（应用化学专业论文）咪唑并吩嗪类荧光化合物的合成及光谱性质.pdf

t h e s i ss u b m i t t e dt ot i a n j i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y f o rt h em a s t e r sd e g r e e s y n t h e s i sa n ds p e c t r ap r o p e r t i e so f 2 - ( 1 h - i m i d a z o 4 ，5 一b p h e n a z i n e 一2 一y 1 ) 一 p h e n o lf l u o r e s c e n tc o m p o u n d s b y a n z h o n gg u o s u p e r v i s o r p r o f o u y a n gj i e m a r c h ，2 0 1 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 墨盗墨墨太至 或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：彝姿灾 签字日期：训。年弓月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 叁盗墨兰盘堂有关保留、使用学位论文的规 定。特授权叁盗墨兰盘堂 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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和 借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：郭鎏众 导师签名：咬门加 签字日期：例7 0 年月“日签字日期：珈l b 年 弓月j j 日 摘要 含有咪哗和吩嗪环母体的杂环化合物广泛存在于天然化合物中，具有很好的生物活性， 而且还是一类很重要的有机荧光材料，因而受到广大科学研究者的广泛关注。本论文对咪 哗并吩嗪类荧光化合物进行了全合成及光谱性质研究。 本论文主要分四个部分： 第一部分是有机荧光化合物的发光机理简介、有机荧光化合物的分类以及目标化合物的 应用简介和合成领域的进展。 第二部分是咪哗并吩嗪类荧光化合物的合成。本论文以水杨醛和邻苯二胺为原料，通过 氧化、还原、缩合合成出了十四个咪唑并吩嗪类荧光化合物，并优化了合成的反应条件。 对所合成的十多个目标化合物，用红外光谱、核磁共振等现代化分析手段对化合物的结构 进行了表征。结果表明本论文所合成的目标化合物还未见文献报道。 第三部分是咪唑并吩嗪类荧光化合物光谱性质的研究。本论文分别测定了所合成的部分 目标化合物在不同溶剂中的紫外可见和荧光光谱。并且以硫酸奎宁为基准，计算了目标化 合物的量子产率。研究结果表明：( 1 ) 目标化合物具有大的吸收波长( 4 0 0 n m ) ，大的发 射波长( 5 3 5 n m ) ，大的s t o k e s 位移( 1 3 5 n m ) ；( 2 ) 取代基的不同对荧光的发射和紫外 可见吸收波长有影响，特别是氨基对其影响很大。 第四部分是关于目标化合物和c u 2 + 的配位关系的研究。结果表明，咪畔并吩嗪类化合 物和c u 2 + 配合是按物质的量2 ：1 ，并且按照这样的物质的量配比时，荧光光谱发生了很大 的变化，作为c u 2 + 荧光探针是非常可取的。 最后对本论文做了总结，并对该类化合物的应用前景进行展望。附录中列出了本论文部 分目标化合物的谱图及其它数据。 关键词：有机荧光物质，咪唑并吩嗪衍生物，紫外光谱，荧光光谱。 a b s t r a c t h e t e r o c y c l i cc o m p o u n d sc o n t a i n i n g i m i d a z o lo rp h e n a z i n em o i e t ya r ea l s oa ni m p o r t a n t o r g a n i cf l u o r e s c e n tc o m p o u n d s ，w h i c he x t e n s i v e l ye x i s ti nn a t u r ec o m p o u n d sa n dh a v es u p e r i o r b i o l o g i c a la c t i v i t i e s t h e r e f o r e ，h e t e r o c y c l i cc o m p o u n d sc o n t a i n i n gi m i d a z o lo rp h e n a z i n em o i e t y h a v ea t t r a c t e di n t e n s i v er e s e a r c h t h i sp a p e rm a i n l yc o n s i s t so ff o u rp a r t s ： i nt h ef i r