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硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 摘要 以n 甲基4 羟基：3 乙酰基2 ( 1 4 ) 喹啉酮、n 苄基4 羟基3 乙酰基2 ( 1 h ) 喹啉酮和 芳香醛为原料，l 脯氨酸为催化剂，经过舢d o l 缩合反应合成了一系列查耳酮类似物：然 后以查耳酮类似物、水合肼或苯胼为原料在乙醇和l 4 二氧六环回流的条件下进行环加 成反应，合成了一系列新的吡唑啉类物质；用二氧化锰氧化部分吡唑啉类物质合成了新 的吡唑类衍生物。对上述各产物进行了i r 、1 h - n m r 、m s 表征。 通过紫外光谱、荧光光谱对吡唑啉类产物、吡唑类产物的光学性质进行了研究。结 果显示，两类化合物在溶液和固态下均有较强的荧光性能，荧光发射波长最大分别可达 6 2 0 r i m 、6 0 0 n m 。 通过单因素实验得到了各反应的最佳合成条件。查尔酮类喹啉酮和5 0 水合肼的摩 尔比为1 ：3 、查尔酮类喹啉酮和苯肼的摩尔比为1 ：2 ，反应温度为1 0 0 ，反应时间为1 2 h ， 反应的溶剂为乙醇和1 ，4 - 氧六环的体积比为1 ：1 ，产率约为8 4 9 6 。喹啉酮吡唑啉类和 二氧化锰的摩尔比为1 ：8 、反应温度为3 0 ，反应时间为4 8 h ，反应的溶剂为二氯甲烷， 吡唑类衍生物的产率约为8 0 8 6 。 关键词：吡唑；吡唑啉；环加成反应；二氧化锰；氧化反应；荧光 硕士论文 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，l - p r o l i n e c a t a l y z e d a l d o lc o n d e n s a t i o nr e a c t i o no fn - m e t h y la n d n - b e n z y l - 4 - h y d r o x y - 3 - a c e t y l - 2 ( 1 h ) 一q u i n o l i n o n e s 、杭t 1 1d i f f e r e n ta r o m a t i ca l d e h y d e sh a s b e e n d e v e l o p e d ，w h i c ha f f o r d e das e r i e so f c h a l c o n ea n a l o g u e s c y c l o a d d i t i o nr e a c t i o no fc h a l c o n e a n a l o g u e sw i t hh y d r a z i n eh y d r a t ea n dp h e n y lh y d r a z i n eh a sb e e np e r f o r m e ds u b s e q u e n t l y ， w h i c hg a v eas e r i e so fn e wp y r a z o l i n e c o n t a i n i n g4 - h y d r o x y - 2 ( 1 h ) 一q u i n o l i n o n eu n i t o x i d a t i o no fp y r a z o l i n e su s i n gm n 0 2t op r o d u c ec o r r e s p o n d i n gp y r a z o l e sd e r i v a t i v e s a l lo f t h en e wc o m p o u n d sw e r ec h a r a c t e r i z e da n dc o n f o r m e db yi r , 1 hn m m s t h eo p t i c a l p r o p e r t i e s o fs o m ep r o d u c t s ，s u c ha su l t r a v i o l e t - v i s i b l e s p e c t r u ma n d f l u o r e s c e n ts p e c t r u mw e r ei n v e s t i g a t e d i tw a ss h o w nt h a tt h ek i n d so fm o n o m e r sh a d s t r o n g e rf l u o r e s c e n c ep r o p e r t i e s ，t h ee m i t t e dw a v e l e n g t ho ft h em o n o m e r sa r ea b o u t6 2 0 n m , 6 0 0 r i m t h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e df r o mt h ee x p e r i m e n t t h ey