（有机化学专业论文）新型含n化合物和磷酸单酯的合成、表征及化学发光性质研究.pdf

新型含n 化合物和磷酸单酯的合成、表征 及化学发光性质研究 摘要 本论文对化学发光的原理；含c n 键对位酚类衍生物的合成方法、反应机理： 磷酸单酯衍生物和含c - n 键的芳香族s c h 濉碱衍生物的合成方法及其研究进展进 行了综述。 利用大体积双膦配体的二茂铁金属络合物作为催化剂，将芳香族亚胺活性基 团引入目标化合物中，设计并合成了5 个含c n 键的新型对位酚类衍生物，分别为： 4 一( 1 h 苯并咪唑1 基) 苯酚( a 1 ) 、4 。( 1 h 苯并 1 ，2 ，3 】三氮唑一1 一基) 苯酚( a 2 ) 、4 一( 9 h - 咔唑9 基) 苯酚( a 3 ) 、4 ( 二( 1 h 。吲哚2 基) 甲基) 苯酚( a 4 ) 、4 一( 1 h 一苯并咪唑- 2 一基) 苯酚( a 5 ) 。设计并合成了6 个含c n 键的新型芳香族s c h 斌碱衍生物，分别为：邻 硝基肉桂醛缩对乙氧基苯胺( b 1 ) 、邻硝基肉桂醛缩1 萘胺( b 2 ) 、邻硝基肉桂醛缩 邻甲氧基苯胺( b 3 ) 、肉桂醛缩对乙氧基苯胺( b 4 ) 、肉桂醛缩对甲氧基苯胺( b 5 ) 、 邻硝基肉桂醛缩对甲氧基苯胺( b 6 ) ，并得到了s m 圩碱化合物b 2 、b 3 、b 5 、b 6 的单晶。设计并合成了5 个磷酸单酯衍生物，分别为：对碘苯酚磷酸单酯( c 1 ) ，对 苯基苯酚磷酸单酯( c 2 ) ，对羟基苯基苯酚磷酸单酯( c 3 ) ，对碘苯基苯酚磷酸单酯 ( c 4 ) ，p 1 ，2 ，4 】- 三氮唑基苯酚磷酸单酯( c 5 ) 。 利用红外光谱( i r ) 、核磁共振氢谱( 1 h - n m r ) 、核磁共振碳谱( 乃c - n m r ) 及部 分化合物的x 射线单晶衍射分析对化合物的结构进行了表征。并对部分化合物的 荧光效果和化学发光增强效果进行了初步探讨，从中筛选出了高活性的化学发光 增强剂。对位酚类衍生物荧光性能的研究结果表明，大部分酚类化合物具有很强 的荧光效果，这与分子中的取代基和共轭程度有关。 研究了5 种含n 酚类衍生物对l 啪i n 0 1 h 2 0 2 h r p 体系化学发光性能的影响， 讨论了化合物a 5 作为抑制剂时，l u i 】= 1 i n 0 1 h 2 0 2 h i 冲化学发光体系的优化条件分 别为 l 嗽i n o l 】：5 1 0 。5m o 儿( 0 1h l o l l t r i s h c l 缓冲液，p h = 8 6 ) ；【h r p ：1 1 0 。 m g m l ；【h 2 0 2 ：5 1 0 3 m o l l ； a 5 ：1 o 1 0 1 3m o l l 。 研究了p 【1 ，2 ，4 】三氮唑基苯酚磷酸单酯( c 5 ) 作为预增强剂时对l u m i n o l h 2 0 2 一h r p 化学发光体系的增强效果，并对反应条件进行了优化。实验结果表明， p 1 ，2 ，4 】三氮唑基苯酚磷酸单酯作为预增强剂时，对l 吼i n o l h 2 0 2 - h 砌化学发光 体系具有很强的增强效果，在碱性磷酸酶( a l p ) 作用下，p 一【1 ，2 ，4 】三氮唑基苯 酚磷酸单酯完全水解生成具有增强效果的p 一 1 ，2 ，4 】一三氮唑，提高了发光强度，延 长了发光时间，增强效果可达2 0 0 多倍。反应的优化条件分别为 l 啪i i l o l 】： 2 o l o 。m o l l ( o 1m o l l 1 m s h c l ，p h = 8 6 ) ；【a l p 】：1 1 0 4m g m l ； 单酯】：1 o 1 0 3 m o l l ；【h 2 0 2 ：1 1 o 。3m o l l ；单酯和a l p 于3 7 水浴恒温3 0i 1 1 i n 。 关键词：化学发光含n 化合物磷酸单酯预增强剂抑制剂合成表征 i i s t u d yo nt h es y n t h e s i s ，c h a r a c t e r i z a t i o n ， c h e m i l u m i n e s c e n tp r o p e r t i e so fn o v e l c o m p o u n d sc o n t a i n i n gn i t r o g e na t o m s & p h o s p h o m o n o e s t e r s a b s t r a c t t h i sp a p e rd e s c r i b e st 1 1 er e c e n td e v e l o p m e n to ft h ec h e m i l u m i l l e c e n c ep r i n c i p l e s a n da p p l i c a t i o n s ；t 1 1 es y t l 伽e s i s 觚dr e a c t i o nm e c h a 玎j s mo fp a r a d e r i va = t i