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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710683521.5 (22)申请日 2017.08.11 (71)申请人 扬州大学 地址 225009 江苏省扬州市大学南路88号 (72)发明人 颜朝国赵玲玲韩莹孙晶 (74)专利代理机构 扬州市锦江专利事务所 32106 代理人 江平 (51)Int.Cl. C07D 313/00(2006.01) G01N 21/75(2006.01) G01N 21/33(2006.01) (54)发明名称 氧杂杯4芳烃单席夫碱、 合成方法及其在 铜离子识别中的应用 (57)摘。
2、要 氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成方法及其在 铜离子识别中的应用， 属于有机合成技术领域， 氮气氛围中， 将氧杂杯4芳烃和丙酮混合加热 至回流后， 再加入氯代烷氧基取代的芳香醛进行 回流反应， 得到单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛 衍生物； 再将单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍 生物与水杨酰肼或吡啶酰肼在乙醇中加热回流 反应， 得到氧杂杯4芳烃单席夫碱。 将氧杂杯 4芳烃单席夫碱与铜离子形成络合比为1 2的 配合物， 可形成具有良好的热稳定性和化学稳定 性的金属配合物， 用于在溶液中识别铜离子， 具 有精准的优势。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 107365291 A 2017.11.21 C。
3、N 107365291 A 1.氧杂杯4芳烃单席夫碱， 其结构式如下： 其中： 单席夫碱为对位、 邻位、 间位中的任意一种； n为烷基碳链数， 为3或4； Ar为2-羟基苯基或2-吡啶基。 2.如权利要求1所述氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成方法， 其特征在于包括以下步骤： 1） 在氮气保护下， 在碳酸钾存在下， 以碘化钾为催化剂， 将氧杂杯4芳烃和干燥的丙 酮混合， 加热至回流后， 再加入氯代烷氧基取代的芳香醛， 继续加热进行回流反应， 反应结 束后， 通过柱层析分离得到单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物； 2） 在乙醇中， 将水杨酰肼或吡啶酰肼与单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物混合进 行加热回流反。
4、应， 得到氧杂杯4芳烃单席夫碱。 3.根据权利要求2所述的氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成方法， 其特征在于： 步骤1） 中 所述氧杂杯4芳烃和氯代烷氧基取代的芳香醛的投料摩尔比为2 3。 4.根据权利要求2所述的氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成方法， 其特征在于： 步骤1） 中 所述碳酸钾和碘化钾的投料摩尔比为1 1。 5.根据权利要求2所述的氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成方法， 其特征在于： 步骤2） 中 所述单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物和水杨酰肼的投料摩尔比为1 1.2。 6.根据权利要求2所述的氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成方法， 其特征在于： 步骤2） 中 所述单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物和吡啶。
5、酰肼的投料摩尔比为1 1.2。 7.如权利要求1所述氧杂杯4芳烃单席夫碱在溶液中识别铜离子的应用， 其特征在 于： 将氧杂杯4芳烃单席夫碱与铜离子形成络合比为1 2的配合物， 对溶液中铜离子进行 识别。 权利要求书 1/1 页 2 CN 107365291 A 2 氧杂杯4芳烃单席夫碱、 合成方法及其在铜离子识别中的 应用 技术领域 0001 本发明属于有机合成技术领域， 具体涉及氧杂杯4芳烃单席夫碱的合成及其应 用。 背景技术 0002 杯芳烃是继冠醚和环糊精之后的第三代主体分子， 作为超分子领域里研究的热 点， 由于其易于制备， 热力学稳定以及具有显著的识别能力， 已经广泛的应用于纳米材料。