i e l d so f p y r a z o l i n e sa n a l o g u e sw e r e8 4 - - 9 6 w h e nt h em o l er a t i oo fh y d r a z i n eh y d r a t ea n dc h a l c o n e a n a l o g u e sw a s3 ：1 ，t h em o l er a t i oo fp h e n y lh y d r a z i n ea n dc h a l c o n ea n a l o g u e sw a s2 ：1 ， r e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a si0 0 * c ，r e a c t i o nt i m ew a s12 h my i e l d so fp y r a z o l e sd e r i v a t i v e s w e r e8 0 8 6 w h e nt h em o l er a t i oo fm n 0 2a n dp y r a z o l i n e sa n a l o g u e sw a s8 ：1 ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r ew a su n d e r3 0 ，r e a c t i o nt i m ew a s 4 8 h k e y w o r d s ：p y r a z o l e ；p y r a z o l i n e ；c y c l o a d d i t i o nr e a c t i o n ；m n 0 2 ；o x i d a t i o nr e a c t i o n ； 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 嘱金问 2 0 l og 月珥日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：坳 知o 年多月群日 硕士论文 新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 1 绪论 1 1 吡唑类化合物的研究进展 吡唑啉环是构成不同生物活性农药的重要结构单元，而环上的不同位置取代基变化 显著的影响其药物活性。吡唑类化合物显示出很好的杀菌、杀虫及除草活性【l 司。含吡 唑环化合物具有广泛的生物活性。越来越多的含吡唑环结构的化合物被作为农药新品种 进行研究m 。近年来，对含吡唑环的双杂环化合物的研究已经成为新农药研制的热点， 国外在2 0 世纪9 0 年代后就有专利报道，双杂环通过亚甲基 7 1 、砜基【8 】等将含氮杂环与吡 唑相连接；国内的刘钊杰等人也合成了具有药物生物活性的酰胺类系列的含吡唑环的双 杂环化合物【9 】；李正名等将吡唑与杂环直接相连【1 0 1 ，得到了一系列具有药物生物活性的 双杂环化合物。下面根据近年来的文献按不同的结构对具有药物活性的吡唑类化合物进 行概述。 1 1 1 吡唑黄酮类衍生物 黄酮类化合物是植物抗毒素中的一个大家族，广泛存在于植物体内的多元酚类的有 机小分子中，由于其衍生物具有广泛的药物活性而应用于农药和医药领域。现已商品化 的农药中仅有两类是黄酮天然产物即为蛇床子素和鱼藤酮。黄酮类衍生物虽然具有广泛 的生物活性，但是，适用性相对较低，其作用强度也较弱。为了寻找高活性的黄酮类化 合物，人们不断的从植物体内分离新型的黄酮类衍生物，同时也对其结构进行修饰和改 造。对黄酮类物质结构改造研究主要分为两个方面：( 1 ) 根据电子等重排原理对黄酮类化 合物的母体结构进行改造；( 2 ) 保持原有黄酮类化合物结构的母体，改变取代基。化学家 将杂原子或杂环引入黄酮类化合物的骨架中1 1 1 1 。将吡唑环结构单元引入黄酮类化合物 后，使其生物活性更强，适用性较高，2 0 世纪9 0 年代初，d up o n t 公司合成了一类含有 吡唑环的黄酮类新型杀虫剂( f i g u r e1 ) 。 f i g u r e1 ： 苯并吡喃【4 ，3 - c 】吡唑脲类化合物 l 绪论硕士论文 1 1 2 吡唑类h p p d 抑制剂 近几年来，出现了一类新的、结构比较特殊的含吡唑环的除草活性较高的吡唑类 h p p d 抑制剂【1 2 1 ，其除草活性较高，主要有以下一些代表物1 3 - 1 6 1 ( f i g u r e2 ) 。 f i g u r e2 ： 1 1 3 以氟虫腈衍生的1 位芳基吡唑类化合物 这类化合物的特点是在吡唑环的3 位上连有取代芳环或其它杂环，主要有两种代表 性的物质，一种是1 9 9 0 年日本农药公司开发的吡草醚( p y r a f l u f e n e t h y l ) ，又称霸草灵，速 草灵，代号为e t 7 5 1 ，它是一种新型的触杀型除草剂【1 7 1 。e t 7 5 1 主要用于防除阔叶类杂 草如小野芝麻、阿拉伯婆婆纳、淡草菊、猪秧秧等，是一种选择性苗前、苗后除草剂。 