（无机化学专业论文）含氮、硫杂原子的多齿配体及其过渡金属配合物的合成与表征.pdf

童 摘要 摘要 本论文设计合成并表征了一些新颖的含n ，n 和n ，s 杂原子的化合物及其与 过渡金属的配位，研究内容主要分为三个部分： 首先，通过在八羟基喹啉( h q ) 的5 位上修饰- - ( 2 吡啶甲基) 胺得到多齿配体 5 ( 二( 吡啶2 亚甲基) 氨基) 八羟基喹啉( 1 i l ) 。运用紫外光谱和荧光光谱法研究了 配体与金属离子m 9 2 + ，c 0 2 + ，c u 2 + ，z n 2 + ，h 9 2 + 在乙腈溶液中的配位化学，结果表明 该配体对m 9 2 + 有选择性荧光响应。 其次，合成了含n ，s 杂原子的4 ( 2 亚甲基1 甲氧基苯) 1 ，7 二硫杂4 ，1 0 二 氮杂十二烷( l ) 、n ，n ( 2 ，2 二巯基乙基) 氨基甲酸叔丁酯( 6 ) 以及n 甲基吡啶n ， n 二( 2 ( 甲基吡啶巯基) 乙基) 胺( l ) 。研究了配体l 与过渡金属离- 子( c u 2 + ，c 0 2 + , z n 2 + ) 的配位，用x 射线单晶衍射确定了这些配合物的结构，并初步研究了这些 配合物 m l ( c 1 0 4 ) 2 ( m 2 + = c u 2 + ，c 0 1 的电化学性质。 最后，描述了含n 杂原子的二茂铁衍生物的合成与表征。 关键词：含n ，s 杂原子多齿配体；八羟基喹啉；过渡金属配合物；二茂铁衍生物 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o n o fm u l t i d e n t a t e i i g a n d s c o n t a i n i n gh e t e r o a t o m 。na n dsw e r ed e s c r i b e d t h i sr e s e a r c hc o n s i s t sm a i n l y o f t h r e ec h a p t e r s i nt h ef i r s t s e c t i o n ( c h a p t e r3 ) ，am u l t i - d e n t a t el i g a n d ，5 - ( b i s ( p y r i d i n 一2 一 y l m e t h y l ) a m i n o ) q u i n o l i n 一8 一o l ( h l ) ， w a s s y n t h e s i z e d b yf u n c t i o n a l i z i n g 8 - h y d r o x y q u i n o l i n ea tt h ep o s i t i o n5w i t hb i s ( p y r i d i n - 2 - y l m e t h y l ) a m i n eg r o u p i t s c o o r d i n a t i o nc h e m i s t r yw i t hs e l e c t e dm e t a li o n s ，m 9 2 + ，c 0 2 + ，c u 2 + ，z n 2 + a n dh 矿+ w e r ei n v e s t i g a t e d u s i n gu v - v i sa n df l u o r e s c e n c e n ts p e c t r o s c o p i e s o u rr e s u l t s s h o w e dt h a tt h i sl i g a n de x h i b i t e ds e l e c t i v ef l u o r e s c e n tr e s p o n s et o w a r d sm 9 2 + i n a c e t o n i t r i l e i nt h es e c o n ds e c t i o n ( c h a p t e r4 ) ，s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fm u l t i - d e n t a t e l i g a n d s4 - ( 2 一m e t h o x y b e n z y l ) - 1 ，7 - d i t h i a 一4 ，10 - d i a z a c y c i o d o d e c a n e ( l ) ，t e r t - b u t y l - b i s ( 2 - m e r c a p t o e t h y l ) c a r b a m a t e ( 6 ) a n dn 一( p y r i d i n 一2 - y l m e t h y l ) 一2 - ( p y r i d i n 2 - y l m e - t h y l t h i o ) - n 一( 2 - ( p y r i d i n - 2 - y l m e t h y l t h i o ) e t h l ) - e t h a n a m i n e ( l ) w e r ed e s c r i b e d f o r l i g a n dl i t sc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d sw i t hs o m et r a n s i t i o nm e t a li o n sm 什( m 计= c u 2 + ，c 0 2 + ，z n 2 + ) w e r ep r e p a r e d t h e s ec o m p o u n d sw e r ef u l l yc h a r a c t e r i z e du s i n g u v - v i s ，i r ，m i c r o a n a l y s i s t h e i rs t r u c t u r e sw e r ed e t e r m i n e du s i n gx r a ys i n g l e c r y s t a ld i f f r a c t i o na n a l y s i s t h e i re l e c t r o c h e m i c a lp r o p e r t i e sw e r ea l s op r e l i m i n a r i l y i n v e s t i g a t e d i nt h es e c o n ds e c t i o n ( c h a p t e r5 ) ，s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fs o m e f e r r o c e n ed e r i v a t i v e sw e r ep r e s e n t e d k e y w o r d s ：m u t i - d e n a t el i g n a n d sc o n t a i n i n gn ，sh e t e r o a t o m s ；8 - h y d r o x y q u i n o l i n e ； t r a n s i t i o nm e t a lc o m p l e x e s ；f e r r o c e n ed e r i v a t i v e s 目录 目录 第l 章绪论。1 1 1 概述1 1 2 含n ，s 杂原子配体应用研究1 1 2 1 含n ，s 杂原子配体在配位光化学方面的应用研究1 1 2 2 含n ，s 杂原子配体在生物酶模拟方面的应用研究5 1 2 3 含n ，s 杂原子配体在磁性材料方面的应用研究7 1 3 本论文研究目的。9 第2 章实验部分10 2 1 主要仪器lo 2 2 主要试剂10 2 3 无水试剂纯化和干燥1 1 2 4 主要实验方法1 2 第3 章八羟基喹啉系列衍生物的合成与表征。13 3 1 引言13 3 2 实验部分13 3 2 1 八羟基喹啉衍生物的合成。1 3 3 2 2 金属离子储备液的配制1 5 3 2 3 紫外荧光的测量方法1 5 3 3 结果与讨论1 6 3 3 1 八羟基喹啉衍生物合成l6 3 3 2 八羟基喹啉衍生物h l 与金属离子作用紫外光谱研究1 7 3 3 3 八羟基喹啉衍生物h l 与金属离子作用荧光光谱研究2 4 3 4 小结3 0 第4 章含n ，s 杂原子多齿配体与配合物的合成及性质研究3 l 4 1 引言3l 4 2 实验部分31 4 2 1 基于含甲氧基的大环配体的合成3 1 4 2 2 含n ，s 多齿配体l 以及与过渡金属( z n 2 + 、c u 2 + 、c 0 2 + ) 配合物的合 i i i 目录 成3 3 4 2 3 配体l ，【c u l ( c 1 0 4 ) 2 ，【c o l ( c 1 0 4 ) 2 ，【z n l ( c 1 0 4 ) 2 的紫外光谱的测 定3 4 4 2 4 【c u l ( c 1 0 4 ) 2 ，【c o l ( c 1 0 4 ) 2 的电化学性质的研究3 5 4 2 5 【c u l ( c 1 0 4 ) 2 ， c o l ( c 1 0 4 ) 2 ， z n l ( c 1 0 4 ) 2 的单晶结构测定3 5 4 3 结果与讨论3 5 4 3 1 化合物5 1 1 和l 的合成3 5 4 3 2 化合物1 2 ，1 3 和l 的合成3 7 4 4 3 化合物6 ，9 ，1 0 ，1 1 和l ，红外光谱3 8 4 3 4 c u l ( c 1 