具有对称结构的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮衍生物的超声辅助合成及荧光性能

符鑫博,王东方,赵雅楠,李　阳,高文涛

(渤海大学 超精细化学品研究所, 辽宁 锦州 121000)



具有对称结构的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮衍生物的超声辅助合成及荧光性能

符鑫博,王东方,赵雅楠,李阳,高文涛

(渤海大学 超精细化学品研究所, 辽宁 锦州 121000)

以6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯(1)为底物，在无水乙醇中经超声辅助下分别与对苯二胺(2)和联苯二胺(3)中的两个氨基反应，得到具有对称结构的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮衍生物(4, 5). 所合成的化合物未见文献报道，其结构经红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和高分辨质谱得以确定. 对化合物4和化合物5及过去报道的化合物6a-l进行荧光光谱测定，结果表明化合物4和化合物5及化合物6a-g具有较好的荧光性能.

喹啉；二胺；吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮；超声辅助合成；荧光

喹啉及其衍生物是一类十分重要的含氮杂环化合物，含有喹啉环骨架的化合物大多具有重要的药理活性和生物活性，如抗病毒[1-2]、抗肿瘤[3-4]、抗菌[5-6]、抗疟疾等[7-8]，有些喹啉类化合物还用来治疗高血压[9]和艾滋病[10-11]. 由于喹啉类化合物具有各种活性，人们对喹啉类化合物的研究越来越多，其应用也越来越广. 研究表明，含有双喹啉结构的对称化合物的生物活性优于其单喹啉化合物，如双喹啉化合物A (图1)的耐K1菌株活性明显高于氯喹[12].

图1　双喹啉化合物A的结构Fig.1　Structure of bis-quinoline compound A

另一方面，N-取代吡咯酮类化合物作为另一类重要的含氮杂环化合物而被广泛研究，它具有一定的生物活性[13-14]. 吡咯酮类似物被广泛用于合成抗癌和抗病毒活性化合物[15]、HIV蛋白酶阻抗剂[16]、抗细胞巨化病毒等[17]. 而多环吡咯酮类化合物在药物研究中作为一个重要的药效结构被研究[18]，近年来常有文献报道合成新型的喹啉并吡咯酮类化合物[19-20].

我们课题组[21]曾报道了6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯与乙二胺等的反应，成功的合成了通过碳链联在一起的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮化合物. 为了探讨反应的适用性，在此我们报道在超声辅助条件下使6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯与对苯二胺和联苯二胺反应，通过芳环将两个吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮联在一起，其合成路线如图2所示.

图2　具有对称结构的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮衍生物的合成路线Fig.2　Synthetic route of symmetrical pyrrolo[3,4-b]quinolin-1-one derivatives

1　实验部分

1.1仪器与试剂

熔点采用WRS-1B数字熔点仪测定(温度计未校正)；红外光谱采用Nicolet AVAR 360 FT-IR傅立叶变换红外分光光度计测定；核磁共振氢(碳)谱采用Agilent1100-400MHz核磁共振仪测定，CF3COOD为溶剂，TMS为内标；高分辨质谱采用Apex Ⅲ (7.0T) FTICR高分辨质谱仪测定；超声辅助采用YY-80便捷式超声波破碎仪；荧光光谱采用Sanco 970-CRT荧光光谱仪测定. 所用的药品均为市售的分析纯或按照文献方法合成.

1.26-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯的合成

参照文献[22]方法合成6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯(1)，产率79%，m.p. 126.3～126.6 ℃ (文献值[22]：产率82%，m.p. 122～123 ℃.

1.36-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯与对苯二胺和联苯二胺的反应

将6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯(1) (0.568 g, 2.0 mmol)溶解在15 mL无水乙醇中，然后加入对苯二胺(2)或联苯二胺(3) (1.1 mmol)，超声辅助下回流反应，TLC监测反应进程，待反应完全后，挥发掉部分乙醇使析出较多固体，经抽滤、干燥得粗产物，粗产物经冰醋酸重结晶得到化合物4和化合物5纯品.

