一种4′‑吡啶基嘧啶类化合物及其合成方法与应用与流程

本发明属精细有机合成技术领域，涉及4′-吡啶基嘧啶荧光探针及其制备方法以及用于铜离子的荧光检测。具体涉及4′-吡啶基嘧啶类化合物及其合成方法和应用。

背景技术：

cu²⁺是人体必需的微量元素之一，它在人体中通常以铜蛋白的形式存在。它一种非常重要的生物催化剂，而且它在人体的造血作用，血管壁软化和激素分泌中都扮演着十分重要的作用。过多的铜离子的摄入和富集则会使人体慢性中毒，肝脏等器官严重受损。过去常规的分析检测方法由于灵敏度低和操作复杂等缺点不能对生物体内的铜离子进行有效及时的检测，荧光分析法凭借高度的选择性、高度的灵敏度、快速的响应性等优点已经逐渐成为研究的热点。

近年出现了许多的有机小分子荧光探针的合成研究以及其用于cu²⁺检测的报道，如：1-(2-羟基苯基)-4-(9-蒽基)-3-苯并噻唑基吡唑啉，(e)-4-(4-(双吡啶甲基胺)苯乙烯基)氰基苯等。但是还没有合成4′-吡啶基嘧啶化合物并把它用于cu²⁺离子检测的相关报道。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种4′-吡啶基嘧啶类化合物，满足使用需求。本发明的另一目的是提供一种上述4′-吡啶基嘧啶化合物的合成方法。本发明还有一目的是提供该化合物的应用。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

4′-吡啶基嘧啶类化合物，为6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺，其结构式为：

所述的4′-吡啶基嘧啶类化合物合成方法，包括如下工艺步骤：

1)异长叶烷酮与4-吡啶甲醛进行羟醛缩合，得到7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮。

2)7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮与盐酸胍进行缩合反应，得到6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺。

步骤1)中，异长叶烷酮与4-吡啶甲醛进行羟醛缩合得到7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮，具体的制备方法包括：

(1)将0.1mol异长叶烷酮、0.1～0.15mol的4-吡啶甲醛、0.2～0.3mol乙醇钠和0.1～0.3l乙醇依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在氮气保护下在0～100℃范围内进行反应。

(2)反应物用0.4l-0.6l乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，然后再用饱和食盐水洗涤数次，直至中性，有机相用无水硫酸钠干燥；过滤浓缩回收溶剂，得到7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮。

(3)7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮粗产物用乙醇-乙酸乙酯进行重结晶，得到纯度很高的7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮。

步骤2)中，在乙醇钠作用下7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮与盐酸胍反应，得到6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺，具体的制备方法包括：

(1)将0.1mol7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮、0.3～0.5mol盐酸胍、0.1～1.0mol乙醇钠、0.1-0.5l乙醇依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在氮气保护下加热回流反应8h，用gc跟踪检测，至7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮转化率达到95％后终止反应。

(2)反应物用0.1-0.3l乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，然后再用饱和食盐水洗涤数次，直至中性，有机相用无水硫酸钠干燥；过滤浓缩回收溶剂，得到6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺粗产品。

(3)6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺粗产品用乙醇-乙酸乙酯进行重结晶，得到较纯的6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺，是白色针状晶体。

所述的4′-吡啶基嘧啶类化合物在检测cu²⁺中的应用。

所述的4′-吡啶基嘧啶类化合物作为荧光探针的应用。

所述的4′-吡啶基嘧啶类化合物作为荧光探针在检测cu²⁺中的应用。

本发明用天然可再生资源-松节油的衍生物异长叶烷酮为原料，与4-吡啶甲醛反应生成7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮；7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮再与盐酸胍进行缩合反应得到6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺；发现该化合物能特异性的识别铜离子，可作为检测铜离子的荧光探针。

有益效果：与现有技术相比，本发明的利用天然可再生资源-松节油的衍生物异长叶烷酮为原料制备出新型的4′-吡啶基嘧啶类化合物；能特异性的识别铜离子，能专一性的与cu²⁺离子络合，产生蓝色荧光的猝灭，因此该化合物可作为检测铜离子的荧光探针，具有很好的实用性。

附图说明

图1是6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺与不同浓度的铜离子络合的荧光强度结果图。

图2是6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺与不同金属离子络合前后荧光变化的结果图；图中，a-日照下化合物加入不同金属离子的前后照片b-360nm紫外灯下化合物加入不同金属离子前后照片。

图3是6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-亚甲基桥苯并-2-喹唑啉胺与铜离子猝灭的其他金属离子的干扰图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