另一种是1 9 9 6 年孟山都公司开发了异丙吡草醚( f l u a z o l a t e ) ，代号为j v - 4 8 5 ，它对小麦具 有良好的选择性【l 引，主要用于防除禾本科杂草如早熟禾、黑麦草、看麦娘等，阔叶杂草 如麦家公、野芝麻、荠菜、田野勿忘草等【1 9 1 。两种物质的结构式如下( f i g u r e3 ) 。 f i g u r e3 ： e 1 7 5 1 i a 再 1 1 4 以吡螨胺为代表的5 酰胺基吡唑类化合物 2 4 8 5 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 这类化合物的杀螨活性较强，最具代表的有两种化合物，一种是1 9 8 7 年日本三菱化 成公司研制的吡螨胺( t e b u f e n p y r a d ) 代号为m k 2 3 9 ，它是一种快速、高效的杀虫、杀螨 剂【2 0 2 ，且在推荐剂量下使用对果树、蔬菜、茶树等大多数作物无药害。另一种也是日 本三菱化成公司研制的名叫唑虫酰胺( t o l f e n p y m d ) 代号为o m i 8 8 ，它也是一种光谱、高 效的杀虫、杀螨剂，且是吡螨胺的类似物瞄】，它对鳞翅目害虫( 如桃蛾) 、半翅目害虫( 如 蚜虫) 等有效。两种物质的结构式如下( f i g u r e4 ) 。 f i g u r e4 ： o m i 8 8m k - 2 3 9 1 1 5 具有杀菌活性的吡唑类化合物 最早的是美国r u b b e r 公司开发出了茂叶宁和绿叶宁为代表的1 芳基取代吡唑类化合 物( 2 3 2 4 1 ，这类化合物多为内吸性，保护性杀菌剂，主要是用于防治植物体的真菌抱子发 芽。主要有以下一些代表物( f i g u r e 研。 f i g u r e5 ： 1 1 6 吡唑喹啉类化合物 喹啉酮是一种十分重要的结构单元，具有明显的生理活性【2 弛6 1 ，广泛存在于各种生 1 绪论 硕士论文 物碱和具有不同药理作用的分子结构中【2 7 】。环上引入不同的取代基，可以产生不同的药 理活性，具有杀菌、抗过敏、抗血小板聚集、抗动脉硬化、抗肿瘤、抗高血压、抗精神 失常、抗溃疡和抗菌等作用【2 引。 1 9 6 2 年，第一个喹啉酮类抗菌药物萘啶酸( n a l i d i x i c a c i d ) p 世，4 0 多年来，抗菌药 物一直得到世界上的许多大型医药公司的极大关注，下面给出两个最具代表性的药物结 构，如诺氟沙星、环丙沙星等( f i g u r e6 ) 。 f i g u r e6 ： 诺氟沙星环丙沙星 吡唑【4 ，3 - c 】喹啉类化合物具有抗感染、抗焦虑及镇痛作用，是治疗疱疹及抗癌的有 效药物 2 9 1 。代表物的结构式如- ：( f i g u r e7 ) 。 f i g u r e7 ： 西洛他唑( c i l o s t a z 0 1 ) 是具有抗血小板活性的2 ( 1 ) 一喹啉酮类衍生物，用于治疗由动 脉粥样硬化、血栓闭塞性脉管炎和糖尿病所致慢性动脉闭塞症。o p c 2 3 3 5 0 9 是c i l o s t a z o l 的一个衍生物，具有抗血小板聚集、抗血栓形成和抗血管增生活性。下面是这两个物质 的结构式( f i g u r e8 ) 。 f i g u r e8 ： 4 c i l o s t a z o l o p c 2 3 3 5 0 9 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 综上所述，我们很清楚的看出，吡唑类化合物除了具有良好的除草、杀虫、杀螨和 杀菌活性外，还具有抗高血压、抗感染、抗焦虑及镇痛等作用。而且，其高效，低毒， 己吸引了众多化学家、农药学家和医药学家对这一领域的大量研究。因而，开发出含吡 唑基新型结构的先导化合物的潜力很大。 1 2 吡唑类物质的主要合成方法 方法一：将0 0 0 4 m o l 的化合物1 和0 0 0 4 m o l 的化合物2 溶于1 2 m l 的三氯氧磷中，溶于 5 0 m l 的烧瓶中，加热回流6 , - 一8 h ，冷却后将反应液倒入碳酸氢钠的冰水d 尸 3 0 1 ，过滤，干 燥得到化合物3 ，产物3 直接用于合成三唑，将2 m m o l 的化合物3 和1 0 m m o l 水合肼溶解于 4 0 m l 的无水乙醇中，加热回流，用t l c 薄层层析跟踪反应【3 l 。3 3 1 ，原料3 消失后，反应停 止，过滤，用水重结晶，得到针状结晶体。滤液经过减压蒸去水合肼，用无水乙醇重结 晶得到巯基1 ，2 ，4 三唑1 3 4 娜】。 1 n 鹎q p + 方法二：张华西，陈浩，李瑛等人通过s u z u k i 偶联反应，以共聚的形式合成了含大 体积的苯并噻唑基吡唑啉环的聚烷基芴，以改善聚芴的色纯度，抑制激基缔合物的产生， 把含吡唑啉环的小分子键合到高分子体系中，可以提高其玻璃化温度从而解决小分子膜 再结晶的问题，荧光团苯并噻唑基的加入 3 6 1 ，进一步提高了聚芴的玻璃化温度和增加其 荧光效率。