一种咔唑衍生物及其制备方法和用途与流程

本发明涉及一种杂环化合物，具体涉及一种咔唑衍生物及其制备方法和用途。

背景技术：

在工业生产、科研领域和国防工业等领域，对水含量进行分析以及精确监控有着极其重要的应用。医药、化工、食品、材料等产品中水含量的表征是一项重要指标，常常需要对有机溶剂中的水含量进行测定。因此，研究微量水分的检测方法尤为重要。

目前，对水的含量的分析与检测的方法有很多，如卡尔.费休库伦法、电解法，色谱法等。但是，这些方法存在检测费昂贵、适用范围有限、测试要求苛刻等缺陷。

荧光的光谱法具有方便、快速、高灵敏度和选择性等特点，现在被广泛应用在水含量测定中。其中，具有比率型的荧光探针可以通过荧光强度与波长的位置来判断水含量，故比率型荧光探针分子可以得到快速、灵敏的检测结果，进而提高检测方法的灵敏度和更宽的动态响应范围，在医药、化工、食品、材料等领域有良好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种咔唑衍生物及其制备方法和用途，该咔唑衍生物解决了现有水含量检测方法昂贵、适用范围有限、测试要求苛刻等问题，快速检测水存在，且能够通过荧光强度值定量分析溶剂中水含量，检测限达到85ppm。

为了达到上述目的，本发明提供了一种咔唑衍生物，具有如式(i)所示的结构：

本发明还提供了一种咔唑衍生物的制备方法，该化合物的合成方法包含：

(1)甲苯和2,5-二溴对苯二甲酰氯于有机溶剂中在路易斯酸催化下反应生成2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体；

(2)将2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体与咔唑溶解在有机溶剂中，然后经过钯催化剂和碱性物质作用发生c-n偶联反应(buchwald-hartwig偶联反应)得到所述的咔唑衍生物。

其中，所述的有机溶剂为惰性溶剂。

优选地，在步骤(1)中，所述路易斯酸包含：无水氯化铝；所述惰性溶剂包含：二氯甲烷；所述反应在常温下进行。

优选地，在步骤(1)中，将2,5-二溴对苯二甲酸在氯化亚砜中加热回流，待反应结束，去除过量的氯化亚砜，得到所述的2,5-二溴对苯二甲酰氯；将所述甲苯和路易斯酸溶解于所述的有机溶剂，滴加至2,5-二溴对苯二甲酰氯中室温反应。

优选地，在步骤(1)中，所述2,5-二溴对苯二甲酸、甲苯和路易斯酸的物质的量之比为1：2.2～3.5：2.0～3。

优选地，在步骤(2)中，所述的钯催化剂包含：pd2(dba)3和2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯；所述的碱性物质包含：磷酸钾。

优选地，在步骤(2)中，所述2,5-二溴对苯二甲酰甲苯、咔唑、钯催化剂、磷酸钾的物质的量之比为1：3～10：0.1～0.5：1.6～2.5：8～16。

优选地，在步骤(2)中，所述有机溶剂包含：甲苯；所述反应在加热回流条件下进行。

本发明还提供了一种咔唑衍生物的用途，该咔唑衍生物作为荧光传感探针，用于检测水含量。

本发明的咔唑衍生物及其制备方法和用途，解决了现有水含量检测方法昂贵、适用范围有限、测试要求苛刻等问题，具有以下优点：

本发明的咔唑衍生物，为十字型给-受体型(d-a型)比率式荧光分子，可用于荧光传感探针，以咔唑部分为供电子的咔唑、甲基为给体单元(d)，以缺电子的羰基为受体单元(a)，形成推拉电子的给-受体体系。在微量水存在时，由于荧光分子(咔唑衍生物)对水的敏感性，其荧光强度随着水含量的增加，荧光强度逐渐减弱。通过对其荧光强度信号进行处理，实现荧光测试对水含量的定量检测，检测限可达85ppm，且检测快速。

附图说明

图1为水含量由0到1％在激发波长为390nm处的荧光光谱图。

图2为对水含量由0到1％的检测限计算。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种咔唑衍生物的制备方法，其可用于痕量水的检测，包括以下步骤：