0 4 ) 2 ，【c o l ( c 1 0 4 ) 2 ，【z n l ( c 1 0 4 ) 2 配合物的晶体结构分析4 0 4 3 5 配体l ，【c u l ( c 1 0 4 h ，【c o l ( c 1 0 4 ) 2 ，【z n l ( c 1 0 4 ) 2 的紫外光谱和红 外光谱4 3 4 3 6 【c o l ( c 1 0 4 ) 2 ，【c u l ( c 1 0 4 ) 2 的电化学性质4 5 4 4 小结4 7 第5 章含n 杂原子二茂铁系列衍生物的合成4 8 5 1 引言4 8 5 2 实验部分4 8 5 2 1 化合物乙酰二茂铁，1 4 4 8 5 2 2 化合物甲酸二茂铁，15 4 8 5 2 3 化合物酰氯二茂铁，1 6 。4 9 5 2 4 化合物二茂铁基2 氨甲基吡啶酮6 扪，17 ：4 9 5 2 5 化合物甲酰二茂铁，18 4 9 5 2 6 化合物n ( 亚甲基二茂铁) 2 亚甲基吡啶胺，1 9 一5 0 5 3 结果讨论5 0 5 3 1 化合物14 19 的合成5 0 5 3 2 化合物1 7 ，1 9 分别与k 2 p t c l 4 的合成5 1 5 4 小结51 致谢5 2 参考文献5 3 附录有关化合物的表征图谱5 9 攻读学位期间的研究成果6 7 i v 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 概述 自w e m e r 仓u 立配位化学以来，配位化学从无机化学边沿学科发展为当今化学 研究的主流，它研究的主要对象就是配位化合物，配位化合物以其各式各样的 价键形式和空间结构在不断发展中，并且与其它学科相互作用，成为众多学科 的交叉点。我国的化学工作者紧跟国际无机化学发展最新成果，努力填补诸如 生物无机、有机金属、大环配位化学等研究方向。 配体是配位化学的重要组成部分，具有重要配位能力的杂原子如n ，o ，s ，p 等杂原子，根据p e a r s o n 的软硬酸碱理论( s o f ta n dh a r da c i d sa n db a s e s ， s h a b ) 0 ) ，金属离子( 酸) 和配位体( 碱) 可以分别为三组( 如表1 1 ) ，并且符合“硬亲 硬，软亲软，交界酸碱两边管”的原理。 表1 1 金属离子和配体的软硬酸碱分类 充分利用配位化学的原理和规律，结合有机化学、物理化学、分析化学、 材料化学、生物化学、分子电子学的知识，加强配位光化学、新型功能配合物、 超分子配合物方面的研究，是目前配位化学研究的热点。 1 2 含n ，s 杂原子配体应用研究 1 2 1 含n ，s 杂原子配体在配位光化学方面的应用研究 分子荧光传感技术，也就是经常所说的荧光分子探针( f l u o r e s c e n tm o l e c u l a r l 第1 章绪论 p r o b e ) ，其核心内容就是将荧光信号传递给外界( 2 巧) ，它具有以下优点：单分子检 测的高灵敏度、实现开关操作、响应时间短、原位测定以及荧光光谱对周围的 环境如温度、溶剂极性、分子结构的活动性、电子云密度产生灵敏性响应的优 势( 6 ) ，利用这个原理，将含n ，s 的杂原子的配体与荧光分子相连，达到对客体 的识别是目前研究的热点之一。 其中最常见的信号传递机制就是光诱导电子转移机$ l j ( p e t ，p h o t o i n d u c e d e l e c t r o nt r a n s f e r ) ，下面详细介绍p e t 荧光探针分子的结构组成、信号传递机制： 典型的p e t 结构通常有荧光团( f l u o r o p h o r e ) 、连接臂( s p a c e r ) 、包含电子给体的 受体部分( r e c e p t o r ) z 部分组成，即f s r 结构。其中荧光团是光能吸收和荧光 发射的场所，受体部分是客体与底物相互作用的部分，连接臂( 通常是亚甲基和 不共轭的苯环) 将上述两部分隔开，但又靠连接臂非共轭连接起来，从而构成一 个选择性识别客体并且给出荧光信号的体系。 p e t 荧光探针分子将识别信息转化为荧光信号响应主要有两种：“o f f o n ” 和“o n o f f ”，下面主要阐述“o f f o n ”的机理。 e t f h 柏i 托l p - o 悖f 憎r 喇簿车，嘲矿 图1 1 前线轨道理论描述 图1 2f s r 处于“o f f 的状态 2 第1 章绪论 e 图1 3 前线轨道理论描述 图1 4f s r 处于o n ”的状态 如图1 1 所示，荧光团受激发后，电子由h o m o 轨道跃迁至l u m o 轨道， 产生未配对电子；由于受体部分( 电子给体) 的h o m o 的轨道能级较高，电子由 受体的h o m o 轨道转移至激发态荧光团( 电子受体) 的h o m o 轨道，电子转移后， 成对电子占据了激发态荧光团h o m o 轨道，激发态荧光团l u m o 轨道上的未 成对电子无法回到激发态荧光团h o m o 轨道上，因此无法发射荧光，激发态荧 光团足以氧化受体，自身被还原成不能发光的分子，这个过程就是p e t 过程， 此时f s r 处于“o f f ”的状态，如图1 2 所示。 