合成路线如下： + o 5 l 绪论 硕士论文 方法三：用3 甲基1 苯基5 吡唑啉酮为原料，通过一步成功地合成了1 ，4 一双( 3 甲基 1 苯基5 吡唑啉酮4 基) 苯二酮属桥连多齿配体，它具有与稀土元素形成多核配合物结 构的可能性【3 7 】，其合成路线如下： 方法四：刘广飞，刘浪，贾殿赠等人利用4 酰基吡唑啉酮与氨基脲反应，合成 了一类吡唑类化合物 3 8 1 。合成路线如下： 6 + y 啦 o 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 方法五：在l o o m l = n 瓶中加入0 0 0 6 m o l 的化合物1 和0 0 0 5 0 m o l 化合物2 ，再向三口 烧瓶中加入4 0 m l 的无水乙醇，回流反应6 h ，冷却，抽滤，洗涤，用无水乙醇重结晶。 产物为淡黄色针状晶体d 9 一。合成路线如下： 1 2 方法六：江以桦、杨汝栋、闫兰等人合成了酰基吡唑啉酮【4 1 】， m 一3 兰过 合成路线如下： 方法七：在2 5 0 m 1 的 底烧瓶中加入4 9 的化合物1 和溶剂无水乙醇6 0 m l ，8 0 c 磁力 搅拌使之完全溶解后，再加入8 5 水合肼3 0 m l 。保温回流反应6 h 8 h 。反应完后，旋转 蒸发除去乙醇1 4 2 ，有棕色固体小球出现，过滤，滤饼再用甲醇重结晶得白色片状固体。 合成路线如下： 方法八：在2 5 0 i n l 的圆底烧瓶中依次j j l l , k 1 5 m l d m f ，5 1 0 9 ( 7 5 n l l n 0 1 ) 吡唑【4 3 1 及其 6 9 9 ( 5 0 m m 0 1 ) k 2 c 0 3 ，磁力搅拌下，滴加3 滴a l i q u a t3 3 6 ，逐渐升温至9 0 c ，保温s m i n 后 缓慢滴加新蒸的5 4 m l 对氟苯甲醛溶液m ，滴完后，回流反应2 0 h 。反应结束，冷却，向 烧瓶中倒入冰水( 约l o o m l ) 中，生成大量的黄色沉淀，抽滤，滤饼用乙醚洗，干燥得浅 黄色粉末。反应如下： 7 l 绪论 硕士论文 方法九：赵劲松在1 9 9 8 年报道了化合物1 的生产工艺，化合物1 由1 ，3 二丁炔和肼反 应得到，这个化合物是一种氮肥硝化的抑制剂【4 5 1 ，能够增加氮肥的效率。合成路线如下： l 方法十：由于用重氮盐合成化合物1 步骤少，产率高，易操作嗣等优点，严传鸣、 李翔等人合成了吡唑类衍生物，合成方法如下： 1 3 化合物的荧光性能 1 3 1 荧光的激发光谱和发射光谱 荧光是一种光致发光现象，波长不同的入射光具有不同的激发效应。固定激发光的 波长和保持其强度不变，而不断改变荧光的发射波长，记录各个荧光强度，得到荧光的 发射光谱。如果使荧光的发射波长保持不变，不断改变激发光的波长，记录各个荧光强 度，得到荧光的激发光谱。激发光谱和发射光谱可用以鉴别不同的荧光类物质，并可作 为荧光测定时选择合适的激发波长和测定波长的依据。 1 3 2 研究合成荧光单体的意义 从1 6 世纪科学家首次发现荧光物质到现在，人们对有荧光性质的物质的研究已经有 了非常大的进步，对其应用也深入到生活的各个方面。一个有机分子是否有发射荧光的 性能，主要有两个影响因素：( 1 ) 荧光量子产率甜4 7 1 ，即荧光有机分子吸收了外界光子辐 射跃迁到激发态，从激发态再回到基态的过程中，以碰撞、放热等方式释放的能量较少， 但以辐射的形式释放的能量相对较多；( 2 ) 有机化合物的结构为平面刚性结构，而且具有 大冗共轭体系，电子共轭程度与结构的平面刚性越高郴j ，其吸收可见紫外光的能力就越 强，并且最大吸收波长将向长波方向移动。 一譬 村d 硕士论文 新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 荧光性能测试技术在医学、生物化学等领域得到广泛应用。吡唑啉类化合物是良好 的荧光发光材料【4 9 】，可作为光折变材料以及有机的电致发光材料。吡唑啉类荧光化合物 还具有优良的热稳定性质，在荧光染料、跟踪探测、药物示踪及太阳能捕集器等领域得 到了广泛的发展应用。 喹啉酮吡唑类化合物同样在染料方面及荧光发光材料灯方面也有广泛的应用【5 0 1 。吡 唑类化合物作为光电传输层材料广泛应用于光缆方面，近年来，吡唑类化合物的光学物 理和化学性质已被广大学者和世界各大材料公司广阔的研究。研究发现，毗唑类化合物 是能够广泛应用的较为理想的染料。这类化合物可以发射较高亮度的蓝光，并且发射强 度都相对较大，可以用作一种基本的荧光发光材料，在荧光染料、荧光增白剂1 5 i 】和激光 染料方面也有重要的应用。除此之外，它们可广泛用于皮革、洗涤剂、塑料、涂料和照 相显影等领域。 1 3 3 荧光与分子结构的关系 物质产生荧光必须具备两个条件：一是吸收了与物质本身频率相同的光子能量，必 须具有一定的荧光效率；二是荧光物质必须包含有与入射光相同的频率的吸收结构基 团。荧光效率也称为荧光量子产率【5 2 】，表示了荧光物质发射荧光的能力，是发射光量子 数与吸收激发光量子数的比值：荧光效率( q ) = 发出的量子数吸收的量子数。 在我们己知的大量无机物和有机物中，只有相当一小部分的物质会发射出强的荧 光，它们的发射、激发光谱以及荧光强度与各种物质的结构有着非常密切的关系。