高、选择 性好等特点，比色化学传感器可不使用任何其他的仪器而直接用眼观察识别，所以设计合 成选择性好且专一性强的辨别氟离子的荧光化学传感器就成了很有意义的研究课题。 虽然最近，在水相中识别氟离子的研究工作获得了一些功效，但仍没有办法满足在一 些特定环境下检测的需求。因此，设计合成能检测水中氟离子的化学传感器就成了一个非 常具有挑战的研究工作。 2 第 1 章 文献综述 1.1 氟的简介 自然界中广泛的存在着氟化物，例如：骨骼、牙齿、玻璃、化肥等。当今，我国工业 发展迅速，随之而来的是含氟废水排放量的加多，为了阻止氟污染，人们逐渐重视废水和 浑水中的氟排放量。除饮水之外，我们从植物、动物食品中得到的氟含量也有一定比例， 并且土地里的氟含量可以直接影响瓜果、粮食等作物中氟含量，通过食物链造成动植物食 品中的氟含量的变化，最终影响人们的身体健康状况。 氟离子是一种我们人体中所需要的微量元素1，适量氟离子的摄取可以增强牙齿和骨 骼的健康程度，但过量或过少摄取氟离子都会对我们人体造成不良的影响，例如：氟中毒、 胆结石、骨质疏松等，由于氟化物和含氟物质在工业生产、日常生活、科研方面的广泛使 用，就使得氟离子不可避免的给人们的生活造成了污染2。例如，粘土是砖瓦、瓷器等工 业产品的主要原料，这些工业产品释放的氟化物严重的污染了周围的环境，致使近些年来 氟中毒患者达到数百万计，因此研制出能够快速便捷定性和定量检测水相中氟离子的方法 有重要的意义。 1.2 荧光的产生 荧光是辐射跃迁的一种，是分子吸收光变为激发态分子，并从激发态失活过渡到多重 性相同的低能形态时所发生的一种发光现象。但不是任何分子都可以产生荧光，发生荧光 的分子需要具备合适的分子结构或含有可以消减分子的振动刚性平面布局。否则就没有荧 光或者荧光很弱。 1.3 光化学传感器的简介 分子识别是客体与主体之间依靠非共价键力的特定结合并产生某种特定功能的过程， 是组装功能及组装的根本，它是分子与分子之间特定且专一的相互作用。分子识别是超分 子体系的三大功能分子识别、化学反应、分子运输之一，主要任务是探索多个分子以分子 间非共价键的弱相互作用，例如范德华力、氢键、疏水亲水相互作用和他们之间的协同等 作用的表现形式，组成具有一定结构与功能的分子聚集体。分子识别广泛存在于我们的自 然界中，在生物体中更有着无可代替的作用。例如，生物体中的酶反应、细胞活性的调整， 肌肉的收缩，蛋白质的络合拼装、免疫抗原抗体的组装、神经元信号的感应和传递等生命 3 过程均不能没有各种阴阳离子的参与。如今，分子识别的某些应用已经在生命科学、环境 科学、功能材料科学和信息技术等领域扮演着非常重要的角色。 1.3.1 光化学传感器设计原理 当把光化学传感器看为一类分子器件，其所含有的组成可用“3D”来代表，如图 1.1 所 示。所表示的 3D，即：(1)分子识别部分，就是指接受体，它的功能是结合识别客体分子； (2)报告器部分，就是指发色体，它的功能是发出光信号；(3)中继体部分，它的功能是把发 色体和接受体之间连接起来，除此之外，它还可以起到当其他物体进入接受体时导致发色 体的发光性质产生变化的中间作用。当底物与接受体连接后，以致接受体分子光的变化， 具体体现为报告器个别发生荧光猝灭或增强，要么颜色产生变化(比色化学传感器)，这是 最常见的光化学传感器的一般工作原理。 图 1.1 化学传感器工作原理示意图 在光化学传感器的探索钻研中，所利用的传感器的设计、合成拥有非常重要的意义3。 