新型氧雜咪唑鎓環蕃受體的合成

宋玉梅

（西華師范大學，四川 南充 637000）

陰離子在生物系統中無處不在，在制藥、生物學和環境科學等領域也發揮著非常重要的作用[1-2]。基于陰離子引起熒光變化的陰離子選擇性受體和化學感受器的研究已引起了廣泛的關注。在過去的幾十年里，人們做了大量的努力來設計新的化學傳感器，包括顯色傳感器和熒光化學傳感器，以快速高效識別陰離子。與陽離子相比，陰離子具有較低的電荷密度、復雜的幾何形狀、且體積較大，因此對陰離子的選擇性識別具有更大的挑戰性。

含咪唑基團的主體化合物對陰離子的識別得到了積極的研究。咪唑環2-位碳氫（C2-H）具有一定的酸性，咪唑鎓環蕃的空腔能與陰離子形成氫鍵，是一種良好的氫鍵供體。近幾十年來，咪唑鎓環蕃一直是超分子化學研究的熱門領域之一。隨著對咪唑鎓環蕃化合物的深入研究，人們發現，不同的咪唑鎓環蕃化合物具有不同的空腔結構，而不同的空腔結構具有各自的結構優勢和性能特點。利用環蕃獨特的空腔結構，可以使主體化合物與外來分子或離子，形成配位化合物或超分子自組裝體系，從而到達主體化合物可以選擇性識別客體分子、離子的能力。

相關課題組報道了一系列基于咪唑類環蕃的超分子化學的陰離子識別主體，對無機陰離子，如F-，Br-，H2PO4-等，和生物有機陰離子，如ATP，GTP等，取得了較好的研究成果。本文選用與陰離子結合較強的咪唑鎓環蕃和比較常見的冠醚類化合物為識別位點，設計合成了一種結構新穎的咪唑鎓環蕃。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

聯苯，氯化鋅，四丁基溴化銨，鹽酸，氫氧化鈉，石油醚，甲酸，二氯甲烷，1，2-二溴乙烷，無水碳酸鉀，間苯二酚，三氯甲烷，四氫呋喃，氫化鈉，乙腈，咪唑，碳酸氫銨，甲醇，氨水，無水硫酸鎂等均為分析純（A.R.）。

THF：加金屬Na及二苯甲酮回流到變色，蒸餾。無水乙腈：用P2O5回流，蒸餾。

1.2 實驗儀器

W210恒溫水浴鍋；R-201型旋轉蒸發儀；DF-101S集熱式磁力攪拌器；Brucker-400型核磁共振儀；Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀;Bruker micrOTOF-Q II質譜儀

1.3 實驗步驟

1.3.1 中間產物1的合成

準確稱取1 g（0.65mmol）聯苯、1.6 g（11.5mmol）氯化鋅、12.5 mg（0.4mmol）四丁基溴化銨、7.5mL濃鹽酸及5mL甲酸加入干燥的三頸燒瓶中，攪拌狀態下通入新制的干燥的氯化氫氣體，升溫至90℃后攪拌4h。待反應體系冷卻至室溫后，用氯仿萃取三次。再用飽和食鹽水萃取以除去無機物。有機層用無水硫酸鎂除水，過濾，濃縮濾液。濃縮液經硅膠柱層析（洗脫劑：V二氯甲烷∶V正己烷=4∶1） 分離提純得中間產物 1（見圖1），收率：68%，1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.58（d，4H，Ph-H），7.47（d，4H，Ph-H），4.64 （s，4H，-CH2-）。

圖1 中間產物1的合成路線

1.3.2 中間產物2的合成

在干燥的三頸瓶中，加入20 mL乙腈，10 mL1，2-二溴乙烷，攪拌下加入6g（40mmol）無水碳酸鉀。氮氣保護下加入1g（10mmol）間苯二酚，回流反應。反應完后除去溶劑及未反應完的1，2-二溴乙烷，加入適量NaOH溶液攪拌半小時，調節pH=8～9，用氯仿萃取三次。萃取液用無水硫酸鎂干燥，過濾后濃縮濾液。濃縮液經硅膠柱層析（VPE∶VCH2Cl2=4∶1） 分離提純，得白色固體 2。產率：57%，1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.20（t，1H，Ph-H），6.55（d，2H，Ph-H），6.51（t，1H，Ph-H），4.28（t，4H，-CH2-），3.64 （t，4H，-CH2-）。

