环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种环状双苯并咪唑盐化合物的制备方法及其应用。它是在有机溶剂中以2，3，5，6‑四甲基苯为原料，与多聚甲醛、冰醋酸、浓硫酸和溴化钾反应得到1，4‑二溴甲基‑2，3，5，6‑四甲基苯，其再与苯并咪唑反应，得到中间体（Y），将其与1，8‑二（2‑溴乙氧基）蒽醌反应，得到环状双苯并咪唑盐的溴化物（1），再将其与六氟磷酸盐交换得到环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物（2）。本发明的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光分子识别体系，主要应用于荧光识别技术领域。

权利要求

1.具有下述结构的环状双苯并咪唑盐化合物：

。

2.权利要求1所述环状双苯并咪唑盐化合物的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：（1）将2,3,5,6-四甲基苯、多聚甲醛和冰醋酸混合后,将浓硫酸滴加到溴化钾中，产生溴化氢气体，通入冰醋酸混合液中，得到1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯；其中2,3,5,6-四甲基苯与多聚甲醛的摩尔比为1：2；

（2）在有机溶剂中以1，8-二羟基蒽醌为原料，与1，2-二溴乙烷反应得到1，8-二（2-溴乙氧基）蒽醌，在有机溶剂中以1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯为原料，与苯并咪唑反应，得到均四甲苯咪唑中间体（Y）；其中1，8-二羟基蒽醌与1，8-二溴乙烷的摩尔比为1：2，1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯与苯并咪唑的摩尔比为1：2；

（3）在有机溶剂中将得到的均四甲苯咪唑中间体（Y）与1，8-二（2-溴乙氧基）蒽醌反应得到环状双苯并咪唑溴化物（1）；

（4）将环状双苯并咪唑溴化物（1）与NH4PF6以摩尔比为1-1.5mol的比例加入到反应器皿内，用有机溶剂溶解后，在室温温度下反应3天，过滤，洗涤，得到环状双苯并咪唑六氟磷酸盐（2）；

所述的（1）代表的是: 环状双苯并咪唑溴化合物

（2）代表的是: 环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物

Y代表的是: 1,4-二(苯并咪唑甲基)-2,3,5,6-四甲基苯。

3.权利要求2所述的制备方法，其中所述的有机溶剂选自二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醚、乙腈、乙酸乙酯中的一种或几种的混合物。

4.权利要求1所述环状双苯并咪唑盐化合物的晶体，其晶体结构参数如下：。

5.权利要求4所述环状双苯并咪唑盐化合物晶体的制备方法，其特征在于用得到的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物，将其溶于乙腈后放入试管中，在非良性溶剂中扩散令其缓慢结晶得到其淡黄色晶体。

6.权利要求1所述环状双苯并咪唑盐化合物在荧光识别领域中的应用；所述的荧光识别指的是对四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵 , 四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵荧光的识别。

说明书

环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物及其制备方法与应用

[0001] 关于资助研究或开发的声明

[0002] 本发明是在天津师范大学青年基金(基金号：52XQ1402), 国家自然科学基金（基金号：21572159）和天津市自然科学基金（基金号：11JCZDJC22000）的资助下进行的。

技术领域

[0003] 本发明属于有机化学技术领域，涉及通过苯并咪唑、2,3,5,6-四甲基苯、1，8-二羟基蒽醌和1，2-二溴乙烷作为原料的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物，更具体的说是环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物的制备方法及其在荧光识别性能的研究。

背景技术

[0004] 苯并咪唑类化合物是一种含有二个氮原子的杂环化合物，具有良好的生物活性和抗蚀性，如抗癌、抗真菌、消炎、治疗低血糖和生理紊乱等, 在药物化学中具有非常重要的意义。并可用于模拟天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位研究生物活性, 以及环氧树脂新型固化剂、催化剂和某些金属的表面处理剂, 还可作为有机合成反应的中间体。针对苯并咪唑环蕃，越来越多的研究者开展了许多探索性的工作。苯并咪唑环蕃之所以成为关注的热点，源于它自身复杂灵活的构造。目前，已经有从含2个到4个的苯并咪唑鎓离子的环蕃被相继报道，分子体积越来越大，其自身性能也随之发生变化。通常，在进行预先的实验设计路线过程中，最常见的就是通过引入不同的桥链，而改变环蕃原先自带的固有特性，使其发挥自身更多优势。随着研究的深入和研究范围的拓展，苯并咪唑盐类化合物作为荧光开关的主题化合物必将在化学学科、生命学科、环境分析和临床医学等领域得到应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物及其制备方法。