对系统的设计与合成将对传感器的灵敏度和辨别能力产生很大的作用， 在这里器件中的“报 告器”部分和“中继体”部分与一系列的光物理与化学等问题有关， 这就使得我们在设计中拥 有对光化学和物理等相关常识的有着充分解析和掌握。用于报告器的发光化合物可以分为 以下几类：分子内共轭的电荷转移化合物，稠环类芳香化合物，偶氮类化合物等。中继体 则表现为光化学传感器的响应机制。 除了上面说到较为常用的光化学传感器的工作原理外，以化学反应为基础的原理也逐 渐的被应用于化学传感器的设计中4，条件是这种方法是当有底物的存在下发生可逆或者 不可逆的化学反应。图 1.2 列举了含有化学反应的三种类型，图 1.2（a）是接受体与底物 相互作用后，底物和接受体借着共价键结合构成新的物质，图 1.2（b）是底物以催化剂的 身份使接受体分子发生不可逆的化学反应形成另一种化合物，这两类型中，最终的产物和 原始的接受体在化学性质上根本性质不同，致使溶液发光或颜色发生变化，进而达到对目 标底物的检测。图 1.2（c）是以置换反应类型为基础的化学传感器，接受体与发色体之间 不是借着共价键相互结合，而是得到一种新的配合物，当含有这种配合物的溶液加入底物 4 中时，由于接受体与底物之间可以发生较强的相互作用，即置换反应，使底物与接受体络 合，从而使得颜色发生变化或产生荧光。这种以化学反应为基础的光化学传感器因使用了 选择反应的特点，来达到识别特定的底物分子的目的，因此一般具有很好的选择性。 a)底物与接受体反应b)底物催化反应c)底物置换反应 图 1.2 基于化学反应的光化学传感器原理示意图 在设计光化学传感器中光化学传感器的识别原理非常重要，在此，只稍微探讨一下光 化学传感器的几类常见识别机制。如：分子内电荷转移（ICT）机制、激发态分子内质子 转移（ESIPT）机制以及光诱导电子转移（PET）机制等。 1.3.2 分子内电荷转移（ICT）机制 在荧光化学传感器的设计与合成中，分子内电荷转移（ICT）机制是较为普遍的一种 响应机制5-7。 以 ICT 机理为基础的荧光传感器中通常由拉电子基团和推电子基团组成。 除 此之外，这两种基团也可作为报告器或接收器。当客体物种与接受器发生结合时，往往会 减弱或加强电荷转移，造成发射峰的位置和荧光团的荧光强弱的变化，进而使荧光光谱产 生相应改变。假如在传感器分子中加入客体物种就会产生两种截然不同的现象： （1）客体 物种与推电子基团之间发生相互作用后，会导致分子内电荷转移发生明显的减弱，从而使 紫外光谱发生蓝移； （2）拉电子基团与客体物种发生相互作用之后，会导致分子内电荷转 移发生明显的增强，从会使紫外光谱发生红移。 如图 1.3 所示，传感器 S18是典型的 ICT 传感器，荧光团是菁染料，而受体是叠氮基 团，共价键将受体与荧光团连接起来。在 4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液中，检测紫外光谱 5 可得：S1 的最大吸收波长是 610nm；在荧光光谱图中，S1 的最大发射波长是 710nm。加 入 H2S 后，S1 会发生还原反应，叠氮基就成了氨基，由此便得到了染料 S2，它的最大吸 收峰由以前的 610nm 红移至 650nm，相应地，荧光光谱中的最大发射峰由 710nm 红移至 750nm。 N N N N N NH2 N N H S 2 S1S2 图 1.3 ICT 机制的荧光传感器 1.3.3 激发态分子内质子转移（ESIPT）机制 激发态分子内质子转移（ESIPT）一直以来都是光物理与化学领域的焦点9-12。ESIPT 一般是指有机分子经过光照射后，从基态跃迁至激发态，在这样的激发态下，邻近的质子 受体和分子内的质子给体之间会产生质子转移13。