如图1 3 所示，当p e t 荧光探针分子与客体结合，明显降低受体的h o m o 的轨道能级，使之位于激发态荧光团h o m o 轨道能级之下，激发态荧光团l u m o 轨道上的未成对电子回到激发态荧光团h o m o 轨道上，从而恢复荧光发射，激 发态荧光团不能氧化受体，也是p e t 受阻过程，此时f s r 处于“o n ”的状态， 如图1 4 所示。还有一类“o n o f f ”的p e t 荧光探针分子，其电子转移发生在 l u m o 轨道上，机理类似上述内容。 如图1 5 ，1 6 所示，下图就是一个简单的p e t 荧光探针分子的实例( 7 ) ：p e t 3 第1 章绪论 荧光分子探针的f s r 结构分别是1 ，8 萘二甲酰亚胺，中间为- - n 三个亚甲基， - ( 2 吡啶甲基) 胺。在图中与l ，8 萘二甲酰亚胺相连接的氮是控制p e t 过程的核 心位点，它是p e t 电子过程的电子给体，又是z n 2 + 的一个螯合位点。当没有z n 2 + 时，发生光诱导电子转移，即叔胺上的氮的孤对电子转移至处于激发态的l ，8 萘二甲酰亚胺上，基本上没有荧光，即处于“o f f ”的状态。当z n 2 + 与- - - ( 2 吡啶甲 基) 胺螯合后，叔胺上的氮的孤对电子由于参与z n 2 + 配位而被束缚，从而抑制了 光诱导转移，荧光恢复，即处于“o n ”的状态。 ： 档 x c o 三 t 图1 5 具有f - s r 结构的p e t 锌离子荧光分子探针 图1 6 探针在h e p e s 溶液中的荧光响应 4 第1 章绪论 1 2 2 含n ，s 杂原子配体在生物酶模拟方面的应用研究 生物酶模拟方面包括仿生无机化学，设定合成的原则是合成类似物的方 法，当然，这些模型化合物或者是合成的类似物，并不能模拟周围环境的实际 因素或者正常蛋白质机构赋予得所谓的结构参数，但它能够反应本质的生物模 拟配位环境，但是又不能在研究时为了说明生物大分子的性质，而一味地拓展 由模型化合物所得到的信息。， 它的方法总结如图1 7 嫡) ，先从一个活性中心模拟开始，包括组成成分，立体 结构方面，接下来通过合成模拟，合成模拟的同时主要考虑两个方面，一个就 是结构方面，另一个就是功能方面，这两个方面是相辅相成的。结构方面主要 考虑考虑中心离子的氧化态，电子结构特性，配体的螯合能力以及立体结构化 学等等，而功能的方面主要考虑催化方面。 随着分光光度技术和磁性测量技术的进步，能够直接研究金属离子在配合物 的结构，同时运用x 射线单晶衍射，穆斯堡尔谱技术，二维核磁技术，并伴随 蛋白结构晶体解析的进步，使得仿生生物学得到长足的进步。 薯孵m 融ka r m l o g u ea p p m 躺h i r e 酗e l a i l e l 随o m e l e c w ea c 啦饴s 鞋蕾 图1 7 仿生生物学模拟的方法 这些仿生的生物配合物在温和条件下n 2 转化n h 3 ，c i - h 转化c h 3 0 h 以及 h 2 0 转化0 2 仍然是一个极大的挑战。尽管在实际应用中有很大的困难，但是对 模型化合物的研究正在方兴未艾。 已知自然界三分之一左右的是金属酶，金属酶是具有生物催化的金属蛋白， 金属离子与酶的结合形式多种多样，但是本质上是通过配位键形成的，离开蛋 白质的骨架简化得仿酶模型，研究金属酶的催化性能是生物无机模拟的一个重 5 第l 章绪论 要领域。现阶段主要研究的是以f e ，n i ，m o ，w 的金属酶，有以下几种：全铁氢 化酶和镍铁氢化酶，不含铁硫立方烷氢化酶，钼铁黄嘌呤氧化酶，钼铜一氧化 碳脱氢酶和铁镍一氧化碳脱氢酶。 自然界氢化酶是一种含铁或镍金属簇的蛋白质，它广泛存在产甲烷茵、固 氮菌、光合成菌、硫还原菌等许多微生物中，具有催化制氢的特殊性质。二十 世纪九十年代以来，对氢化酶活性中心的模拟一度成为研究的热点，如下图1 8 解析出来全铁氢化酶的晶体结构( 9 - 1 0 ) ，2 0 0 5 年，p i c k e t 研究小组合成出全面模拟 氢化酶h c l u s t e r 的一个化合物，也是迄今为止与氢化酶h c l u s t e r 最为接近的模 型化合物( 。1 ，如图1 9 所示。 图1 8 全铁氢化酶的h c l u s t e r 的晶体结构 黄嘌呤氧化酶是一种催化次黄嘌呤氧化为黄嘌呤并可继续催化黄嘌呤被氧 化为尿酸的酶，黄嘌呤氧化酶活性位点中钼蝶呤辅因子的钼原子另外与一个端 氧、多个硫原子以及一个端羟基相连。