当荧 光物质吸收了光而被激发到激发态时，这个物质就以一系列不同的途径失去自己的能量 而返回到基态【5 3 1 ，这些途径包括：非辐射衰减、发射荧光以及光化学反应。这三个方面 中速率常数最大的方面，就在发光的整个过程中起着控制性的地位。如果要使一个具有 荧光性质的荧光物质发射出非常强的荧光，发射荧光的速率常数必须要大于非辐射衰减 和光化学反应。能发射强荧光的物质一般有四个主要特征： ( 1 ) 具有很好的刚性的平面结构； ( 2 ) 具有大尢共轭结构； ( 3 ) 各个取代基为给电子取代基； ( 4 ) 具有最低的电子激发态s 1 为冗l 型。 1 3 3 1 刚性的平面结构 对于荧光效率高的荧光物质【5 4 j ，其分子大多为平面构型并且有刚性，例如芴和联苯， 在0 1 m o 枷呵a o h 溶液中，芴的荧光量子产率接近于l ，而联苯的仅有o 2 ，这两个物质 的区别是芴有亚甲基，使之的刚性增强，荧光量子产率高。 1 3 3 2 兀共轭结构 发射荧光的物质，他们的分子中大多都含有兀共轭体系，荧光产生的难易程度与兀 9 1 绪论硕士论文 共轭体系的大小成正比关系。发射荧光的物质大多数都是含有芳环或杂环，在一般情况 下，芳环越多，共轭就越多，荧光强度往往也较强【5 5 】。 1 3 3 3 取代基的影响 取代基的结构与荧光物质的荧光强度及特性有较大的关联，取代基的变化经常影响 芳环或杂环类有机物质的荧光光谱和荧光强度。 ( 1 ) 给电子取代基 这类基团主要包含有- n h 2 、- n r 2 、o r 等。而这类基团共享了这类荧光物质中的尢 共轭电子结构，同时他们还扩大了兀共轭体系【5 6 1 。因此，这类化合物的荧光强度相对于 未被取代的芳环类化合物加强了很多。 ( 2 ) 吸电子取代基 被吸电子取代基取代的荧光类物质，与被给电子取代基取代的荧光类化合物相反， 它们的荧光强度大多数情况下都会相对的减弱。 ( 3 ) 取代基的位置 取代基位置与芳环类荧光化合物【5 7 】的关系一般为：间位取代抑制物质的荧光强度， 邻、对位取代增强荧光强度；但是，当芳环共轭体系相当大时，取代基位置对荧光类物 质的荧光强度的影响相对较小。 1 3 3 4 最低单线激发态s l 的性质 ( 1 ) 最低单线激发态s l 为冗，兀l 不含杂原子的有机荧光体属于这一类，特点是：最低单线激发态s i 为冗，兀i 型， 即7 卜氓l + 跃迁，其摩尔吸光系数大约为1 0 4 ，比n o l 或n 坝l 型跃迁大百倍以上； ( 2 ) 最低单线激发态s l 为n ，兀l 母者 含有杂原子【5 8 1 的有机物多数属于这一类，它们都有未键合的n 电子，其特点是：最 低单线激发态s l 为n ，兀l 型，即n 楣l 跃迁，其摩尔吸光系数小约为1 0 2 ：荧光微弱或 不发荧光。 1 4 本课题研究的主要内容和目的 从绪论可知，吡唑类物质是一类有着多种生理活性的化合物，可广泛应用于农药、 医药、化工以及材料等研究领域。本文在我们课题组原有工作的基础上，以喹啉酮为中 心，首次高产率的合成了一系列结构新颖且具有较好荧光性能的吡唑啉和吡唑类物质。 为通过研究物质结构与荧光活性之间的关系，进一步研究新型有机光学材料积累数据， 提供新的结构信息。 ( 1 ) 喹啉酮吡唑啉类的合成：以查尔酮类似物为起始物，用乙醇：1 ，4 。二氧六环= 1 ：1 为溶剂，与5 0 水合胼或苯肼进行环加成反应合成了一系列的喹啉酮基吡唑啉类物质， 并研究各自反应中反应物配比、反应温度、反应时间、反应溶剂配比等因素对产率的影 1 0 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 响，得到最佳合成条件。 ( 2 ) 喹啉酮吡唑类的合成：以喹啉酮吡唑啉类为原料，二氯甲烷为溶剂，m n 0 2 为氧 化剂进行的去氢氧化反应合成新型吡唑类物质，并优化反应中反应物的配比、反应温度 等条件得到最佳产率。 ( 3 ) 对合成的两类物质进行了核磁共振、质谱和红外光谱谱图的解析，并通过紫外 光谱、荧光光谱等分别对其光学性质进行了初步研究，获得一些有趣的荧光特性。 2 喹啉酮吡唑啉类的合成硕士论文 2 喹啉酮吡唑啉类的合成 2 1 概述 喹啉酮吡唑啉类，黄色、黄绿色或红色的固体，熔点为1 1 1 至2 4 2 。c 不等，分子式 为c 1 3 h 1 2 n 3 0 2 r 或为c 1 9 h 1 6 n 3 0 2 r ，r 为不同的芳基，溶于二氯甲烷、氯仿和乙酸乙酯 等，微溶于乙醇和甲醇。用作医药中间体，具有抗血小板聚集、抗肿瘤和抗溃疡等作用； 并可作为很好的荧光材料。 本章以查尔酮类喹啉酮为起始物，用乙醇：1 ，4 二氧六环- - 1 ：1 为溶剂，与5 0 水合肼 或苯肼进行的环加成反应制备喹啉酮吡唑啉类。近年来关于喹啉酮类物质的合成和修饰 有很多报道，但是专家对于喹啉酮吡唑啉类的研究甚少，而且，我们在实验中发现喹啉 酮吡唑啉类的荧光性能很好，所以我们对其进行了荧光性能检测。 