（有机化学专业论文）核苷同光致变色化合物以及金属离子反应的研究.pdf

塑l 望 一 p 乙 t 冽 摘要 光信息燃料和基因工程材辨是露裁国内外研究蜓热门课题 竞 信息材料是一门包含信息科学 材料科学和生命科学的交叉边缘研 究领域 本论文首先研究了光致变包化合物的合成和性质 并合成了 一系列葵有一定功能的新型竞致变色化合物 在诧基硇上又尝试将 光致变色化合物连接到单核蔷酸上 以铡备光信息基因枋料 羁前 这项工作仍属于开创性阶段 述需要更加深入的研究和探讨 作为 实验的另一部分 本文运用了微波法合成了一系列金属问8 一羟基喹 啉的配合物以及一系硝金属简核瞽以及金属商核瞽和8 一羟基喹啉的 配合物 并详细研究了莫配合机理 关键词 光信息基因材料 光致变色 微波 核苷 配位 a b s t r a c t i no r d e rt or e a l i z et h e m u t i p l e f u n c t i o n a l i t y a n di n t e l l i g e n c eo fi n f o r m a t i o n m a t e r i a l w ew i s ht oa d dt h ep h o t o i n f o r m a t i o nf u n c t i o nt og e n et of o r man e w t y p eo f m a t e r i a l w h i c hw o u l dh a v et h ec h a r a c t e r i s t i co fb o t hp h o t o i n f o r m a t i o nm a t e r i a la n d g e n e t i c m a t e r i a li tw o u l dr e a l i z et h e p h o t o c o n t r o l o fg e n e t i c b i o a c t i v i t y a n d i n f o r m a t i o nt r a n s f o r m a t i o n w h i c hw o u l dm a k et h i s m a t e r i a ls u i t a b l ef o rv a r i o u s a p p l i c a t i o na s p e c t s s u c h a s i n f o r m a t i o n p h o t o c h e m i s t r y b i o g r a p h y a g r i c u l t u r e p o p u l a t i o n h e a l t ha n ds oo n f u r t h e rm o r e i tw o u l dm a k e b i o g r a p h y t e c h n o l o g ya n d i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yl i n k w i t he a c ho t h e rt of o r man e w c r o s s i n g e d g er e s e a r c h f i e l d p h o t o i n f o r m a t i o ng e n es c i e n c e a n di nt u r n s w o u l dm a k eg r e a ti n f l u e n c et o b i o g r a p h ys c i e n c e m a t e r i a ls c i e n c ea n di n f o r m a t i o ns c i e n c e i n m yr e s e a r c h 1h a v es y n t h e s i z e ds o m ep h o t o c h o r o m i cm a t e r i a l t h e na d d t h e mt on u c l e o t i d e sa sa p r o t e c t i n gg r o u p s o ra sal i g a n di nm e t a lc o m p o u n d s k e y w o r d s p h o t o c h o r o m i cm a t e r i a l n u c l e o t i d e s g e n e t i cm a t e r i a l 蔓 墅坌j 垒堕墨墨里塑垫 兰二兰垫童 第一部分光信息基因材料 第 章前言 1 1 光信息基因材料 1 1 1 光信息基因材料的构想以及合成 光信息材料和基因工程材料是目前国内外研究的热门课题 信息高速公路 的突飞发展 给人们的生活 社会活动带来极大的方便 无性繁殖克隆多利羊 的成功 转基因动植物给热门带来的福音 基因芯片 d n a 计算机预演的成功 电子计算机将变成光子计算机 电脑变成光脑鼓舞着人们向更高的目标奋进 我们课题组的设想是把光信息材料嫁接到基因上 由此得到的光信息基因材料 不仅同时具备光信息材料和基因材料的双重特性 而且可实现基因生物活性和 信息传递的光调控 