v e so fp h e n o l c o n t a i l l i n gc nb o n d s ；t h es y n t h e s i so fp h o s p h o m o n o e s t e r sa 1 1 da r o m a t i cs c h i f rb a s e s d e r i v a t i v e sc o l l _ t a i n i n gc ：= nb o n d s t h ea u c t i v e 留o u p so fa r o m a t i ci m 通e 、e r em d u c e di n t ot h et a r g e tc o m p o m l d s a c c o r d i n gt ot 1 1 ee 疏c to ff e r r o c e n em e t a lc a t a l y s tc o n t a i n i n gd i p h e n y l p h o s p h i n e c o m p l e xw i t hh u g eb u l k f i v ep a r a - d e r i v a t i v e so fp h e n o lc o n t a i l l i n gc nb o n d sw e r e d e s i g n e da 1 1 ds y n t h e s i z e d ，n l e ya r e4 一( 1 h - b e n z o d 】一1 一y 1 ) p h e n o l ( a 1 ) ；4 一( 1 h - b e n z o d 】 一 1 ，2 ，3 t r i a z o l e - 1 一y 1 ) p h e n o l ( a 2 ) ；4 一( 9 h c 棚b a z 0 1 9 - y 1 ) p h e n 0 1 ( a 3 ) ；4 一( d i ( 1h - i n d 0 1 2 一y 1 ) 一m e t h y l ) p h e n o l ( a 4 ) ；4 一( 1 h - b e m 的【d 】i m i d a z o l 一2 一y 1 ) p h e n o l ( a 5 ) ，r e s p e c t i v e l y s i x a r o m a t i cs c h i f fb a s e sd e r i v a t i v e s c o n t a i n i 力g c = - nb o n d s 、e r e d e s i g n e d a 1 1 d s y n t h e s i z e d t h e y a r e 4 一e 也o x y - n 一( 3 一( 2 一n i 仃o p h e n y l ) a l l y l i d e n e ) b e n z e n 锄i n e ( b1 ) ； n 一( 3 一( 2 n i 仃o p h e n y l ) 一a 1 1 y l i d - e n e ) n a p h t l l a j e n e 一1 一锄i n e ( b 2 ) ；4 一m e t l l o x y - n 一( 3 一( 2 - n i t r o 巾h e n y l ) a l l y l i d e n e ) b e n z e n a m i n e ( b 3 ) ；4 一甜1 0 x y - n 一( 3 - p h e n y l a l l y l i d e n e ) b e n z e n e a m i n e ( b 4 ) ；4 一m e t h o x y j n 一( - 3 - p h e n y l a l l y l i d e n e ) b e i 屹e n e a m i i l e ( b 5 ) ；2 - m e t h o x y n 一( 3 一 ( 2 - n i n d p h e n y 1 ) a 1 1 y l i d e n e ) b e n z e n e a m i i l e ( b 6 ) ，r e s p e c t i v e l y f o u rs i n 9 1 ec r y s 谢so ff o u r 虹n d so fc o m p o u i l d sw e r eg o t f i v ep h o s p h o m o n o e s t e r sw e r ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e d t h e y a r e 4 一i o d o p h e n o lp h o s p h a t em o n o e s t e “c1 ) ； 4 - p h e n y l p h e n o lp h o s p h a t e m o n o e s t e r ( c 2 ) ； 4 一( 4 一h y d r o x y ) p h e n y l p h e n o lp h 0 s p h a t em o n o e s t e r ( c 3 ) ； 4 - ( 4 一i o d o ) p h e n y l p h e n o lp h o s p h a t em o n o e s t e r ( c 4 ) ；4 - ( 1h - 1 ，2 ，4 - t 矗a z o l l y 1 ) p h e n y l p h e n o lp h o s p h a t em o n o e s t e r ( c 5 ) ，r e s p e c t i v e l y i i i ih es t m c t u r e so f 。