[0006] 本发明更进一步涉及了环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物在荧光识别领域中的应用。

[0007] 为完成上述各项发明目的，本发明技术方案如下：

[0008] 具有下述结构的环状双苯并咪唑盐的化合物：

[0009]

[0010] 2

[0011] 本发明所述的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

[0012] （1）将2,3,5,6-四甲基苯、多聚甲醛和冰醋酸混合后,将浓硫酸滴加到溴化钾中，产生溴化氢气体，通入冰醋酸混合液中，得到1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯；其中2,3,5,6-四甲基苯与多聚甲醛的摩尔比为1：2；

[0013] （2）在有机溶剂中以1，8-二羟基蒽醌为原料，与1，2-二溴乙烷反应得到1，8-二（2-溴乙氧基）蒽醌，在有机溶剂中以均四甲苯为原料，与苯并咪唑反应，得到均四甲苯咪唑中间体（Y）；其中1，8-二（2-溴乙氧基）蒽醌与1，2-二溴乙烷的摩尔比为1：2，均四甲与苯并咪唑的摩尔比为1：2；

[0014] （3）在有机溶剂中将得到的均四甲苯咪唑中间体（Y）与1，8-（2-溴乙氧基）蒽醌反应得到环状双苯并咪唑盐的溴化物（1）；

[0015] （4）将环状双苯并咪唑盐的溴化物（1）与NH4PF6以摩尔比为1-1.5mol的比例加入到反应器皿内，用有机溶剂溶解后，在室温温度下反应3天，过滤，洗涤，得到环状双苯并咪唑六氟磷酸盐（2）。

[0016] 一种典型的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物：

[0017]

[0018] 2

[0019] 典型的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐的分子式为C46H44F12N4O4P2。

[0020] 特别加以说明的是环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物的单晶数据如下（采用Bruker APEX II CCD衍射仪进行测定）：

[0021]

[0022] 本发明所述环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物晶体的制备方法，其特征在于将环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物（2）溶于乙腈后放入试管中，在非良性溶剂中扩散令其缓慢结晶得到其淡黄色晶体。

[0023] 本发明进一步公开了环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物在荧光识别领域中的应用；所述的荧光识别指的是对四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵  , 四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵荧光识别，结果表明：主体2对-OAc具有选择性识别能力；

[0024] 在25˚C下，在环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物的水/乙腈溶液 (v:v =1:1)中分别加入四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵  , 四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后测定其荧光光谱，选择吸收峰增加最大的四丁基醋酸铵进行滴定。用环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物作为主体，用微量注射器向其中加入浓度逐渐增大的四丁基醋酸铵溶液(1 × 10-5 mol/L)。主体溶液的激发波长为254nm，发射光谱在375-475 nm有发射峰。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡才可记录相应的荧光光谱，使其荧光强度逐渐增强。见附图2和3。

[0025] 本发明提出的环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物是一种在标准状态下可以稳定存在的高级荧光材料，具有制备简洁、荧光感光效果明显的优点，可以用来制作荧光材料和荧光分子识别体系，有望在荧光化学领域得到应用。

附图说明

[0026] 图1为含环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物（实施例1）的晶体结构图；

[0027] 图2为含环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物（实施例1）在25˚C下，水/乙腈溶液 (v:v =1:1)中加入四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵 , 四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后的荧光光谱图；结果表明主体2对OAc-具有选择性识别能力；

[0028] 图3为环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物（实施例1）在25˚C下，水/乙腈溶液 (v:v =1:1)中加入不同浓度的四丁基醋酸铵溶液后的荧光滴定光谱图；结果表明随着OAc-浓度的增加主体的荧光逐渐增强，当OAc-浓度达到一定数值后荧光不再有明显的增强。