在黄嘌呤至尿酸的反应中，钼上的氧先 是转移至黄嘌呤分子上，然后，水分子与活性中间体进行加成，使活性的钼中 心得到再生。如图1 9 模拟这种机理的配体和配合物( 1 3 - 1 4 ) 。对于包括人类在内的 多种生物，黄嘌呤氧化酶在嘌呤的分解代谢中有很重要的作用。 图1 9 配体以及配合物在模拟黄嘌呤氧化酶的研究 6 第1 章绪论 一氧化碳脱氢酶可以被分为两大类，存在于需氧微生物的c u - m o 酶类和厌 氧微生物的n i - f e 酶类，其中c u m o 酶类包含有一个c u 离子和一个( m 0 0 2 ) ， c u 离子和m o 离子之间通过一个配位桥联的硫原子来连接，无论c u m o 脱氢酶 处在还原还是氧化态，活性位点的c u 离子总是保持+ 1 价，如下图为钼铜一氧化 碳脱氢酶的活性中心，2 0 0 6 年g o u r l e y 等人用含三个n 的杂原子大环和一个m o 的六配位的配合物得到了含c u m o 的活性中心( 1 5 1 。 譬盟h 一 、刊7、蛰刊 图1 1 0 铁钼脱氢酶的活性中心以及活性中心的合成方法 生物模拟催化只是研究的一个方面，真正造福人类的应用应该在医药方面， 由于顺铂药物成功的用于临床，大大促进了无机药物化学这一化学领域的发展， 还有例如一价金与硫醇形成l ：1 的配合物试剂( 1 6 - 1 7 ) ，已经用于临床治疗风湿性关 节炎；三价铋对细菌h e l i c o b a c t e rp y l o f i 有抗菌活性，对治疗溃疡有想当重要的 意义( 1 研；具有胰岛素活性的钒的化合物在药理浓度下在治疗糖尿病有一定作用 u 9 ) ；锰元素在超氧化酶中的大量存在，在阻止神经衰弱和类似帕金森老年痴呆 症的治疗上有重要作用( 2 叭。 1 2 3 含n ，s 杂原子配体在磁性材料方面的应用研究 磁性纳米材料已经广泛的得到研究，潜在的应用领域有环境保护、生物分 子分离、磁共振成像、药物传送、固定酶和生物免疫方面( 2 卜2 们，事实上，功能 化的纳米硅胶在分离蛋白方面也有研究，这在蛋白组学方面是十分重要的一个 7 第1 章绪论 研究课题。它的原理是硅胶与磁性粒子的系统间偶极相互作用可以紧密包裹住 粒子不容易打碎，再利用硅胶表面的羟基通过硅烷偶联剂可以引入新的有机配 体，被硅胶包裹的磁性纳米粒子做为磁性载体标记和分离蛋白等作用，缺点是 对外界磁场感应减弱，导致它在分离应用方面存在局限性。 懈 k 喇嘲q _ 棚幽 t e o s ，2 4 h ! t o t u e n e e t o h 嘲n h s o | 鬻蝴舱h g = n d 。lt o l u e n e 。cf o r3 h 毒 龆。 盛留婴 辫 _ 图1 1 1 分离目标蛋白酶过程 在标记和分离生物大分子方面的应用，选用最常见的是四氧化三铁磁性纳 米粒子，超顺磁性的四氧化三铁粒子拥有以下三方面的优点：首先性能稳定， 毒副作用小，有很好的生物兼容性；其次在磁场中有非常好的顺磁性；最后磁 性分离技术同传统的纳米固相硅胶萃取剂相比，操作过程简单，无须通过液相 色谱，在常规实验器材中就可以进行。具体步骤如图1 1 1 左图所示( 27 1 ，首先利 用溶胶凝胶前驱体法将磁性的纳米粒子包裹，四乙氧基硅烷通过水解形成表面 具有很多s i o h 的体系，然后通过硅烷偶联剂与有机配体相连，常见的有机配 体含有o h ，s h 或者- n h 2 等功能团，加入金属的盐与有机配体螯合，但此时 金属离子的配体是不饱和配位，最后通过该体系选择性的标记生物大分子，将标 记的生物大分子分离的过程，如图1 1 1 右图所示( 2 鼬。 8 第1 章绪论 例如2 0 0 9 年k i h ok a n g 等人2 9 将含有氨基的有机分子用上述的方法联接在 有硅胶偶联剂的磁性纳米粒子上分离唾液中的d n a ，含有s i o h 的体系( i ) 和含 有两个氨基的功能化的磁性纳米硅胶粒子( i i ) 很好地分离到如下图1 1 3 中所示的 两种不同的d n a 。 y t 夭躲3 图1 1 2 氨基功能化得磁性纳米硅胶粒子 图1 1 3 凝胶琼脂电泳分离唾液中的d n a 效果图 1 3 本论文研究目的 本论文合成了一系列的含n ，s 杂原子多齿配体，主要的研究目的在以下几 个方面：多齿配体与荧光基团相连，尤其是合成含n ，s 杂原子大环配体，利用光 诱导电子转移机制来达到对金属离子的识别：多齿配体与二茂铁衍生物相连，合 成新型顺铂化合物，研究对癌细胞的作用；多齿配体与过渡金属形成配合物， 研究其空间结构、性质及在应用方面的潜在价值。 