1、1含香豆素荧光基团的杯4吡咯分子合成与表征摘要：为了开发新型含香豆素荧光基团的杯4吡咯分子用作阴离子识别的荧光探针，以对氨基苯乙酮、丙酮和新蒸吡咯为原料，盐酸作为催化剂，合成了 meso 七甲基 meso 对氨基杯4吡咯化合物 1.以 2 羟基1 萘甲醛，4 二乙氨基水杨醛，水杨醛，4 甲氧基水杨醛和丙二酸二乙酯为原料，以六氢吡啶和醋酸为催化剂合成香豆素酯类，并经水解反应得到了香豆素酸类化合物 25，将 1 和 25 分别在 DCC/DMAP 的催化或利用酰氯的酰胺化反应合成了一系列含香豆素荧光基团的杯4吡咯分子69，其中 1 和 69 为未见文献报道的新化合物，所有合成的化合物的结构已由核磁
2、共振氢谱（1H NMR） ，质谱（MS）和元素分析等方法进行了结构表征. 关键词：杯4吡咯；香豆素；荧光探针；合成；结构表征 中图分类号：O626.13 文献标识码：A 杯吡咯化合物作为一类新型分子受体，在分子识别特别是阴离子识别、分子自组装以及超分子催化等方面具有潜在的应用价值1-2，介位官能化的杯吡咯衍生物的制备是通过吡咯与相关结构的酮反应得到的3，研究表明，介位基团能够影响杯吡咯的基本构象性质，影响 NH 基团与各类客体分子作用的空间位置，并对杯吡咯的基本性质产生较大的影响.近年来，随着超分子化学及合成化学的发展，特别是荧光化学传感器设计思路的不断进步，设计和合成新型的分子荧光探针来检测
3、阴离子、生物2小分子已成为可能.荧光检测中，较高的灵敏度是其特色，在设计用于分子识别的荧光化学敏感器时，合成含荧光发色团的络合试剂是设计者最感兴趣的目标.香豆素类荧光团为苯并吡喃酮结构，具有荧光量子产率高，Stokes 位移大，光物理和光化学性质可调以及光稳定性好等优点，是荧光传感器分子设计中的优秀候选荧光团4-5.以香豆素类为基础的荧光传感器近年来逐渐成为一个新兴的研究热点.为了开发新型含香豆素荧光基团的杯4吡咯分子用作阴离子识别荧光探针，我们设计用香豆素荧光团对主体分子如杯n吡咯进行键结，得到既有分子识别功能又有光学响应的新型主体分子，并对它们进行分子识别功能等主客体超分子化学研究，本文研
4、究一系列含香豆素荧光基团的杯4吡咯分子 69 的合成与表征. 湖南大学学报（自然科学版）2013 年 第 6 期汪秋安等：含香豆素荧光基团的杯4吡咯分子合成与表征 1 实验部分 1.1 仪器与设备 核磁共振仪用 BrukerAV400，400 MHz（各种氘代溶剂，TMS 为内标） ；质谱（FAB， EI，APIES）用 VG Autospec3000，TSQ7000；红外光谱用Bruker Tensor27（KBr 压片法） ；元素分析用 Elementar VarioIII 型元素分析仪测定；熔点用 XRC1 型显微熔点仪测定（温度未校正） ；柱层析用硅胶 300400 目（青岛海洋化工厂
5、产品）.所用试剂和溶剂如无特殊说明均为市售化学纯或者分析纯；要求无水的溶剂均经去水处理和重蒸. 1.4 5，6 苯并香豆素 3 羧酸 2 的合成 3在反应瓶中加入 5，6 苯并香豆素 3 羧酸乙酯 0.5 g （1.86 mmol） ，0.3 g （7.5 mmol）氢氧化钠，20 mL 57%的乙醇和 15 mL 水，加热回流1.5 h，冷却后，在搅拌下将反应物慢慢倾入盛有 10 mol/L 的浓 HCl 和50 mL 水的烧杯中，立即有大量淡黄色沉淀析出.在冰水浴中冷却使沉淀完全，抽滤，水洗沉淀，粗产品用甲醇重结晶.重结晶后有大量针状晶体析出 0.35 g，产率 79%. m.p.2352