具体实施方式

[0029] 下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料及试剂均有市售；其中

[0030] 2,3,5,6-四甲基苯、多聚甲醛、1,8-二羟基蒽醌、四丁基溴化铵、苯并咪唑、四甲基苯、均四甲苯咪唑、二羟基蒽醌、碳酸钾、氢氧化钾、无水硫酸镁、1,2-二溴乙烷、六氟磷酸铵等均可以从市场上买到或容易地通过已知的方法制得。

[0031] 制备本发明化合物所用到的试剂全部来源于天津市科锐思化工有限公司，级别为分析纯。

[0032] 另外需要加以说明的是：所有的实验操作运用Schlenk技术，溶剂经过标准流程纯化。所有用于合成和分析的试剂都是分析纯，并没有经过进一步的处理。熔点通过Boetius区截机测定。1H 和 13C{1H}NRM谱通过汞变量Vx400分光光度计记录，测量区间：400 MHz and 100 MHz。化学位移，δ，参考国际标准的TMS测定。荧光光谱通过Cary Eclipse荧光分光光度计测定。

[0033] 实施例1

[0034] 1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯的制备：

[0035] 将2,3,5,6-四甲基苯(13.420 g, 100.0 mmol)、多聚甲醛 (6.150 g, 205.0 mmol)和冰醋酸(50 mL)混合后,将质量分数为31 % 的浓硫酸滴加到烘干的KBr中，产生HBr气体，通入冰醋酸混合液中，在120 ˚C条件下搅拌10 h，反应完加入100 mL水，析出固体，抽滤，真空干燥，得到白色固体1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯。产率：31.050 g (97%)。熔点：162-164 ˚C。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 2.21 ( p, J = -1 Hz, 4H, CH2), δ 2.51 (t, J = -1 Hz, 4H, CH2), 3.37 (s, J = 5.8 Hz, 4H, CH2), 5.51 (m, J = 5.8 Hz, 4H, CH2), 7.24-7.31 (m, J = 3.2 Hz, 2H, PhH), 7.61-7.72 (m, J = 2.8 Hz, 
4H, PhH)。

[0036] 1,4-双（苯并咪唑甲基）-2,3,5,6-四甲基苯的制备：

[0037] 将苯并咪唑(1.075 g, 9.1 mmol)用乙腈溶解后，加入KOH (1.000 g, 17.8 mmol)和四丁基溴化铵(0.130 g, 0.4 mmol)，并在回流条件下搅拌1 h。然后缓慢滴加1,4-二溴甲基-2,3,5,6-四甲基苯(1.440 g, 4.5 mmol)，滴加完继续在80 ℃下反应 3 d。旋蒸后，得到的产物为淡黄色粉末，将此淡黄色固体溶解于CH2Cl2 (100 mL)中，用100 mL的水连续萃取3次，有机层用无水MgSO4干燥，抽滤，旋蒸，得到白色固体1,4-双（苯并咪唑甲基）-2,3,5,6-四甲基苯。产率：1.543 g (88%)。熔点：238-240 ˚C。1H NMR(400 MHZ, DMSO-d6): δ 
2.21 (s, 12H, CH3), 5.51 (s, 4H, CH2), 7.23-7.31 (m, 4H, PhH), 7.64(d, J = 7.6 Hz, 2H, PhH), 7.71 (d, J = 7.6 Hz, 2H, PhH), 7.78 (s, 2H, 2-bimH)。

[0038] 1,8-二（2-溴乙氧基）蒽醌的制备：

[0039] 将50 mL1,8-二羟基蒽醌(5.000 g, 20.8 mmol)、无水K2CO3 (14.384 g, 109.0 mmol)和四丁基溴化铵(0.162 g, 2.1 mmol)的经过处理的CH3CN悬浊液在室内温度下先行搅拌30分钟。滴用恒压漏斗盛放1,2-二溴乙烷(20.300 g, 100.5 mmol)，滴加，保持回流，充分反应3天。反应完成后，将体系冷却直至室温，过滤，旋干多余溶剂，最终得到黄色的呈现油状性质的物质。用CH2Cl2溶解此油状物质，并加水充分洗涤，随后将水层和二氯甲烷混合溶液分液，加无水Mg2SO4除去有机相里的多余水分，保持干燥。旋干旋干溶剂并用乙酸乙酯重结晶得到1,8-二（2-溴乙氧基）蒽醌产物淡黄色固体，产量1.246 g，产率：61%，熔点：122-124 ˚C。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 3.84 (t, J =  5.8 Hz, 4H, CH2), 4.49 (t, J = 5.8 Hz, 4H, CH2), 7.57 (q, J = 3.2 Hz, 2H, ArH), 7.75 (t, J = 2.8 Hz, 
4H, ArH). 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ182.9 and 180.7 (C=O), 157.3, 134.2, 
134.1, 124.2, 121.5 and 119.2 (ArC), 69.7 (OCH2CH2), 30.8 (OCH2CH2).[0040] 环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物的制备：