s tp a r t ，ab r i e fr e v i e wo ft h el u m i n e s c e n tm e c h a n i s ma n dc l a s s i f i c a t i o na r ep r o v i d e d b e s i d e s ，t h er e c e n td e v e l o p m e n to fa p p l i c a t i o na n ds y n t h e s i so ft h et a r g e tc o m p o u n d sa r ea l s o d i s c u s s e d t h es e c o n dp a r tf o c u so nt h es y n t h e s i so f2 - ( 1 h - i m i d a z o 4 ，5 - b p h e n a z i n e 一2 一y 1 ) 一p h e n o l d e r i v a t i v e s m o r et h a nt e nt a r g e tc o m p o u n d sw h i c ha r es y n t h e s i z e dh a v en o ty e tb e e nr e p o r t e d i a l s oo p t i m i z et h er e a c t i o nc o n d i t i o n s t h ec o m p o u n d sw e r ec h a r a c t e r e db y1 n m r ，i r ，u v ，f l t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et a r g e tc o m p o u n d si nt h i sp a p e rh a v en o tb e e nr e p o r t e di nt h el i t e r a t u r e t h et h i r d p a r t i st h e s p e c t r o s c o p y o f2 - ( 1 h - i m i d a z o 4 ，5 - b p h e n a z i n e - 2 一y 1 ) 。p h e n o l d e r i v a t i v e s t h ea r t i c l ei n v e s t i g a t e st h eu v f l u o r e s c e n ts p e c t r o s c o p yi nd i f f e r e n ts o l v e n t sa n dt h e e f f e c to fs o l v e n tp o l a r i t ya n du s i n gm e t h a n o la tl a s tt oc a l c u l a t et h eq u a n t u my i e l d s ，w h i c hi so n t h eb a s i so ft h ea b s o r p t i o na n df l u o r e s c e n c es p e c t r ao fq u i n i n es u l f a t e ( o = 0 5 7 7i nm e t h a n 0 1 ) a s s t a n d a r d t h er e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) t h et a r g e t i n gc o m p o u n d sh a v i n gl o n ga b s o r p t i o n w a v e l e n g t h ( m o r et h a n4 0 0 n m ) ，l o n ge m i s i o nw a v e l e n g t h ( m o r et h a n5 3 5 n m ) ，l a r g e s t o k e s s h i f t ( m o r et h a n135 n m ) ；( 2 ) d i f f e r e n ts u b s t i t u e n t sh a v ed i f f e r e n ti n f l u e n c et ot h eu va b s o r p t i o n w a v e l e n g t ha n df l u o r e s c e n t e m i s s i o nw a v e l e n g t h ，e s p e c i a l l ya m i n o i m i d a z o p h e n a z i n e t h el a s tp a r tf o c u so nt h ec o o r d i n a t i o ns t u d yb e t w e e nt a r g e tc o m p o u n d sa n dc o p p e r ( i i ) t h