新型吡唑啉衍生物的合成及其对Fe(Ⅲ)的选择性识别*

罗杰伟，赵波，白 威 ，董 军，张仕禄,秦大斌

(1.川北医学院 基础医学院，四川 南充 637000;2.西华师范大学 化学化工学院，四川 南充 637000;3.中国科学院 成都有机化学研究所，四川 成都 610000)

·研究论文·

新型吡唑啉衍生物的合成及其对Fe(Ⅲ)的选择性识别*

罗杰伟1，赵波1，白 威3，董 军1，张仕禄1,秦大斌2

(1.川北医学院 基础医学院，四川 南充 637000;2.西华师范大学 化学化工学院，四川 南充 637000;3.中国科学院 成都有机化学研究所，四川 成都 610000)

以芳酮和芳醛为原料，在NaOH/EtOH存在下经缩合反应制得中间体芳烯酮(3)；3与肼经环合反应合成了5个新型的含荧光基团的吡唑啉衍生物(5a～5e)，其结构经1H NMR,13C NMR和IR表征。并利用UV-Vis和FL研究了5a～5e对金属离子的选择识别性能。结果表明，5a～5e对Fe(Ⅲ)有较好的选择性识别。

吡唑啉;合成;离子识别

随着20世纪60年代末Persen C J发现并合成出大批具有分子识别能力的冠醚后[1],分子识别现象逐渐引起了人们极大地关注。分子识别现象伴随着超分子化学的研究而发展,其成果在合成化学、生命科学、信息科学及材料科学中起着愈来愈重要的作用。通过分子设计，可使其发出特定的光学信号对分子识别所包含的信息简单有效的向外界传递。其中，荧光检测技术由于具有方便快捷、灵敏度高和选择性好等优点，近年来发展迅速，成为化学传感器领域中的一个新热点——荧光传感器[2-3]。

离子识别因其高灵敏度、高选择性、精确的检出限效能以及多元化的响应信号，使其在生物诊断试剂、诊断医药学、材料科学、和信息科学等领域被广泛关注。离子识别技术结合新型荧光分子传感器，为药物控制与释放、环境监测、工业传感和分子计算机等诸多领域的应用奠定了基础[4-5]。

本文以芳酮和芳醛为原料，在NaOH/EtOH存在下经缩合反应制得中间体芳烯酮(3)；3与肼经环合反应合成了5个新型的含荧光基团的吡唑啉衍生物(5a～5e,Scheme 1)，其结构经1H NMR,13C NMR和IR表征。并利用UV-Vis和FL研究了5a～5e对金属离子[M]的选择识别性能。结果表明，5a～5e对Fe(Ⅲ)有较好的选择性识别。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

XT-4型显微熔点仪(温度未校正)；PHS-3C型式酸度计；Bruker 400MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);UV 2550型紫外分光光度仪(1cm石英比色皿，最大吸收波长360nm,250nm～600nm，测试浓度从低到高);Nicolet Avatar 360型红外光谱仪(KBr压片);RF-5301型荧光光度计(激发波长350nm，发射波长360nm，激发狭缝5nm,发射狭缝2.5nm)。

3a～3e参考文献[8-9]方法合成；其余所用试剂均为化学纯或分析纯;实验用水为二次蒸馏水。

1．2 合成

(1)5a的合成[10]

氮气保护下，在反应瓶中依次加入无水乙醇20mL，冰乙酸5mL和3a1.28g (41mmol)，搅拌下于室温缓慢滴加水合肼(4a)2.274g(45mmol),滴毕，于室温下搅拌30min；回流(70℃)反应5h(TLC检测)。反应液呈绿色，冷却至室温，旋除大部分乙醇，残余物用水洗涤除去少量残余乙酸，用CH2Cl2(3×20mL)萃取，合并有机相，用无水Na2SO4干燥，旋蒸除溶后经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]纯化得淡棕黄色针状晶体5a0.72g，产率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。

用类似的方法合成黄色粉末5d(回流反应8h，A=4∶1)和黄色固体5e(回流反应8h，A=3∶1)。

5d: 产率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：产率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

氮气保护下,在反应瓶中依次加入乙醇20mL，氢氧化钠0.48g和3b0.56g(2.2mmol)，搅拌下于室温缓慢滴加苯肼0.29g(2.64mmol),滴毕，于室温下搅拌1h；回流(80℃～85℃)反应7h(TLC检测)。冷却至室温，用稀盐酸调pH至中性，用CH2Cl2(3×20mL)萃取，合并有机相，用无水Na2SO4干燥，旋蒸除溶后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=4∶1)纯化得黄色针状晶体5b0.43g，产率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

氮气保护下，在三颈瓶中加入3c720mg(2.27mmol)的乙醇(40mL)溶液和氢氧化钠0.87g，搅拌使其混合均匀；缓慢滴加水合肼0.56g(11mmol),回流(80℃～85℃)反应8h(TLC检测)。冷却至室温，得淡黄色固体沉淀，减压浓缩，用稀盐酸调pH至中性，用CH2Cl2萃取，用二次蒸馏水多次洗涤，过滤，用无水硫酸钠干燥，旋蒸除溶后用丙酮和石油醚重结晶得淡黄色固体5c0.57g，产率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对[M]的识别性能测定