6、37 SymbolpB C（文献值6 ：大于 230 SymbolpB C）. MS （EI） m/z： 240（M+）. 1.5 7 二乙氨基香豆素 3 羧酸乙酯 11 的合成 在反应瓶中加入 4 二乙氨基水杨醛 0.12 g （0.6 mmol） ， 丙二酸二乙酯 0.15 mL（1 mmol） ，无水乙醇 20 mL，加热溶解 . 溶解后加入 1 mL六氢吡啶和醋酸 5 滴，搅拌回流至原料点消失.在搅拌下缓慢将反应物倾入 100 mL 冰水中，出现大量淡黄色沉淀，过滤，水洗，再用冰的 50% 乙醇洗涤 23 次，粗产品用 50% 乙醇重结晶，得橙黄色固体 0.10 g，产率 57%. m
7、.p.8183 1.7 香豆素 3 羧酸乙酯 12 的合成 在反应瓶中加入水杨醛 10.5 mL，丙二酸二乙酯 21.1 mL，无水乙醇50 mL 和 0.6 mL 六氢吡啶.装上接有无水 CaCl2 干燥管的回流冷凝管. 加热回流 2 h. 停止反应，冷却反应液后，将反应液倒入 60 mL 冰水中，有大量晶体析出，抽滤，得白色固体 13.8 g，由于该物质熔点低，不能置于红外灯下烘干，产率 63%. m.p.9193 （文献值8 ：9293 ）. MS （EI） m/z： 218（M+）. 41.8 香豆素 3 羧酸 4 的合成 将 1.6 g NaOH 溶于 10 mL 水中，待其溶解后，
8、加入 40 mL EtOH，加热状态下，慢慢加入香豆素 3 羧酸乙酯 2.06 g （0.01 mol） ，待香豆素3 羧酸乙酯溶解后，加热回流约 1 h. 停止反应，冷却，稀盐酸酸化，即有大量晶体析出，待结晶完全后，抽滤，用少量水洗涤晶体，干燥得白色固体 1.47 g，产率 82%，190192 （文献值 8 ：m.p.190191 ）. MS （EI） m/z： 190（M+）. 1.97 甲氧基香豆素 3 羧酸乙酯 13 的合成 反应瓶中，加入 1 g（6.6 mmol）4 甲氧基水杨醛，丙二酸二乙酯1.4 mL（9.2 mmol） ，无水乙醇 30 mL，加热溶解.溶解后加入 3 mL
9、 六氢吡啶和醋酸 15 滴，搅拌回流至原料点消失.反应 5 h，倾入冰水中，冰箱中静置过夜，并无沉淀析出.CH2Cl2 萃取，有机相旋干，甲醇重结晶，白色固体析出.将上步水相用醋酸酸化，CH2Cl2 萃取，旋除 CH2Cl2，再加入 NaOH/HCl 水解，加 HCl 过程中，有白色沉淀生成，搅拌后液体浑浊，冰箱中静置过夜，有大量白色固体析出，抽滤，烘干，甲醇重结晶得白色固体 1.11 g，产率 67%.m.p.128130 SymbolpB C（文献值9 ：132133 SymbolpB C） .MS （EI） m/z： 248（M+）. 1.10 7 甲氧基香豆素 3 羧酸 5 的合成 将
10、 7 甲氧基香豆素 3 羧酸乙酯 0.5 g 溶于 30 mL 乙醇中，再加入1.06 g NaOH，15 mL H2O，加热回流搅拌至原料点消失.TLC 监测终点，冷却后倒入稀 HCl 中，有沉淀生成，抽滤，粗产品用甲醇重结晶，得棕5色固体 0.30 g， 产率 67%.m.p.194195 SymbolpB C.MS （EI） m/z： 220（M+）. 1.11 含香豆素荧光基团的杯4吡咯衍生物 6 的 合成 2 结果与讨论 2.1 杯吡咯母体的合成 杯吡咯的合成是基于酸催化下酮羰基对吡咯环 位发生亲电取代反应， 再经分子内成环反应而成.这种自发的“无模板”环化过程通常得到含 14 个吡