1.3.3 中間產物3的合成

在干燥的三頸瓶中，加入2.6g（100mmol）氫化鈉和10mL四氫呋喃，氮氣保護。將6.1g（90mmol）咪唑溶于25mL四氫呋喃溶液中，再緩慢滴加到三頸瓶中，室溫攪拌半小時后升溫到60℃，緩慢滴加含9.7g（30mmol）化合物2的四氫呋喃。反應結束后，加入少量無水乙醇除去未反應的氫化鈉，再減壓除去溶劑得到油狀物，在攪拌狀態下，將油狀物倒入冰水中，析出淺黃色固體。將淡黃色固體用PE-CHCl3重結晶后得白色固體3（見圖2）。1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ： 7.69（s，2H，Im-H），7.19（t，1H，Ph-H），7.10（s，2H，Im-H），7.06（s，2H，Im-H），6.51（dd，2H，Ph-H），6.39（s，1H，Ph-H），4.35（t，4H，-CH2-），4.21（t，4H，-CH2-）。

圖2 中間產物3的合成

1.3.4 目標化合物咪唑鎓環蕃4的合成

將1.0 g（4mmol）4，4’-二氯甲基聯苯溶于20mL氯仿中，將1.2g(4mmol）二咪唑化合物2溶于20mL乙腈中，分別同時緩慢將兩種溶液滴入30mL乙腈中，回流反應48 h，除去乙腈得白色固體。白色固體溶解后經硅膠柱層析（洗脫劑：V甲醇∶V氨水∶V飽和碳酸氫銨溶液=5∶2∶0.5） 分離提純。將得到的固體用水溶解，過濾，將濾液滴入飽和六氟磷酸銨溶液中，析出白色沉淀，過濾，洗滌，干燥，得到目標化合物咪唑鎓環蕃4（見圖3），產率:43%。1H NMR （400 MHz，DMSO） δ：9.35（s，2H，Im-H），7.81-7.80（d，4H，Im-H），7.68-7.66（d，4H，Ph-H），7.48-7.46（d，4H，Ph-H），7.20-7.16（m，1H，Ph-H），6.55-6.53（d，2H，Ph-H），6.46（s，1H，Ph-H），5.45（s，4H，-CH2-），4.55（s，4H，-CH2-），4，30（t，4H，-CH2-）。13C NMR（100 MHz，DMSO）δ：159.25，140.17，137.03，134.80，130.58，129.44，127.75，123.71，122.84，107.87，102.30，66.04，56.50，52.05，49.02，19.03。

1.3.5 陰離子識別性能測試

圖3 目標化合物的合成

通過熒光發射光譜研究了咪唑鎓化合物4及其與不同陰離子 F-，Cl-，Br-，I-，CH3COO-，NO3-，HSO4-和H2PO4-之間的相互作用。在乙腈溶液中，以260nm光作為激發光時，化合物4在308 nm處有一個較強的熒光發射峰（見圖4）。在咪唑鎓化合物4的乙腈溶液中分別加入F-，Cl-，Br-，I-，CH3COO-，NO3-，HSO4-和 H2PO4-陰離子的乙腈溶液后，只有H2PO4-的加入使得主體化合物在308 nm處的熒光強度顯著增強，而其它陰離子的加入只引起熒光強度的微小變化。

圖4 化合物4的熒化光譜圖

2 結語

已有文獻報道了一系列咪唑類環蕃，并研究了其對鹵素陰離子和復合陰離子的識別作用。研究證實含咪唑環的環蕃化合物是一類良好的陰離子受體。本文以間苯二酚和聯苯為原料，采用比較簡單的一鍋法設計合成了新型的氧雜咪唑鎓環蕃主體化合物。該化合物中添加了氧原子，增加了環的可變形性和較多的識別位點。熒光測試結果表明，主體化合物4對H2PO4-具有一定的選擇性響應，有可能作為識別H2PO4-的熒光探針。