(1)5a对等浓度[M]的识别性能

在5a的乙腈溶液(5×10-5mol·L-1)中分别加入等当量的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)，用乙腈稀释，混合均匀后静置过夜,于25℃分别测定混合溶液的UV-Vis和FL谱图(CH3CN作参比)。

(2)5a对不同浓度Fe3+的识别性能

在5a的乙腈溶液(5×10-4mol·L-1)中分别加入不同浓度的Fe3+的甲醇溶液(1×10-5mol·L-1),用乙腈稀释，混合均匀后静置过夜,于25℃测定UV-Vis光谱(CH3CN作参比)。

2 结果与讨论

图1为5a加入不同[M]后的UV-Vis谱图。由图1可见，5a中加入[M]后，仅对Fe3+在360nm处的吸收值明显升高，其它[M]没有明显变化。其可能原因在于5a能够与Fe3+形成络合物，对Fe3+有唯一的选择性识别。

λ/nm

图2为5a加入不同c(Fe3+)的UV-Vis谱图。由图2可见，随着c(Fe3+)逐渐增大，紫外吸收荧光强度在280nm～400nm处逐渐增强。图2中插图的工作拐点表明，5a与Fe3+形成2∶1型稳定的阳离子络合物。5a能识别Fe3+的原因可能为：(1)分子结构中吡唑啉环氮原子上的孤对电子发生跃迁，与Fe3+上d空轨道形成d-π型配位的阳离子络合物;(2)吡唑啉基的1-位,3-位和5-位引入苯基等助色基团可增加其荧光性[10]；(3)受芳环上π电子作用，络合能力增强与包结；(4)吡唑啉环的杂原子作为软给体原子与软金属铁有强的亲和力也是识别Fe3+的动力之一。因此Fe3+在吡唑啉环杂原子的配位作用及芳环上π电子等弱的非共价键的协同作用下能够被很好的识别。

λ/nm

λ/nm

图3为5a加入不同c(Fe3+)后的FL谱图。由图3可见，随着c(Fe3+)逐渐增大，5a的荧光强度在510nm附近逐渐降低。

5b～5e对不同c(Fe3+)的UV和FL谱图与5a类似，均随着c(Fe3+)的逐渐增大，紫外吸收荧光强度在280nm～400nm处逐渐增强。

3 结论

合成了5个新型的吡唑啉衍生物5a～5e。UV-Vis和FL分析结果表明，5a～5e对Fe(Ⅲ)的选择识别性较好。

[1] Desilva A P,Gunnlaugsson T M.Signaling recognition events with fluorescent sensors and switches[J].Chem Rev,1997,97:1515-1566

[2] Sakamoto H,Ishikawa J,Nakao S,etal.Excellent mercury(II)ion selective fluoroionophore based on a 3,6,12,15-tetrathia-9-azaheptadecane derivative bearing a nitrobenzoxadiazolyl moiety[J].Chem Commun,2000,122:2395-2396

[3] Bissel R A,DeSilva A P,Gunaratne H Q N,etal.Molecular fluorescent signalling with fluor-spacer-receptor systems:Approaches to sensing and switching devices via supramolecular photophysics[J].Chem Soc Rev,1992,21:187-195

[4] DeSilva A P,Gunaratne H Q N;Gunnlaugsson T,etal.Signaling recognition events with fluorescent sensors and switches[J].Chem Rev,1997,97:1515-1566

[5] Prodi L,Bolletta F,Montalti M,etal.Luminescent chemosensors for transition metal ions[J].Coord Chem Rev,2000,205:59-61

[6] Liu X H,Zhu J,Pan C X,etal.Song a new synthesisi of 5-aryl-pyrazole derivatives with antibacterial activity[J].Applied Chemistry of Chinese journal,2007,24(10):15-17

[7] Hua,J,Wang Y G.A highly selective and sensitive fluorescent chemosensor for Fe3+in physiological aqueous solution[J].Chem Lett,2005,36(23):174-176

[8] Bricks J L;Kovalchuk A;Trieflinger C,etal.On the development of sensor molecules that display feⅢ-amplified fluorescence[J].J Am Chem Soc,2005,127:13522-13529

[9] Sun X H,Liu Y F,Wang K R.The synthesis of 1-methy1-3,5-dipheny-1-pyrazole[J].Chemical Reagent 1985,293-295

[10] Kaur S,Kumar S.Photoactive chemosensors 4:A Cu2+protein cavity mimicking fluorescent chemosensor for selective Cu2+recognition[J].Tetrahedron Lett,2004,45:5081-5085.

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

四川省教育厅资助项目(13ZB0096)；川北医学院科研发展计划项目(CBY12-A-ZP17)

罗杰伟(1980-)，男，汉族，四川古蔺人，硕士研究生，实验师，主要从事有机合成的研究。

董军，博士，讲师，E-mail：dongj46@163.com

O626.21；O626.24

A

1005-1511(2014)06-0759-04