羅杰偉，趙波，白 威 ，董 軍，張仕祿,秦大斌

(1.川北醫(yī)學院 基礎醫(yī)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(yī)學院 基礎醫(yī)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(jīng)縮合反應制得中間體芳烯酮(3)；3與肼經(jīng)環(huán)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(jié)構(gòu)經(jīng)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(jié)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(fā)現(xiàn)并合成出大批具有分子識別能力的冠醚后[1],分子識別現(xiàn)象逐漸引起了人們極大地關(guān)注。分子識別現(xiàn)象伴隨著超分子化學的研究而發(fā)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(fā)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(shù)由于具有方便快捷、靈敏度高和選擇性好等優(yōu)點，近年來發(fā)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(yī)藥學、材料科學、和信息科學等領域被廣泛關(guān)注。離子識別技術(shù)結(jié)合新型熒光分子傳感器，為藥物控制與釋放、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)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(jīng)縮合反應制得中間體芳烯酮(3)；3與肼經(jīng)環(huán)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(jié)構(gòu)經(jīng)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(jié)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(nèi)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(fā)波長350nm，發(fā)射波長360nm，激發(fā)狹縫5nm,發(fā)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(diào)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(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=4∶1)純化得黃色針狀晶體5b0.43g，產(chǎn)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(diào)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(jié)晶得淡黃色固體5c0.57g，產(chǎn)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(jié)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(wěn)定的陽離子絡合物。5a能識別Fe3+的原因可能為：(1)分子結(jié)構(gòu)中吡唑啉環(huán)氮原子上的孤對電子發(fā)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(huán)上π電子作用，絡合能力增強與包結(jié)；(4)吡唑啉環(huán)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(huán)雜原子的配位作用及芳環(huán)上π電子等弱的非共價鍵的協(xié)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(jié)論

合成了5個新型的吡唑啉衍生物5a～5e。UV-Vis和FL分析結(jié)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(yī)學院科研發(fā)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