6、、 高分子材料、 有机金属框架材料等领域。 氧杂杯4芳烃是杯4芳烃的类似物， 只是碳桥中 间插入了一个氧原子， 其制备方法与杯4芳烃相似。 与传统的杯芳烃相比， 氧杂杯4芳烃 空腔尺寸更大， 具有更为灵活的锥形结构， 性质也得到明显的改变。 Marcos和Neri合成了杯 4芳烃受体并且研究了它们与各种阴阳离子的络合性质。 在此背景下对氧杂杯4芳烃的 下缘酚羟基进行修饰， 合成一类官能化的单席夫碱衍生物 （ （a） Seven, H. H. Cynthia, A. F.; Jeanette, A.; Hans, Z. Dibenzotetraaza crown ethers: a new fa。
7、mily of crown ethers based on o-phenylenediamine J. Org. Chem. 2005, 70,5804。 (b) Liu, Y .; Han , B . H .; Chen , Y . T .Molecular recognition and complexation thermodynamics of dye guest Molecules by Modified Cyclodextrins and Calixarenesulfonates J. Phys. Chem.2002, 106,4678. ） 。 0003 席夫碱是一类含有C=N基。
8、团的有机化合物， 是由醛或酮的羰基和伯胺、 肼及其衍生 物的-NH2基团缩合而得。 席夫碱可以通过-C=N-上的氮原子和氧、 硫或磷原子一同作为供体 与金属离子配位， 形成稳定的席夫碱金属配合物 （(a) Shrivastava. H. Y, Unni. B, Anal. J, A fluorescence-based assay for nanogram quantification of proteins using a protein binding ligand Bioanal. Chem., 2003, 375:169。 (b) Zheng, Z. Z.; Wang, L.; Liu。
9、, J.;Hydrothermal synthesis, structures, luminescence and magnetic properties of Zn(II) and Cu(II) complexes with new hydrazone ligand. J. Mol.Struct. 2012, 1018, 78. ） 。 发明内容 0004 基于以上现有技术状况， 本发明第一目的是提出一类氧杂杯4芳烃单席夫碱。 0005 其结构式如下： 说明书 1/7 页 3 CN 107365291 A 3 其中： 单席夫碱为对位、 邻位、 间位中的任意一种； n为烷基碳链数， 为3或4；。
10、 Ar为2-羟基苯基或2-吡啶基。 0006 本发明上述氧杂杯4芳烃单席夫碱是一类特殊的席夫碱， 由于其末端有CH=N基 团， 能与金属阳离子之间形成稳定的配位化合物， 在配位化学中具有重要的的应用。 该氧杂 杯4芳烃单席夫碱可以在溶液中与铜离子形成络合比为1 2的配合物， 从而识别铜离子。 0007 本发明第二目的是提供以上化合物的合成方法。 0008 方法一： 1） 在氮气保护下， 在碳酸钾存在下， 以碘化钾为催化剂， 将氧杂杯4芳烃和干燥的丙 酮混合， 加热至回流后， 再加入氯代烷氧基取代的芳香醛， 继续加热进行回流反应， 反应结 束后， 通过柱层析分离得到单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生。
11、物； 合成路线如下： 2） 将单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物与水杨酰肼在乙醇中加热回流进行反应， 得到氧杂杯4芳烃氧代芳醛酰肼类衍生物， 即氧杂杯4芳烃单席夫碱。 0009 合成路线如下： 说明书 2/7 页 4 CN 107365291 A 4 。 0010 方法二： 1） 在氮气保护下， 在碳酸钾存在下， 以碘化钾为催化剂， 将氧杂杯4芳烃和干燥的丙 酮混合， 加热至回流后， 再加入氯代烷氧基取代的芳香醛， 继续加热进行回流反应， 反应结 束后， 通过柱层析分离得到单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物； 2） 将单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物与吡啶酰肼在乙醇中加热回流反应， 得到 氧杂杯4。
12、芳烃氧代芳醛酰肼类衍生物， 即氧杂杯4芳烃单席夫碱。 0011 合成路线如下： 。 0012 本发明以上两种方法中， 经过相同的步骤1） 实现了单烷基化选择性地发生在远离 氧桥的酚羟基上， 因此氧杂杯4芳烃空腔尺寸更大， 构象更多， 具有更为灵活的锥形结构， 性质也得到明显的改变。 而在步骤2） 中， 可以将水杨酰肼或吡啶酰肼中任意一种与单取代 氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物混合进行回流反应， 使氧杂杯4芳烃下缘的酚羟基得到修 饰， 同样都能得到目标产物氧杂杯4芳烃氧代芳醛酰肼类衍生物 （即氧杂杯4芳烃 单席夫碱） 。 0013 进一步地， 本发明步骤1） 中所述氧杂杯4芳烃和氯代烷氧基取代的芳香。