t h en o v e lc o m p o u n d ss y n t h e s i z e dw e r ec o n 血1 i l e db ym e a n so fi r 1h n m r ，”c j n m r 锄d x r a ys i i l g l e c r y s t a ld i f h a c t i o nm e m o dd e t e m i n a t i o n t h e n u o r e s c e n te f i f e c t sa n dc h e m i l u i n i n e c e n te f f e c t so ft 1 1 ep r o d u c t w e r et e s t e ds oa st o s e l e c tt h eh i 曲一a c t i v 毋c o m p o u l l d s 砸en u o r e s c e n t e 僚c t s 何t h en e wk i n d so f p a r a - d e r i v a t i v e so fp h e n o lw e r et e s t e d ，a n dt 1 1 er e s u l t ss h o w e dm a t m o s to fm e c o m p o u n d sh a v eh i g hn u o r e s c e ma c t i v i t i e s ni sw e uk n o w nt h a tt l l ef l u o r e s c e n t e a e c t so ft 1 1 em o 】e c u 】e sa r ei 工1 丑u e n c e d b yt h es u b s t i t u t e dg r o u p sa 1 1 dc o 巧u g a t e d d e g r e e 4 一( 1h - b e n z o d i m i d a z o l - 2 - y 1 ) p h e n 0 1 ( a 5 ) w a su s e di nt h e1 u m i n 0 1 h 2 0 2 h i 心 s y s t e m a sa n t i e n h a n c e r a st h er e s u l t s s h o w i l ，i ti sap o t e n ti n l l i b i t o ri nt 1 1 e 1 啪i n o l h 2 0 2 一h r p t h eo p t i m a le x p e r i m e n tc o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w s ： l 啪i n 0 1 ： 5 1 0 巧m 0 1 l ( 0 1m o l l 哺s h c l ，p h = 8 6 ) ；【h r p 】：1 1 0 一5m g m l ； h 2 0 2 】：5 1 0 3 m o l l ；【a 5 ：1 o 1 0 jm o l l ；t r i sb u 盆衙o 1m o l l ，p h8 6 i tc a l lb ec o n c l u d e d 丘o mo u rr e s u l t st h a t 4 一( 1h - l ，2 ，4 一t r i a z o l - 1 - y 1 ) p h e n y l p h e n 0 1 p h o s p h a t em o n o e s t e r ( c 5 )c a i lb eu s e di nt h el u m i l l o l h 2 0 2 h r ps y s t e ma s p r o e n h a n c e r a sm er e s u l t s s h o w e d ， “w a sap o t e m p r o e n h a n c e r i nm e l 啪i n o l h 2 0 2 一h r p t h eo p t i m a le x p 嘶m e n tc o n d i t i o i l sa r ea sf o l l o w s ：【l u l 斑n o l 】： 2 o l o 珥 m o l l ( 0 1 m o l i t 矗s h c l ， p h = 8 6 ) ； a l p 】： 1 1 0 _ 4 m g m l ； p h o s p h o m o n o e s t e r ：1 o 10 弓m o l l ； h 2 0 2 】：1 10 。