在众多的光功能材料中 光致变色化合物作为重要的光信息材料 近年来 发展非常迅速 它不仅在材料科学和信息科学方面有广泛的应用 而且在生命 科学的研究中也取得了突破性进展 我们课题组已经尝试着以呋喃香豆素衍生 物为反应基团 以螺环类光致变色化合物为光信息基团 合成了一系列新的含 光致变色化合物基团的核酸标记试剂 通过标记试剂与基因的反应 我们已经 实现了光信息材料对基因的嫁接 制备了 些光信息基因材料 实验表明 得 到的这种材料同时具备光信息材料和基因的双重特性 但是 在深入研究和开发光信息基因材料的过程中 我们发现这种连接方 式也有其局限性 这是由于一方面d n a 分子的结构十分庞大和复杂 因此对 于嫁接的方式和机理难于深入研究 而且对于光致变色化合物的含量也难以定 量测定 另一方面 不是每个核苷分子都能与光致变色化合物进行连接 造成 了光信息基团的灵敏度降低 从而不利于检测 因此 为了真正实现性能优良 的光信息基因材料 我们必须从头合成 也就是说 把光致变色化合物与单核 昔酸连接起来 再将这些带有光信息基团的单核苷酸用d n a 合成仪连接起来 形成有特定序列的寡聚核苷酸即基因 从而构建出光信息基因材料 1 1 2 光信息基因材料的理论意义及其应用背景 应该说 这是一个具有划时代意义的构想 因为这种具有光信息基团的核 营所合成的基因 不仅使得检测过程大大方便 检测灵敏度大大提高 而且还 一苎 塑坌垄堡璺墨塑塑坚 兰 童塑童 可以利用光来调控基因的构型和状态 等学科领域有非常广泛的应用 为进 了理论和实验依据 它将在生命科学 信息科学和材料科学 步开展光信息基因材料的应用研究提供 作为光学材料 光信息基因材料可在某种波长的光作用下 发生分子结构 的改变 从而使这种材料光学性能发生变化 形成一种类似感光胶片性能样的 记忆材料 将输入的光学信息存储于此记忆材料中 利用另 种波长的光照射 可以将记忆的信息读取出来 从而使其在计算机方面有着广泛的应用 比如利 用光信息基因二维或三维的存储性能 在研究激光放大性能基础上采用光信息 基因和光子处理器的光子计算机可能成为速度最快的交换系统 可以同时进行 l o 亿亿次计算 容量比硅基电脑大几千万倍 此外在生物方面 光信息基因 材料也有着广泛的应用前景 包括观察生物信息传递轨迹 用于转基因动植物 和基因芯片的制造 1 1 3 光致变色化合物的合成 性质及其应用 光致变色是指在某些波长的光照射下 化合物可逆地由一种颜色变为另一 种颜色的现象 不同的物质 引起光致变色的基本过程可以完全不同 如无机 的金属氧化物或卤化物等 其光致变色通常是由于杂质或晶体缺陷所造成的 而某些含氧金属配合物的光致变色是由于激发光的作用导致金属能级的变化而 产生的 对于有机光致变色化合物 其光致变色现象是由化合物结构变化而产 生的 如光异构化 键的断裂 二聚或氧化还原等 其过程可表示为 猷h 可意象b 0 m 其中九 代表 态的最大吸收波长 k 代表b 态的最大吸收波长 一般情况 下 氏为稳定态 b 为亚稳态 实际上 a b o 都处于相对稳定状态 是可逆 光化学反应的反应物和生成物的基态 只是受到激发后 经过激发态才发生光 致变色现象 可用如下的能级示意图表示这一过程 i j 务 耀 h p 2 4 一一一一 3 l b o x 2 a 0 1 珥一二弓茅 图 l 光致变色过程的能级示意图 墨二塑坌2 笪堕垦墨里塑型二 兰 兰堑童 a b n 分别代表任一光致变色材料的两种相对稳定状态 即稳态和亚稳态 a b 分别代表相应于a o b 的激发态 1 表示 一a 斗b 即光发色过程 2 表示b o 哼a 0 即暗消色过程 3 表示b o b a 0 即光或热消色过程川 常见的几类重要的有机光致变色化合物及其光致变色过程的结构变化如 下 螺毗喃化合物 q 半码婶蹿灿 螺恶嗪化合物 1 1 a 1 2 a 俘精酸酐类化合物 二芳基烯类化合物 图i 2 坠 如 图1 3 1 1 b 1 2 b l 3 a1 3 b 图1 4 1 4 a1 4 b 图1 5 2 2 一 7 芳基 2 h 卜色烯 二坠些堡星董垦塑型 塑二童萱宣 a r a r 婚摹b 图1 6 偶氮类化合物 争哦 n 图1 7 经过长期深入的研究 人们对光致变色化合物的性质 变色机理 结构 与性质的关系及影响因素等都有了比较深入的了解 各种新的化合物有也不断 见诸报道 除在功能材料等方面的广泛应用外 光致变色化合物在其它领域的 应用也在不断扩大 如利用光致变色过程中有机分子的结构变化 实现生物分 子活性的光调控等 2 i 1 1 4 核酸的修饰 保护以及合成 核酸是重要的生命基础物质 对生命遗传信息存储和表达起决定作用 核 酸是一类生物大分子 主要是由四种核苷酸按一定顺序连接而成的 核苷酸由 戊糖 取代的嘌呤或嘧啶碱基和磷酸组成 而戊糖又包括核糖和2 脱氧核糖 所以核酸可分为核糖核酸 r n a 和脱氧核糖核酸 d n a 两大类 图1 3 列 出了r n a 和d n a 的四种核苷 一虹 n火 页 儿 l孚 帮 蛰 堑二塑坌 堡堕星型壁 兰二兰堕童 图1 8 四种常见的核酸 a r n a 系列 x 2 0 h i 腺嘌呤核糖核苷 a i i 鸟嘌呤核糖核苷 g i i i 胞嘧啶核糖核昔 c i v r h 鸟嘧啶核糖核苷 u b d n a 系列 x