13、醛的投 料摩尔比为2 3。 如太少量的氯代芳醛则不能使氧杂杯4芳烃反应充分， 而本发明以稍过 量的氯代芳醛可提高反应产率， 在该摩尔比下反应产率可达30%50%。 说明书 3/7 页 5 CN 107365291 A 5 0014 步骤1） 中所述碳酸钾和碘化钾的投料摩尔比为1 1。 该催化和碱性条件下， 碘化钾 置换出氯代芳醛中的氯， 碳酸钾提供碱性条件同时脱去氧杂杯4芳烃上的羟基H发生亲核 取代反应。 0015 步骤2） 中所述单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物和水杨酰肼的投料摩尔比为 1 1.2。 本发明采用过量的水杨酰肼可提高目标产物的产率， 在该摩尔比下反应产率可达 40%55%。 0。
14、016 步骤2） 中所述单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物和吡啶酰肼的投料摩尔比为 1 1.2。 本发明采用过量的吡啶酰肼可使单取代氧杂杯4芳烃氧代芳醛衍生物充分反应， 从而提高反应产率， 在该摩尔比下反应产率可达30%45%。 0017 本发明的第三个目的是提出以上氧杂杯4芳烃单席夫碱在溶液中用于铜离子识 别的应用。 0018 将氧杂杯4芳烃单席夫碱与铜离子形成络合比为1 2的配合物， 对溶液中铜离子 进行识别。 0019 可形成具有良好的热稳定性和化学稳定性的金属配合物， 用于在溶液中识别铜离 子， 具有精准的优势。 附图说明 0020 图1为实施例1中化合物与七种金属阳离子紫外-可见光谱图。
15、。 0021 图2为实施例1中化合物和不同浓度Cu2+的紫外-可见光谱图。 0022 图3为实施例2中化合物与七种金属阳离子紫外-可见光谱图。 0023 图4为实施例2中化合物和不同浓度Cu2+的紫外-可见光谱图。 具体实施方式 0024 一、 制备氧杂杯4芳烃单席夫碱： 实施例1， 制备结构式如下的单取代席夫碱： 制备方法： 在氮气保护下， 在圆底烧瓶中加入氧杂杯4芳烃4g （5.9 mmol ） 和无水碳酸钾1.2 g ( 9.00 mmol )、 碘化钾1.50 g ( 9.00 mmol )、 干燥的丙酮150 mL， 加热回流反应30分钟， 然后加入碳链数为4， 对位的氯代芳醛 1.。
16、8 g (9 mmol ) 继续加热反应回流2天。 反应结束 说明书 4/7 页 6 CN 107365291 A 6 后， 冷却降温， 过滤固体并收集滤液。 用柱层析 （乙酸乙酯和石油醚的混合体积比为1:3） 分 离得粗产物， 在粗产物中加入少量甲醇， 加热溶解后放入冰浴半小时， 趁冷抽滤， 得白色固 体单取代氧杂杯4氧代醛。 0025 称取上述合成的单取代氧杂杯4氧代醛400.0 mg （0.5mmol） 、 水杨酰肼90.0 mg （0.6mmol） ， 在乙醇中加热回流反应12小时， 反应结束后旋干， 用10 mL冰甲醇洗涤三次， 抽 滤得氧杂杯4芳烃单席夫碱。 0026 经分析， 产。
17、率为44%， 产物的结构表征数据如下： 1H NMR (400 MHz, CDCl3) 11.84 (s, 1H, NH), 9.22 (s, 1H, OH), 8.50 (s, 1H, OH) , 8.13 (brs, 1H, ArH) , 7.78 (s, 1H, OH) , 7.71 (d, J = 7.2 Hz, 2H, ArH), 7.43 (t, J = 7.8 Hz, 1H, ArH), 7.30 (s, 2H, ArH), 7.14 7.08 (m, 3H, ArH), 7.04 6.97 (m, 5H, ArH), 6.89 (t, J = 7.6 Hz, 2H, ArH),。
18、 4.95 (d, J = 9.2 Hz, 1H, CH2), 4.71 (d, J = 10.0 Hz, 1H, CH2), 4.53 4.44 (m, 2H, CH2), 4.28 4.17 (m, 6H, CH2), 4.10 (d, J = 13.6 Hz, 1H, CH2), 3.56 (d, J = 13.2 Hz, 1H, CH2), 3.46 (d, J = 14.0 Hz, 1H, CH2), 3.31 (d, J = 13.2 Hz, 1H, CH2), 2.28 (brs, 4H, CH2), 1.27 (s, 9H, C(CH3)3), 1.24 (s, 18H, C(。