m o l l ；t r i sb u 妇衙0 1m o l l ，p h 8 6 t h ep h o s p h o m o n o e s t e ra n da l pw e r ei n c u b a t e di nw a t e rf o r3 0m i n u t e s u n d e rm e s ec o n d i t i o n sm ea l p e n z y m a t i ch y d r 0 1 y s i so fp h o s p h o m o n o e s t e rw a s c o m p l e t ea n dt h ee n h a n c e m e n to ft h el i g h te m i s s i o nw a l sr e m 破a b l y t h et i m eo fl i g h t e m i s s i o nw 2 l sp r o l o n g e d t h ee 能c to ft h ec h e m i l 啪i n e c e n c ew a s2 0 0t i m e sm o r e 也a i l t b eb l a n k k e yw o r d s ： c h e m i l 啪i n e c e n c e ； c o m p o u n d sc o n t a i n i n gn i 仃o g e na t o m s ； p h o s p h o m o n o e s t e r s ；p r o e n l l a l l c e r ；i n h i b i t o r ；s y n t h e s i s ；c h a r a c t e r i z a t j o n i v 新型含n 化合物和磷酸单酯的合成、表征及化学发光性质研究 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的 论文或成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明 确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：何 】踅 日期： 沙驴年g 月仕日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解青岛科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛科 技大学。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密瓯 ( 请在以上方框内打“”) 本人签名：向，3 ，丝 导师虢瑰弦苟 日期： 加矿年月f 日 日期：砂口岳年月 日 青岛科技大学研究生学位论文 第1 章文献综述 引言 本章对化学发光的基本原理及应用；含c - n 键的对位酚类衍生物合成方法、 反应机理；磷酸单酯衍生物和含c - n 键的芳香族s c h 证b a s e 衍生物的合成方法及 其研究进展进行了综述【lj 。 1 1 化学发光方法和化学发光机理 发光是指一个分子中的电子从激发态跃迁到基态时所发出的光，它包括荧光 ( f l u o r e s c e n c e ) 、磷光( p h o s p h o r e s c e n c e ) 和化学发光( c h e m i l 啪i n e s c e n c e ) 。 当基态分子吸收化学反应中释放的能量跃迁到激发态，处于激发态的分子以光辐 射的形式返回基态时产生的光称为化学发光。化学发光是在没有任何光、热和电 能的激发下，利用自身化学反应而产生光辐射从而进行定量分析的光化学方法。 基于化学发光强度和被测物含量之间的关系建立的分析方法叫化学发光分析法。 化学发光分析方法灵敏度高，线性范围宽，选择性好，它与免疫分析联用具有很 大的发展潜力。化学发光分析在临床检验、药物分析及环境监测等方面已得到广 泛应用，尤其是免疫分析、流动注射分析技术和增强剂的引入，显著提高了化学 发光分析测定的特异性、重现性和灵敏度，使化学发光分析更具广阔的应用前景。 化学发光是指某些化学反应中发出可见光的现象。化学发光的发光机理是： 反应体系中的某些物质分子，如反应物、中间体或者荧光物质吸收了反应释放的 能量而由基态跃迁至激发态，然后再从激发态返回基态，同时将能量以光辐射的 形式释放出来，产生化学发光，其过程主要有两种可能：( 1 ) 物质a 和b 反应， 产生激发态c ，c 。为发光物质直接发出可以测量的光( 式1 1 ，式1 2 ) ；( 2 ) 物 质a 和b 反应，同样产生中间体c ，当体系中存在另一种易于接受能量的荧光物质 f 时，c 把能量转移给荧光体，使得荧光物质接受了能量由基态跃迁至激发态， 当激发态分子返回基态时，产生发光现象，其发光体为荧光物质，发光波长与荧 光物质的发射波长相一致( 式1 3 ，式1 4 ，式1 5 ) 【1 1 。 