h i 腺嘌呤脱氧核糖核苷 d a i i 鸟嘌啉脱氧核糖 核苷 d g 1 1 1 胞嘧啶脱氧核糖核苷 d c i v r c h 3 胸腺嘧啶脱氧 核糖核苷 d t 磷酸以酯键连接在核糖或脱氧核糖的羟基上 连接在3 羟基上的为3 核苷 酸 连接在5 羟基上的为5 一核苷酸 在天然的核酸分子中 核苷酸之间形成3 5 磷酸二酯键 如图1 9 图1 9 在天然核酸分子中 核苷酸之间3 5 磷酸二酯键 b 代表嘌呤或嘧啶碱基 在r n a 分子中x o h 在d n a 分子中 x h 在核酸的化学合成中 关键的问题之一是保护基的选择 过去的几十年中 随着保护基的不断发展 d n a 的化学合成先后经过磷酸二酯法和磷酸三酯法阶 段发展到能够快速方便地用于固相合成的亚磷酸酰胺三酯法和氢磷酸酯法 现 在 甚至一个非专业人员都可以利用d n a 合成仪方便地得到所需要的d n a 序 列口i i 1 4 1 核苷和核苷酸活泼基团的保护 从图1 8 可以看到 核苷的活泼基团有碱基上的氨基 核糖中2 3 和5 一 的羟基或脱氧核糖中的3 和5 羟基 核苷酸则在3 或5 位还有磷酸 为了 使核苷酸间专一地形成3 5 磷酸二酯键 必须用保护基封闭那些不参加反应 卜 o 胃 阻 n l 舌 邑二型堡璺苎旦塑型 墨二兰堕壹 或暂时不参加反应的活泼基团 保护基一般应满足以下条件 i 能选择性地封闭 希望加以封闭的基团 i i 在缩合和纯化条件下稳定 i i i 能够在温和条件下脱出 而不引起其它化学键的断裂 3 1 1 羟基和氨基的保护基 1 在酸性条件下脱除的保护基 三苯甲基 t r 1 对一单甲氧三苯甲基 m m t r 2 对一双甲氧三苯甲基 d m t r 3 常用来保护5 羟基 如图1 1 0 t rm m t r 图1 l o 三种常见的酸性条件下脱除的保护基 使t r c i 或m m t r c i d m t r c i 弄i i 核苷或核苷酸作用 主要产物是它们的 5 t r 或5 m m t r 5 d m t r 取代物 过去 3 核苷酸与m m t r c l 反应后 产 物要经过二乙基氨乙基纤维素 d e a e 纤维索 柱层析纯化 或先将3 核苷酸转 化为2 3 一环核苷酸 然后和m m t r c i 反应 生成2 3 环核苷酸的5 m m t r c i 的取代物 最后用胰核糖核酸酶开环 得到5 m m t r 取代的3 核苷酸 现在可 以通过混合溶剂结晶纯化t r c i 或m m t r c i 与3 核苷酸反应的产物 得到结晶 的5 t r 或5 m m t r 取代的3 核苷酸铵盐 避免了繁杂的操作1 4 1 这些保护基 j 在温和的酸性条件下脱除 它们有两个特点 一是可以用高氯酸显色 二是 带有这类保护基的反应物或产物对t 卜纤维素有较强亲和力 可以和不带这类保 护基的反应物或产物分离i 2 碱性条件下脱除的保护基 各种酰基如乙酰基 6 1 异丁酰基和甲苯酰基 8 等是核苷和核苷酸常用的保 护基 它们是碱基上的氨基形成酰胺 是核糖的羟基形成酯而得到保护 引入 酰基的试剂有酰氯和酸酐 前者副反应较多 后者反应时间较长 苯甲酰腈 第一部分光信息基因幸才料 第一絮藏言 是 种温和的酰化试剂 但海性较大 0 1 n 苯甲酰咪唑也是 类温和的酰化试 剂 u n 一苯甲酰咪唑已用于使胞核糖核蛰和2 3 环胞核萤酸的6 位氨基的联化 在二环已基犸琳胍 1 如墼l l l 无水四乙基氛氧化铵存在下 n 一乙酸 一 n 一是了酰 和n 一苯学酸眯骥 可奁瀑茸鞋条件下是核营酸碱蒸静一缀氨 基襄嫉糖豹羧基虢纯露不产生2 3 环核苷酸割产耪 这个酰纯方法的优煮是 菠应瓣阕短 产率离 l 在寡脱氯孩糖核苷酸合成中 上述酰基可用氨水脱除 在寡核糖核替酸静场合 含水碱容易引越核酸链的断裂 故须在无水碱中脱除 三苯甲氧基乙酰基 2 f l 如圈1 1 1 可在更温和的条件下脱除而不影响别的酰 纂 可用来保护5 羟基此外 它和三苯甲基有相同的显色和亲和层析的性质 c m h i l n h c n c 6 h 1 c 图i i1在碱径条件下脱除的保护纂 3 在其他条件下脱除的保护藻 p 一苯甲酰丙酰基 1 f 用来保护脱氧核赞的3 羟基 用o 5 m 水合胜在毗 嚏 乙酸缓冲液中脱除 乙酰蕊酰基 2 妒1 用来保护5 羟基 月1 m 水会麟在毗 嚏 乙羧中脱滁 巴豆酸 3 也用来保护5 羧基 用o 0 5 m 零舍膦崧甲醇一嗽啶 溶液中翳除 其结构妇圈l 1 2 h s 目c c h 2 c h i e c 珏嫩鼯一 醛 k c 黾e c h 2 e c 堪 拳c 蜷二 l 23 图l 1 2 邻硝基苄基用来保护核糖核簧2 羟基 在波长大于2 8 0 n m 紫岁 光照射下 脱落 掇丁基二甲基氯硅辫馥1 竣三异嚣基筑硅缤 2 在昧唑存程下莘羹核慧反瘦 主 要产物是5 羟蕊硅醚讫合翡 杂环氨基不袋生及瘦 2 5 一双穗醚纯核营蠲乙 酸处疆 可选择性脱去5 硅烷基 得到2 一硅烷基绦护的核苷 后者可孺氟纯 圜正丁基铵在中性条件下脱除 这样 硅烷摹既可用作核管5 的弪基的傈护基 又可用作2 疑基的保护基 其结构如图 第一部分光信息基因材料 第一宣前言 c h t c h 3 3 c s i c i c h l f c h c h l s i c