e r e s u l t ss h o wt h a t2 - ( 1 h - i m i d a z o 4 ，5 b p h e n a z i n e 一2 - y 1 ) 一p h e n o ld e r i v a t i v e sa n dc o p p e r ( i i ) w i t h t h ea m o u n to fm a t e r i a li sb a s e do n2 ：1 a n di na c c o r d a n c ew i t ht h ea m o u n to f s u c hm a t e r i a lr a t i o ， t h ef l u o r e s c e n ts p e c t r u mh a su n d e r g o n eg r e a tc h a n g e s ，s ot h e ya r ev e r yd e s i r a b l ef o rf l u o r e s c e n t p r o b e f i n a l l yw em a k eac o n c l u s i o nt ot h ea r t i c l ea n dl o o kf o r w a r d t ot h ed e v e l o p m e n to ft h ek i n d o f t h ec o m p o u n d sw es y n t h e s i s e d s o m es p e c t r aa r el i s t e d k e yw o r d s ：o r g a n i cf l u o r e s c e n tc o m p o u n d s ，2 - ( 1 h - i m i d a z o 4 ，5 - b p h e n a z i n e 一2 一y 1 ) 。p h e n o l c o m p o u n d s ，u vs p e c t r o s c o p y ，f l u o r e s c e n ts p e c t r o s c o p y 目录 第一章文献综述1 1 1有机荧光化合物的概述1 1 1 1 前言1 1 1 2 有机荧光化合物的分类1 1 2 有机荧光探针2 1 2 1 荧光探针的概述2 1 2 2 荧光探针的分类：3 1 2 3 荧光体的选择3 1 3 吩嗪类化合物4 1 3 1 吩嗪类化合物的概述4 1 3 2 吩嗪类化合物的应用5 1 4 咪唑类化合物9 1 4 1 咪唑类化合物的概述9 1 4 2 咪哗类化合物的应用9 1 5c u 斗的研究现状1 0 1 5 1c u 2 + 概述1 0 1 5 2c u 2 + 的生理学作用1 0 1 5 3c u 2 + 的检测方法1 0 第二章咪唑并吩嗪类荧光化合物的合成1 2 2 1实验方案的设计1 2 2 1 1 2 ，3 一二氨基吩嗪的合成1 2 2 1 22 ，3 一二氨基吩嗪衍生物的合成1 2 2 1 32 一( 1 肛咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 一氨基苯酚的合成1 2 2 2 实验仪器、设备及试剂1 3 2 2 1实验仪器及设备1 3 2 2 2 主要试剂及原料1 4 2 3 实验操作1 5 2 3 1水杨醛衍生物的合成1 5 2 3 22 ，3 一二氨基吩嗪及其衍生物的制备1 6 2 3 3 简单咪哗并吩嗪类荧光化合物的合成1 8 2 3 4 2 一( 1 伊咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 一偶氮苯基苯酚的合成1 9 2 3 52 一( 1 俨咪哗并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 一氨基苯酚的合成2 0 2 3 6 各步产物的红外光谱和1 h n m r 分析2 0 第三章结果与讨论2 2 3 1反应条件的确定2 2 3 1 1 溶剂的选择2 2 3 1 2n a o h 溶液浓度的选择2 2 3 1 3 氧化缩合剂用量的选择2 3 3 1 4 反应温度的选择2 3 3 2 光谱性质的测定2 3 3 2 1 紫外光谱性质：2 4 3 2 2 荧光光谱性质2 5 3 3 各种化合物在甲醇中的紫外可见、荧光光谱图3 0 3 3 12 ，3 一二氨基吩嗪的紫外可见和荧光光谱图3 0 3 3 27 一氟一2 ，3 一二氨基吩嗪的紫外可见和荧光光谱图3 l 3 3 32 一( 1 萨咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 1 3 3 42 一( 1 肛咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 氯苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 2 3 3 52 一( 1 胪咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 