a + b c + d ( 1 1 ) c +一+ a + b c + + f 一- f + _ c + h v ( 1 2 ) c + d ( 1 3 ) f 。+ c ( 1 4 ) f + h v ( 1 5 ) 新型含n 化合物和磷酸单酯的合成、表征及化学发光性质研究 可见，任何一个化学发光反应都包括化学激发和发光两个关键步骤，它必须 满足以下几个条件：( 1 ) 化学发光反应必须提供足够的激发能，激发能的主要 来源是反应焓。能在可见区范围内发光的化学发光物质，大多是有机化合物，而 有机发色基团激发能量e 通常为1 5 q 4 0 l ( j m 0 1 范围。许多氧化还原反应所提供的 能量与此相当，因而大多数化学发光反应为氧化还原反应；( 2 ) 要有有利的化 学反应历程，使化学反应的能量至少被一种物质所接受并生成激发态。对于有机 分子的液相化学发光反应来说，容易生成激发态的物质常是芳香族化合物和羰基 化合物；( 3 ) 要观察到化学发光，就必须在反应条件下处于激发态的分子能释 放出光子或能够把它的能量转移给另一个分子，而使此分子激发，然后以辐射光 子的形式回到基态。 化学发光分析测定的物质可以分为三类：第一类物质是化学发光反应的反应 物；第二类物质是化学发光反应中的催化剂、增敏剂或者抑制剂；第三类物质是 偶合反应中的反应物、催化剂或者增敏剂等。通过标记方式利用这三类物质还可 以测定人们感兴趣的其他物质，进一步扩大化学发光分析的应用范围。 化学发光过程中产生电子激发态的能量来自于化学反应，对于在可见光区的 发光，反应需要放出至少1 6 8 2 9 4k j m o l 的热量。通常具有这种能量的反应是氧 化反应，这些能量的释放必须来自化学键断裂时电子的转移。所以，化学发光分 析也是氧化还原反应过程的能量转移的测定，这是化学发光分析区别于其他光学 测定法的重要标记和特征之一。 1 1 1 常用的化学发光体系 ( 1 ) 鲁米诺化学发光体系 鲁米诺( 5 氨基2 邻苯二甲酰肼) 属于酰肼类有机化合物，性质稳定，结构 简单，易于合成，无毒，不污染环境，且水溶性较好，是使用最早应用最广泛的 化学试剂之一，它在强碱性溶液中可以被氧化剂氧化而处于激发态，激发态发射 蓝光同时回到基态【2 】。 鲁米诺可与各种氧化剂如过氧化氢、氧气、次氯酸盐、碘、铁氰化钾、高锰 酸钾等反应产生化学发光。还有许多物质对鲁米诺诱导的化学发光反应具有催化 或抑制作用。因此，鲁米诺作为一种有效的化学发光试剂被广泛用于各种氧化剂、 催化剂和抑制剂的测定【3 1 。 ( 2 ) 光泽精化学发光反应体系 光泽精( n ，n 二甲基二吖啶硝酸盐) ，也是最常见的化学发光试剂之一。它 在碱性条件下，可以被过氧化氢氧化成四元环过氧化物中间体，而后裂解生成激 发态的吡啶酮而发射蓝绿色的光同时回到基态。光泽精具有较高的发光效率，量 2 青岛科技大学研究生学位论文 子产率一般在0 o l 0 0 2 之间，其化学发光反应的历程如图1 1 所示。 c h ac h ， p 一2 嘲m h 图1 1 光泽精及其衍生物化学发光反应的简要机理 f i g 1 1t h er e a c t i o nm e c h a n i s mo fl u c i g e n i na n dd e r i v a t i v e s ( 3 ) 高锰酸钾化学发光反应体系 高锰酸钾是化学发光反应中常用的强氧化剂，高锰酸钾化学发光反应可用来 测定两类物质，一类是能直接与高锰酸钾产生化学发光反应的有机物，该有机物 的分子结构大多数都含有多个羟基或氨基。另一类是基于能量转移机理测定荧光 物质。高锰酸钾可以氧化很多种有机物从而产生化学发光，某些不易与鲁米诺、 光泽精发光进行测定的物质，可以利用高锰酸钾的高氧化性与之反应，得到满意 的测定结果【4 1 ，从而不断开发了新的化学发光体系，扩展了化学发光的应用范围。 ( 4 ) 过氧草酸酯类化学发光反应体系 过氧草酸酯( p e r o x a l a t e ) 类化学发光体系最早发现于2 0 世纪6 0 年代，最初主 要用于军事目的，后来逐渐转入民用。过氧草酸酯类化学发光体系有4 种要素化 合物，即荧光剂、草酸酯、过氧化氢、催化剂。其化学发光的基本原理是：在合 适的荧光化合物( 增敏剂) 的存在下，过氧化氢诱导氧化芳香基草酸酯放出能量， 而由化学发光染料分子吸收后转化为光能，以荧光形式放出。这种发光体系除了 能用于制造各种冷光源外，还广泛应用于各类化学发光分析。与鲁米诺及其类似 物化学发光体系相比，主要优点是量子产量高，因而具有较高的灵敏度，金属离 子和氧分子于扰少【5 j 。 ( 5 ) 钌( i i ) 联吡啶配合物化学发光反应体系 钌( i i ) 一联吡啶( r u ( b p y ) 3 】) 2 + 的化学发光最早于1 9 6 6 年被l y t l e 等】发现。在强酸 或强碱的 r u ( b p y ) 3 】2 + 溶液中加入芳香胺，观测到桔红色的发光。钌( i i ) 一联吡啶是 常用的电致化学发光试剂，具有独特的化学稳定性、氧化还原性和发光性，在硫 襄茹 新型含n 化合物和磷酸单酯的合成、表征及化学发光性质研究 酸介质中，它能与氧化剂产生化学发光，加入某些有机物可以增强其发光强度， 且发光强度与有机化合物浓度呈线性关系。