[0041] 将1,8-二(2-溴乙氧基)蒽醌(0.400 g，1.0 mmol)和均四甲苯咪唑(0.350 g, 1.0 mmol)分别用200 mL乙腈溶解，通过恒压滴加漏斗以相近的滴加速度缓慢的滴加到1000 mL三口瓶中。1000 mL三口瓶中实验前加入100 mL的乙腈溶液以保证足够稀的条件。滴加完继续在回流条件下反应48 h。旋蒸，得到粗产物，用丙酮纯化，得到环状双苯并咪唑盐的溴代化合物（1）。再与NH4PF6进行阴离子交换得到相应的淡黄色环状双苯并咪唑六氟磷酸盐化合物（2）。产率：0.570 g (83%)。熔点：282-284˚C。1H NMR(400 MHZ, DMSO-d6): δ 2.11 (s, 6H, CH3), 2.09 (s, 6H, CH3), 4.53 (s, 4H, CH2), 5.09 (s, 4H, CH2), 5.83 (s, 
4H, CH2), 7.41-7.73 (m, 6H, PhH), 7.89 (d, J = 7.6 Hz, 2H, PhH), 8.34 (d, J = 
7.6 Hz, 2H, PhH), 8.85 (s, 2H, 2-bimH)。13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ158.1 (bimi-NCN), 142.6 (PhC), 134.9 (PhC), 134.5 (PhC), 131.1 (PhC), 126.2 (PhC), 
121.7 (PhC), 120.3 (PhC), 119.0 (PhC), 113.5 (PhC), 67.8 (OCH2CH2), 44.7 (NCH2), 30.6 (NCH2), 16.3 (CH3), 15.82 (CH3)

[0042]

[0043] 晶体结构见说明书附图1：

[0044] 实施例1环状双苯并咪唑六氟磷酸化合物的晶体，其晶体结构参数如下：

[0045]

[0046]  晶体数据和结构精修参数包含在支持性信息中。在Bruker APEX II CCD衍射仪上进行，实验温度为293(2)K, 在50kV 和20mA下，用Mo-Ka 辐射(0.71073Å)操作，用SMART和SAINT软件进行数据收集和还原，q 的范围是 1.8 < q < 25º。应用SADABS 程序进行经验吸收矫正。晶体结构由直接方法解出，用SHELXTL包对全部非氢原子坐标各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正。

[0047] 应用实例1

[0048] 25˚C下，在环状双苯并咪唑六氟磷酸化合物的水/乙腈溶液 (v:v =1:1) 中 (浓度为1 × 10-5 mol/L，分别加入相同浓度(20 × 10-5 mol/L)的四丁基氟化铵, 四丁基氯化铵，四丁基溴化铵  , 四丁基磷酸二氢铵，四丁基硫酸氢铵, 四丁基醋酸铵和四丁基硝酸铵后测定其荧光光谱，见附图2，从附图2中可以看出主体2对OAc-具有选择性识别能力；

[0049] 荧光滴定通过Cary Eclipse荧光分光光度计用1cm路径长的石英槽测定的。滴定的进行是将主体(1 × 10-5 mol/L)放入4 mL的比色皿中，并用微量注射器加入浓度逐渐增-5  -1大的四丁基醋酸铵溶液溶液(0-60 × 10 mol L )。主体溶液的激发波长为254nm，发射光谱在375-475nm有发射峰。每次添加后，8-10分钟达到反应平衡才有吸收的荧光强度，数据分析使用Origin 8.0，见附图3，从附图3中可以看出：随着OAc-浓度的增加主体的荧光逐渐增强，当OAc-浓度达到一定数值后荧光不再有明显的增强。

[0050] 综上所述，本发明的内容并不局限在实例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实例，但这种实例都包括在本发明的范围之内。