溴苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 3 3 3 6 2 一( 1 俨咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 ，6 一二溴苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 3 3 3 72 一( 1 肛咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 6 - 甲氧基苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 4 3 3 82 一( 1 肛咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 甲基苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 5 3 3 9 2 一( 1 俨咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 羟甲基苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 5 3 3 1 02 一( 1 俨咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 一氨基苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 6 3 3 1 12 一( 7 一氟一l 萨咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 苯酚的紫外可见和荧光光谱图3 7 3 3 1 22 一( 7 一氟一l 俨咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 ，6 一二溴苯酚的紫外可见荧光谱图3 7 3 3 1 32 一( 7 一氟一1 伊咪哗并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一6 一甲氧基苯酚的紫外可见荧光谱图3 8 3 3 1 42 一( 7 一氟一1 肛咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 一4 一羟甲基苯酚的紫外可见荧光谱图3 9 3 4 化合物和c u 2 + 配位关系的研究3 9 3 4 12 一( 1 弘咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) 苯酚和c u 2 + 配合荧光图谱4 0 3 4 22 一( 1 伊咪唑并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 氯苯酚和c u 2 + 配合荧光图谱4 0 3 4 3 2 一( 1 肛咪哗并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 溴苯酚和c u 2 + 配合荧光图谱4 l 3 4 4 2 一( 1 萨咪哗并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 6 - 甲氧基苯酚和c u 。配合荧光图谱4 2 3 4 52 一( 1 萨咪哗并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 羟甲基苯酚和c u 配合荧光图谱4 2 3 4 6 2 一( 1 肛咪哗并 4 ，5 - b 吩嗪基) - 4 - 甲基苯酚和c u ，配合荧光图谱4 3 3 5 结果与讨论4 4 3 5 1分子消光系数的测定4 4 3 5 2 荧光量子收率的测定4 4 3 5 3 互变异构对荧光性质的影响4 5 3 5 4 取代基对其荧光性质的影响4 6 3 5 5 与羟基苯基苯并咪哗类荧光化合物荧光性质比较分析4 8 第四章结论5 0 4 1 实验结论5 0 4 2 总结与展望5 l 参考文献5 2 发表的论文和科研情况说明5 7 致 射5 8 附录一：部分化合物的红外光谱图5 9 附录二：部分化合物的1 h n m r 图6 8 第章文献综述 第一章文献综述 1 1有机荧光化合物的概述 1 1 1 前言 有机化合物分子通常处于能量最低的状态，称为基态。分子吸收可见光或者紫外光后，电 子跃迁至高能量轨道激发态。根据波尔氢原子模型，分子可有多个激发态。多重态用2 s + 1 表示，s 为电子自旋量子数的代数和，为0 和1 ，处于激发态的分子不稳定，通过振动弛豫、 内部转换等过程跃迁到分子的低激发态到达低的振动能级，放出光子，产生荧光，发射光的 波长与吸收光的波长相同或者更长，这就是光致发光【l 】。有机染料分子的第一激发态与基态 的能差是一定的，因而荧光发射波长不随激发光波长的改变而发生变化。