2,2′-(1,4-亚苯基)双(7-氯-2,3-二氢-1H-吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮) (4): 褐色固体, 产率62.8%, m.p. >300 ℃. IR (KBr)υ: 3 004, 2 364, 1 677, 1 501, 1 392, 817 cm-1;1H NMR (400 MHz, CF3COOD)δ: 9.62 (s, 2H), 8.58 (s, 2H), 8.47 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 8.37 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 7.89 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 7.77 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 5.72 (s, 4H);13C NMR (100 MHz, CF3COOD)δ: 163.60, 156.22, 143.11, 139.17, 138.81, 137.16, 134.44, 134.22, 129.41, 123.66, 123.15, 121.69, 50.90; HRMS Calcd For: C28H17Cl2N4O2[M+H]+511.072 8, Found: 511.072 5.

2,2′-([1,1′-联苯]-4,4′-二基)双(7-氯-2,3-二氢-1H-吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮) (5): 褐色固体, 产率60.4%, m.p. >300 ℃. IR (KBr)υ: 2 998, 2 407, 1 664, 1 498, 1 387, 821 cm-1;1H NMR (400 MHz, CF3COOD)δ: 9.62 (s, 2H), 8.58 (s, 2H), 8.49 (d,J= 8.8 Hz, 2H), 8.38 (d,J= 8.8 Hz, 2H), 7.86 (s, 4H), 7.79 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 7.62 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 5.77 (s, 4H);13C NMR (100 MHz, CF3COOD)δ: 163.73, 156.44, 142.91, 139.06, 138.73, 137.08, 134.59, 133.27, 129.34, 128.04, 127.69, 123.38, 122.95, 121.68, 51.25; HRMS Calcd For: C34H21Cl2N4O2[M+H]+587.104 1, Found: 587.104 0.

1.4荧光光谱测定

对化合物4和化合物5及之前报道合成的化合物6a-l进行荧光光谱的测定，其荧光光谱均在浓度恒定为25 μmol·L-1的四氢呋喃(THF)中测定. 激发光狭缝为5.0 nm，发射光狭缝为5.0 nm，扫描范围为367～730 nm.

2　结果与讨论

2.16-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯与对苯二胺和联苯二胺的反应研究

参照6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯与胺的反应[21]，在相同的反应条件下，我们仍以6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯为底物与对苯二胺在无水乙醇中回流反应，通过TLC监控反应，我们发现当反应进行了60 h，原料点浓度不再减少，停止反应，蒸出部分溶剂至析出大量固体，经冷却、抽滤、干燥、重结晶后，以47%的产率得到化合物4纯品.

化合物1与乙二胺经63 h反应完全并以67.1%的产率得到目标产物[21]，而化合物1与对苯二胺反应过程中有原料剩余，且产率没有其与乙二胺反应的高. 为此，我们尝试改变反应条件，在超声辅助下进行化合物1与对苯二胺的反应，通过TLC监控反应进程，55 h反应完全并以62.8%的产率得到目标产物. 超声辅助下，明显提高了目标产物的产率，并缩短了反应时间.

在超声辅助条件下，我们还进行了化合物1与联苯二胺的反应，成功地得到了目标化合物. 化合物1与对苯二胺和联苯二胺的反应结果详见表1所示.