基于此，可以测定这些有机化合物【7 j 。 ( 6 ) 铈( ) 化学发光反应体系 在酸性介质中，c e ( i v ) 可以和许多物质发生氧化还原反应从而产生荧光特性 或化学发光，利用该反应已经建立了一些化合物的测定方法。何治柯等人发现 c e ( i v ) 可以氧化钌( i i ) 联毗啶从而产生比较微弱的化学发光现象，并且发现0 【羟基 羧酸、巴比妥酸、丙酮酸、抗坏血酸、盐酸小檗碱1 8 j 等作为增敏剂，对该反应有 显著的增强作用，其增强的强度跟被测物质的浓度成正比，据此建立起一系列测 定有机酸的新方法。并在此基础上提出了偶合化学发光机理，指出增强化学发光 与有机酸结构的关系。王园朝等【9 j 还研究了c e ( i v ) 在增敏剂r u ( p h e n ) 3 2 + 存在时氧化 s 0 3 压的化学发光特性，并用于测定葡萄酒中亚硫酸盐总含量，取得了满意结果。 1 1 2 增强a l p 系统化学发光体系 本体系是以碱性磷酸酶为标记物，1 ，2 二氧乙烷衍生物为发光剂。常用的是 a m p p d ，它是一种新型专利物质发光试剂，其化学名称是3 ( 2 螺旋金刚烷) 4 甲氧基一4 ( 3 ”磷酰基氧化) 酚1 ，2 氧环化物( 3 27 。s p i r o a d a n l a n t a n e ) 一4 一m e t h o x y 一4 一) 3 ”一p h o s p h o 巧l o x y ) p h e n y 一1 ，2 一d i o x e t a i l e ，简称a m p p d ) 。a m p p d 能 有效地被碱性磷酸酶所分解，脱去一个磷酸基，生成舢p p d 的中间产物，该中间 产物通过分子内电子转移裂解为一分子的金刚烷酮和一分子处于激发态的间氧 基苯甲酸甲酯阴离子，处于激发态的间氧苯甲酸甲酯阴离子从激发态至基态时， 产生高量子效率的光辐射波长最长为4 7 7 咖，如图1 2 所示。 舳胁黜啼掣然嚣一 0 阻o 啦硪十f 枷q 聊n o r 图1 2 增强a l p 系统化学发光原理 f i 9 1 2t h ep r i n c i p l eo f a l ps y s t 占mc h e m 订u m i n e s c e n c ew i t he n h a n c e m e n t 该体系即使无增强剂存在，也可达到极高的发光强度。若将5 正十四烷酰 氨基荧光素与十六烷基三甲基溴化胺一起构成胶束，加入发光体系发光强度提高 4 0 0 倍。19 8 8 年，b r o n s t e i n 报道了二氧环丁烷( 1 ，2 d i o x e t a l l e ) 的衍生物及其类似 物，在适宜的缓冲溶液中，经碱性磷酸酶( a l p ) 的催化可发出稳定达数十分钟 的光信号。根据这一原理建立了另一种类型的增强化学发光免疫体系。该体系由 于采用高活性的碱性磷酸酶a l p ( 活性3 0 0 0 u m g ) 为标记物，灵敏度甚高，参与 4 青岛科技大学研究生学位论文 化学反应的组分少，底物可直接被催化产生化学发光，从而减少了体系的复杂性 和背景的干扰，最小检出值可达l o 2 0 m o l ，成为当代灵敏度甚高的一种标记免疫 分析技术。 1 1 3 不同增强剂在l u m i n o l _ h 2 0 2 _ h r p 化学发光体系中的应用 最近几十年，有关l 啪i 1 1 0 1 _ h 2 0 棚i 冲化学发光体系中增强剂的研究引起了 人们的关注【1 0 1 。在l 啪i n o l _ h 2 0 r h r p 化学发光体系中使用增强剂，具有以下优 点：提高发光强度、延长发光时间、降低检测限，拓宽线性范围等。并且这种方 法已经广泛应用于酶联免疫分析【1 1 1 、薄层色谱【1 2 】等领域。 心i c k a 对常用的化学发光增强剂进行了总结【”】，即常用的增强剂多为酚类( 尤 其是对位具有不同取代基的苯酚) 、芳香胺、苯并噻唑衍生物、硼酸衍生物等。 n a o t a k a 和其合作者合成了九种洛酚碱衍生物【1 4 】，发现其中两种化合物对 l 啪i n o l h 2 0 2 - h r p 化学发光体系具有增强效果，研究表明它们对h i 心的检测限分 别为8 0 0 锄0 1 、4 3 0 锄o l ，并且具有发光时间长，稳定性好等优点，其增强效果 要优于经典的增强剂对碘苯酚。 n a o t a k a 等合成了三种硼酸衍生物【1 5 1 ，将其用于1 u m i n o l _ i 2 0 2 _ h r p 化学发光 体系中，发现与对碘苯酚比较这三种增强剂具有发光时间长等优点，其中4 【4 ，5 二( 2 毗啶基) j h 咪唑2 基 苯基硼酸( d p p a ) 可将发光强度提高1 8 0 倍，对h i 冲的 检测限约为3 5 盘n o l 。 y 锄i s 等研究4 甲氧基苯酚( 4 m e p ) 、4 ( 1 肛吡咯一1 基) 苯酚( 4 p y p ) 、4 羟基 联苯( 4 b i p ) 、4 一( 1 咪唑基) 苯酚( 4 i m p ) 等酚类化合物对1 啪i n o h 2 0 2 - h i 冲化学发 光体系的增强效果【1 6 】。