o 第2 章实验部分 2 1 主要仪器 仪器名称 i k a 磁力加热搅拌器 旋转蒸发仪器 真空泵 循环水泵 紫外可见分光光度仪 显微熔点测定仪器 红外光谱仪 核磁共振仪 元素分析 电化学工作站 x 射线单晶衍射仪 荧光光谱仪 第2 章实验部分 规格型号 i k a r f tb a s i cc 上海亚荣l 礓5 2 a a z x z - 2 型旋片式真空泵 郑州长城s h b m c a r y5 0 ，v a r i a n 桂林光学仪器厂显微x - 4 型熔点测定仪 s c i m i t a r2 0 0 0 ，v a r i a n b r u k e ra v a n c e4 0 0m h z 核磁共振仪 h e r a e u sc h n o r a p i d f r a 2i j a u t o l a bt p y ei i i s i e m e n ss m a r t s y s t e mc c d 四元衍射仪 h i t a c h if - 4 6 0 0 2 2 主要试剂 名称 2 氨甲基吡啶 2 醛基吡啶 硼氢化钠 8 羟基喹啉 甲醛 浓盐酸 三乙胺 二氯甲烷 1 氯乙醇 乙醇 对甲基苯磺酰氯 乙酸乙酯 高氯酸盐( 铜、锌、镍、铁、钴、铬、汞) 1 0 等级生产厂家 a r 阿拉丁试剂公司 a r 阿拉丁试剂公司 9 6 阿拉丁试剂公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 上海焱晨化工实业有限公司 a r 江西洪都生物化学有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 天津市科密欧化学试剂有限公司 a r 天津市大茂化学试剂厂 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 阿法埃沙化学试剂有限公司 第2 章实验部分 名称 高氯酸镁 高氯酸盐( 锂、钾、钙) 氯化铝带六结晶水 硫代乙酸钾 n ，n 二甲基甲酰胺 钠 甲醇 二乙醇胺 碳酸钾 丙酮 二氯亚砜 碳酸铯 硫酸二甲酯 氢化铝锂 四氢呋喃 环硫乙烷 甲苯 四氯化碳 偶氮二异丁腈( a i b n ) 溴代丁二酰亚胺 2 甲基吡啶 氢化钠 二茂铁 氯化铝 乙酰氯 碘 吡啶 氢氧化钠 乙酸 草酰氯 三氯氧磷 二苯酮 无水乙醚 无水硫酸钠 2 3 无水试剂纯化和干燥 等级生产厂家 a r 天津市科密欧化学试剂开发中心 c p 上海试剂二厂 c p 青岛安立信商贸有限公司 9 8 西亚试剂 a r 国药集团化学试剂有限公司 c p 天津市大茂化学试剂厂 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 天津市大茂化学试剂厂 a r 上海焱晨化工实业有限公司 9 5 国药集团化学试剂有限公司 a r 阿法埃沙化学试剂有限公司 a r 天津石英钟长霸州市化工分厂 9 7 阿拉丁试剂公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 9 6 阿法埃沙化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 上海科昌精细化学品公司 a r 天津市大茂化学试剂厂 9 8 阿拉丁试剂公司 6 0 阿拉丁试剂公司 c p 广东汕头市西陇化工厂 a r 天津市大茂化学试剂厂 9 8 阿拉丁试剂公司 a r 天津市大茂化学试剂厂 a r 上海化学试剂五联化工厂 a r 天津市大茂化学试剂厂 a r 国药集团化学试剂有限公司 9 8 阿拉丁试剂公司 9 9 淄博市君竹化工有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 a r 国药集团化学试剂有限公司 四氢呋喃：无水硫酸镁干燥一夜，过滤，滤液至容器蒸馏器中，5 0 0 m l 四氢呋 第2 章实验部分 喃加入5 9 钠与1 0 9 二苯酮，回流至深紫色即可收集使用。 二氯甲烷：少量氢氧化钠固体用以除去溶剂中的酸，再加大量的无水硫酸镁干 燥。过滤，并加入适量五氧化二磷，在蒸馏器中回流3 - 4 小时后，冷却收集使用。 注意：二氯甲烷不可以用钠回流，否则容易发生爆炸。 甲苯：在a r 气氛下，直接加入溶剂蒸馏器中，并加入适量钠，回流3 - 4 小时后， 收集使用即可。 乙腈：无水硫酸钠干燥一夜，过滤， 在氩气下用适量氢化钙回流数小时， 酸。 加入粉末状氢化钙至没有气泡冒出，最后 蒸馏即得。注意：乙腈中常含有毒的氢腈 甲醇乙醇：在干燥a r 气氛下，将5 9 干燥清洁的镁粉、0 5 9 碘与1 0 0 m l 甲醇共 热，至碘全部消失而镁粉全部反应，此刻再加入待干燥的甲醇至5 0 0 m l ，回流 数小时后，蒸馏收集。 n ，n 二甲基甲酰胺：n ，n 二甲基甲酰胺( d 姗) 是用适量c a h 2 预干燥至无气泡， 在通过减压蒸馏的方法收集馏分，然后馏分经过a r 气氛保护下收集得到。 乙醚：无水硫酸镁干燥一夜，蒸馏两次后在加钠干燥，放置数日，5 0 0 m l 乙醚 加5 9 钠与1 0 9 二苯酮在氩气保护下回流至蓝色，蒸馏即得。 