19、CH3)3), 1.14 (s, 9H, C(CH3)3); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) : 161.4, 152.7, 151.1, 149.4, 147.8, 147.7, 143.6, 142.5, 141.6, 134.6, 132.7, 131.2, 129.5, 128.5, 128.1, 127.4, 126.7, 126.6, 126.5, 125.9, 125.7, 125.6, 125.5, 125.1, 123.6, 122.7, 122.6, 118.9, 114.9, 113.5, 76.3, 72.2, 71.7, 67.7, 34.2, 33。
20、.9, 33.8(2C) , 32.8, 31.6, 31.5, 31.4, 31.3, 31.1, 30.0, 26.8, 26.0;IR (KBr) : 3371, 2958, 2870, 1648, 1603, 1555, 1484, 1362, 1303, 1247, 1210, 1111, 1072, 971, 875, 824, 755 cm-1;MS (m/z):HRMS (ESI) Calcd. for C63H76N2NaO8 (M+Na+): 1011.5499, found: 1011.5519。 0027 实施例2： 制备结构式如下的单取代席夫碱： 制备方法如下： 在氮。
21、气保护下， 在圆底烧瓶中加入氧杂杯4芳烃4g （5.9 mmol ） 和无水碳酸钾1.2 g ( 9.00 mmol ) ， 碘化钾1.50 g ( 9.00 mmol )， 在150 mL干燥的丙酮中加热回流反应30 分钟,然后加入碳链数为4， 对位的氯代芳醛 1.8 g (9 mmol ) 继续加热反应回流2天。 反 说明书 5/7 页 7 CN 107365291 A 7 应结束后， 冷却降温， 过滤固体并收集滤液。 用柱层析 （乙酸乙酯和石油醚的混合体积比为 1:3） 分离得粗产物， 在粗产物中加入少量甲醇， 加热溶解后放入冰浴半小时， 趁冷抽滤， 得 白色固体单取代氧杂杯4氧代醛。 。
22、0028 称取上述合成的氧杂杯4芳烃氧代醛400.0 mg （0.5mmol） ， 吡啶酰肼80.0 mg （0.6mmol） ， 在乙醇中加热回流过夜， 旋干， 用10 ml冰甲醇洗涤三次， 抽滤得氧杂杯4芳烃 单席夫碱。 0029 经分析， 产率为34%， 产物结构表征数据如下： 1H NMR (400 MHz, CDCl3) 10.97 (s, 1H, NH), 9.24 (s, 1H, OH), 8.58-8.57 (m, 1H, ArH), 8.51 (s, 1H, CH=N), 8.33-8.30 (m, 1H, ArH), 8.29 (s, 1H, OH), 7.92-7.88 。
23、(m, 1H, ArH), 7.77 (s, 1H, OH), 7.50-7.46 (m, 1H, ArH), 7.44 (m, 1H, ArH), 7.37-7.34 (m, 1H, ArH), 7.32-7.29 (m, 3H, ArH), 7.14 (d, J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.11 (d, J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.08 (d, J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.04-7.01 (m, 2H, ArH), 6.95 (d, J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 6.88 (d, J = 2.4 Hz, 1H, ArH)。
24、, 4.95 (d, J = 9.2 Hz, 1H, CH2), 4.72 (d, J = 10.0 Hz, 1H, CH2), 4.53 (d, J = 12.8 Hz, 1H, CH2), 4.44 (d, J = 10.0 Hz, 1H, CH2), 4.29-4.17 (m, 6H, CH2), 4.12 (d, J = 13.6 Hz, 1H, CH2), 3.56 (d, J = 13.6 Hz, 1H, CH2), 3.46 (d, J = 14.0 Hz, 1H, CH2), 3.32 (d, J = 12.8 Hz, 1H, CH2), 2.28 (brs, 4H, CH2)。
25、, 1.27 (s, 9H, C(CH3)3), 1.24 (s, 9H, C(CH3)3), 1.23 (s, 9H, C(CH3)3), 1.13 (s, 9H, C(CH3)3); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) : 160.0, 159.3, 152.7, 151.2, 149.4, 149.1, 148.9, 148.0, 147.8, 147.6, 143.5, 142.4, 141.4, 137.7, 134.9, 132.8, 131.2, 129.7, 128.6, 128.1, 127.5, 127.4, 126.8, 126.7, 126.6, 126.。