步骤一：中间体2,5-二溴对苯二甲酰甲苯的合成：

其合成路线如下：

将2,5-二溴对苯二甲酸加入到的氯化亚砜(socl2)液体中，加热回流10小时后，真空除去过量的氯化亚砜，得到2,5-二溴对苯二甲酰氯。然后将含有甲苯、催化剂无水三氯化铝的二氯甲烷滴加到2,5-二溴对苯二甲酰氯中。所述2,5-二溴对苯二甲酸、甲苯和路易斯酸的物质的量之比为1：2.2～3.5：2.0～3。反应结束后，冷却至室温，用二氯甲烷对反应液进行萃取，萃取所得有机相依次用饱和食盐水洗涤、无水硫酸镁干燥、过滤，对所得液体进行旋蒸拌样，所得浓缩物进行硅胶柱层析分离，以石油醚/二氯甲烷体为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂后干燥，得到中间产物。

步骤二：目标产物咔唑衍生物

称量上述制备的2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体(ⅳ)、咔唑、pd2(dba)3、ruphos(2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯)、k3po4溶于25ml甲苯中，在惰性气体氛围下，回流反应。其中2,5-二溴对苯二甲酰甲苯、咔唑、钯催化剂、磷酸钾的物质的量之比为1：3～10：0.1～0.5：1.6～2.5：8～16。回流反应温度105-130度，反应时间15-30小时。待反应结束，用氯仿溶液萃取三次，用饱和氯化钠溶液洗涤，合并水相再使用氯仿萃取。最后合并有机相并将其用无水硫酸镁干燥。过滤，滤液经减压浓缩，剩余物用薄层色谱用硅胶柱层析，石油醚/二氯甲烷为液洗脱，溶剂减压蒸发后得到如式(i)的咔唑衍生物。

实施例1制备2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体

将2,5-二溴对苯二甲酸(3.25g,10mmol)加入到40ml的氯化亚砜(socl2)中，加热回流10小时后，真空除去过量的氯化亚砜，得到2,5-二溴对苯二甲酰氯。

将含有甲苯(3.45g,25mmol)、无水三氯化铝(2.67g,20mmol)催化剂的二氯甲烷滴加到2,5-二溴对苯二甲酰氯中，室温反应8小时。

反应结束后，反应液冷却至室温，用二氯甲烷对反应液进行萃取，萃取所得有机相依次用饱和食盐水洗涤、无水硫酸镁干燥、过滤，对所得液体进行旋蒸拌样，所得浓缩物进行硅胶柱层析分离，以石油醚/二氯甲烷体积比6：1的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂后干燥，得到如式(iv)所示2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体3.35g，收率为71％。

结构式确定，物质结构表征如下：¹hnmr(400mhz,cdcl3)：δ7.76(d,j＝8.3hz,4h),7.58(s,2h),7.32(d,j＝8.0hz,8h),2.37(s,6h).ms(maidl-tof-ms):472.17。

实施例2制备2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体

将2,5-二溴对苯二甲酸(3.90g,12mmol)加入到40ml的氯化亚砜(socl2)中，加热回流10小时后，真空除去过量的氯化亚砜，得到2,5-二溴对苯二甲酰氯。

将含有甲苯(4.97g,36mmol)、无水三氯化铝(4.01g,30mmol)催化剂的二氯甲烷滴加到上述2,5-二溴对苯二甲酰氯中，室温反应8小时。

反应结束后，反应液冷却至室温，用二氯甲烷对反应液进行萃取，萃取所得有机相依次用饱和食盐水洗涤、无水硫酸镁干燥、过滤，对所得液体进行旋蒸拌样，所得浓缩物进行硅胶柱层析分离，以石油醚/二氯甲烷体积比6：1的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂后干燥，得到式(iv)所示2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体3.50g，收率为62％。

物质结构表征与实施例1相同。

实施例3制备2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体

将2,5-二溴对苯二甲酸(4.88g,15mmol)加入到50ml的氯化亚砜(socl2)中，加热回流10小时后，真空除去过量的氯化亚砜，得到2,5-二溴对苯二甲酰氯。

将含有甲苯(7.25g,55mmol)、无水三氯化铝(6.01g,45mmol)催化剂的二氯甲烷滴加到上述2,5-二溴对苯二甲酰氯中，室温反应8小时。

反应结束后，反应液冷却至室温，用二氯甲烷对反应液进行萃取，萃取所得有机相依次用饱和食盐水洗涤、无水硫酸镁干燥、过滤，对所得液体进行旋蒸拌样，所得浓缩物进行硅胶柱层析分离，以石油醚/二氯甲烷体积比6：1的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂后干燥，得到式(iv)所示2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体5.60g，收率为79％。