2 4 主要实验方法 本论文所涉及有些化学反应需要在无水、无氧的条件下进行时，实验操作 严格遵照标准的s c h l e n k 技术规范进行。反应中所用的溶剂在使用前都经过无水， 无氧处理。大部分反应均用薄层色谱t l c 监测。产物的分离提纯一般使用快速 柱色谱法提纯。 1 2 第3 章八羟基喹啉系列衍生物的合成与表征 第3 章八羟基喹啉系列衍生物的合成与表征 3 1 引言 8 一羟基喹啉是仅次于e d t a 的第二大金属螯合剂，它具有双齿配体( 杂环上的 n 原子和酚羟基上的o 原子) ，能与碱土金属以及许多重金属发生螯合作用，作为 优良的沉淀剂、萃取剂和光度试剂，在化学研究领域中占有很重要的地位。 近年来报道了许多在5 ，7 位的8 羟基喹啉衍生物( 3 0 - 3 5 ) ，在八羟基喹啉环上的修饰 展示了不同的特性和效果，有的还具有生物活性。近来有文献报道，在医学临 床上发现8 羟基喹啉和铜离子的作用通过抑制蛋白酶，阻碍血管生成的活性。也 就是说通过这种机制可能抑制肿瘤的活性，从而通过修饰8 羟基喹啉分子开发出 一种新型的抗肿瘤药物( 3 们。其它具有生物活性的基于8 羟基喹啉的衍生物包括有 铁损耗效应( 3 n 、抑制微生物生长、在生物活细胞中传输和运送金属离子等作用。 尤其令人关注的是8 羟基喹啉特殊的荧光效应，自从8 羟基喹啉铝的薄膜有机电 致发光器件( o l e d ) ( 3 8 ) 发现以来，8 羟基喹啉和它的金属配合物的研究也在兴起。 以上这些传统的和新型的应用，使得研究8 羟基喹啉的化学正在逐渐复兴。 正如前面所提到的，在5 ，7 位上修饰的8 羟基喹啉分子有特殊的性质。从配 位化学的角度来讲，这两个位置上不同的官能团提供不同的结合位点。7 位上修 饰并且结合8 羟基喹啉上的氮和氧能提供一个螯合金属的多齿配体，而在5 位上 的修饰能提供两个不同的螯合金属离子的位点。通过荧光发现2 ( 2 羟基苯) 恶唑 有很好的离子识别作用，在5 位上修饰也有对金属离子识别的报道。 换句话说，通过对8 羟基喹啉不同位置的修饰，达到对螯合金属离子的性质 研究，有利于增强8 羟基喹啉衍生物对潜在应用价值的研究。本章合成并表征了 5 - ( - _ ( r i l l 啶- 2 亚甲基) 氨基) j k 羟基喹啉( h l ) ，利用荧光研究了它对金属离子的选 择性和通过紫外研究它与金属离子的配位模式。 3 2 实验部分 3 2 1 八羟基喹啉衍生物的合成 3 2 1 1 化合物- - ( n l ：啶2 亚甲基) 胺，1 1 3 第3 章八羟基喹啉系列衍生物的合成与表征 将2 胺甲基吡啶( 2 1 4 9 ，2 0 m m 0 1 ) 的乙醇溶液( 5 m e ) 缓慢滴加至2 醛基吡啶 ( 2 3 8 9 ，2 2 m m 0 1 ) 的乙醇溶液( 1 0 m l ) q b ，在室温下搅拌6 小时。在冰浴条件下，将 硼氢化钠固体( 3 8 9 ，l o o m m 0 1 ) h 入混合液当中，然后恢复至室温，继续搅拌1 2 个小时。停止反应，抽干乙醇溶液，加入水( 2 0 m l ) 至混合物中。用c h 2 c 1 2 ( 3 0 m l x 3 ) 萃取水相，合并有机相并用m g s 0 4 干燥。浓缩，用柱色谱分离( 洗脱剂：v 甲醇：v 乙酸乙醑：v - - z 1 窿= 1 0 ：5 0 ：1 ) ，得到淡黄色油状物( 2 1 2 9 ，5 3 ) 。1 hn m r ( c d c l 3 ，6 0 0 m h z ) ： 68 4 8 0 ( s ，2 h ) ，7 5 5 6 ( s ，2 h ) ，7 2 7 8 ( s ，2 h ) ，7 0 7 2 ( s ，2 h ) ，3 9 0 3 ( s ，4 h ) ，2 6 7 6 ( s ，1 h ) 3 2 1 2 化合物5 氯甲基八羟基喹啉( 盐酸盐) ，2 h c i 将八羟基喹啉( 5 8 4 9 ，4 0 m m 0 1 ) 、甲醛溶液( 6 4 m l ，3 7 ) 、盐酸溶液( 5 0 m l ，3 7 ) 依次加入2 5 0 m l 三颈瓶中，在冰浴条件下通入氯化氢气体1 2 t j , 时。停止搅拌，反 应液在室温下静置两个小时，过滤析出的固体，分别用乙醇和3 7 的盐酸溶液洗 涤三次。真空干燥得到黄色的针状固体( 6 2 4 9 ，8 0 ) 。无须进一步纯化，直接进 入下一步。 3 2 1 3 化合物5 - ( - - ( n l = 啶2 亚甲基) 氨基) 八羟基喹啉，i l l 在冰浴条件下，将二( 吡啶2 亚甲基) 胺( 1 2 2 9 ，6 m m 0 1 ) 逐滴加入到5 氯甲基八 羟基喹啉盐酸盐( 1 3 9 9 ，6 m m 0 1 ) 和三乙胺( 1 7 m l ，1 2 m m o i ) 的c h 2 c 1 2 ( 5 0 m l ) 混合溶 液中。