11、咯单元的产物杯4吡咯.我们希望通过合成杯吡咯母体，使其与香豆素键合，从而得到目标产物.因此，采用 3 mol 丙酮，1 mol对氨基苯乙酮和 4 mol 吡咯为原料，在杯吡咯的合成通法基础上合成得介位对氨苯基官能化的 meso 七甲基 meso 对氨基杯4吡咯化合物 1（图1）. 杯吡咯分子虽然易于制备，但合成过程中常常伴随着大量的副产物，一般情况下，收率较低.催化剂酸、反应介质、温度和吡咯的质量对合成反应都有较大的影响.一般合成杯吡咯母体是分步进行的10，先用甲醇将对氨基苯乙酮溶解，加入浓 HCl 调节 pH=23，然后在 N2 保护下，加入丙酮、新蒸的吡咯搅拌过夜.然后加入氨水调节 pH=
12、78，有固体生成.这样不仅简化了实验步骤，也减少了在两步反应中所带来的原料损失. 2.2 香豆素类化合物的合成 合成香豆素的常用方法有 Perkin 法、Knoevnagal 法、Pechmann 法和 Wittig 法等11-12.其中 Perkin 法条件苛刻，目标产物收率较低；6Knoevnagal 法是由取代邻羟基苯甲醛在碱催化剂存在下与含有活泼亚甲基的乙酸衍生物反应，可得到 3 取代香豆素；Pechmann 法是在浓硫酸催化下进行的，以酚和乙酰乙酸甲酯为原料采用一步缩合法合成，浓硫酸虽然价廉，但存在选择性差、易发生副反应、产率低、腐蚀设备、污染环境和不能回收重复使用等缺点；Witti
13、g 法合成天然香豆素时须用乙醇钠、甲醇钠等强碱制备，反应温度高，反应时间长. 我们用经典的 Knoevnagal 反应合成了 4 种香豆素酯类 1013，并对其进行了酯水解反应.由于香豆素分子中具有 ， 不饱和内酯结构，具有内酯化合物的通性.在稀碱溶液作用下，其内酯结构会缓慢水解开环，生成顺式邻羟基桂皮酸盐，而顺式邻羟基桂皮酸性质极不稳定，其盐的水溶液经酸化即可闭环，还原为内酯结构.因此，采用这种方法将香豆素酯类水解生成相应的香豆素酸类 25（图 2）.但是由于在碱的作用下长时间加热会使香豆素内酯永久开环，无法酸化还原成内酯，因此必须控制加热时间不能过久. 2.3 香豆素杯吡咯衍生物的合成 对
14、含香豆素荧光基团的杯4吡咯衍生物 6 的合成，选择简单环境友好的 DCC/DMAP 体系.DMAP 是一种高效催化剂，其结构上供电子的二甲氨基与母环（吡啶环）的共振，能强烈激活环上的氮原子进行亲核取代，显著地催化高位阻、低反应性的醇和胺的酰化（磷酰化、磺酰化和碳酰化）反应，广泛用于酰化、烷基化、醚化、酯化及酯交换等多种类型的反应中13.此外，DMAP 有较高的催化能力，对提高收率有极其明显的效果，具有催化剂用量小，反应产生的酸可用有机碱或无机碱中和；反应7条件温和，一般室温下即可进行反应；其溶剂选择范围广，在极性、非极性有机溶剂中均可进行；反应时间短、收率高、副反应少以及三废少等优点. 其他
15、3 种含香豆素荧光基团的杯4吡咯衍生物 69 的合成（图 3） ，用 DMAP/DCC 体系无法进行反应，因此，选择活性更高的酰氯方法，先用二氯亚砜将香豆素酸类 35 转化为酰氯，要注意二氯亚砜必须无水，合成的酰氯要马上与介位对氨苯基官能化的杯4吡咯化合物 1 进行酰胺化反应.因为酰氯对水也很敏感，所以反应必须在无水条件下进行. 参考文献 1YOO J， KIM M， HONG S， et al. Selective sensing of anions with calix4pyrroles strapped with chromogenic dipyrrolylquinoxalinesJ.
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