在这个过程中，质子给体一般会产生互 变异构。例子就是烯醇式一般会产生向酮式的异构互变，此异构互变会造成荧光发射峰较 大红移。 Fahrni14等合成了可以作为金属离子探针的传感器 S3（见图 1.4） ，该传感器是一种以 苯并唑类为基础的。当基态时，此物质的羟基被金属离子发生去质子化，于是和所产生的 羟基负离子和邻位的 N 原子进行配位， 于是金属配位键就取代了氢键， 进而禁阻了 ESIPT， 最后情况就是传感器的光谱性质产生改变，荧光发射峰明显蓝移，进而成功地检测金属离 子。 O X N H O X N H O X N M LL 酮式异构体 烯醇式异构体L是溶剂，X=O,S,NH +M2+ -H+ 图 1.4 金属离子抑制的激发态质子转移 1.3.4 光诱导电子转移（PET）机制 自然界中普遍存在光诱导电子转移（PET）机制15-17，在生物和化学等科研领域内， 6 此响应机制一般作为识别原理被研究人员所设计并合成荧光化学传感器，并且此传感器已 被推广使用，特别是此类型的传感器被用于检测阳离子。 可以把光诱导电子转移机制简单地解释为：电子给体或电子受体在光的照射下会受到 激发，处于激发态的电子受体和电子给体之间会发生电子转移，人们将所发生的这种电子 转移效应叫做光诱导电子转移机制。若有相邻基团的存在或者是存在外来分子，在光照射 这一过程中，而这些基团或分子的轨道能级位置处于荧光发射团的最高占有轨道下方，并 且由位于最低空轨道的上方，此类情况，就有可能发生光诱导电子转移，使得体系的荧光 发生猝灭。 目前已经把光诱导电子转移为机制的荧光化学传感器大量用于检测和识别阴离子和 阳离子。Gunnlaugsson 等18设计合成了可以用来探测 F-的荧光化学传感器 S4 和 S5（如图 1.5） ，而这就是利用了该响应机制。S4 中的硫脲中的两个氨基可以与 F-相互作用，从而使 蒽的荧光猝灭。而后设计研发的 S5 具有与众不同的空间构型，首先它具有两个接受器基 团，并且这两个接受器基团位于其两端，而这是被蒽分隔的，故该传感器可以用于与某些 二羧酸类物质的检测， 因为他们可以形成比较好的互补， 从而显示出非常优良的传感性能。 NH NHS NH NHS NH NHS S4S5 图 1.5 传感器 S4 和 S5 1.3.5 光化学传感器的分类 依据其放出的检测信号种类的不同，可以将光化学传感器化分为两种：一种是荧光化 7 学传感器，即以识别前后传感器的荧光光谱不同为报告信号；另一种是比色化学传感器 19-21，即以识别前后传感器的吸收光谱不同作为报告信号。之所以现在科研人员都十分在 意以荧光作为输出信号的化学传感器22，原因是无论是在界面上还是在溶液中，荧光信号 比较容易探测。也是因为荧光信号很敏锐，故传感器的检测下限浓度常常不高。目前，已 经开发并论述了很多检测氟离子的荧光化学传感器23-26。显然，荧光化学传感器的研究已 经有了很大的发展，其测试的条件也有所变化，即从有机溶剂成为水溶液。荧光化学传感 器的检测范围也很大，起初是检测情况中的小分子、阴阳离子，后来变化到生物体内小分 子、生物较大分子，例如：蛋白质、酶类等等，甚至还可以侦查到生物体内一些变化27。 荧光传感器（尤其是以化学反应型为基础的荧光传感器）的反应时段很大部分地减小了。 1.4 本课题研究的主要内容及意义 截止到目前，研究化学传感器的分子识别作用有较大市场，能设计合成出检测灵敏且 检测限量低的荧光化学传感器有着更广阔的空间，由于氟离子荧光化学传感器有着良好的 水溶性，结构比较简单，准确灵敏，专一性高，检测限量低，在应用领域受到了广泛的关 注。