表1　化合物1与对苯二胺和联苯二胺的反应结果Table 1　Results of the reaction of compound 1 with benzene-1,4-diamine and benzidine

对它们的结构进行了红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和高分辨质谱的表征. 以化合物4为例，从其IR图中可以看出，1 677 cm-1处出现的吸收峰归属于吡咯环中羰基的伸缩振动峰；从其1H NMR图中可以看出，在化学位移δ9.62～8.37处出现的一系列吸收峰其归属于两个喹啉环上的8个氢质子的吸收峰，在化学位移δ7.89和7.77处出现的吸收峰其归属于苯环上的4个氢质子的吸收峰，在化学位移δ5.72处出现的吸收峰其归属于吡咯环中亚甲基的4个氢质子的吸收峰；从其13C NMR图中可以看出，在化学位移δ163.60处出现的吸收峰其归属于吡咯环中羰基碳的吸收峰，在化学位移δ50.90处出现的吸收峰其归属于吡咯环中亚甲基碳的吸收峰；从其HRMS图中可以看出，511.072 5为化合物4的准分子峰的基峰，这与其理论值是相符的. 以上数据均证实所合成的化合物结构与我们设想的结构一致. 其证明了二胺中的两个氨基均与化合物1反应，生成了具有对称结构的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮化合物.

2.2荧光性能研究

在TLC监测反应进程时我们发现化合物4和化合物5具有荧光，为此我们对化合物4和化合物5进行了荧光光谱测定. 2015年，我们曾报道过类似结构化合物的合成[21]，在此我们也对化合物6a-l进行了荧光光谱的测定. 其激发波长、发射波长和荧光强度详见表2和表3所示.

从表2和表3中我们发现，化合物4和化合物5及化合物6a-g具有较好的荧光性能. N原子与芳环相联(化合物6a-g)具有较好的荧光性能；而N原子与氢原子或脂肪碳链相联(化合物6h-l)没有荧光. 在化合物6a-g中，苯环上联有供电子取代基的荧光强度比苯环上联有吸电子取代基的荧光强度强，可见苯环上取代基的不同对荧光是有影响的，苯环上不同位置的取代基对荧光强度的影响我们将进一步进行研究.

表2　化合物4和化合物5的激发和发射波长Table 2　Excitation and emission wavelength of compounds 4, 5

表3　化合物6a-l的激发和发射波长Table 3　Excitation and emission wavelength of compounds 6a-l

在同一波长的可见光激发下，化合物6a在491 nm处有一个荧光发光峰，化合物4在539 nm处有一个荧光发光峰，化合物5在541 nm处有一个荧光发光峰，可见化合物4和化合物5相对于化合物6a发生了红移.

3　结论

以6-氯-2-氯甲基-3-喹啉甲酸乙酯为底物，通过超声辅助下与对苯二胺和联苯二胺反应，成功地合成了具有对称结构的吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮化合物，该反应具有操作简便、反应条件温和、后处理简单等优点. 同时所合成的目标化合物具有较好的荧光性能，未来有望成为具有应用价值的发光材料.

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[责任编辑：刘红玲]

Synthesis and fluorescence property of symmetrical pyrrolo[3,4-b] quinolin-1-one derivatives under ultrasonic condition

FU Xinbo, WANG Dongfang, ZHAO Ya’nan, LI Yang, GAO Wentao*

(InstituteofSuperfineChemicals,BohaiUniversity,Jinzhou121000,Liaoning,China)

Symmetrical pyrrolo[3,4-b]quinolin-1-one derivatives (4, 5) have been synthesized via the reaction of ethyl 6-chloro-2-(chloromethyl)quinoline-3-carboxylate (1) with two amino-groups of benzene-1,4-diamine (2) or benzidine (3) in EtOH with ultrasound-assisted reflux. Synthesized compounds (4, 5) were new, and their structures were determined by IR,1H NMR,13C NMR and HRMS. Fluorescence spectrum of compounds 4, 5 and previous reported compounds 6a-l showed that compounds 4, 5, 6a-g had good fluorescence properties.

quinoline; diamine; pyrrolo[3,4-b]quinolin-1-one; ultrasound-assisted synthesis; fluorescence

2016-01-17.

国家自然科学基金(21476028, 21402011).

符鑫博(1991-),男,硕士生,研究方向为有机合成.*

,E-mail: isfc@bhu.edu.cn.

O626

A

1008-1011(2016)05-0587-06