新型吡唑啉衍生物的合成及其對Fe(Ⅲ)的選擇性識別*

羅杰偉，趙波，白 威 ，董 軍，張仕祿,秦大斌

(1.川北醫學院 基礎醫學院，四川 南充 637000;2.西華師范大學 化學化工學院，四川 南充 637000;3.中國科學院 成都有機化學研究所，四川 成都 610000)

·研究論文·

新型吡唑啉衍生物的合成及其對Fe(Ⅲ)的選擇性識別*

羅杰偉1，趙波1，白 威3，董 軍1，張仕祿1,秦大斌2

(1.川北醫學院 基礎醫學院，四川 南充 637000;2.西華師范大學 化學化工學院，四川 南充 637000;3.中國科學院 成都有機化學研究所，四川 成都 610000)

以芳酮和芳醛為原料，在NaOH/EtOH存在下經縮合反應制得中間體芳烯酮(3)；3與肼經環合反應合成了5個新型的含熒光基團的吡唑啉衍生物(5a～5e)，其結構經1H NMR,13C NMR和IR表征。并利用UV-Vis和FL研究了5a～5e對金屬離子的選擇識別性能。結果表明，5a～5e對Fe(Ⅲ)有較好的選擇性識別。

吡唑啉;合成;離子識別

隨著20世紀60年代末Persen C J發現并合成出大批具有分子識別能力的冠醚后[1],分子識別現象逐漸引起了人們極大地關注。分子識別現象伴隨著超分子化學的研究而發展,其成果在合成化學、生命科學、信息科學及材料科學中起著愈來愈重要的作用。通過分子設計，可使其發出特定的光學信號對分子識別所包含的信息簡單有效的向外界傳遞。其中，熒光檢測技術由于具有方便快捷、靈敏度高和選擇性好等優點，近年來發展迅速，成為化學傳感器領域中的一個新熱點——熒光傳感器[2-3]。

離子識別因其高靈敏度、高選擇性、精確的檢出限效能以及多元化的響應信號，使其在生物診斷試劑、診斷醫藥學、材料科學、和信息科學等領域被廣泛關注。離子識別技術結合新型熒光分子傳感器，為藥物控制與釋放、環境監測、工業傳感和分子計算機等諸多領域的應用奠定了基礎[4-5]。

本文以芳酮和芳醛為原料，在NaOH/EtOH存在下經縮合反應制得中間體芳烯酮(3)；3與肼經環合反應合成了5個新型的含熒光基團的吡唑啉衍生物(5a～5e,Scheme 1)，其結構經1H NMR,13C NMR和IR表征。并利用UV-Vis和FL研究了5a～5e對金屬離子[M]的選擇識別性能。結果表明，5a～5e對Fe(Ⅲ)有較好的選擇性識別。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT-4型顯微熔點儀(溫度未校正)；PHS-3C型式酸度計；Bruker 400MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標);UV 2550型紫外分光光度儀(1cm石英比色皿，最大吸收波長360nm,250nm～600nm，測試濃度從低到高);Nicolet Avatar 360型紅外光譜儀(KBr壓片);RF-5301型熒光光度計(激發波長350nm，發射波長360nm，激發狹縫5nm,發射狹縫2.5nm)。

3a～3e參考文獻[8-9]方法合成；其余所用試劑均為化學純或分析純;實驗用水為二次蒸餾水。

1．2 合成

(1)5a的合成[10]

氮氣保護下，在反應瓶中依次加入無水乙醇20mL，冰乙酸5mL和3a1.28g (41mmol)，攪拌下于室溫緩慢滴加水合肼(4a)2.274g(45mmol),滴畢，于室溫下攪拌30min；回流(70℃)反應5h(TLC檢測)。反應液呈綠色，冷卻至室溫，旋除大部分乙醇，殘余物用水洗滌除去少量殘余乙酸，用CH2Cl2(3×20mL)萃取，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，旋蒸除溶后經硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]純化得淡棕黃色針狀晶體5a0.72g，產率71%，m.p.238℃～241℃；1H NMRδ: 2.42(s,3H,CH3),3.63～3.84(m,2H,CH2),5.87(m,1H,CH),7.28(m,1H,ArH),7.54(m,5H,ArH),7.75(m,1H,ArH),8.04(d,J=8.0Hz,2H,ArH),8.22(d,J=4.4Hz,2H,ArH)，8.53(s,1H,ArH),8.74(d,J=4.8Hz,1H,ArH)；13CNMRδ: 22.18，46.00，60.90，122.45，136.47,150.15,156.37,159.17,169.31；IRν：2919,1663,1593,1454,890,797,739cm-1。