4′-吡啶基嘧啶类化合物的合成方法，合成过程为：

具体步骤如下：

1)7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮的制备：

将8mmol异长叶烷酮、12mmol4-吡啶甲醛、16mmol乙醇钠和30ml乙醇依次配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在80-90℃下加热至回流进行反应，反应5h左右至异长叶烷酮转化率达95％以上(gc跟踪检测)。反应物用25ml乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，然后再用饱和食盐水洗涤数次，直至中性，有机相用无水硫酸钠干燥；过滤浓缩回收溶剂，得到7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮；用乙醇-乙酸乙酯进行重结晶，得到无色透明的7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮，得率为86.9％，纯度为98.2％，熔点为88.5-88.6℃；ft-ir(kbr,cm^-1)ν:2965,2933,2874,1672,1588,1467,1411,1364,1233,1186,957,814,787；¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ:0.85(s,3h),0.87(s,3h),0.95～1.01(m,1h),1.06(s,3h),1.24(s,3h),1.32(d,j＝4hz,1h),1.50～1.57(m,1h),1.63～1.70(m,1h),1.79～1.88(m,3h),2.00(d,j＝4hz,1h),2.56(d,j＝16hz,1h),2.82～2.87(m,1h),7.30(d,j＝8hz,2h),7.39(s,1h),8.63(d,j＝8hz,2h)；¹³cnmr(100mhz,cdcl3)δ:23.99,24.49,25.40,25.49,28.13,30.19,31.59,37.52,41.33,44.80,47.95,55.46,62.88,124.10,133.12,134.25,139.16,143.30,149.73,149.95,202.04；eimsm/z(％):309(m⁺,100),294(52),280(12),266(37),252(63),238(50),135(37),93(63)；hrms(m/z):[m+h]⁺calcdforc21h27no+h⁺,310.2171；found,310.2171。

2)6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺的制备：

将5mmol7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮、20mmol盐酸胍、30mol乙醇钠、60ml乙醇依次加入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，在80-90℃下加热至回流进行反应，反应20h左右至7-(吡啶-4′-基-亚甲基)异长叶烷酮转化率达95％以上(gc跟踪检测)。反应物用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，然后再用饱和食盐水洗涤数次，直至中性，有机相用无水硫酸钠干燥；过滤浓缩回收溶剂得到6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺粗产品，再用乙醇-乙酸乙酯进行重结晶，得到白色针状晶体6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺，得率84.7％，纯度为97.6％，熔点为272.2-272.4℃；ft-ir(kbr,cm^-1)ν:3327,3156,2960,2925,2872,1647,1567,1544,1465,1407,1386,1213,998,825,793；¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ:0.65(s,3h),0.77(s,3h),0.97(s,3h),1.12(s,1h),1.24(s,3h),1.36(s,3h),1.49～1.56(m,1h),1.61～1.65(m,1h),1.71(d,j＝8hz,1h),1.76(s,1h),1.90(t,j＝8hz,1h),2.07～2.13(m,1h),2.31(s,1h),2.69(d,j＝16hz,1h),4.98(s,2h),7.42(d,j＝4hz,2h),8.70(d,j＝8hz,2h)；¹³cnmr(100mhz,cdcl3)δ:23.16,24.34,24.95,25.59,26.10,28.56,29.88,30.33,32.86,37.46,39.32,44.63,48.20,55.45,58.13,116.38,123.59,146.56,150.04,160.65,163.57,170.86；eimsm/z(％):348(m⁺,100),333(17),319(30),266(76),251(14),237(10),105(7),78(6)；hrms(m/z):[m+h]⁺calcdforc22h28n4+h⁺,349.2392；found,349.2393。

实施例2

将实施例1得到的6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺配制成1×10^-5m的hepes缓冲溶液(20mm,ph＝7.2,80％(v/v)c2h5oh)，将cu²⁺离子用相同的hepes缓冲液配成浓度为0.1～1.0×10^-4m的溶液。测得不同浓度的cu²⁺离子对6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺的荧光强度，然后对450nm处的荧光强度进行线性拟合，得到如图1所示的直线，进一步通过公式计算得出该化合物对铜离子的检测限低至4×10^-8m。

实施例3

将6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺溶于纯乙醇中，配制成浓度为1×10^-5m的溶液，其溶液在日光灯下为无色透明的状态，随着1.5×10^-4m的不同的金属离子的加入，溶液颜色没有发生明显的改变，然后在365nm紫外灯下观察，如图2所示，加入cu²⁺离子的溶液其蓝色荧光已经消失，而通过加入等量的其他金属离子，如hg²⁺,al³⁺,ag⁺,la³⁺,pb²⁺,fe³⁺,fe²⁺,cr³⁺,co²⁺,zn²⁺等离子对比，化合物的荧光没有发生明显的改变，说明化合物可以作为一种有效识别cu²⁺离子的荧光探针。

实施例4

在配置好的6,6,10,10-四甲基-4-(吡啶-4′-基)-5,7,8,9,10,10a-六氢-6h-6a,9-桥亚甲基苯并-2-喹唑啉胺(1×10^-5m)的hepes缓冲液(20mm,ph＝7.2,80％(v/v)c2h5oh)中，加入浓度为1×10^-4m的cu²⁺hepes缓冲液，然后分别加入与cu²⁺等摩尔量的其他金属离子hg²⁺,al³⁺,ag⁺,la³⁺,pb²⁺,fe³⁺,fe²⁺,cr³⁺,co²⁺,zn²⁺测试其荧光强度，结果如图3所示，其他金属离子的加入不会影响铜离子的荧光猝灭效应。