2 2 实验部分 2 2 1 测试仪器和试剂 2 2 1 1 实验仪器如下： 表2 1 主要仪器 t a b 2 1t h em a i nr e a g e n t 1 2 硕士论文 新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 2 2 1 2 反应试剂如下： 表2 2 主要试剂 t a b 2 2t h em a i na p p a r a t u s 2 2 2 实验方法 2 2 2 1 原料n 甲基和n 苄基- 4 羟基3 乙酰基2 ( 1 h ) 喹啉酮的制备 以n 甲基- 4 羟基3 乙酰基2 ( 1 h ) 喹啉酮的合成为例，将7 5 0 0 9 的n 甲基苯胺、 2 3 0 0 0 9 丙二酸二乙酯和2 7 5 0 0 9 的二苯醚加入到1 0 0 m l - - n 烧瓶中，并加入沸石，在 三口烧瓶上方放置一个2 0 c m 韦氏分馏柱，用电热套加热【5 9 1 ，上端的蒸馏头和三口烧瓶 分别装上量程为2 0 0 * ( 2 和3 0 0 的温度计。回流反应，当- - - h 烧瓶内温度上升到2 1 0 时 有一批乙醇蒸出，当温度达升到2 4 0 时又有一批乙醇蒸出，整个过程约为4 个小时， 溶液的颜色由开始的黄色逐渐变成深橙色、深褐色、灰褐色，直到最后的红褐色【6 0 l ，共 蒸出乙醇1 2 m l ( 理论计算1 5 m l ) 。降低温度，让反应温度下降到4 0 c 并维持在此温度， 此时有深褐色固体析出，向烧瓶中加入3 0 m l 的1 ，4 二氧六环，溶液变为土黄色，搅拌 1 2 小时。停止加热，过滤得橙黄色固体，用1 , 4 二氧六环和乙醚分别洗涤两次，在8 0 下烘干，得到7 2 5 8 9 深黄色固体2 a ，产率为6 6 。 将上一步反应产物2 a 、6 7 m l7 , - - 醇和由5 9 7 0 9 氢氧化钠、7 m l 水组成的氢氧化钠 1 3 2 喹啉酮吡唑啉类的合成硕士论文 水溶液加入到2 5 0 m l 烧瓶中，磁力搅拌。加热使整个反应体系轻微回流1 小时，然后 停止加热使其自然冷却，得橙色溶液。将溶液侵入2 6 0 m l 冰水混合物中，缓慢滴加约 1 8 m l 的3 6 - 3 8 浓盐酸，滴加过程中有大量的淡黄色固体生成。将液体静止1 2 小时， 过滤，黄色沉淀用水洗3 遍，在8 0 下烘干。用乙酸乙酯和乙醇的体积比为1 ：1 的溶液 重结晶，得5 8 7 1 9 黄色产物n - 甲基4 羟基3 乙酰基2 ( 1 均喹啉酮3 a ，产率为7 2 ， m p ：1 4 1 1 4 2 ( 2 6 1 1 。 2 2 2 2n 甲基和n - 苄基4 羟基3 乙酰基2 ( 1 m 喹啉酮和各种芳香醛的舢d o l 反应 将1 0 r e t o o l 的4 羟基n 甲基或者n 苄基3 乙酰基2 ( 1 m 喹啉酮、1 1 m m o l 的芳香 醛、0 3 m m o l 的l 脯氨酸和3 m l 无水乙醇置于一个由2 0 m l 烧瓶和球型冷凝管组成的 回流装置中。乙酰喹啉酮在起初反应时没有完全溶解，但在加热后约1 小时原料就完全 溶解【6 2 1 ，反应在8 小时之后有黄色固体析出，保持回流2 天，反应停止，过滤，用无水 乙醇洗涤滤饼得到黄色或红色固体产物。用乙醇：n ，n 二甲基甲酰胺= 5 ：1 2 0 ：1 重结晶得 到纯的产物。 2 2 2 3 喹啉酮吡唑啉类的合成 将l m m o l 的查尔酮类喹啉酮5 、3 m m o l 的5 0 的水合肼或2 m m o l 的苯肼和1 0 m l 以( 乙醇：1 ，4 二氧六环= 1 ：1 ) 为溶剂置于一个由2 0 m l 单口烧瓶和球型冷凝管组成的回流 装置中。原料查尔酮类喹啉酮在起初的时候没有完全溶解，但在加热约5 分钟之后原料 就完全溶解，氩气保护下保温回流反应1 2 小时【6 3 1 ，将反应停止，旋转蒸发除去其中的 溶剂。用乙醇：乙酸乙酯- - 1 ：1 3 ：1 重结晶得到纯的黄色、黄绿色或红色固体，喹啉酮吡唑 啉类的收率约为9 0 。 2 3 结果与讨论 本节讨论了反应条件，反应溶剂、反应时间及反应温度对反应的影响，本节涉及的 产率均为喹啉酮吡唑啉类的分离收率。本节还对合成的喹啉酮吡唑啉类进行了核磁共 振、质谱和红外光谱谱图的解析，并通过紫外光谱、荧光光谱等对其光学性能进行了初 步研究。 2 3 1 查尔酮类喹啉酮的反应路线如下( s c h e m e1 ) ： 1 4 q ， 1 雒r q l k r 电l 2 m r 司喝 2 b ：r 锄 3 瞰r 玛 3 b ：r - = e n 5 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 o ho 协, 4 a 呱a i k oo 乜= 极 甄 o ho m e s d o ho b n 5 9 o ho o c h 3 o h i 肌5 j o c h 3 o h o ho b o ho m c 5 e o ho b n 5 h o ho b n 5 k 0 ho l 5 c 0 h0 n l 5 f o h0 i b n 5 i o h0 n 一 | b n 鳓 s c h e m e1i ：丙二酸二乙酯，二苯醚回流；：n a o h ，1 5 0 ，1 5 h ；h i ：在乙醇中回流。 