用類似的方法合成黃色粉末5d(回流反應8h，A=4∶1)和黃色固體5e(回流反應8h，A=3∶1)。

5d: 產率54%，m.p.250℃～255℃；1H NMRδ: 2.36(s,2H,CH2),3.44(m,1H,=CH)，3.85(m,1H,=CH)，4.26(s,5H,=CH,CH),4.46(m,1H,=CH)，4.59(t,1H,=CH)，4.83(t,1H,CH),6.81(m,1H,NH),7.55(m,4H,ArH),7.95～8.05(m,3H,ArH),8.45(s,1H,ArH)，8.53(d,1H,ArH)；13C NMRδ: 21.95，43.03，55.53,67.19,67.90,69.58,70.27,70.67,123.14，133.19，155.96，169.41；IRν：3435,2919,1663,1493,1407,1102,731，492cm-1。

5e：產率37%，m.p.180℃～184℃；1H NMRδ: 3.0(s,J=5.5Hz,6H,CH3),5.25(s,1H,CH),6.61(d,2H,CH2),7.15(s,1H,ArH),7.28(d,2H,ArH),7.42～7.58(m,5H,ArH),7.95(d,2H,ArH),8.15(d,2H,ArH)，8.55(s,1H,ArH)；13C NMRδ: 40.07，111.67，121.76，124.31，135.54，149.36，152.27，200.01；IRν：3434,2919,1589,1520,963,817,698cm-1。

(2)5b的合成

氮氣保護下,在反應瓶中依次加入乙醇20mL，氫氧化鈉0.48g和3b0.56g(2.2mmol)，攪拌下于室溫緩慢滴加苯肼0.29g(2.64mmol),滴畢，于室溫下攪拌1h；回流(80℃～85℃)反應7h(TLC檢測)。冷卻至室溫，用稀鹽酸調pH至中性，用CH2Cl2(3×20mL)萃取，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，旋蒸除溶后經硅膠柱層析(洗脫劑：A=4∶1)純化得黃色針狀晶體5b0.43g，產率59%，m.p.120℃～125℃；1H NMRδ: 2.96(s,J=5.4Hz,6H,CH3),3.25～3.96(s,2H,CH2),5.29(s,1H,CH),6.53(d,J=8.4Hz,2H,ArH),6.87(s,1H,ArH ),7.21(m,5H,ArH),7.64(d,J=7.0Hz,2H,ArH),7.82(m,4H,ArH),8.23(s,1H,ArH)；13C NMRδ: 40.61，43.63，64.19，112.95,113.43,118.86,126.77，133.01,145.09,146.75,149.96;IRν：3434,2909,1596,1502,811,751,678cm-1。

(3)5c的合成

氮氣保護下，在三頸瓶中加入3c720mg(2.27mmol)的乙醇(40mL)溶液和氫氧化鈉0.87g，攪拌使其混合均勻；緩慢滴加水合肼0.56g(11mmol),回流(80℃～85℃)反應8h(TLC檢測)。冷卻至室溫，得淡黃色固體沉淀，減壓濃縮，用稀鹽酸調pH至中性，用CH2Cl2萃取，用二次蒸餾水多次洗滌，過濾，用無水硫酸鈉干燥，旋蒸除溶后用丙酮和石油醚重結晶得淡黃色固體5c0.57g，產率59.27%，m.p.195℃～200℃；1H NMRδ: 2.91(s,J=5.4Hz,6H,CH3),3.25(m,1H,CH2),3.87(m,1H,CH2),5.26(m,1H,CH),6.70(d,J=6.4Hz,1H,ArH),6.77(t,1H,ArH),7.18(m,7H,ArH),7.45(m,2H,ArH),7.81(m,4H,ArH),8.16(m,1H,ArH)；IRν：2919,1616,1525,747cm-1。