c h 3 7 i 2 图1 1 3其它条件下脱除的保护基 2 磷酸的保护基 一些较有代表性的磷酸保护基见表1 1 表1 1 磷酸保护基 保护基脱除条件文献 n c c h 2 c h 2 n a 0 h 2 0 无水吡啶 三乙胺 2 l 忙2 l 门 b u n f p h 一 p c i p h 一 d c 1 p h n a o h f 2 0 b n p 4 0 h 2 3 r m b u n f f 2 2 c 1 3 c c h 2 一 z r l h o a c 1 2 4 c u z n 仍 匝 f 2 5 1 z n c h 3 c o c h 2 c o c h 3 f 2 6 1 m b u 4 n f f 2 2 l p h n h i a m 0 n o f 2 7 l 8 羟基喹啉基c u c i d m s o h 2 0 2 8 从表1 1 可以看到 磷酸保护基的脱除多采取温和的特殊反应 这样可以避 免影响其它保护基 1 1 4 2 核苷酸的合成 从五十年代初提出核酸的一般结构后不久 就开始了寡聚核苷酸的合成 六十年代阐明并化学合成了三体遗传密码 1 9 6 5 年测定了第一个核酸分子的结 构之后 核酸的化学合成就不仅仅是有机化学研究的课题 也成为分子生物学 筹一部分建售惠蒸匿楗麟 第一章翦言 和遗传工程的组成部分 l l 年代初 人们已能用有机化学方法合成具有特定 糇 芋静壹二卡多令左右脱载孩糖核酸缀残酶寡聚孩营酸片段 寡聚核糖核酸由 予存在2 羟基 容易弓l 起磷酸基蜓位移秘叛链燕蹭趣了许多困难 进震较馒 八十年代到九十年代期间 由于在保护基 偶合剂 偶合方法 躅相载体等方 面的改进 使固相合成进入了实用阶段 到九十年代初 d n a 片段的合成已经 达到一百核苷酸残以上的水平 r n a 片段的合成 即便是保护基的问题尚未圆 满解决鹃情嚣下 龟已达到七 k 十梭营酸残基 并蕊含或豹分孑表璐了一定 的生物活瞧f 3 l d n a 片段的优学舍成技术邋粒主要标悫是毫效率的霪相会戏法 取代了通常的液相合成法 圃相合成的优点在于偶联效率高 合成产物易于分 离纯化 最终产率高殿整个操作过程j 常简化 易于掌握 目前所采用的d n a 片段合成的装鏊有两释 一种是手动合成仪另一种是自动合成仪 前者经济实 惠 爨于攀握及维渗 逶予一般嶷验蜜鼹 嚣者器奏 然两蠡动纯程瘦离 逶 于大蜃进弦基因会戏工作的实验赛使用 今爝 d n a 合成化学的研究将向着避 一步提高偶联效率 缩短偶联时间 农单位时间内合成熙多烫长的d n a 片段 方向前进 j 冽 1 2 论文豹设计构惑 罄先 合或了一系列带凑霹逡接基强豹光致变色讫会耪终先务滗僖憋基爨 在此基础上合成了一媸有特殊功能的光致色变化食物 然后尝试把这类光致变 色化合物迤接到核苷上作为构建光信恩基因材料慕本单元 在方法上大体上有 以下几种方式 1 直接霜光信息蓉函桶活往基菡辩核替进行修饰 游免佰怠鍪函弓 入 2 透避棱替保妒基熬方式将淹信惑蓉罂连接裂孩替上 3 尝试通道金属配合物的方法将光信息基团与单核营酸连接起来 最终 在合成出带有光信息鏊团的核苷臌 用d n a 合成仪合成出光信息摹 因片段 综上所述 光信息基因材料是集中了光敏活能 生理活性 信息功能等各种 性能的新型材料 作为光化学 生命科学 信息科学的交叉学科 对光信息揍 因丰才料的深入研究具有着重大的疆论和实际意义 羔至翌塑兰 羔耋幽鳖鳖 墨三兰垒塑 i 差鎏鳖蹩至耋鲞墼壅墨垡垒鳖墼室塞垫鳖 要塞 第二章含功能基团的螺环类光致变色化含物 的合成及性能研究 2 1 引言 在各炎有杭光致变色化合杨中 螺碗确是一类最令入感兴趣的光致变色化 台携 其发毪菠应瓿理是巍诱导静碳笺键敬爱 整个分子是囊螺羰爨予连接躲 髓个相互壤直的鸣l 哚啦和苯并毗哺平蕊组成的 其吸收光谱是这两部分电子吸 收带的加合 蟛 锰逾 石 图2 1 在漂虢精豹合或中关键步骤楚缫环的形成 一般燕蠹2 泽叉基强豫秣髹生 觞与邻羧基芳攀醛锵生甥缤会褥到 蹇可在碱憋条l 牛下 妻接震晖l 哚啦的拳铵 盐避幸亍反应制镰 在这种情况下 首先是碱提取攀铵盐中的氡形成2 甲叉基吲 哚啉中间体 随后与邻羟撼芳香醛缩合生成螺毗哺化食物 这种方法省去了分 离2 一甲叉基碍l 哚琳中间体的步骤 操作简便 怒舀前常用的方法 反磁中所丽 静谶通常为六氮虢乏懿或三乙藏 溶裁为甲酶或乙醇 上述葳痊最霹能懿橇蘧霹 表承如下 嘞产堍对 图2 2 2 甲叉基吲哚啉具有烯胺的结构特征 它首先与邻羟基芳香醛的羰基发生 亲核加成反应生成舆有亚胺结构的偶极离子中间体 随后 芳环上的酚氧负离 严进攻 磁胺的碳原子形成六员环 同时分予内脱承形成螺躐蛹纯会物 1 随 獬 砖 羔三蔓墅l 茎生堡堕塑墅坠一整三兰查垫鍪整鋈鳖鎏釜耋堂鍪奎墨篷垒塑墼鱼塞墨丝墼堑塞 嫘恶嚎韵结构与嫘毗桶非常相似 其合成方法也基本相同 3 1 一 含双变色鏊团的光致嶷色讫合物已有缀多撮遂l s 一一 其合成方法都是由双 哼 噪啉中阀体与邻羟基芳蛰醛或邻亚磺基酚类化会锈反应 竣麦含双f 邻羟基甲 酰基 芳烃或双 邻羟基亚硝基 芳烃类化合物与吲哚啉中间体缩合 童嚣僦v n 如瑚酵 o v 4 丫7 h 上 x 爨2 3 为进一步合成带鸯光致变色基目的核营提供攥论及实验蒸础 默实现将光 致变色化食物与核苷连接 从而耀终制备光信息綦因材料的目的 