3,4-苝二羧酸酯类化合物及其合成方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及3, 4-茈二羧酸酯类化合物及其合成方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 茈的羧酸酯类衍生物具有优异的物理及化学性质，对从可见光区到红外区的光均 有比较好的吸收，荧光量子产率很高，而且在常见有机溶剂中有着很高的溶解度，是一类性 能优异的荧光团。以茈的羧酸酯类衍生物作为荧光团的分子探针已经在生物医药、生物化 学、环境科学等领域得到了广泛的应用。因此，茈的羧酸酯类衍生物的合成研究变得尤为重 要。目前，茈的羧酸酯类衍生物的合成研究主要集中于3, 4, 9, 10-茈四羧酸酯类衍生物，继 续反应的位置较少，然而迄今为止，还没有见到涉及3, 4-茈二羧酸酯类化合物及其合成方 法和应用方面的报到。
【发明内容】
[0003] 本发明合成了 3, 4-茈二羧酸酯类化合物，在保留茈的羧酸酯类衍生物优良性质 的同时，增加了可以继续反应的位置，具有重要的理论意义和应用价值。同时，本发明提供 了 3, 4-茈二羧酸酯类化合物的合成方法和应用。
[0004] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0005] 3, 4-茈二羧酸酯类化合物，其结构式（I )如下：
[0007] 其中，R为碳原子不大于6的烷烃基。
[0008] 3, 4-茈二羧酸酯类化合物与常见的茈系衍生物茈二酰亚胺、茈单酰亚胺、茈四羧 酸酯类似均为优异的荧光团，但茈二羧酸酯类相比于茈二酰亚胺、茈单酰亚胺有极好的溶 解性，几乎所有的常见有机溶剂而扩大了应用范围；与其它茈系衍生物相比，其化学反应活 性位点不同，除弯位1，6, 7, 12位作为反应活性位，其端位9, 10也具有相当甚至略强的反应 活性，可与弯位发生不同的反应及选择性反应，作为不对称结构，相比于茈四羧酸酯类其便 于以其设计结构复杂的功能分子。经过进一步衍生化，可以结合多种不同的识别基团，例如 吡啶、稳定自由基、噻吩与喹啉等，可构成具有不同检测作用的荧光分子探针。
[0009] 3, 4-茈二羧酸酯类化合物的合成方法，将茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯类化 合物溶于喹啉中，加入Cu20,无氧条件下回流反应后即得3, 4-茈二羧酸酯类化合物，其中 茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯类化合物的结构式（II )如下：
[0011] 其中，R为碳原子不大于6的烷烃基。成功制备了 3, 4-茈二羧酸酯类化合物，合 成方法简单，产率可达到60%以上，适于工业化生产。
[0012] 合成路线为：
[0014] 其中，R为碳原子不大于6的烷烃基。
[0015] 优选的，步骤为：
[0016] (1)制备茈_3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯类化合物；
[0017] (2)将制备的茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯类化合物溶于喹啉中，加入Cu20， 无氧条件下回流反应；
[0018] (3)分离纯化后即得3, 4-茈二羧酸酯类化合物。
[0019] 进一步优选的，步骤（2)中的喹啉经过减压蒸馏制得。减少了杂质的引入，降低了 副反应的发生。
[0020] 进一步优选的，所述回流反应的时间为12-56h ;优选为24-48h。使得反应能够充 分进行，反应效果最佳。
[0021] 进一步优选的，步骤（2)中茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯类化合物与Cu20的 摩尔比为1:0. 1-10,优选1:0. 5-3。保证茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸酯类化合物的转化 率。
[0022] 进一步优选的，步骤（3)中的分离纯化的具体步骤为，将步骤2中反应后的溶液倾 入酸性水溶液中，形成沉淀，抽滤、洗涤、干燥得粗产品，粗产品进行硅胶柱层析得到产物。 进一步提尚广品的纯度。