分子激发过程中吸 收的能量一般高于荧光辐射释放的能量，二者之差以热的形式损耗，因此荧光发射频率比激 发频率的短，相应的波长就较长，其差通常为5 0 7 0n m ，当有机化合物分子内可以形成氢键 时，则增至1 0 0 - 2 5 0n i l ，这一差值称为s t o k e s 位移。1 6 世纪人们在矿物和植物提取液中观 察到了这种荧光现象，从而采用荧光分析的方法鉴定有机物及蛋白质的生物大分子和测定 会属离子，g o p p l e s r o d e r 在1 8 6 7 年用桑色素和铝生成金属离子配合物，用荧光分析的方法 测定铝的含量。荧光的强度受诸多因素的制约，如激发光的波长、吸收强度、量子效率等。 量子效率也就是量子收率，是指荧光物体分子发射的光量子数与吸收的光量子数之比。其大 小是由分子结构决定的，与激发光源的波长无关，也与测定溶液的浓度无关。处于激发态的 电子也可能弛豫到三重激发态，再以辐射方式跃迁到基态，由于三重激发态半衰期长，发 射持续的时间也较长，这种发射光称为磷光，寿命较长。当光停止照射时，这种光线也随 之很快地消失。利用这种能够反映物质特性的荧光来对该物质进行定性和定量分析的方法 称为荧光分析法。荧光分析法最主要的优势是灵敏度较高、选择性较好【2 1 。 一般情况下，基态电子被激发跃迁到高能级，大多处于单重激发态。如果电子从单重激 发态直接以辐射方式跃迁到基态，由于单重激发态半衰期很短，不稳定，发射持续的时间 也很短，这种发射光，就是荧光，寿命较短。b r e w s t e r 在1 8 3 8 年首次描述了这种荧光现象， 但直到1 8 5 2 年，s t o k e s 才提出荧光的概念。 1 1 2 有机荧光化合物的分类【3 】 一般分子本身荧光较弱或者根本就没有荧光，检测灵敏度差，人们用一些强荧光的标记 试剂或荧光生成试剂对待测物进行标记或衍生，生成具有高荧光强度的共价或非共价结合 的物质，使检测灵敏度大大提高，这就是荧光探针技术【4 1 。近年来，有机荧光化合物特别是 具有靶向的荧光探针化合物以其特有的性能在越米越多的领域内起着重要的作用，受到人们 第章文献综述 的重视。不仅在药物学、生理学、环境科学、信息科学研究方面有鼋要价值，而且在生物 大分子结构与功能研究中也有着广泛的应用日仃景。 目前，关于荧光化合物的研究较多，国内外常使h j 的荧光探针主要有离了探针、酶探针、 小分子和大分子探针。已开发出的探针有以荧光索、罗丹明、邻苯二甲醛及苯并咪畔类杂 环化合物为荧光团的探针，但都存在荧光强度低，荧光量子收率低，特别是发射波长短和 s t o k e s 位移小的问题，直接影响了探针的测试精度和荧光探针的性能，开发具有新型荧光 团、高灵敏度的探针具有重要的理论意义和应用价值。 1 2 有机荧光探针 1 2 1 荧光探针的概述 1 概念 在生物染色剂中有一类可被紫外线或蓝紫光( 短波长光) 激发而发射荧光的染料，称为荧 光染料( 荧光色素) ，现在应用的一些染料也可被长波长可见光光线激发，这些荧光色素常统 称为荧光探针。 2 荧光探针的发展简史 ( 1 ) 煤焦油燃料的合成和早期应用【5 】 1 8 5 6 年，w i l l i 锄p e r k i n 人工合成了煤焦油染料，也就是苯胺紫，随后，人们用氟化苯 胺做原料，根据p e r k i n 提出的合成方法合成出了许多染料，有重要影响的是1 8 5 9 年制得品 红。1 9 世纪末人们合成出了副品红，甲基紫，亮绿，结晶紫，甲基绿，孔雀绿，藏红o ， 亚甲基蓝和其它的一些偶氮类的染料。1 8 8 0 年，德国人g r u b l e r 实验并为生物学家和医学家 提供所需要的染料。当时的科学家对这些高质量的德国染料很感兴趣，他们将这些新染料 用于组织标本，血液标本，细菌标本的染色，并建立了新的染色方法。 这个时期生产的还有氧杂葸和氮杂葸类的衍生物，都有很强的荧光。焦宁y ，罗丹明b ， 荧光素，曙红y ，赤藓红，吖啶黄，吖啶橙，吖啶黄素等。但是直到2 0 世纪初期，真正作 为荧光探针的应用的很少，组织学家、细胞学家和细菌学家都喜欢染色能力很强的红色、 蓝色和绿色染料，而这些燃料在溶液中大多没有荧光或者荧光很弱。焦宁y 和曙红y 倒是 例外，吖啶类通常把细胞染成黄色，不太常用。虽然荧光探针多年来未被用于固定组织和 细胞的染色，但是在其它方面却得到应用。在水溶液中，荧光素会产生很强的黄绿色荧光， 即使用水稀释到1 0 x1 0 。6 m o l l ，其钠盐仍可产生浅绿色的荧光，e h r l i c h 用它来显示眼内液 体的流动。1 9 0 6 年，荧光素在美国成为第一个用于地下水示踪的荧光探针。 ( 2 ) 荧光探针在活细胞中的首次应用 1 9 世纪术，药物学家和实验治疗学家就对荧光探针能导致微生物发光的特点产生浓厚兴 趣，t a p p e i n e r 和j o d l b a u e r 对这种光致发光现象进行了研究。原，卜动物学家p r o v a z e k 把荧 光显微镜和活体细胞结合起来，他把各种荧光探针和药物加到纤毛豆形虫的培养液中，观 察细胞的染色荧光。 ( 3 ) 活体荧光探针的发展 第章文献综述 1 9 1 4 年，p r o v a z e k 首次描述了活体荧光探针。