因此，当前也是将来氟离子荧光化学传感器的发展方向有可能是使用化学反应的原理 来设计氟离子荧光化学传感器。 3-羟基黄酮，也叫黄酮醇，具有典型的双光子效应28-29。3-羟基黄酮可发生激发态分 子内质子转移，同时会出现双荧光光谱效果，哪怕是在水相中也会有比较强的荧光。3-羟 基黄酮与传统荧光类化合物作比较的话有着明显的优势。例如，在它的荧光光谱上，不但 能够得到最大的荧光发射峰，而且能够得到由激发态分子内质子转移产生的互变异构体的 最大的荧光发射峰、两个发射峰的强度比。并且，由于 3-羟基黄酮的分子结构简单，故 3- 羟基黄酮及其衍生物可以作为荧光探针广泛的用于生物和化学领域。激发态质子转移是指 在一定波长光照射下某类有机分子能从一般构型的基态跃迁到激发态，使分子中与某一杂 原子相连的氢原子通过氢键桥通道发生移动，由此与此分子相近的另一杂原子相连接，成 为该分子的其他异构体激发态， 之后， 通过无辐射弛豫或发射荧光跃迁到达该异构体基态。 但是，由于该基态活跃，所以它能经历热弛豫返回到一般构型的基态，继而实现了一个光 循环历程，这就是激发态质子转移历程。在激发光照射下，3-羟基黄酮分子发生激发态质 子转移，羟基上的 H+从 O 上离开，并且与邻位碳上的 O 键合，由此构型就发生了变化。 质子转移后，吸收光谱发生了斯托克斯位移，吸收峰红移。体系的第一激发态能量变低是 8 由于分子结构发生变化所致，而这一结果是通过检测 3-羟基黄酮衍生物的荧光性质的改变 来实现对氟离子的检测的（其他一般无机阴离子均不会与受体反应导致类似荧光效应） 。 9 第 2 章 实验部分 2.1 实验仪器与试剂 表 2.1 实验仪器 仪器名称生产厂家 电子天平 FA10004A上海一科仪器有限公司 单道移液器上海一科仪器有限公司 磁力搅拌器上海一科仪器有限公司 电子智能控温仪郑州南北仪器设备有限公司 旋片真空泵 2XZ 型浙江黄岩天龙真空泵厂制造 气体减压器 97 型宁波兴达焊割减压仪表厂 旋转蒸发器 RE-52C郑州南北仪器设备有限公司 循环水式多用真空泵 SHB-IV上海一科仪器有限公司 恒温水油浴锅 RE-201D河南合众仪器仪表有限公司 三用紫外分析仪 ZF-1上海康华生化仪器制造有限公司 电热恒温鼓风干燥箱河南合众仪器仪表有限公司 真空干燥箱上海一科仪器有限公司 电子调温电热套 98-1-B上海一科仪器有限公司 液相色谱-质谱联用仪 LC-MS美国安捷伦科技有限公司 核磁共振波谱仪 Bruker北京布鲁克科技有限公司 10 表 2.2 实验试剂 试剂名称纯度生产厂家 4-（二乙胺基）水杨醛分析纯成都西亚试剂有限公司 碳酸钾分析纯上海阿拉丁生化科技股份有限公司 二甲基甲酰胺分析纯上海阿拉丁生化科技股份有限公司 溴代乙醛缩二乙醇分析纯上海阿拉丁生化科技股份有限公司 乙醚分析纯上海一科仪器有限公司 氯化钠分析纯天津市天利化学试剂有限公司 三氟乙酸分析纯上海阿拉丁生化科技股份有限公司 碳酸氢钠分析纯成都西亚试剂有限公司 氢氧化钠分析纯郑州南北仪器设备有限公司 氢化钙分析纯上海市阿拉丁工业公司 无水硫酸镁分析纯上海阿拉丁生化科技股份有限公司 无水乙醇分析纯郑州南北仪器设备有限公司 石油醚分析纯天津市天利化学试剂有限公司 蒸馏水分析纯东方化波有限公司 高真空脂分析纯上海市临空硅酮有限公司 氧气袋30L江苏省富林医疗设备有限公司 薄层层析硅胶胶板2.58cm2烟台江友硅胶开发有限公司 11 2.3 实验内容 2.3.1 合成路线 CHO OH CHO N O O N O O N CHO O O Br CF3COOH 图 2.1 3-羟基黄酮衍生物中间体的合成路线 化合物 1 的合成：在三口烧瓶中加入 1.05g 4-（二乙胺基）水杨醛和 0.83g 碳酸钾，再 用 5mL 二甲基甲酰胺加入烧瓶使之溶解。