2 3 2 喹啉酮吡唑啉类的合成反应路线( s c h e m e2 ) s c h e m e 2 a ho r 5 1 0 0 - - 肼 6 r h 囟阿托刽辨r 钮 b n 鞫拼p h i r 7 2 喹啉酮吡唑啉类的合成 硕士论文 表2 3 合成喹啉酮吡唑啉类 t a b 2 3s y n t h e s i z i n gp y r a z o l i n ea n a l o g u e sc o n t a i n i n gt h es t r u c t u r eo fq u i n o l i n o n e 编号查尔酮类喹啉酮肼 产物 产率 ( ) 2 3 4 5 6 7 a ho - 甄 g i 色7 a o 渤钿q o 玲h n - - i b 妊i 舛 “拓7 b a io 5 c o ho m b5 d a ho 5 e a ho n 一， 6 a | 呱 6 a 呱 i 翳 a ho m a hn 一砌 k7 d k7 e l k7 f i b n 8 5 9 1 接下页 1 6 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 q 炖钿q x 勺 9 2 e n 5 1 1k7 1 1 伽o i m5 1 n 一 6 a | m 黜 a lo e l l 5 1 伽o 髫 a ho i m e5 e g 跏 b n a ho n 一一 | b n 黜 k7 k ( 射n n i k7 1 0 hn - - k7 m i e 7 n m i 7 0 2 喹啉酮吡唑啉类的合成硕士论文 2 3 2 反应条件对反应的影响 2 3 2 1 反应的溶剂效应 对于肼和查尔酮类喹啉酮的反应，溶剂对反应的影响很大，由于原料查尔酮类喹啉 酮的溶解性不好，仅溶解于n ，n 二甲基甲酰胺( d m f ) 、二甲亚砜( d m s o ) 、1 , 4 二氧六环， 经常用的乙酸乙酯，乙醇几乎不能溶解原料查尔酮类喹啉酮，所以根本不能用它们做为 溶剂。由于水合肼与5 a 和5 c 的反应性比较好，所以选用它们为底物作为研究对象进行 反应。具体结果见下表2 4 ： 表2 4 溶剂对产率的影响 t a b2 4e f f e c to f t h e r m o ss o l v e n to i ly i e l d 将l m m o l 的查尔酮类喹啉酮5 a 和5 e 、3 m m o l 的5 0 水合肼放于与一个2 0 m l 的含有小磁子的 单口烧瓶中，再加入所需体积的溶剂，氩气保护下保温回流反应1 2 小时。 从表2 4 中可以看出，溶剂对反应的产率存在着比较大的影响，从表2 4 可以看出： 本反应溶剂的体积对反应产率几乎不存在很大的影响( 表2 4 ，编号1 ，2 ，3 ) ，以8 m l ， 1 0 n l l 和2 0 m l ( 乙醇：1 ，4 二氧六环= l ：1 ) 为溶剂时，排除处理时产物的一些损失，产率几乎 不变；而且，只要保证原料新型喹啉酮完全溶解，乙醇和1 , 4 二氧六环的配比对反应产 率几乎也不存在很大的影响( 表2 4 ，编号2 ，4 ) ，产率都较高。但是用8 n f l ( l 醇：l ，4 二 氧六环= 1 ：1 ) 为溶剂时，产率达到8 3 和6 8 ，相对于产率达到9 0 和8 5 还是有一定 的距离；如果把反应的溶剂减少到6 m l ，原料在加热的时候溶解不是很好，所以也没有 1 8 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 确切的算出产物的反应产率。以甲醇替代( 乙醇：1 ，4 二氧六环= 1 ：1 ) 中的乙醇为溶剂时， 反应的产率和( 乙醇：l ，4 二氧六环= l ：1 ) 基本一致( 表2 4 ，编号2 ，5 ) ，但是众所周知，甲 醇的毒性很高，可以致人双面失明，甚至死亡，并且使用有毒的试剂对环境也是很不友 好的。因此，考虑到各方面因素，我们选用了( 乙醇：1 ，4 二氧六环= 1 ：1 ) 为溶剂进行直接 的环加成反应。 2 3 2 2 反应时间对反应的影响 以5 a 的反应为例，表2 5 中表明了反应时间对反应产率的影响。 表2 5 反应时间对产率的影响 t a b2 5e f f e c to f t h e r m o st i m eo l ly i e l d 将l m m o l 的查尔酮类喹啉酮5 a 、3 r e t o o l 的5 0 水合肼和1 0 m l 以( 乙醇：l ，4 二氧六环= l ：1 ) 为溶剂 置于一个由2 0 m l 烧瓶和球型冷凝管组成的回流装置中，氩气保护下保温回流反应所需要的时间。 从表2 5 可以看出反应的产率在2 4 h 之前，随着反应时间的增加，产率呈上升趋势( 表 2 5 ，编号1 ，2 ，3 ，钔，而当反应达到了2 4 h 时，产率最高9 1 ，而当反应时间超过2 4 h 时，产率并没有显著的增加( 表2 5 ，编号4 ，5 ) ；同时从表2 5 也能很明显的看出，当反 应时间为1 2 h 时，产率也达到了9 0 ，而反应的产率与反应2 4 h 相比只差一个百分点， 时间却可以节省一半，而且，如果反应时间过长，又有可能会引起很多副反应，并且在 能源消耗等方面也会增加。