此混合液在室温下搅拌2 4 个小时，旋干二氯甲烷，加入乙酸乙酯( 5 0 m l ) 。 过滤，浓缩，过柱( 洗脱剂：乙酸乙酯) 得到淡黄色油状物( 1 3 9 ，5 0 ) 。将此油状 物加入乙醚反复溶解抽干，充入氩气，在o c 冰箱保存1 0 天，得到金黄色粉末状 的固体。m p 1 2 0 1 2 2 1 h - n m r ( c d c l 3 ，6 0 0 m h z ) ：68 6 1 6 ( m ，1 h ) ，8 4 0 9 ( m ，3 h ) ， 7 4 5 6 ( m ，2 h ) ，7 3 2 4 ( d ，1 h ，j = 7 8 ) ，7 2 6 3 ( m ，1 h ) ，7 2 3 i ( s ，1 h ) ，7 0 2 1 ( s ，1 n ) ，6 9 8 6 ( m ， 2 h ) ，6 9 3 8 ( d ，1 h ，j = 7 2 ) ，3 8 9 2 ( s ，2 h ) ，3 7 1 9 ( s ，4 h ) ；c - n m r61 5 8 3 6 ，1 5 0 9 2 ， 1 4 7 9 6 ，1 4 6 4 1 ，1 3 7 6 5 ，1 3 5 2 0 ，1 3 2 9 7 ，1 2 8 2 8 ，1 2 6 7 8 ，1 2 4 0 4 ，1 2 2 2 5 ，1 2 0 5 7 ， 10 7 9 9 ，5 9 2 6 ，5 5 4 9 ；m i c r o a n a l y s i sf o ri l l h 2 0 ( c 2 2 h 2 2 n 4 0 2 ，m w = 3 7 4 4 4 ) ：c a l ( f o u n d ) ，c ，7 0 5 7 ( 7 1 4 3 ) ；h ，5 9 2 ( 5 5 8 ) ，n ，1 4 9 6 ( 1 4 9 9 ) 3 2 1 4 化合物5 - ( - - ( 2 氯乙氧基) 甲基) l 羟基喹啉，3 在2 5 0 m l 带支1 2 1 的圆底烧瓶中，加入氯乙醇( 4 m l ，6 0 m m 0 1 ) 、无水醋酸钠 ( 3 3 0 m g ，4 m m 0 1 ) ，加热回流的情况下搅拌8 d , 时，然后加入5 氯甲基八羟基喹啉 盐酸盐( 9 4 7 m g ，4 m m 0 1 ) ，将温度升高至1 2 0 ( 2 反应2 4 d , 时。停止反应，减压蒸馏 1 4 第3 章八羟基喹啉系列衍生物的合成与表征 除去过量的氯乙醇，得到黄色固体，用大量的冰水溶解，维持冰水浴温度在0 * c ， 边搅拌边加入质量分数为2 5 一2 8 的氨水，出现白色沉淀，调p h = 5 6 ，抽滤， 用冰水洗涤三次，用石油醚重结晶，得到白色固体( 7 5 8 m g ，8 0 ) 。1 h - n m r ( c d c l 3 ， 6 0 0 m h z ) ：68 8 0 3 ( d ，1 h ，j = 1 8 i q z ) ，8 5 4 5 ( m ，2 h ) ，7 5 0 7 ( m ，1 h ) ，7 4 0 9 ( t , 1 h ， j - - 6 0 h z ) ，7 10 0 ( m ，1h ) ，4 9 0 8 ( s ，2 h ，- o c h 2 - ) ，3 7 4 0 ( t , 2 h ，j - - 5 7 h z ，c i c h 2 一) ， 3 6 3 2 ( t ，2 h ，j = 5 6 h z ，一o c h z c h 2 c i ) 3 2 1 5 化合物5 - ( - - 0 1 j = 啶2 亚甲基) 氨基) 8 对甲基苯磺酸酯，4 将对甲基苯磺酰氯( 3 8 2 m g ，2 m m 0 1 ) 、5 ( 二( 吡啶2 亚甲基) 氨基) 八羟基喹啉 ( h l ) ( 3 3 0 m g ，0 9 3 m m 0 1 ) 、三乙胺( 0 1 m l ，0 9 m m 0 1 ) 依次加入到n f 溶液中在室 温下搅拌6 个小时，点板监测至原料基本反应完。抽干溶剂，用柱色谱分离( 洗脱 剂：v e t o ：v 乙酸乙砖：v 三乙胺= 1 0 ：5 0 ：1 ) 得黄色油状固体( 3 4 0 r a g ，8 0 ) 。1 h - n m r ( c d c l 3 ， 6 0 0 m h z ) ：68 8 1 0 ( s ，1 h ) ，8 5 1l ( d ，3 h ，j = 1 8 h z ) ，7 8 1 4 ( d ，2 h ，j = 8 4 h z ) ，7 5 9 3 ( m ， 3 h ) ，7 5 5 3 ( d ，1 h ，j = 7 8 h z ) ，7 4 6 3 ( d ，1 h ，j = 7 8 h z ) ，7 3 3 9 ( m ，3 h ) ，7 17 3 ( m ，2 h ) ， 7 1 3 3 ( d ，2 h