整个反应过程要在氮气的保护下，温度加热至 160搅拌。在上面所提的溶液中慢慢加入 1.58g 溴代乙醛缩二乙醇，在 3h 内加完。整个 反应要在 160下继续反应 2h，之后停止加热逐渐冷却至室温。反应液需要用乙醚萃取， 待有机层合并后，再依次用水和饱和氯化钠溶液洗涤多次，之后在体系中加入无水硫酸镁 干燥，过滤，旋蒸将乙醚除掉，可以收集到黄褐色油状物。 化合物 2 的合成:在 100mL 圆底烧瓶中加入 4mL 三氟乙酸和 1.4g 化合物 1，反应体系 在氮气保护下，加热至 90，搅拌 2h。之后停止加热逐渐冷却至室温，反应液用乙醚萃 取，再依次用水、10%碳酸氢钠和饱和氯化钠溶液洗涤多次，之后在系统中加入无水硫酸 镁干燥，过滤，旋蒸将乙醚除掉，得到的粗产品用柱层析法分离纯化，最后得到黄色固体 2，即化合物 2。 12 第 3 章 结果与讨论 3.1 点板分析 将水杨醛与第一步合成的经过无水硫酸镁干燥、过滤，旋蒸得到的黄褐色油状物点 板对比，其中溶剂为无水乙醇，展开剂为石油醚：乙酸乙酯=4:1,并在 365nm 荧光和 254nm 紫外灯下观察结果如下： 图中 1 位置为水杨醛，2 位置为反应液 图 3.1 TCL 示意图 由图 3.1 可以得知：原料水杨醛反应完全，有新产品生成，过程中伴有一些副产物的 生成。 将第一步合成并处理过的黄褐色油状物与第二步旋蒸除去乙醚得到的棕褐色色油 状物点板对比，其中溶剂为无水乙醇，展开剂为石油醚：乙酸乙酯=15:1，并在 365nm 荧 光和 254nm 紫外灯下观察结果如下： 12 图中 1 位置为反应第一步合成的产物，2 位置为反应第二步合成未纯化的产物。 图 3.2 TCL 示意图 13 由图 3.2 可以得知：在反应合成化合物 2 的过程中，有合成出新的产品，过程中有一 定量其他产物的生成，根据荧光强度并合成产率推测出 2 位置中间的点最有可能为化合物 2。 将第二步中经柱层析分离纯化得到的黄色油状物独立点板，其中溶剂为无水乙醇， 展开剂为石油醚：乙酸乙酯=15:1，并在 365nm 荧光和 254nm 紫外灯下观察结果如下： 图中荧光物质为反应液 图 3.3 TCL 示意图 由图 3.3 可以得知：粗产品经柱层析已完全被纯化，所得物质被用于质谱检测分析。 14 3.2 质谱分析 图 3.4 化合物 2 的质谱图 图 3.5 化合物 2 的质谱图 15 图 3.6 化合物 2 的质谱图 从化合物 2 的质谱图中可以看出 (产物+H)-的荷质比（即分子量）为 216.1030，故产 物的分子量为 217.1108，即做质谱检测时产品呈阴性，失去一个质子；由产物分子式和结 构式可得产物的分子量是 217.2631，所以根据图可知产物的分子量与预期结果相同。 3.3 核磁分析 化合物 2 的氢核磁共振谱见下图 3.7 图 3.7 化合物 2 的氢核磁共振谱 16 化合物 2 的结构式如图 3.8 所示： N O H H H H CH2 H3C H3C (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (3) (3) CH2 CHO 图 3.8 化合物 2 的结构式 化学式：C13NO2H15 产物的氢核磁图谱数据如表 3.1 所示： H 编号H 位置(ppm) 1 2 3 N-CH3,N-CH2 C-CH CHO,C-H 0.847-1.564 6.758-7.531 3.452 综合分析产物的质谱图、氢核磁共振图可得出结论，该产物即为 3-羟基黄酮衍生物的 中间体。 