因此，考虑各方面因素，选取1 2 h 为最佳反应时间。 2 3 2 3 温度对产率的影响 以5 a 和6 a 的反应为例，在反应温度的单因素实验中发现，不同的反应温度对反应 有一定的影响。反应温度过低时，反应原料不能很好的溶解，反应很长时间后原料依然 存在，并且反应的副产物较多，所以没有准确的算出各个反应温度的产物产率；最后发 现，当温度升高到反应溶剂的回流温度时，反应在较短的时间内反应完全，并且，只有 一种反应产物；因为此条件下反应效果较好，就没考虑再升温反应。因此，考虑各方面 因素，选取1 0 0 o 为最佳反应温度。 2 4 反应机理分析( s c h e m e3 ) 1 9 2 喹啉酮吡唑啉类的合成 硕士论文 s c h e m e 3 r i r 2 5 喹啉酮吡唑啉类的结构表征 - i - 1 2 0 - - - - - - - - - - r a hn - - n h i r 红外光谱采用m b l 5 4 s - f t i r 型红外光谱仪( k b r 压片) ( 加拿大) 测定。 质谱采用j m s - d x 3 0 0 型质谱仪( 英国) 测定，用二氯甲烷作为测定溶剂。 核磁共振( 1 h n m r ) 采用d r x 3 0 0 m h z 核磁共振仪( 德国) 测定，内标为( t m s ) ，溶剂 为氘代氯仿，化学位移用6 表示。 熔点测试采用w r s 1 型数字熔点仪( 上海精密科学仪器公司) 进行测定。 3 - ( 5 - ( 3 ，4 - 二甲氧基苯基) - 4 ，5 - 二氢- 1 h - 3 一吡唑基) _ 4 一羟基- 1 甲基一2 ( 1 h ) - 喹啉酮( 7 e ) 黄色固体，m p ：1 6 9 - - - 1 7 0 ( 2 ；i r ( r d 3 r ) c m 1 ：3 2 8 0 ，2 9 2 9 ，2 8 2 9 ，1 6 4 5 ，1 5 1 6 ，1 3 8 8 ，1 3 0 3 ，1 2 5 7 ， 1 2 3 4 ，1 1 3 9 ，1 0 2 6 ，8 7 9 ，7 5 9 ，6 3 6 ，4 3 9 1 h - n m r ( c d c l 3 ) 6 ：3 5 4 ( 1 h ，q ，j = 6 9 m ) ，3 6 5 ( 3 h ，s ) ， 3 8 6 ( 3 h ，s ) ，3 8 7 ( 3 h ，s ) ，4 0 3 ( 1 h ，q ，= - 7 8 n z ) ，4 8 2 ( 1 h ，t ，户7 5 h z ) ，6 8 0 - 6 9 3 ( 3 h ，m ) ， 7 2 3 7 3 1 ( 2 h ，m ) ，7 5 6 7 6 1 ( 1 h ，m ) ，8 1 6 ( 1 h ，d d ，j = 0 9 ，6 0 h z ) t o f m s e i + ( m s ) ：3 7 9 ( 呐，3 7 8 ，2 4 2 4 一羟基一1 一甲基一3 一( 5 一苯基一4 ，5 一二氢一1 h - 3 吡唑基) 2 ( 1 h ) 一喹啉酮( 7 b ) 硕士论文新型吡唑、吡唑啉类物质的合成与荧光性能研究 黄色固体，m p ：1 3 6 - - - 1 3 8 c ；i r ( k 8 0e m 1 ：3 3 0 4 ，1 6 3 9 ，1 6 2 2 ，1 5 0 0 ，1 3 8 6 ，1 1 1 1 ，8 7 5 ，8 1 5 ， 7 5 6 ，7 0 0 ，4 4 1 1 h - n m r ( c d c l 3 ) 6 ：3 5 9 3 6 8 ( 4 h ，m ) ，4 0 4 ( 1 h ，q ，乒8 1 m ) ，4 8 4 - 4 8 9 ( 1 h ， m ，) ，7 2 4 - 7 3 8 ( 7 h ，m ) ，7 5 7 - 7 6 1 ( 1 h ，i n ) ，8 1 7 ( 1 8 ，d d ，j = 1 2 ，6 0 h z ) ，1 4 0 6 ( 1 h ，s ) t o f m s e i + ( m s ) ：3 1 9 ( m + ) ，3 1 8 ，2 4 2 4 - 羟基- 1 - 甲基- 3 ( 1 苯基一5 - p 一甲苯基- 4 ，5 一二氢- l h 一3 一吡唑基) 一2 ( 1 h ) - 喹啉酮( 7 m ) 黄绿色固体，m p ：2 2 0 2 2 2 c ；i r ( k a r ) c m d ：1 6 3 3 ，1 6 2 2 ，1 5 9 7 ，1 5 0 4 ，1 4 1 1 ，1 3 1 9 ，1 1 6 3 ，8 1 9 ， 7 6 1 ，7 4 6 ，6 8 8 ，4 4 1 ，3 9 9 1 h - n m r ( c d c l 3 ) & 2 3 6 ( 3 h ，s ) ，3 7 0 - 3 8 4 ( 4 h ，m ) ，4 3 7 ( 1 h ，d d , j = 9 3 ，1 4 1 u z ) ，5 2 1 ( 1 h ，d d ，= - 5 7 ，9 0 n z ) ，6 8 8 (