本章合成了 一系列含反应涵性基嘲和其他功能基的螺环溪光致变色化合物 研究了其性质 和应瘸 2 2 合成路线 2 2 1 原辩及中间体静合成 2 三里菱望l 噻滥 数金盛 s c h e m e2 q n 烈 c h 泓h c o c h 3 l 由苯肼盐酸盐和甲基努丙基酮在无水乙醇中及浓硫酸催化下脱水成环 缀 中和 减蕊蒸馏得到2 3 3 三甲基吲睬啉1 l 二延 毯圣基 三鳖薹鎏 隧整夔丝登2 鏊金壅 曼二塑坌 二鲢型塑塑墅登 一 丝三兰 宣垫 薹望塑坚堡鲞堂塾壅鱼垡鱼塑塑鱼堕垦丝 竺壅 s c h e m e2 2 噼 一一时 c h 2 c h 2 0 h 2 方法同2 由2 3 3 三甲基吲哚啉与碘乙醇反应来得到 2 逡圣基 2 3 3 三里基婴i 噬噬毯丝趁 笪佥盛 s c h e m e2 3 j 由于3 不能直接由反应溶液中析出固体 本文采取了无溶媒的反应方法 在氮气保护下 将等摩尔的碘丙酸和2 3 3 三甲基吲哚啉混合均匀 混合物在水 浴上加热 随着反应的进行 反应物固化 进一步用水 氯仿处理可得到纯的季 铵盐3 2 邃圣薹 三星基 趟基握哩i 哇啦 2 2 2 坠 蕉差呲嗑 毂金盛 s c h e m e2 4 o h c c 刚 心n qc o o h 叫 p i p e r i d i n e 4 在六氢毗啶作用下 以丁酮作溶剂 直接由1 2 一羧乙基 2 3 3 三甲基吲哚 啉碘化物3 与5 硝基水杨醛反应 可得到淡黄色晶体产物4 由于分子中羧基 的存在 过量的碱可与之作用生成盐 使产物后处理的难度加大 影响收率 实验表明 以等摩尔量的碱进行反应为宜 2 毯圣基 3 三旦基 竖 婴i 噬啦 互3 四 2 b 蓥荭 墨噬 的盒盛 吒 第一部分 光信息基因材料第二章 含功能基团的螺环类光致变色化合物的合成及性能研究 s c h e m e2 5 e h n c 2 h 5 0 h 5 在无水乙醇中回流l 一 2 羧乙基 一2 3 3 三甲基 吲哚啉碘化物3 1 亚硝基 2 萘酚及六氢吡啶的混合物 除溶剂后 经柱层析分离 得到淡黄色晶体产物5 l 一 2 筮垄基 2 二三里基 2 羟基 螺 型竖噬 2 二 四 2 b 菱羞 璺 墨噻 盟金盛 s c h e m e2 6 斛 n 夕 哗一 亡h 2 亡h 2 c o o h n o o h e h n c 2 f i o h 6 与5 相同的方法 在无水乙醇中加热回流1 2 羧乙基 2 3 3 三 甲基 吲哚啉 碘化物3 六氢吡啶和1 亚硝基 2 7 二羟基萘的混合物 经分离得到乳白色得 固体产物6 2 2 2 含杂环基团的螺环类光致变色化合物的合成 本文以c o o h 或o h 作为螺环化合物的反应活性基团 在二环己基碳二亚 胺 d c c 的催化作用下 使之与含有o h n h 或c o o h 的杂环化合物缩合 通 过形成酯键或酰胺键将二者结合起来 辔 职一警吣 曙 羔三兰匝l 些焦皇萋旦塑塑 苎兰童垒些 鳖望塑竖塑鲞鲞塾奎鱼些室塑墼垒垡墨整 鳖塞 r o h a h 2 2 3 双变色基瓣螺蝰类毙数交色纯合物戆会戏 本文采用d c c 作缀合剂 以4 4 取代的联苯类化合物为连接体 通过c o o h 与o h 或n h 2 的反应 将两个含反应活性基团的光致变色化合物连接起来 如 1 联苯酚 s c h e m e2 8 2 联苯胺及3 3 二甲基联苯胺 s c h e m e2 9 8 m 磷之卜西n 啦 l 1 0 2 9 一b 一 q 嗡 堡型 燮燮燮 堕盎鐾薹望整窭登娄墼垒些塑垫垒壑蹩鳖塞 r h c h 3 产物分别为9 a 9 b 2 2 4 带脊特殊功能基团的光致变色化合物的合成 本文以d c c 为缩合剂 分别将茜素和荧光素与光致变色化合物4 反应得 到了具有荧光和指示舞n 基团的光致变色化合物1 0 和i i 如 s c h e m e2 0 珏 o o 2 3 实验部分 2 3 1 仪器 红外光谱仪 p y eu n i c a ns p 3 0 0 型和b i o r a df t s1 3 5 型 紫外可见分光先度计 s c h i m a d z uu v 1 6 0 a 分兜竞度计和s c h i m a d z u 羔三型缝 魁塑塑鲤墅塑l 一整三童童望壁董望墼堡琶鲞垄鍪壅垒垡垒塑箜垒壁墨楚篓翌塞 2 1 0 1 p c 分光光液计 垓磁共振漤仪 e o l f 一9 0 q 型魏b r u k e ra c p 2 0 0 型 质谱仪 7 0 7 0 e h e 型 2 3 2 试翻和药品 表2 1 试裁帮药品 名穗缝度惫装莘谴 生产厂家 3 0 4 c 6 0 4 c 石油醚 a r5 0 0 m l 天津枣纯学试裁二厂 己醚a r5 0 0 m l 天津帝纯学试裁二厂 二氯甲娩 a r5 0 0 m l 天津市纯学试麓二厂 三氯甲豌 a r5 0 0 m 天津天寨精绒讫学蒹有袋公司 褥酮a r5 0 0 m l 天津市俄学试荆二厂 丁粥 a r5 0 0 m l 天津市讫学试帮二厂 译醇a r5 0 0 m l 天津市纯学试粥二厂 乙醇a r5 0 0 m l 天津市纯学试翔二厂 蕞庚醇a r2 5 0 m l 就京记工厂 苯a r5 m l 天津市纯学试翩二厂 甲苯 a r5 0 0 m l 