8-羟基喹啉合成条件的研究及其应用*

黄 飞

(黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041)

8-羟基喹啉是重要的精细有机合成中间体，其合成工艺及衍生物的制备、生物活性等研究是化学、医药学界的热点[1]。8-羟基喹啉作为性能优异的金属离子螯合剂，在化学分析中广泛用于金属离子的沉淀剂、萃取剂、荧光分析试剂、金属离子分析[2]及其金属防腐等[3]。由于8-羟基喹啉以及衍生物大多数具有生物活性，在医药工业领域内应用十分广泛，可用作消毒剂、防腐剂、防霉剂，它的卤化、硝化衍生物以及N-氧化物是合成药物的原料，还可作为合成农药、染料和其他功能材料的中间体，在电致发光材料[4]、导电聚合物等方面有广阔的应用前景。

8-羟基喹啉的合成常见方法有喹啉磺化碱融[5]、氯代喹啉水解、氨基喹啉水解[6]和Skraup 合成等4种方法。前3种方法合成原料不易得到，合成步骤相对比较繁琐，不适合工业化生产。而Skraup合成法的主要原料是邻氨基苯酚、无水甘油或者丙烯醛，来源比较广泛，反应步骤不繁琐，因此方法很有利用前景。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

NICOLET-380傅里叶变换红外光谱仪(美国尼高力公司)，DF-101D集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限公司)，SHZ-DⅢ真空循环抽滤泵(巩义市予华仪器有限责任公司)，F-4500型荧光分光光度计(日立高新技术(上海)国际贸易有限公司)，超声波清洗器(合肥金尼克机械制造有限公司)。

邻硝基苯酚、邻氨基苯酚、无水甘油、浓硫酸、氢氧化钠、无水碳酸钠、硝酸、盐酸、高氯酸、乙醇、氯仿等均为分析纯；铝标准溶液为国标GSB 04-1713-2004，三羟基甲基氨基甲烷(Tris)为实验室技术级。

1.2 反应原理

8-羟基喹啉的合成原理如图1所示：

图1 8-羟基喹啉合成原理图

1.3 实验步骤

在干燥的100 mL圆底烧瓶中加入1.8 g邻硝基苯酚、2.8 g邻氨基苯酚、7.5 mL(约9.5 g)无水甘油，使之均匀混合，然后缓慢滴入9 mL浓硫酸，加热保持微沸1.5～2.5 h。反应完成后，用水蒸汽蒸馏，除去未反应的邻硝基苯酚，然后用40%的氢氧化钠溶液在温度不高于40 ℃下中和反应溶液，用饱和碳酸钠溶液调节pH=7，再用水蒸气蒸馏，蒸出8-羟基喹啉。馏出液充分冷却后，抽滤、洗涤、干燥得到粗产物。最后用4：1的乙醇-水混合溶剂对粗产物进行重结晶，得到8-羟基喹啉纯产品，熔点为75 ℃(文献值75～76 ℃[7])。

2 实验结果与讨论

2.1 反应物不同物质的量的比对产率的影响

保持反应温度为130 ℃，反应时间为2 h，考察反应物不同物质的量的比对产率的影响，其实验结果见表1。

表1 反应物不同物质的量的比对产率的影响

由表1可知，在反应温度、反应时间相同的情况下，随着反应物物质的量的比增加，产率逐渐增加，在反应物物质的量的比为1∶2时，产率最高达到54%。但是随着反应物物质的量的比逐渐增加，产率反而下降，这是由于反应物物质的量的比增加，其他副反应较多，造成产率下降。

2.2 反应温度对产率的影响

保持反应物物质的量的比为1∶2，反应时间为2 h，考察反应温度对产率的影响，其实验结果见表2。

由表2可知，在反应物物质的量的比、反应时间相同的情况下，随着反应温度的升高，产率逐渐增加，当反应温度为130 ℃时，产率最高达到54%。但当温度继续升高时，产率反而会下降。可能是由于温度过高，微沸回流时的反应过于剧烈，造成反应物暴沸或焦化。

2.3 反应时间对产率的影响

保持反应物物质的量的比为1∶2，反应温度为130 ℃，考察反应时间对产率的影响，实验结果见表3。

表2 反应温度对产率的影响

表3 反应时间对产率的影响

由表3可知，反应时间对产率有显著影响。在反应物物质的量的比、反应温度相同的情况下，随着反应时间的增加，产率逐渐增加，但当反应时间超过2 h时，产率增加不明显。当反应时间为2.5 h时，产率最高达到62%。