3.4 实验总结 合成化合物 1 过程： 问题：合成化合物 1 时要么产率很低，要么合成出的产品呈黑色，并且没有任何荧光。 原因：原料中二甲基甲酰胺需要事先除水才能使用，并且整个反应过程条件苛刻，需 要严格隔绝空气。而且溴代乙醛缩二乙醇应在三小时内均匀的滴加到烧瓶中，否则也会影 响反应产率。空气的湿度较大时也会使产率降低。 方案：a.使二甲基甲酰胺在 60条件下加入氢化钙搅拌，经冷凝回流 4-5h 后减压蒸馏 再用于反应中，尽量现用现配，余剩部分可加入活化的分子筛并放入干燥器中。 b同时，将主要原料水杨醛和碳酸钾加入三口烧瓶后，先通一段时间氮气，以排除 体系中原有的空气，之后保持氮气的持续通入。 17 C同时，用滴管将溴代乙醛缩二乙醇每隔时段加入常压低液漏斗中，使之能在 3h 内 均匀滴加完毕。 d最好是在空气湿度不大或天气晴朗的情况下进行实验。 合成化合物 2 过程： 问题：合成化合物 2 时有产品合成出来，但产率不高。 原因：不能得知反应完全的时间，以致原料不能完全反应，或反应时间较长以致有其 它副反应。 方案：通过点板实验追踪反应过程，即每隔 30min 将反应所得产物与化合物 1 进行点 板实验，通过对所爬点的高度、个数、浓度等进行多次对比，得出反应时间为 2h 时能得 出最多量的可能产物。 问题：经旋蒸得到的粗产品点板时呈现较多点，且彼此排列紧密，以致不能使用柱 层析法分离纯化。 原因：反应生成的各物质极性相差不大，使得在点板时不能在所用的展开剂中被分散 开。 方案：查得常用溶剂的极性顺序后，选出石油醚与乙酸乙酯，通过配比得出当石油醚： 乙酸乙酯=15:1 时，各物质恰好被分离开，并所爬高度也巧好符合 0.3-0.5 的条件。 问题：即使选择出合适的展开剂，但经柱层析纯化后，产品纯度仍然能不高 原因：柱内相邻产物在柱体中的颜色和荧光强度区别不明显，使得用小烧杯所接的物 质仍不纯净。 方案：把 40 只洁净的小试管由 1-40 依次标号，并用这些小试管去接被展开剂淋洗出 来的有荧光的物质，之后用毛细管依次取样点板，通过荧光比较选出在合适范围内的小试 管，并旋蒸所选试管内的溶液，就可以得到纯物质。 18 结 论 本课题以水杨醛和溴代乙醛缩二乙醇为原料，通过水解和羟醛缩合等反应合成了化合 物 2，即 3-羟基黄酮衍生物的中间体，并且通过质谱、氢核磁共振谱对其进行表征，并得 出如下结论： （1）主要利用了质谱和氢核磁共振谱证实了合成产物为目标产物化合物 2，也验证了 水杨醛经过反应可以合成出化合物 2 的可行性； （2）反应所需的各原料均需严格除水，否则会使化合物 1 的产率大大下降。 （3）在柱层析分离纯化化合物 2 粗产品时，只有呈黄色的具有强荧光的物质才是实验 所需产品。 19 致 谢 到了这里已接近尾声，首先，我想非常感谢我的论文指导老师安阳工学院化学与 环境工程学院高分子材料与工程专业教研室王芳副教授。此论文是在王老师的指导下写成 的，从起初的选则论文题目一直到本论文的最终定稿都是靠着王老师精心的指导。 平易近人的王老师知识渊博，有着广阔的视野，治学态度十分严谨，并且能在原实验 的基础上，有着自己的思考，从而开拓出新的方法，研发出新的产品，王老师具有科研钻 研精神，善于发现问题，分析并解决问题，今后我会谨遵王老师的教诲，踏实搞好自己的 科研，并能脚踏实地为祖国科学研究事业贡献自己的力量。 