研究表明，与经典的增强剂对碘苯酚( 1 0 p ) 比较，这五种化 合物的增强顺序依次为：4 i m p ，4 b i p ，4 p y p ，4 一i o p ，4 m e p 。并且将4 一( 1 咪 唑基) 苯酚f 1 2 】用于竞争型化学发光酶联免疫分析中，发现其增强效果是对碘苯酚的 2 5 倍。 另外，在使用增强剂时也可考虑同时使用两种增强剂，利用它们的协同增强 作用来提高发光强度 17 1 。 在常用的增强剂中，有关对位具有不同取代基的苯酚衍生物作为增强剂的研 究比较多。但至尽关于这类化合物在l u n 缸n o l 埘2 0 2 - h r p 化学发光体系中的增强 机理还不是十分确定。但大多数观点认为在反应过程中有h r p 中间物和苯氧基自 由基产生。其中，苯氧基自由基通过以下两个方面影响化学发光强度：( 1 ) 改 变酶变率；( 2 ) 改变自由基和鲁米诺之间的电子迁移速率。在通过对一些对位 具有不同取代基的酚类化合物增强作用研究的基础上，y 黜i s 等u6 j 认为取代基的 电子特性( 如共振效应) 在自由基的稳定性及相应所引起的发光强度增强方面起 5 新型含n 化合物和磷酸单酯的合成、表征及化学发光性质研究 到关键作用。例如，当取代基为芳香环或者含杂原子( 如氮原子) 时，所对应的 苯氧基自由基由于兀，离域效应而更稳定。另外，若取代基为给电子基团时，由于 能降低o h 键的离解能而使得苯氧基自由基更稳定。 1 1 4 化学发光的发展与应用l l 8 l 化学发光分析法在无机物、有机痕量和超痕量分析领域内都得到了广泛应 用。特别是近年来，化学发光分析法在多类复杂有机物质，如氨基酸、蛋白质、 维生素、核酸、d n a 、激素、生物碱及各类药物及毒物的检测，多种生物活性物 质的分析，多种抗体和抗原的免疫分析，基因芯片、蛋白质芯片、受体芯片、酶 芯片、微流控芯片研究中得到了广泛地应用，而且呈现出上升趋势。为生命科学、 环境科学、材料科学的研究提供了许多新的、高灵敏度的、有效的分析手段，推 动了这方面科学理论和高新技术的发展；同时，其他相关学科的研究成果也为化 学发光分析法提供了许多新的技术和手段，出现了许多新的化学发光法，如纳米 发光、发光成像、发光活体分析，大大促进了化学发光的发展及应用。 近几年来，化学发光的发展将主要表现在：( 1 ) 继续完善现有的化学发光 体系，使其成为一种常规的分析方法；( 2 ) 新体系的不断建立和完善，主要是 新体系增敏剂的研究，这是开发这些化学发光体系的关键；( 3 ) 化学发光与其 他方法或技术联用，将化学发光与数学、物理学、生物学等三大学科结合，与流 动注射技术，传感器技术、h p l c 技术联用改善化学发光法的性能，拓宽化学发 光体系的应用范围。与许多有效的分离方法如高效液相色谱和毛细管电泳相结 合，提高化学发光体系的选择性和灵敏度：( 4 ) 进一步研究有关的化学发光反 应机理，从最初以化学反应方程式进行推测，发展到借助荧光光谱、吸收光谱、 反应中间体的捕捉等证实；在实验基础上没，运用分子轨道理论、热力学原理解 释发光机理，为提高化学发光效率提供理论基础；( 5 ) 仪器的研究与开发迅速 发展，制备高效的化学发光探针，以及化学发光仪器的微型化、智能化和遥控化， 为化学发光的进一步发展创造条件；( 6 ) 扩大了化学发光分析的应用范围，将 化学发光引向有机、冶金、药物、临床、食检、生命科学、环境和材料科学等各 个领域。 1 2 芳香族对位酚类衍生物的合成方法与反应机理 1 2 1 芳香族化合物的亲核取代反应历程 酚类衍生物属于芳香族化合物，而芳香族化合物的亲核取代反应是有机化学 反应中的一类重要反应，与饱和碳上的亲核取代不同处在于芳香亲核取代很少是 一步反应，而大多数涉及不同的中间体，并且在芳香亲核取代反应中电子效应具 6 青岛科技大学研究生学位论文 有重要的作用和影响【19 】。 ( 1 ) s n l 历程 合成各类芳香化合物常常通过中间体一芳香重氮离子，它是芳胺在酸性溶液 中重氮化的中间产物【2 0 1 。 ( 2 ) 中间体络合物历程 亲核试剂先同芳环加成，形成中间体络合物，然后消去一个取代基完成亲核 取代反应，这一历程所需的主要能量用于加成中间体络合物的生成，这一步反应 被环上的强的拉电子基团所活化，因而硝基芳香族化合物为此类亲核取代反应的 最好底物。该历程共分两步，通常第一步为反应速度决定步骤。这个历程有时称 为s n 舡历程，因为它是双分子反应，但为了和亲核试剂的进攻及离去基团的离 去同时发生的s n 2 亲核取代反应历程区别，这个历程称为中间体络合物历程。关 于这个历程有很多证明，其中最令人信服的是中间体络合物的离析。因为中间体 络合物在特定条件下相当稳定，能从反应混合物中离析。例如c h 3 0 k 和2 ，4 ，6 三 硝基苯乙醚作用生成的中间体络合物是个稳定的盐，这个络合物的结构已用核 磁共振证明【2 0 】。 ( 3 ) 苯炔历程 某些芳香亲核取代反应和中间体络合物历程及s n l 历程的性质明显不同。