[0023] 更进一步优选的，酸性水溶液的浓度为1-10 4mol/L，优选10 ^10 2mol/L，用量为 溶剂体积的2-15倍，优选3-5倍。能够将3, 4-茈二羧酸酯类化合物萃取出来。
[0024] 更进一步优选的，所述酸性水溶液为无机酸水溶液或有机强酸水溶液；无机酸优 选为盐酸、硫酸或硝酸；有机强酸优选为甲酸或乙酸。能够更好的将3, 4-茈二羧酸酯类化 合物萃取出来。
[0025] 3, 4-茈二羧酸酯类化合物在荧光分子探针中的应用。
[0026] 本发明的有益效果为：
[0027] 1.本发明成功合成了 3, 4-茈二羧酸酯类化合物，反应条件温和，反应步骤简单， 反应的选择性高，产率可达到60 %以上，且极易提纯，适于工业化生产；
[0028] 2.合成的3, 4-茈二羧酸酯类化合物具有优良的溶解性，可溶于几乎所有的常见 有机溶剂，并且荧光量子产率较高，具有良好的化学、热及光化学稳定性，作为荧光团，可具 有更广泛的应用范围；
[0029] 3.合成的不对称结构的3, 4-茈二羧酸酯类化合物具有更多的反应位点，除弯位 1，6, 7, 12位作为反应活性位，其端位9, 10也具有相当甚至略强的反应活性，可与弯位发生 不同的反应及选择性反应，可以进行多种衍生化反应，能设计结合多种功能集团的复杂结 构，实现相应功能。
【附图说明】
[0030] 图1为实施例1中产品A的核磁氢谱；
[0031] 图2为实施例1中产品A的质谱；
[0032] 图3为实施例1中产品A的UV-vis紫外可见光谱；
[0033] 图4为实施例1中产品A的荧光谱图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0035] 实施例1
[0036] 将600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸正丁酯溶于30毫升新蒸喹啉中，加入 500毫克Cu20,无氧条件下，回流反应48小时，将反应后的溶液倾入100毫升0. 1摩尔/升 的硫酸水溶液中，形成沉淀，抽滤、洗涤、干燥得粗产品。粗产品进行硅胶柱层析，淋洗液为 二氯甲烷。得到产物A367毫克，产率61 %。
[0037] 产物A的结构表征如图1-2所示，
[0038] 氢谱共分为三个部分：化学位移从1到2,这里是3, 4-茈二羧酸酯类化合物中酯 基上的烷基链上的氢，由左向右依次为β，γ，S氢；4到5为酯基上的烷基链上的α氢；7 到9之间共有四组峰，其中7. 26为⑶(：13的溶剂峰，从右向左依次为8位的三重峰，9位的 双重峰，5位的双重峰，以及6, 7位的多重峰。因为3, 4-茈二羧酸酯类化合物为左右对称， 所以右侧的峰与左侧的完全重合。质谱是以ESI离子源，正离子模式下得出，因为3, 4-茈 二羧酸酯类化合物的酯基官能团，使之呈现加钠峰475. 1860。
[0039] 对产品A进行的吸收、发射性质进行了测试如图3-4所示，UV-vis紫外可见光谱 与荧光光谱都是用浓度为10 5mol · L 1的二氯甲烷溶液测试，UV-vis紫外可见光谱最大吸 收波长为458. OOnm，吸光强度为0. 169 ;荧光激发波长为458. 97,激发波长为495. 97nm，荧 光强度为218. 5188。荧光量子产率为0.54。
[0040] 实施例2
[0041] 将600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸正丙酯溶于20毫升新蒸喹啉中，加入 300毫克Cu20,无氧条件下，回流反应40小时，将反应后的溶液倾入80毫升0. 05摩尔/升 的盐酸水溶液中，形成沉淀，抽滤、洗涤、干燥得粗产品。粗产品进行硅胶柱层析，淋洗液为 二氯甲烷。得到产物B 378毫克，产率63%。
[0042] 实施例3
[0043] 将600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸正戊酯溶于25毫升新蒸喹啉中，加入 600毫克Cu20,无氧条件下，回流反应52小时，将反应后的溶液倾入90毫升0. 08摩尔/升 的硝酸水溶液中，形成沉淀，抽滤、洗涤、干燥得粗产品。粗产品进行硅胶柱层析，淋洗液为 二氯甲烷。得到产物C 396毫克，产率66%。
[0044] 实施例4
[0045] 将600毫克茈-3, 4-酸酐-9, 10-茈二羧酸甲酯溶于20毫升新蒸喹啉中，加入300 毫克Cu20,无氧条件下，回流反应38小时，将反应后的溶液倾入80毫升0. 1摩尔/升的甲 酸水溶液中，形成沉淀，抽滤、洗涤、干燥得粗产品。粗产品进