物质结构表征与实施例1相同。

实施例4制备咔唑衍生物

称量上述制备的2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体(ⅳ)(0.94g，2mmol)、咔唑(0.84g，6mmol)、pd2(dba)3(0.18g，0.2mmol)、ruphos(0.75g，1.6mmol)、k3po4(1.70g，8.0mmol)溶于25ml甲苯中，在惰性气体氛围下，加热110℃反应22h。

待反应结束，用氯仿溶液萃取三次，用饱和氯化钠溶液洗涤，合并水相再使用氯仿萃取。最后合并有机相并将其用无水硫酸镁干燥。过滤，滤液经减压浓缩，剩余物用薄层色谱用硅胶柱层析，石油醚/二氯甲烷体积比为10/1的混合溶液洗脱，溶剂减压蒸发后得到如式(i)的咔唑衍生物0.72g，为黄色固体，收率为56％。

结构式确定，物质结构表征如下：¹hnmr(400mhz,cdcl3)：δ8.10(s,2h),7.88(d,j＝7.6hz,4h),7.45-7.42(m,8h),7.22(t,j＝7.6hz,4h),7.13(d,j＝8.4hz,4h),6.63(d,j＝7.6hz,4h),2.10(s,6h)；ms(maidl-tof-ms):644.467。

实施例5制备咔唑衍生物

称量上述制备的2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体(ⅳ)(1.18g,2.5mmol)、咔唑(1.11g，8mmol)、pd2(dba)3(0.73g，0.8mmol)、ruphos(2.33g，5mmol)、k3po4(2.55g，12mmol)溶于25ml甲苯中。在惰性气体氛围下，加热110℃反应22h。

待反应结束，用氯仿溶液萃取三次，用饱和氯化钠溶液洗涤，合并水相再使用氯仿萃取。最后合并有机相并将其用无水硫酸镁干燥。过滤，滤液经减压浓缩，剩余物用薄层色谱用硅胶柱层析，石油醚/二氯甲烷体积比为10/1的混合溶液洗脱，溶剂减压蒸发后得到如式(i)的咔唑衍生物0.74g，为黄色固体，收率为47％。

物质结构表征与实施例4相同。

实施例6制备咔唑衍生物

称量上述制备的2,5-二溴对苯二甲酰甲苯中间体(ⅳ)(1.42g，3mmol)、咔唑(4.18g，30mmol)、pd2(dba)3(1.37g，1.5mmol)、ruphos(0.53g，7.5mmol)，k3po4(10.19g，48mmol)溶于30ml甲苯中。在惰性气体氛围下，加热110℃反应22h。

待反应结束，用氯仿溶液萃取三次，用饱和氯化钠溶液洗涤，合并水相再使用氯仿萃取。最后合并有机相并将其用无水硫酸镁干燥。过滤，滤液经减压浓缩，剩余物用薄层色谱用硅胶柱层析，石油醚/二氯甲烷体积比为10/1的混合溶液洗脱，溶剂减压蒸发后得到如式(i)的咔唑衍生物1.23g，为黄色固体，收率为64％。

物质结构表征与实施例4相同。

实验例7测试荧光急剧淬灭

在水含量在0％到1％，测试荧光急剧淬灭，对水具有很好的灵敏性。进一步验证对微量水的检测限，移取1ml1×10^-4mol/l的溶液滴加到10ml的容量瓶中，再向容量瓶中分别滴加9.00、8.98、8.96、8.94、8.92、8.90的四氢呋喃溶液，最后用蒸馏水定容，则配制出0、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％当量的1×10^-5mol/l的混合溶液。

将上述配制好的不同当量的咔唑衍生物溶液，在390nm处激发，用荧光光谱测试手段研究了0到1％水含量下测试溶液的荧光光谱。如图1所示，为水含量由0到1％在激发波长为390nm处的紫外吸收光谱图，由图1可以看出，随着水含量的增加，发射峰位置并未有明显的移动，但荧光强度逐渐缓慢降低。如图2所示，为对水含量由0到1％的荧光测试的数据处理图，发现该测试能够高灵敏、快速检测微水含量同时，具有很好的比例线性关系，更重要的是其检测限达到85(ppm)。

综上所述，本发明的咔唑衍生物通过对其荧光强度信号进行处理，实现荧光测试对水含量的定量检测，检测限可达85ppm，且检测快速。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。