2.4 产物的红外光谱表征

按照优化条件进行实验得到的8-羟基喹啉为白色结晶性粉末，不溶于冷水，溶于乙醇和稀酸，溶于乙醇溶液呈现淡黄色。产品经KBr压片法测定其红外光谱，如图2所示。

图2 8-羟基喹啉红外光谱图

由图2可以看出：红外光谱吸收峰在3 441.95 cm-1处为-OH特征吸收峰，3 064.00 cm-1处为=C-H伸缩振动吸收峰，1 631.12、1 576.06、1 506.89、1 410.00、1 470.67 cm-1处为芳香环骨架振动吸收峰，分析可知，产物具有8-羟基喹啉的红外光谱特征。

3 8-羟基喹啉的应用

在我国，铝和铝盐被广泛使用于药物、食品、食品添加剂、容器和食具等中，致使成年人铝的摄入量高于发达国家[8]。我国在1994年就提出了面制食品中铝的限量卫生标准为≤100 mg/kg，近年来国内各地检测中发现，超过80%的药物、食品中铝的含量超过了国家标准[9,10]。研究表明，铝在人体内的积累会增加患神经系统疾病和骨骼类疾病的风险[11]，长期过量摄入铝可使人体平衡失调，认知能力、记忆能力、逻辑推理能力下降[12]。

目前测定食品中铝含量的常用方法有：分光光度法、石墨炉原子吸收法、电感耦合等离子体原子发射光谱法法、动力学分析法、示波极谱法、离子液体法等[13,14]。其中荧光分光光度法具有仪器设备简单便宜，操作快速，且灵敏度高等优点，便于普及使用[15,16]。实验是以8-羟基喹啉为荧光试剂，用荧光分光光度法对油炸食品中铝的含量进行测定。

3.1 8-羟基喹啉荧光分光光度法测定油炸食品中铝的含量

3.1.1 溶液配制

铝标准溶液100 μg/mL；三羟基甲基氨基甲烷(Tris)溶液3 mol/L；用1.2 mol/L盐酸将0.145 g 8-羟基喹啉定容至100 mL，配成0.145% 8-羟基喹啉盐酸溶液。

3.1.2 样品预处理[17]

将新炸油条均匀剪碎后，置于烘箱中干燥，称取0.25 g样品于试管中，加入10 mL的硝酸和高氯酸的混合酸，封口、静置、冷却。次日，将样品混合液用120、160 ℃的高温依次加热处理1h，随后将温度升至180 ℃，消化至溶液将干并呈微淡黄色，而且冒白烟。再将温度升至220 ℃，加热赶酸至干。冷却后，用5 mL 2.4 mol/L的盐酸溶解试管中的物质，超声30 s，将溶解液转移至50 mL容量瓶中，重复3次溶解后，用去离子水定容。用同样的方法准备3份样品，待测备用。

3.1.3 样品荧光强度的测定

移取5mL的消化溶解液，定容至50 mL后转移至125 mL的分液漏斗中，依次加入1 mL 8-羟基喹啉盐酸溶液、1 mL Tris溶液。摇匀后用10 mL的氯仿分两次萃取，萃取液(有机相)收集至25 mL容量瓶中，用乙醇定容，待测。设置荧光分光光度计灵敏度为2，激发狭缝宽为5 nm，发射狭缝宽为10 nm，激发波长(Ex)为382 nm，检测发射波长(Em)522 nm处的3份样品的荧光强度。

图3 标准曲线图

3.1.4 绘制标准曲线

配制质量浓度为0、5、25、100、200、400、600 μg/L的铝标准溶液。分别移取50 mL标准溶液于125 mL分液漏斗中，按照上述步骤的方法处理后测定，以铝标准溶液浓度为横坐标，以荧光强度纵坐标制标准曲线图，计算其回归方程，利用得到的回归方程计算样品中铝的含量。

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 绘制标准溶液曲线

由图3可知，标准曲线在5～600 μg/L浓度范围内线性良好，曲线相关系数为R2=0.976 2，线性方程为y=8.286 4x+17.704。

3.2.2 计算样品铝的含量

测得3份50 mL待测液的荧光强度为分别为161、163、162，其平均强度为162，根据线性方程可求待测液浓度为176 μg/L，即50 mL待测液中铝的含量为8.8 μg，由此可以计算出原始样品中铝的含量为352 mg/kg，所测样品铝的含量远大于国家标准(100 mg/kg)。

方法适用于测定各种油炸食品、药物中铝的含量，操作快速简单，检测成本经济，测定结果与国家标准方法比较，无显著性差异。

4 结 论

实验以邻硝基苯酚、邻氨基苯酚、无水甘油为原料，在浓硫酸催化下，利用Skraup合成法合成了8-羟基喹啉，探讨了合成8-羟基喹啉的优化条件，其优化反应条件为：邻硝基苯酚与邻氨基苯酚物质量的比为1∶2，反应温度为130 ℃，反应时间为2.5 h，产率可达到62%。同时利用8-羟基喹啉荧光分光光度法测定了新炸油条中铝的含量，可用于食品、药物中铝的含量的检测，为食品加工和安全检测提供了重要参考。

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