天津带博遗纯工有限公司 i乙酸乙酚 a r5 0 0 m l 天津市化学试剂二厂 环己烷 a r 5 0 0 m i 天津市纯学试齐j 批发公司 f 二甲纂甲酰胺 a r5 0 0 m l 天津天寨精绷化学品有限公司 i二氯亚砜 a r5 0 0 m i 天津市化学试荆二厂 圆氯呋喃 a r5 0 0 m l 天津天泰精细化学品有限公司 盐酸 a r5 0 0 m l 天津市耀华化工厂 1 6 篓一帮分 毙莛塞萋鏊麓瓣第二掌禽功 l 纂鏊鹃拣环类先致变色纯台穆的合戒及性能研究 硫酸 a r5 0 0 m l 天津市耀华化工厂 发烟硝酸 a r5 0 0 m l 天津市试剂二厂 茜豢 a r 2 5 9南开大学精细化学实验厂 荧光素 二钠盐 a r 5 0 9上海生工生物工程有限公司 联苯胺 a r 2 5 9中国邋航试剂厂 3 3 一二甲基联苯胺 c r 2 5 9天津市化学试剂一厂 2 3 2 1 洛剂的提纯处理 均按文献方法提纯了无水三氯甲烷 无水二甲基甲酰胺 无水丙酮 无 水丁酮 无永乙醇 免永 豫淀 无承三乙胺 无永二氯驻砜等试帮 2 3 2 2 爨n 豹提缝秘壤澍 荧光囊能势离掇魂 将市售的荧光索用稀的n a o h 溶液 5 溶解 得到带有强烈黄绿色荧光的 溶液 加入稀盐酸 1 0 溶液调p h 值歪5 赢右 析出黄色粉末 抽滤 将固体 焉熟丙酮溶解的橙红色溶液 弛滤除去不溶物 将蹲滚麓干 得橙筑色粉末 取 样点援 凑嚣个点 过垃分离 取蘸点失灏簧麴爨辩 隽黄色粉寒 溶予嚣黧 测熔点3 1 4 3 1 6 2 另一点分出为橙红色粉寒 不溶于丙酮 测熔点3 1 4 3 1 6 c 茜索的分离提纯 将市售的茜素用热无水乙醚溶解 的橙红色溶液 过滤除去杂质 冷却 结晶褥紫色钎状晶体 点板有两个点 过秘分离 取前点兔所要淼辩 得虱稳 红色铮状鑫体 熔纛 1 9 6 1 9 7 6 c 变经 2 1 0 2 1 1 c 升学 联攀跤的分离掇缝 将市售的联苯胺用无水乙醚溶解 得浅黄色溶液 过滤除去杂质 冷却 结晶得浅黄色针状晶体 熔点 1 2 8 1 2 9 c a 3 联苯跤豹势离掇统 辖嘉毽豹3 3 联苯蒎躅无承己醚溶解 褥浅橡毪滚液e 逑滤除去杂震 冷 却得浅棕色片状晶体 熔点 1 3 0 1 3 l 2 3 3原料及中间体的合成 燃蕴蹩壅邀趔 壁丝进佥箧 笙二墅坌鲞簦塞薹鎏茎鳖 蔓三皇熏塑2 蒸嚣翡蠛塔类瓷毁变色纯合物静合或及性能研究 5 0 0m l 三日瓶中加入6 1g 水杨醛 5 35 m l o 5m o l e 1 3 5m l 冰醋酸 冰 盐浴冷帮至8 e 蕴搭下缓慢清热5 0g 3 4m l 0 7 5m o l e 发潮硝酸 5 呦 控辎 反应湿度低予1 5 c 热完慝 套大量黄色固l 零橱出 擞去冰盐浍 自然势瀑0 5 h r 水浴将反殿温度升至5 0 6 04 c 左右 继续反应1 5h r 溶液颜色变为棕红色 反 应结束后 向2 个1 0 0 0 m l 大烧杯中备放入6 2 5 m l 冰水 搅拌下将反应液倒入 其中 得大董黄色絮状沉淀 继续搅拌2 0m i n 防止沉淀结块 放置遭夜 摘 滤 洗涤 凉予褥浅黄色霾俸 必3 鞠5 礴葵东杨醛浆混合貔 姆抽予后的粗产黯麽细后 分散于4 0 0 m l 水中 农3 0 4 0 下 加入1 2 5 g n a o h 的饱和水 6 1 m l 溶液 搅拌均匀 静置过夜 抽滤 洗涤 凉干 将抽干后的粗产晶磨细后 分散于2 5 0 m l 水中 在3 0 4 0 下 加入8 9 n a o h 翡饱和永 5 0 m l 溶液 搅拌玛匀 静置过夜 季蠹滤 洗涤 凉干 过滤 固体震乙羧 承霪结鑫 臻浅黄色晶钵2 4 9 母渡羧纯褥黄笆霆傣 用厨榉方法处理 再勰产晶4 5g 共计2 8 5g 产率3 4 0 m p t 2 3 54 c 文献 值1 2 4 1 2 6 c 2 罄疰 麓螫彦这型竺逖盒琏 在装有电动搅箨 西流冷凝管 毽压滴液灞讳和温度诗鹃1 0 0 0n 丸i n 日瓶 中 攘入5 0g 0 3 5m o l e 彝一萘黔 1 5 0m l 炙农乙醇 揽转 f 加入1 0 0g 氢氧纯 钠和2 1 0m l 水 本涤由b 热楚7 7 5 v 演加甄傣 溶液变为蘸绿色 擞去水浴 在9 0m i n 内滴究1 5 5g o 5 5m o l e 氯仿 溶液变为棕色 温度控制在7 0 8 0 c 继续加热搅拌1 h 蒸馏除去未反应的氯仿和乙醇 用浓盐酸调节至弱酸性 甭乙醚萃取反威物 含并醚层 稻东浚涤 无承m g s o 干藻 蒸去乙醚 减压 蒸镄 浚集1 4 4 1 5 0 c 6 7 m m h g 熬馕分 必黄雹蜡状鞠蒋 无水乙醇耋结鑫 缛黄色晶体3 9 2 9 产率6 5 l m p 8 0 8 l 文献值8 0 t z 堡碰垫2 7 一一 一j o l z 艘 1 0 0 0 m l 三口瓶中 将3 2 9f 02 0m o l e 2 7 二羟基蒙溶予6 4 0m l 热水 冰 水浴迅速冷却下 确入1 4 8g 0 2 1m o l e 强硝酸铺静1 6 0 m l 泳承溶液 得浅粉 色透明溶滚 0 c 搜势 f 溱翔6 4m l 浓臻酸 o 1 2 m o l e 的l o o m l 水豹溶液 加完后 继续揽拌1 5 h r 然后 加入 1 7 