1．35對[M]的識別性能測定

(1)5a對等濃度[M]的識別性能

在5a的乙腈溶液(5×10-5mol·L-1)中分別加入等當量的Hg2+,Cd2+,K+,Li+,Na+,Ni2+,Zn2+,NH4+,H+,Ca2+,Ba2+,Co2+,Mg2+,Fe3+和Cu2+的甲醇溶液(1×10-5mol·L-1)，用乙腈稀釋，混合均勻后靜置過夜,于25℃分別測定混合溶液的UV-Vis和FL譜圖(CH3CN作參比)。

(2)5a對不同濃度Fe3+的識別性能

在5a的乙腈溶液(5×10-4mol·L-1)中分別加入不同濃度的Fe3+的甲醇溶液(1×10-5mol·L-1),用乙腈稀釋，混合均勻后靜置過夜,于25℃測定UV-Vis光譜(CH3CN作參比)。

2 結果與討論

圖1為5a加入不同[M]后的UV-Vis譜圖。由圖1可見，5a中加入[M]后，僅對Fe3+在360nm處的吸收值明顯升高，其它[M]沒有明顯變化。其可能原因在于5a能夠與Fe3+形成絡合物，對Fe3+有唯一的選擇性識別。

λ/nm

圖2為5a加入不同c(Fe3+)的UV-Vis譜圖。由圖2可見，隨著c(Fe3+)逐漸增大，紫外吸收熒光強度在280nm～400nm處逐漸增強。圖2中插圖的工作拐點表明，5a與Fe3+形成2∶1型穩定的陽離子絡合物。5a能識別Fe3+的原因可能為：(1)分子結構中吡唑啉環氮原子上的孤對電子發生躍遷，與Fe3+上d空軌道形成d-π型配位的陽離子絡合物;(2)吡唑啉基的1-位,3-位和5-位引入苯基等助色基團可增加其熒光性[10]；(3)受芳環上π電子作用，絡合能力增強與包結；(4)吡唑啉環的雜原子作為軟給體原子與軟金屬鐵有強的親和力也是識別Fe3+的動力之一。因此Fe3+在吡唑啉環雜原子的配位作用及芳環上π電子等弱的非共價鍵的協同作用下能夠被很好的識別。

λ/nm

λ/nm

圖3為5a加入不同c(Fe3+)后的FL譜圖。由圖3可見，隨著c(Fe3+)逐漸增大，5a的熒光強度在510nm附近逐漸降低。

5b～5e對不同c(Fe3+)的UV和FL譜圖與5a類似，均隨著c(Fe3+)的逐漸增大，紫外吸收熒光強度在280nm～400nm處逐漸增強。

3 結論

合成了5個新型的吡唑啉衍生物5a～5e。UV-Vis和FL分析結果表明，5a～5e對Fe(Ⅲ)的選擇識別性較好。

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SynthesisofNovelPyrazolineDerivativesAndItsSelectiveRecognitionPerformancesforFe(Ⅲ)

LUO Jie-wei1，ZHAO Bo1，BAI Wei3,DONG Jun1,ZHANG Shi-lu1，QIN Da-bin2

(1.Department of Basic Medical,North Sichuan Medical College,Nanchong 637000,China;2.College of Chemistry and Chemical Engineering,China West Normal University,Nanchong 637000,China;3.Chendu Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610000,China)

An intermediate,aryl ketene(3),was synthesized by condensation reaction of arone with aromatic aldehyde,using NaOH/EtOH as the solvent.Five novel pyrazoline derivatives(5a～5e)were synthesized by cyclization of3with hydrazine.The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and IR.The selective recognition properties of metal ions were investigated by UV-Vis and FL.The results showed that5a～5eexhibited better selective recogition for Fe(Ⅲ).

pyrazoline；synthesis;molecular recognition

2014-05-24

四川省教育廳資助項目(13ZB0096)；川北醫學院科研發展計劃項目(CBY12-A-ZP17)

羅杰偉(1980-)，男，漢族，四川古藺人，碩士研究生，實驗師，主要從事有機合成的研究。

董軍，博士，講師，E-mail：dongj46@163.com

O626.21；O626.24

A

1005-1511(2014)06-0759-04