例 如氯苯与k n h 2 n h 3 反应生成苯胺，反应底物芳基卤化物不含致活基团，需要强 碱作催化剂，其反应机理为氯苯先在强碱k n h 2 作用下消除一些分子，形成高度 不稳定的“苯炔”，然后再与n h 3 发生加成，苯炔用光谱可以观察到。这一机理的 特征性为产物的取代类型，引进的亲核试剂不一定非在离去基团所在位置不可， 因为生成的中间体苯炔为对称的，所以在和n h 3 加成时两种机会一样【2 0 1 。 1 2 2 芳香亲核取代反应的反应活性与电子效应 ( 1 ) 被作用物结构的影响 在芳香亲核取代反应中被作用物的结构对于反应活性和定位作用产生重大 的影响。例如，硝基芳烃类为亲核取代反应的最好底物，即硝基为有效地活化邻 位和对位的基团【2 0 1 。 ( 2 ) 离去原子团的影响 在脂肪族亲核取代反应中的一般离去原子团( 卤化物、硫酸酯、磺酸酯、 o n r 3 等) 亦为燕香族亲核取代反应中的一般离去原子团，但原子团n 0 2 、o r 、 o 心、s 0 2 r 和s r 在脂肪体系中通常不失去，当其连接于芳香环时则为离去原子团。 令人惊奇的是n 0 2 为特别好的离去原子团。这些离去原子团的离去能力顺序大致 7 新型含n 化合物和磷酸单酯的合成、表征及化学发光性质研究 为：f n 0 2 o t s s o p h c 1 ，b r ，i n 3 n r 3 o 心，o r ，s i 乙s 0 2 r ，n h 2 【2 0 1 。 ( 3 ) 亲核试剂的影响 亲核试剂对反应活性的影响不可能建立一个固定不变的亲核性顺序，因为被 作用物不同和反应条件不同都能使亲核性的顺序不同。但可提出下列综合的近似 顺序：亲核性随周期表的周期数的增加而加大。一个负离子的亲核性在很大程度 上决定于溶剂化作用的程度。我们所作的定性概括，大多数是根据在质子性介质 中研究得来的。在有氢键的溶剂中，一个负离子遭受强烈的溶剂化作用力，使它 的基态能量降低。在极性非质子性溶剂中的亲核取代反应往往比在质子性溶剂中 的同类型反应容易进行，并且通常认为是亲核性弱的负离子却表现出增强了的取 代能力【1 9 】。 1 2 3 金属催化剂作用下的反应机理 d p p f + p d ( o a c ) 2 a 洲r r 。i ( d p p f ) p d ( a r ) ( 1 、j r r l ) c s i + h 2 0 十 c 0 2 ( d p p f ) p d ( d p p f ) p d ( a r ) ( i ) h n r r 】 c s 2 c 0 3 图1 3 金属催化剂作用下的反应原理 f i 9 1 3t h er e a c t i o nm e c h a n i s mw i t ht h em e t a lc a t a l y s t 钯催化作用下1 2 l j 的c 制键形成的偶联反应，最早是由m 蝤t a 等在1 9 8 3 年发 展的溴代芳基与相应锡试剂的偶联开始。在这个开拓性工作的基础上，1 9 9 4 年美 国麻省理工学院的b u c h 、a l d 和y a l e 大学的h 鲫m i n g 【2 1 】几乎同时独立地发展了钯 催化的c - n 键形成的偶联反应。h a i t w i n g 于1 9 9 6 年以芳基碘化物及一级胺为原 料，通过动力学及核磁共振研究，发现所有的络合物中间体均是单分子型及单膦 8 d 州 蛐i | l 胪 ppd 青岛科技大学研究生学位论文 物种。他认为大体积配体由于减少了配位数，从而提高了还原消除对亚胺p - h 消 除反应的选择性，其反应机理如图1 3 所示口j 。 综上所述，近年来研究者在过渡金属配合物催化活化卤代芳烃方面进行了大 量的工作。研究了影响催化活化卤代芳烃的各种因素，如金属催化剂、溶剂、配 体等，其中最重要的是配体的作用。经过继续不懈的努力，用于卤代芳基化合物 亲核取代反应催化剂的更新型、高效、实用的配体会不断地合成出来【2 3 】。 1 3 磷酸单酯的研究进展 1 3 1 磷酸单酯作为预增强剂在l u m i n 0 1 h 2 0 2 一h r p 化学发光体系中的 应用 化学发光分析技术是直接进行光子计量的方法，其灵敏度和选择性一般要优 于吸光光度法，从而为无机物和有机物的痕量分析和超痕量分析提供了一个高灵 敏度的研究手段，在药物分析、免疫分析、生物活性物质分析等领域得到了迅速 发展。 鲁米诺是研究和应用最广泛的化学发光试剂之一。在碱性介质中被氧化成3 一 氨基酞酸盐( 3 一a p a ) 发出蓝色光( 中心波长在4 2 5n m ) 。同鲁米诺反应的各种 氧化剂中包括高碘酸盐、碘和次氯酸盐，使用最多的是过氧化氢。用过氧化氢做 氧化剂，一般需要催化剂。常用的催化剂有过氧化物酶，如辣根过氧化物酶( h r p ) 。 h r p 催化的鲁米诺过氧化氢体系被广泛应用于化学发光分析中，但此传统化学发 光体系为几秒内瞬时闪光、发光强度低、不易测量等缺点，在发光系统中加入增 强发光剂，如6 羟基噻唑酚，含有取代基的酚类化合物等可以增强发光信号，并 在较长的时间内保持稳定，便于重复测量，从而提高分析灵敏度和准确性。在这 些称作增