26、5, 125.9, 125.7, 125.5, 125.1, 123.6, 122.9, 122.7, 122.6, 120.9, 117.8, 112.5, 76.4, 72.2, 71.7, 67.7, 34.2, 33.9(2C), 33.8, 32.8, 31.6, 31.5, 31.4, 31.3, 31.2, 30.0, 26.8, 26.1;IR (KBr) : 3374, 2957, 2870, 1696, 1583, 1484, 1362, 1265, 1202, 1136, 1076, 996, 877, 783, 749 cm-1;MS (m/z):HRMS (ESI) 。
27、Calcd. for C62H75N3NaO7 (M+Na+): 996.5503, found: 996.5515。 0030 二、 氧杂杯4芳烃单席夫碱的应用： 例1： 取实施例1制得的氧杂杯4芳烃单席夫碱和二氯甲烷进行混合， 制得浓度为5.010 -4 mol/L的氧杂杯4芳烃单席夫碱二氯甲烷溶液50 mL。 0031 并分别配制浓度为1.010-3 mol/L的醋酸盐甲醇溶液50 mL： 醋酸铜甲醇溶液、 醋 酸钴甲醇溶液、 醋酸镍甲醇溶液、 醋酸锌甲醇溶液、 醋酸锰甲醇溶液、 醋酸铅甲醇溶液、 醋酸 镉甲醇溶液。 0032 取等体积的二氯甲烷和甲醇混合， 形成二氯甲烷和甲醇的混合溶液。
28、。 0033 平行试验： 取七只容器， 分别加入1 mL上述七种醋酸盐甲醇溶液， 然后再向各容器 中加入1 mL上述氧杂杯4芳烃单席夫碱二氯甲烷溶液， 再分别加入二氯甲烷和甲醇 （体积 比为1:1） 的混合溶液8 mL。 混合均匀后， 在等量席夫碱与金属离子均匀混合的条件下， 对各 容器进行紫外吸收测定。 从图1中可以看出实施例1中化合物对Cu2+有较好的配位作用。 0034 因此在紫外光谱中测定实施例1制得的化合物与不同浓度的Cu2+配位能力。 说明书 6/7 页 8 CN 107365291 A 8 0035 取浓度为5.010-4 mol/L实施例1中化合物溶液1 mL和分别与0、 0.。
29、1、 0.2、 0.4、 0.5、 0.6、 0.8、 1.0、 2.0和5.0 ml浓度为1.010-3 mol/L的醋酸铜甲醇溶液混合于十只容量 瓶中， 再用以上二氯甲烷和甲醇的混合溶液分别定容至10 mL， 在同一金属阳离子条件下， 测定不同含量铜离子的紫外吸收现象。 0036 如图2所示， 化合物与不同浓度的铜离子紫外吸收。 图2表明： 在同一金属阳离子滴 定实验中， 发现席夫碱与金属Cu2+离子之间存在着滴定平衡及饱和度， 随着Cu2+的逐渐加 入， 吸收强度逐渐增强。 而当铜离子浓度为氧杂杯4芳烃单席夫碱的2.0倍浓度以后时， 谱 图不再出现显著变化。 可见： 该氧杂杯4芳烃单席夫。
30、碱与铜离子络合比为1 2。 0037 例2： 取实施例2制得的氧杂杯4芳烃单席夫碱和二氯甲烷进行混合， 制得浓度为5.010 -4 mol/L的氧杂杯4芳烃单席夫碱二氯甲烷溶液50 mL。 0038 并分别配制浓度为1.010-3 mol/L的醋酸盐甲醇溶液50 mL： 醋酸铜甲醇溶液、 醋 酸钴甲醇溶液、 醋酸镍甲醇溶液、 醋酸锌甲醇溶液、 醋酸锰甲醇溶液、 醋酸铅甲醇溶液、 醋酸 镉甲醇溶液。 0039 取等体积的二氯甲烷和甲醇混合， 形成二氯甲烷和甲醇的混合溶液。 0040 平行试验： 取七只容器， 分别加入1 mL以上七种醋酸盐甲醇溶液， 然后再向各容器 中加入1 mL上述氧杂杯4芳烃。
31、单席夫碱二氯甲烷溶液， 再分别加入二氯甲烷和甲醇 （体积 比为1:1） 的混合溶液8 mL。 混合均匀后， 在等量席夫碱与金属离子均匀混合的条件下， 对各 容器进行紫外吸收测定。 从图3中可以看出实施例2中化合物对Cu2+有较好的配位作用。 0041 从图3中可以看出： 实施例2制得的化合物对Cu2+配位能力较强。 因此采用与例1类 同的方法， 在紫外光谱中测定实施例2制得的化合物与不同浓度的Cu2+配位能力。 0042 如图4所示， 化合物与不同浓度的铜离子紫外吸收。 由图4可见： 在同一金属阳离子 滴定实验中， 随着Cu2+的逐渐加入， 吸收强度逐渐增强。 而当铜离子浓度为氧杂杯4芳烃单 席夫碱的2.0倍浓度以后时， 谱图不再出现明显变化， 表明该氧杂杯4芳烃单席夫碱与铜 离子络合比为1 2。 0043 氧杂杯4芳烃单席夫碱与铜离子以1 2的方式络合可形成具有良好的热稳定性 和化学稳定性的金属配合物， 用于在溶液中识别铜离子。 说明书 7/7 页 9 CN 107365291 A 9 图1 说明书附图 1/4 页 10 CN 107365291 A 10 图2 说明书附图 2/4 页 11 CN 107365291 A 11 图3 说明书附图 3/4 页 12 CN 107365291 A 12 图4 说明书附图 4/4 页 13 CN 107365291 A 13 。