1 9 3 2 年，匈牙利药物学家集中把不同的 荧光探针注入预先感染了锥虫的啮齿动物体内，开创了体外i 舌体探针技术的先河。3 0 年代 由于对化疗方法很感兴趣，在荧光湿微镜下发现，在所实验的各种荧光探针中，奎吖凶( 阿 的平) 在注射后1 0 分钟内就能被循环淋巴液选择吸收。 ( 4 ) 体内荧光探针 在e h r l i c h 阐明荧光素能示踪眼内液体流动之后，t h i e l 将裂隙等显微镜加以改进，以观 察眼内液体燃料的荧光。1 9 2 9 年，p h i l i p pe l l i n g e r 和a u g u s th i r t 对荧光显微镜进行了重大 改进，这种改进的荧光显微镜，光源的垂直入射光直接通过侧边的透光管，经物镜会聚于 样品上，发射的荧光沿透光管返回到观察者眼中，别的基本部件还有相应的滤光片和一个 浸在水中的物镜。这就是体内活体显微镜，大大拓展了荧光探针的实用性。 1 2 2 荧光探针的分类： 荧光探针按物质种类可分为有机荧光探针( 即分子荧光探针) 和离子荧光探针。 1 有机荧光探针 有机荧光探针是指荧光体为有机化合物的探针。目前最常用的有机荧光探针有以下几 种：香豆素类，萘酰亚胺荧光染料，菁类，酞菁类，罗丹明、荧光素、羟基苯基苯并咪唑 类和双苯并嗯唑类有机荧光化合物，有机荧光探针对环境变化非常敏感，已广泛应用于生 物物质的物化性质和结构的测定。 2 金属离子荧光探针【6 j 金属离子荧光探针包括稀土离子( 稀土金属络离子) 荧光探针与过渡金属络离子荧光探 针。目前应用最多的是稀土离子荧光探针，如e u ( i i i ) 、g d ( i i i ) 、t b ( i i i ) ，稀土络离子荧 光探针在荧光免疫分析中应用也很多。此外还有过渡金属络离子荧光探针，o h r u ( p h e n ) 3 】2 + 和以z n 2 + 、c u 2 + 、a 矿作为配离子的荧光探针。 1 2 3 荧光体的选择 就化学和生物学意义而言，荧光探针是指一类只和某种特异靶分子明显相互作用，并且 这种相互作用可以通过荧光信号的变化被检测到的分子。其中的荧光来自探针的荧光体部 分。好的荧光体应具备以下条件： 1 合适的激发波长和发射波长 电子跃迁时吸收或发射的能量并不是任意的，而是受到电子能级的制约，只能吸收或发 射一定波长范围内的光。含有共轭双键体系的有机化合物，容易吸收激发光，其激发波长 大多处于近紫外区或可见光区，一般情况下，共轭体系越大，分子共平面性越好，刚性越 强，分子线性越好，激发和发射波长就越长，就越利于作为荧光探针，如苯并咪哗类化合 物，苯环和咪畔环在一个平面上，荧光量子收率就高，而苯并嗯呻类，由于苯环和噫畔坏 不在一个平面上，所以量子收率很低( 3 0 0 。c 。可用邻苯二胺在盐酸、三氯 化铁作用下环合并氧化制得，作为治障宁的中间体，对金属离子硒具有良好的络合能力。 黄应平等曾用反相胶束浓度研究了对其荧光性质的影响，实验发现，阴、阳离子和非离子 表面活性剂能使最大吸收波长红移，但是吸收强度变化不大，而反相胶束c t m a b ，b r i j 3 5 使其由4 2 5 n m 红移到4 3 6 ，4 3 8n l t l ，并且强度也显著的增大了【3 6 】；郑琦等研究了有机介质 对其荧光增敏作用的原斟3 7 】。 ( 4 ) 2 ，7 二氨基吩嗪1 3 8 】 黄色针状晶体，熔点2 8 0 。可用作有机合成试剂。 ( 5 ) 中性红 又称3 一氨基6 甲氨基2 甲基吩嗪盐酸盐，深绿色结晶粉末。易溶于水和醇，水溶液呈 红色，醇溶液为黄色，其溶液可用于染细胞中的液泡，用来鉴定细胞存活状态，活细胞被染 成红色，而死细胞不变色。配方：中性红o 1g ，蒸馏水1 0 0m l ，使用时再稀释l o 倍左右。 中性红的o 1 的6 0 乙醇溶液的变色范围是6 8 - - - 8 0 红黄橙p k a = 7 4 。 ( 6 ) 2 羟基一3 氨基吩嗪 黄色固体，熔点 3 0 0 。c ，用三氯化铁氧化邻苯二胺缩合而成【3 9 】，或者由2 ，3 二氨基吩 嗪2 0 0 。c 下在浓盐酸中得到m 】，是一种重要的药物合成中问体。 1 3 2 吩嗪类化合物的应用4 9 】 吩嗪类化合物是一类具有重要生物学意义的杂环化合物，含有两个苯环和一个吡嗪环的 对称稠环化合物。吩嗪类物质在细胞内可作为电子载体，传递电子到目标细胞，从而增加 了细胞内的超氧化物自由基，使目标细胞中毒死亡【5 0 1 。吩嗪类化合物具有很好的生物活性， 能够抗真荫感染，抗病毒，抗氧化。可用于肺结核、白内障、结核杆菌、非典型耐酸杆菌 及麻风病等疾病的治疗，对小麦全蚀病、水稻枯萎病病原菌【5 l 】也有显著的抑制作用。也有 文献报道这类化合物能够阻止细胞的分裂，能够导致基冈突变。不过，2 ，3 二氨基吩嗪作 为一种染发剂，据报道没有导致小鼠基凶突变的现象。它具有邻位的两个活泼基【扎氨基， 作为药物合成的中i u j 体其应用性很广。 吩嗪衍生物及其会属配合物在国内外一直都是研究热点，但是真i f 应用于实际中的报道较 少，吩嗪是一个很有用的杂坏化合物，许多药物是吩嗪衍生物或其配合物，如： 第一章文献综述 1 氯苯吩嗪( c l o f a z i m i n e ，c f m ，克风敏，氯法齐明，b 6 6 3 ，l a m p r e n e l 用于治疗麻风病等疾病，它是一种鲜红色染料的替代物。