感谢安阳工学院化学与环境工程学院为我提供非常好的实验研究环境。 感谢苏亮、许宁宁、贾鹏鹏、文荣、李玲玲、刘云龙、耿丽芳、毛环瑞等同学在我实 验过程中给我提供的帮助。 感谢养育和培育我的父母，祝父母身体健康！ 祝愿化学与环境工程学院全体职工工作顺利，身体健康，阖家幸福，祝愿安阳工学院 化学与环境工程学院有着更美好的明天！ 20 参考文献 1张素浩,张忠诚,徐袛云.微量元素氟与人体健康J.微量元素与健康研究,2007,24(2):69-70. 2郑宝山.地方性氟中毒及工业氟污染研究M.北京:中国环境科学出版社 1992:117-261 3汪鹏飞,刘卫敏,张晓玲,徐丽卫“检测细胞内汞离子的荧光探针及合成方法和用途”,中国专 利,200710120309.4 4汪鹏飞,刘卫敏,代青,张文军,李述汤“吡唑啉吡啶并苯并香豆素荧光染料衍生物及其合成方法和用途”, 中国专利,200810101430.7 5许志成.ICT 荧光探针与生物大分子相互作用的研究D.山西大学,2006. 6王仲如.新型 ICT 荧光探针对单糖分子的识别研究D.山西大学,2006. 7刘丹丹.分子内电荷转移（ICT）态发光材料的理论研究与分子设计D.吉林大学,2012. 8Yu F, Li P, Song P, et al.An ICT-based strategy to a colorimetric and ratiometric fluorescent probe for hydrogen sulfide in living cellsJ.Chemical Communications, 2012, 48(23): 2852-2854 9李鹏,曾毅,陈金平,李迎迎,李嫕.激发态分子内质子转移(ESIPT)发色团修饰的树枝形聚合物合成及光 物理研究J.化学学报,2012,15:1611-1616. 10王野.激发态分子间质子转移氢键动力学的理论研究D.吉林大学,2015. 11肖亮亮.基于 ESIPT 机理的苯并唑类荧光探针的设计、合成与应用研究D.西北农林科技大学,2015. 12李鹏,曾毅,李嫕.激发态分子内质子转移(ESIPT)发色团修饰的树枝形聚合物合成及光物理研究A.中 国化学会.中国化学会第 28 届学术年会第 11 分会场摘要集C.中国化学会:,2012:1. 13Kasha M. Proton-transfer spectroscopy. Perturbation of the tautomerization potentialJ. Journal of the Chemical Society,1986, 82(12): 2379-2392. 14Henary M M, Fahrini C J. Excited state intramolercular proton tranfer and metal ion complexation of 2-(2-hydroxyphenyl)benzazoles in aqueous solutionJ. Journal of Physical Chemistry A, 2002, 106, 5210-5220. 15王凤娇.氟硼二吡咯类荧光探针分子光诱导电子转移机理的理论计算D.辽宁师范大学,2012. 16刘秋.基于可调控 PET 机制的金属离子荧光探针D.天津理工大学,2014. 17庄丽梅.光诱导单电子转移反应合成氮杂化合物D.哈尔滨师范大学,2013. 18Gunnlaugsson T, Davis A P, OBrien