9 o 1 3 m o l e n i h h s 0 4 以除去过基的贬 硝酸钠 p h 2 左右 褥搅拌5r a i n 静管 抽滤 固体用水洗涤 晾干 得3 6g 红棕色固体产物 产率9 5 0 m p 2 2 5 2 2 6 c 基 塑坌 垄堡璺苎望塑塑 第二章 含功能基团的螺环类光致变色化合物的合成及性能研究 堡醴苎2 基盟蕴空型竺壁2 虚苤佥盛 将5 76g 0 4 0m o l e 2 萘酚溶于含1 6 g 0 4m o l e 氢氧化钠的6 8 5m l 温水 中 将溶液冷却至0 景于冰盐浴中 加入2 86g 0 4 1 4 m o l e 粉状亚硝酸钠 搅拌下滴加9 5m l 浓度为56m o l e l 的硫酸 保持反应温度在0 c 左右 加完 后 在0 下继续搅拌1h r 然后 加入 m s o 以除去过量的亚硝酸钠 抽 滤 固体用水充分洗涤 晾干 得黄色固体 用石油醚重结晶 得6 4 8g 红棕 色晶体产物 产率9 3 9 m p 1 0 8 1 1 0 文献值1 0 6 c i 鳢冱琶丝金盛 2 5 0 m l 圆底烧瓶中加入1 6 5g 0 1 1 m o l e 无水n a i 8 0 m l 丙酮及1 0 8g 0 1 m o l e 3 氯丙酸 搅拌下加热回流1 0i l r s 冷却后滤出固体州a c l 减压除去丙 酮 得红棕色固体 用4 0 m l 氯仿溶解 过滤除去固体 n a c i 和n a i 减压除 去氯仿得黄色粉末 用丙酮 石油醚重结晶得浅黄色晶体1 7 08 产率8 5o m p8 0 8 互i i 三曼塑强塑丝 丝垒复逝盘 型 2 型 5 0 0m l 圆底烧瓶中加入2 9 g o 2m o l e 苯肼盐酸盐 4 4 m l 0 4m o l e 基 异丙基酮 3 0 0m l 无水乙醇及2 0m l 浓硫酸 加热回流7h r s 蒸除乙醇 残 留物用饱和n a 2 c o 水溶液中和至p h 7 左右 水溶液用乙醚萃取 3 x 8 0m j 0 醚层用无水m g s o 干燥后 蒸出溶剂 减压蒸馏 收集8 0 8 2 o 2 m m h g 馏分 得浅黄色液体2 7 8g 产率8 72 趔墨壁醴垒磋 1 0 0 m l 三口瓶中分别加入9 0 9 无水n a i 0 0 6 2 m o l e 和2 0 m l 无水丙酮 用 k c o 干燥重蒸 加热圊流搅拌 在 2 分钟内滴加5 o g d 12 0 1 4 1 7 m l o 0 6 2 m o l e c i c h 2 c h o h 得黄色溶液 回流7 h r s 冷却 有大量白色固体析出 抽滤 用少量丙酮洗涤 的红色透明液 减压蒸出橙黄色液体 7 8 8 0 c 2 0 m m h g 称重95 9 产率8 9 1 篷 垄互蛰 互三 三要蒸型醒鲢醴丝趁2 毖金盛5 q 缝望墟2 2 1 1 0 0 m l 三口瓶中 加入4 0g 0 0 2 5m o l e 2 3 3 一三甲基吲哚啉和4 5g 0 0 2 5 m o i e l 碘乙醇以及3 0 m l 的三氯甲烷 在n 气保护下 加热回流3 h r s 减压蒸 出三氯甲烷 得深红色粘稠液 加入大量石油醚 冷冻储藏 有固体析出 抽 滤 用少量三氯甲烷洗涤 得浅粉色片状晶体 称重6 7g1 2 羟乙基 一2 3 3 一三 羔 兰陉l 拦型塑楚整 兰兰差奎堡 篓望垫堡墅鲞垄鍪壅墨堡垒塑整垒塞墨整 塑 塞 译基跨 醵辩旗纯物2 产率8 1 2 m o1 6 l 1 6 2 c 二垒蕤墨垄互三 主篓蒸毯墼拦丝丝差丝金童叁迭塑 2 3 l o om l 圆底烧瓶中加入3 2 g 0 0 2m o l e 2 3 3 一三甲基吲哚啉及4 0gf o 0 2 m o l e 3 碘丙酸 混合均匀 n 保护下水浴加热4h r s 反应物己爨本固化 加 4 0 m l 左右水溶解反威物 溶液阁三氯甲烷洗涤 3x 4 0 m l 水溶液浓缩得淡 黄色蠢俸 矮焉聚一乙醚重结晶 褥6 0g 淡黄色徽潞 产率8 3 4 m p 1 7 2 1 7 3 星丝垒盛垒醚丝型2 型 1 0 0m l 圆底烧瓶中加入3 6g 0 0 1m o l e 碘化物3 1 7g 0 0 1m o l e 5 硝 基水杨醛 3 0 m l 丁酮及lm l o 0 1m o l e 六氢毗啶 加热圄流5h r s 得2 9g 淡黄龟磊体产耪 产率7 6 m p2 0 6 点碰金盛墨迭墅 2 塾 2 5 0m l 三1 2 1 瓶中加入4 g 0 0 2 3m o l e 1 亚硝基 2 黎酚和4 0m l 无水乙醇 加热至微沸 搅拌下滴加溶有7 2g 碘盐3 和6m l 三乙胺的无水乙醇 3 0m e 溶 液 搅拌下加热回流3h r s 蒸除溶剂 残窝物经硅胶柱层析分离 洗脱剂 丙 酮 石漓醚一l 翁 褥浚黄色螽俸2 7 9 产率3 5 姆0 m p 1 8 6 1 8 7 c 6 燃s c h e m e 2 6 2 5 0 m l 三口瓶中加入5 5 9 o 0 2 9 m o l e 2 7 羟旗一i 援硝基綮和2 0 m l 绝对己 醇 形成缎棕色悬浊液 将1 0 5 9 o 0 2 9 m o l e 3 和8 1 m l 无水三乙胺 o 0 5 8 m o l e 以及3 0 m l 