作为杀芮剂，其机制为抑制分支 杆菌的r n a 聚合酶。其活性! j 它易被分支杆菌所摄取有关，即善于与分支杆菌d n a 结合，而 抑制其转录。它还促使分支杆菌磷酯酶a 增加，导致细菌的k 运转受：f 扰，而影响细菌生长 5 0 1 。 2 吩嗪一1 一羧酸( p h e n a z i n e 一1 一c a r b o x y l i ca c i d ，p c a ) 是一类新型的微生物源抗生素。p c a 在常温下为浅黄色针状结晶体，溶于乙醚、苯以及氯 仿等，几乎不溶于水。吩嗪1 羧酸具有广谱抗菌作用，可以抑制多种能引起植物病害的真菌 病原体，是一种有良好应用前景的新型微生物源农药【9 1 。 3 k a - y e 5 2 1 为一吩嗪类新化合物，即1 吩嗪氧基乙酸甲酯。初步生物活性筛选表明它有较强的抗核苷 转运活性，这也是吩嗪类化合物中第一个被报道有抗核营转运活性的化合物，k a y e 的独特侧 链及其活性为此类化合物的化学改造提供了线索。 吩嗪类化合物已得到国内外医学界的极大关注，产品的市场前景广阔，但把吩嗪类化合物 应用于荧光探针方面国内外没有看到过相关的报道和文献，并对吩嗪类衍生物的光学性质研 究较少。因此从研究活性结构为出发点，发展结构衍生物以改善其某些限制因素，是研制该 类药物的作为荧光探针方面的重要方向。 实验部分用到前体物质2 ，3 二氨基吩嗪，国内外关于2 ，3 二氨基吩嗪及其衍生物的合 成、光谱性质的研究有以下方面： 19 81 年，n o r m a np l o v e a a 和k e i t hc b r o w n 5 3 j 等人用三氯化铁做氧化缩合剂，合成出了2 ， 3 二氨基吩嗪，并提出了反应的机理： 驭= + q ：一q ：g ：一 一q ：取： n h 2 n h 2 1 9 9 8 年，n e i v ad e l i b e r a l ir o s s o 和b r u n os z p o g a n i c z t 5 4 1 等人用二价钴离子催化，双氧水氧 化生成2 ，3 二氨基吩嗪，并提出了反应的机理，这里二价的钴离子是一种催化剂，需要通入 氧气进行氧化。 6 第一章文献综述 当 ；产、固 、户却、， k ；、 叠一洲 l 一7 。j - 一 lq ： 澎，：p 一 l 穹j 2 0 0 1 年，姜远良，冯春梁【5 5 】用辣根过氧化物酶催化过氧化氢氧化邻苯二胺合成出2 ，3 二 氨基吩嗪。 2 0 0 3 年，焦奎，崔光磊掣5 6 】对合成的2 ，3 二氨基吩嗪进行了薄层光谱电化学研究，在p h = 7 0 的b r 缓冲液中，发现在2 5 7 9n m 有强的吸收峰，在4 1 7 1n m 处有中等强度的吸收峰。 2 0 0 0 年，v z o z u l y a , a s h c h e r b a k o v a 等人合成出了一种2 ，3 二氨基吩嗪的衍生物，并且 测定了它的紫外和荧光光谱： 光谱数据显示，该化合物最大吸收波长3 8 4r i m ，发射波长5 4 3n m ，s t o k e s 位移达到了l5 9 n i t io 2 0 0 3 年，o a r y a z a n o v a ，v n z o z u l y a 等人再次合成出三种2 ，3 二氨基吩嗪的衍生物，并 且研究了相应化合物的吸收和荧光性质： 第1 章文献综述 q 敬n 他们研究了在不同溶剂中( 二氧六坏、乙酸乙酯、乙腈、甘油、d m s o ) 紫外和荧光性质， a ，b ，c 三种化合物的最大吸收波长都超过了4 2 0n m ，最大发射波长超过了5 2 0n l l l ，最大 吸收波长已经达到了在可见光区，避免了作为检测药物时紫外线对生物体的伤害，进一步证 明了它的优良的荧光特性，为合成相应的荧光探针提供了可能性。 1 9 8 7 年，b i r g i tm z e i s 等合成出了下列化合物，并且研究了其抗病毒和抗氧化作用，但 其荧光特性却没有研究。 a r 2 b r 2 c r 2 根据掌握的文献资料显示，合成咪哗并吩嗪是用芳香酸和2 ，3 二氨基吩嗪在三氯氧磷合 环的，产率低，后处理繁琐，得到目的产物很是困难，本实验采用芳香醛和2 ，3 二氨基吩嗪 反应，产率高，后处理较为简单。 为了提高荧光化合物的检测精度，避免生物体内自发荧光的干扰，应进一步提高荧光化合 物的荧光发射波长【5 。本课题组一直对羟基苯基苯并咪哗类荧光化合物进行研究，发现有很 好的荧光特性，但发射波长还不够理想，吩嗪类化合物具有大的共平面共轭体系，特别是2 ， 3 一二氨基吩嗪有很好的荧光特性，氨基又是很活泼的基团，它和水杨醛类化合物反应合成咪 唑环时，不仅使共轭体系增大，而且生成激发态质子转移型的荧光化合物，更加增大了它的 荧光激发和发射波长。所以进一步研究及制备出咪畔并吩嗪类荧光化合物是很有理论和实际 意义的。 本研究课题拟以邻苯二胺及其衍生物和取代的水杨醛类化合物为起始原料，邻苯二胺酸性 条件下在六水合三氯化铁氧化下，两分子邻苯二胺缩合生成一分子2 ，3 二氨基吩嗪【5 8 】，然后 再与取代水杨醛类化合物合环，合成相应的咪哗并吩嗪类荧光化合物，并用i r 和1 h n m r 对 目的产物的结构进行表征，测定系列荧光化合物的紫外和荧光光谱，从而确定目的化合物的 结构和光学性质，为进一步开发此类化合物提供可靠的实验数据。 近年来，关于荧光探针的研究很多，美圜和同本较多，国内也有进展，在检测性药物方面， 8 第一章文献综述 荧光探针技术越来越显示出其优越性，寻找并歼发新型的荧光i j 足很有价值的，所以，未来 的发展趋势良好。 1 4 咪唑类化合物 1 4 1 咪唑类化合物的概述 咪哗是一种含有两个氮原子的五元杂坏化合物，它具有一个闭合的大丌键，n 原子s p 2 杂化 轨道上有一对孤对电子，属于非中心对称结构，咪哗类化合物的咪唑坏是缺电子芳坏，环上 碳氮原子在一个平面上，属于非中心对称结构，可以接强的供、吸电子基团，能发生分子内 电荷转移，具有良好的电子传输性，而且具有高热稳定性，是优良的有机非线性光学材料。 咪唑环既显弱酸性，又能显弱碱性。这就决定了咪唑及其衍生物的特殊化学反应特性，如具 有诸如配位络合性和电子、质子的传递性等优良性能。自18 7 7 年，r a d z i s z e w s k i 发现洛汾碱 ( l o p h i n e ，即2 ，4 ，5 三苯基咪唑) 在碱性介质中被过氧化氢等试剂氧化时发出绿色的光( 即化学 发光) 后，在随后的研究中洛汾碱及其衍生物的发光性能逐步被用于无机金属离子和医药学中 有机化合物的分析检测。 目前，关于咪哗类化合物特别是苯并咪畔类化合物的合成倍受人们重视，一般情况下是芳 香酸和邻苯二胺在p o c l 3 或者多聚磷酸中环和得到【5 9 - 6 0 1 ，或者用一些较弱的氧化? u - - 氧化硅， 二氧化锰等氧化希夫碱得到，欧阳杰等用三价醋酸锰氧化希夫碱也得到了苯并咪唑类化合物 ，本实验室采用芳香醛和亚硫酸氢钠生成磺酸钠盐，再和邻苯二胺高温环合而成，产率较 高，后处理简单。 1 4 2 咪唑类化合物的应用 咪唑的衍生物可以作为检测过程中的增敏剂【6 2 】，也是一种优良的化学发光材料。咪畔化合 物在有机光电领域中可以作为非线性光学材料用于电子传输记t k ；光致发光材料六芳基二咪 哗及其中问体都是咪哗的衍生物。在医药工业中咪唑衍生物以其特有的高生物活性主要用于 合成抗代谢病药物、组织拮抗药、人造血浆、药物缓释剂等。在工业中用途也非常广泛，如 可以作为抗辐射剂、铁铜等防腐蚀剂、化学分析试剂等。咪畔类化合物有重要的科研价值和 广阔的市场前景，尤其是在化学发光方面的广泛应用，使人们一直对咪唑类化合物及其化学 发光现象进行不懈探索和研究。如在咪唑上引入杂坏，由于杂环化合物( o n 噻吩，毗啶，喹啉1 的结构特征和反应特性，有望使其具有更广阔的应用空问。 近年来，具有羟基苯基苯并咪哗结构的化合物受到人们的重视【9 】，它们是一类具有激发态 分子转移结构的荧光化合物，s t o k e s 位移大、量子产率高的特点，作为一种新型的荧光分子 探针很有应用价值，本课题组自从2 0 0 2 年以来一直在开展研究。但是发射波长还是不够理想， 所以计划开发出一种新型的咪畔并吩嗪类荧光化合物来增大其发射波长，期望得到在保证固 有的羟基苯基苯并咪哗环的基础上，合成出用呵见光激发，发射波长大于5 0 0a m 的新型荧光 探针。 9 第一章文献综述 1 5c u 2 十的研究现状 1 5 1c u h 概述 铜离子足由铜原子失去最外层的两个电子得到的，显i f 二价，书写为c u 2 + ，显蓝色， 这也是海水为蓝色的原因。 铜离子可以通过锌、铁还原反应生成铜，铜可以通过氧化反应生成铜离子，铜盐溶于 水或熔融也可以得到铜离子，铜离子可以与氢氧根离子生成不溶于水的c u ( o h ) 2 蓝色沉 淀，这也是检验铜离子的方法之一。铜离子存在于碱性溶液中就会生成沉淀。 铜离子可以用于杀毒，在游泳池罩可以适当添加铜离子，故游泳池水通常为蓝色。通 常，铜离子c u 2 + 在水溶液中实际上是以水合离子 c u ( h 2 0 ) 】2 + 的形式存在的，形成4 配位的化合物，水合铜离子呈蓝色，所以我们常见的铜盐溶液大多呈蓝色。而在氯化 铜的溶液中，不仅有水合铜离子 c u ( h 2 0 ) 】2 + ，还有氯离子与铜离子结合形成的四氯 合铜络离子 c u ( c 1 ) 】z ，该离子的颜色为黄色。当在饱和氯化铜溶液中加入氯化钠 或者其它氯化物和通入氯化氢时，溶液的绿色会进一步“黄化”，使溶液呈鲜艳的黄绿 色，而粘附在白色瓷壁上的溶液则呈现黄色，这是涉及到物理的张力等改变了四氯合 铜离子的平衡常数，使其正向移动，而在水溶液中，大量的水使四氯合铜离子可逆转 化，因而无法使其呈现黄色。 根据光学原理我们知道，蓝色和黄色的混合色为绿色，这就是为什么我们常见的 一般浓度的氯化铜溶液呈绿色的原因。如果我们向氯化铜溶液中加水，则溶液中氯离 子浓度变小，水合铜离子相对增多，溶液主要呈现水合铜离子的颜色( 蓝色) 。所以 我们见到的氯化铜稀溶液一般呈蓝色。同样道理，在硝酸跟铜的反应中，稀硝酸与铜 反应所得的溶液呈蓝色，而浓硝酸与铜反应所得溶液呈绿色。这是因为，浓硝酸与铜 反应时，产生大量的