左右的绝对乙醇形成的溶液 橙红色 滴加入三日瓶中 并加热豳 流l h r 滚热竞毕 褥红韬色溶液 继续圈流4 h r s 过藏匿柱分离产鑫 褥浅 黄色小鬏般4 4 5 9 产攀3 6 1 m p 2 0 4 2 0 5 苯基澳化镁的制备 在2 5 0 m l e l 瓶上分稍装鬣搅拌器 冷澡篱及滴液漏斗 裰冷凝管及滴 液漏斗褥 1 z t j 装譬氯纯钙干澡警 瓶肉放置l 5 9 镁藩毅 4 粒狭片 在滚滚滚 斗中混合1 0 9 澳苯及2 5 m l 无水乙醚 先将三分之一德混合渡演入烧甄巾 数 分钟后即见镁屑表面肖气泡产生 溶液轻微浑浊 碘的颜色消失 若不发生反 应 可用水浴或手掌温热 反应开始后开动搅拌 缓缓滴入其余的溴苯醚溶液 滴加速度保持溶液呈徽沸状态 加毕 在永浴继续回流o5 h r 使镁屑作掰完垒 羔 二型丝l 堂笪墨苎里塑型 兰三童鱼垫 苎里塑塑 鲞堂塞丝垡全塑塑鱼壁墨丝 塑壅 三苯甲醇的制备 将已制好的苯基溴化镁试剂置于冷水浴中 在搅拌下由滴液漏斗滴加38 m l 苯甲酸乙酯和1 0 m l 无水乙醚的混合液 控制滴加速度保持反应的平稳进行 滴加完毕后 将反应混合物在水浴回流o5 h r 使反应完全 这时可以观察到反 应物明显地分为两层 将反应物改为冰水浴冷却 在搅拌稀由滴液漏斗慢慢滴 加由75 9 氯化铵配呈地饱和水溶液 约2 8 m l 水 分解加成产物 将反应装置 改为蒸馏装置 在水浴上蒸去乙醚 再将残余物进行水蒸气蒸馏 以除去为反 应地溴苯及联苯等副产物 瓶中剩余物冷却后凝为固体 抽滤收集 粗产物用 8 0 的乙醇进行重结晶 得到白色棱状晶体 再用苯结晶得白色六棱柱状晶体 熔点 1 6 2 箧羞鲤丝佥箧 型直堂霞趁韪缝 2 5 0 m l 三e l 瓶中 加入1 9 9 o0 0 5 4 m o l e 联苯氨盐酸盐和1 0 0 m l 水 加热溶 解得棕色透明溶液 另有少量不溶杂质 过滤除去杂质 得到棕色澄清液 再 2 5 0 m l 三口瓶中冷却至室温 滴加4 o g o 0 4 0 8 m o l e 浓硫酸 溶液呈白色悬浊液 剧烈搅拌下 在5 m i n s 内滴加0 7 4 9 00 1 0 8 m o l e n a n 0 2 得3 7 m l 水溶液 保持 温度1 5 左右 滴加至淀粉 碘化钾试纸刚刚由蓝变灰 刚果红试纸显蓝色 再 过量5 滴左右 滴加完毕 继续搅拌2 0 m i n s 溶液逐渐澄清 呈橙色 将反应液 转移至一烧杯中 另在三口瓶中加入l o o m l 水和4 o g o 0 4 0 8 m m o l e 浓硫酸 煮 沸 将反应液滴加入三口瓶中分解 滴加速度1 2 滴 秒 有大量气泡生成 用 时l h n 左右 分解完毕 得浅橙色透明溶液 冷却 有浅黄色固体粉末析出 抽滤 干燥 称重0 a 8 9 9 将母液用乙醚萃取 2 1 0 0 m l 得到0 2 0 3 9 固体 合重0 6 9 2 9 产率 6 7 5 用乙醇 水重结晶得白色片状晶体 熔点 2 7 4 2 7 6 型应鲤塞箧 滥碰壁生垄超e 宓鎏金碳 1 5o g 0 0 2 7 2 m o l e 联苯胺 浅褐色 溶于6 o g 盐酸的1 0 0 r n l 水溶液中 过滤 除去杂质 得到浅棕色透明液 将此溶液稀释至5 0 0 m l 加入2 0 o g o 2 0 4 m o l e 浓 硫酸 得白色悬浊液 剧烈搅拌下 滴加3 7 4 9 o0 5 4 4 m o l e n a n 0 2 的1 7 5 m l 水溶液 溶液逐渐变粘稠 颜色变黄 滴加完毕 继续搅拌3 0 分钟 温度乙酯 保持1 5 c 然后加热煮沸3 0 分钟 大量析出黄色颗粒 并有泡沫生成 静置 冷却 抽滤得浅黄色固体粗产品 产率 1 0 0 型竺鲞堡墨篓墼整整 蔓三童窒堡 差望鳖鲞堡鲞堂鍪壅墨丝全塑黧盒塞墨整鏊鐾塞 蒸壁羞嫠照蕴燃 1 9 4 4 二羟基联苯胺粗产品加入到2 3 9 庚醇中 保持8 0 8 5 c 得到浅棕色 溶液 冷却 温度降至4 0 5 0 c 加入o7 9 处理过的锌粉和0 6 m l 浓盐酸 加热 到8 0 c 保持1 h r s 趁熟过滤 除去锌粉得浅绿色透明液 用8 04 c 热水5 m l 洗涤三次 常溉下蒸懑庚瓣 减压下蒸干溶裁 然磊鬻荦苯 0 2 5 m e 洗涤两次 于燥褥白色固体 震乙醇 水重结晶譬譬白色片状翕体 放星 有少量变棕色 熔 点 2 7 5 2 7 6 测百分含缀9 6 5 2 3 4 含杂环功能基的螺环类光致变色化合物的合成 z 3 4 1 豳含反应活我基团的螺环类光致变色化合物合成 堑敛佥杰逝 磁 玉z 2 1 0 0 m l 的三日糕孛 热入9 8 r a g 0 2 5m m o l e 纯合物4 耪5 2 r a g 懿二繇己基 碳二亚胺 d c c 幕1 11 0 m l 的无水二氯甲烷 电磁搅拌l l a r 再加入3 6 5 m g 0 2 5 m m o l e 8 羟基嚷啉和3 m g 0 0 2 5m m o l e 4 二甲氨基毗啶 d m a p 室温下避光 搅拌2 4h r s 滤出生成的脲 溶液用饱和n a c o 水溶液洗涤 无水n a 2 s o 干 僳 经硅胶柱色谱 c h 2 c i 纯纯 褥1 1 3 m g 巍自色瑟体产物7 a 产率 8 8 矧