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lican8341的博客

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日志

 
 

新型吖啶9磺酰胺衍生物的合成及光谱学性质  

2015-05-05 21:17:12|  分类: 抬头望见北斗星— |  标签: |举报 |字号 订阅

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【摘要】  在吖啶磺酰胺分子中引入杂环安替比林吸电性基团,合成了N对甲基苯磺酰基N(4安替比林)10甲基吖啶9磺酰胺三氟甲基磺酸鎓盐。最终产物与未甲基化的前体分别与模型化合物N对甲基苯磺酰基N苯基10甲基吖啶9酰胺三氟甲基磺酸鎓盐及其前体的紫外可见吸收光谱(UV)、荧光光谱(FL)进行比较。结果表明,引入杂环安替比林使吖啶磺酰胺的UV和FL谱发生了变化,尤其是FL谱的最大激发与发射峰的位置比相应的模型化合物大幅蓝移。最终产物及其前体的最大λex分别为268和274 nm; λem分别为321和327 nm。而模型化合物及前体最大λex分别为365和359 nm; λem分别为504和440 nm。H2O2引发的目标产物的化学发光(CL)在1.1 s完成;化学发光量子产率与模型化合物相当,是Luminol的化学发光效率的5.6倍。

【关键词】  吖啶磺酰胺,杂环取代,紫外光谱,荧光光谱,化学发光

  Abstract  By introducing an electrowithdrawing antipyrine group, N(ptoluenesulfonyl)N(4antipyrine)10methylacridinium9carboxamide triflate was prepared. The UV, FL and CL properties of the target compound and of its precursor were investigated by comparing with those of the model compound N(ptoluenesulfonyl)Nphenyl10methylacridinium9carboxamide triflate and the corresponding precursor respectively. The results show that acridine sulfonamide with a heterocyclic antipyrine group exhibits blue shift of both UV absorption and of maximum excitation wavelength(λex) and emission wavelength(λem) in FL spectra, comparing with the corresponding model compound. The λex of the final target and its precursor are 268 and 274 nm, respectively; and the λem are 321 and 327 nm, respectively, while λex of the model compound and its unmethylated precursor are 365 and 359 nm, respectively; and the λem are 504 and 440 nm, respectively. Moreover, the chemiluminescence of the final target compound triggered by H2O2 could finish within 1.1 s; and the quantum yield is similar to that of the model compound, being 5.6 times high as that of luminol.

  Keywords  Acridine sulfonamide, heterocyclic group, ultraviolet spectrum, fluorescence, chemiluminescence
 
  1 引 言

    吖啶衍生物具有大的共轭体系和非常强的分子内电子转移能力,具有较强的紫外吸收和荧光强度,能嵌入DNA的双链之间,因而作为核酸探针在生物分析中应用广泛[1~4]。而且吖啶酯和吖啶磺酰胺鎓盐是一类量子产率较高的化学发光试剂,在水中溶解性好,稳定且不易水解[5]。常用于环境分析、免疫分析、酶活性分析和标记寡核苷酸片段等,在临床上用于测定细菌、病毒或其它疾病标志物[6~9]。鉴于吖啶衍生物在分析中的广泛应用,对其结构进行修饰获得不同光谱学性质的新化合物,引起了人们的兴趣[2,10~16]。

    吖啶酯和吖啶磺酰胺鎓盐衍生物的离去基团对化学发光动力学起决定作用,还影响发光反应和暗反应(不发光的副反应)的相对比例,从而影响发光效率及吖啶盐的水解稳定性[11]。因此,对离去基团的修饰有望得到光学性能特异的化合物。本实验在吖啶磺酰氨的N原子上引入杂环,以期大幅改变离去基团和发光基团上的电子云密度,从而改变它的紫外可见吸收(UV)、荧光特性(FL)和化学发光(CL)性能,以实现复杂体系中多个被测物的同时分析。

  2 实验部分

  2.1 仪器及试剂

    X4数显熔点仪(上海精科仪器厂); Avance 500核磁共振仪(Bruker 公司); 2400元素分析仪(PerkinElmer公司); 21世纪紫外可见扫描仪(北京普析通用公司); RF5301荧光光谱仪(岛津公司);自组装化学发光仪带色谱工作站联机附件。三氟甲基磺酸甲酯(Aldrich公司);对甲苯磺酰氯、4(N,N二甲基氨基)吡啶(DMAP)、4氨基安替比林、溶剂等均为国产分析纯或化学纯。自合成吖啶9羧酰氯、N对甲基苯磺酰基N苯基吖啶9酰胺、N对甲基苯磺酰基N苯基10甲基吖啶9酰胺三氟磺酸盐,均经1HNMR确认结构。

  2.2 实验方法

    目标化合物N对甲基苯磺酰基N(4安替比林)10甲基吖啶9磺酰胺三氟磺酸盐及其前体化合物的合成路线见图解1。

  2.2.1  4(N对甲基苯磺酰)

  氨基安替比林(3)的合成  化合物3的合成参见文献[9]。淡黄色晶体,产率61%,熔点221~222 °C, 1H NMR(CDCl3)δ 9.89(s, 1H), 7.68(d, J=8.4 Hz, 2H), 7.46~7.35(m, 5H), 7.00(d, J=8.4 Hz, 2H), 3.17(s, 3H), 2.49(s, 3H), 2.41(s, 3H)。IR(KBr): υ(cm-1) 3192(NH), 1668(CO)。EA(C18H19N3O3S) 理论值C 60.49, H 5.36, N 11.76; 实测值C 60.53, H 5.31, N 11.80。
2.2.2  N(对甲基苯磺酰基)N(4安替比林)吖啶9磺酰胺的合成(5)  化合物5的合成参见文献[16]。淡黄色晶体,产率63%,m.p 244~245 ℃。1H NMR: δ 8.45(d, J=8 Hz, 2H), 8.34(d, J=8 Hz, 1H), 8.28(d, J=8 Hz, 1H), 8.20(d, J=8 Hz, 1H), 7.88~7.81(m, 2H), 7.74~7.65(m, 2H), 7.46(d, J=8 Hz, 2H), 7.38(t, J=8 Hz, 1H), 7.32~7.22(m, 3H), 6.67(d, J=8 Hz, 2H), 2.67(s, 3H), 2.51(s, 3H), 1.84(s, 3H)。IR(KBr): υ(cm-1) 1666(CO)。EA(C32H26N4O4S): 理论值C 68.31, H 4.66, N 9.96; 实测值C 68.43, H 4.71, N 9.92。

  2.2.3  N(对甲基苯磺酰基)

  N(4安替比林)10甲基吖啶9磺酰胺三氟甲基磺酸盐(6)  化合物6的合成参见文献[11]。橙红色固体,产率52%,m.p 62~65 ℃。1HNMR: δ 8.63(d, J=8 Hz, 2H), 8.56~8.21(m, 6H), 8.13~7.95(m, 3H), 7.51(t, J=8 Hz, 2H), 7.48(d, J=8 Hz, 2H), 6.84(d, J=8 Hz, 2H), 4.93(s, 3H), 2.95(s, 3H), 2.50(s, 3H), 1.89(s, 3H)。IR(KBr): υ(cm-1) 1670(CO)。EA(C34H29F3N4O7S2): 理论值C 56.19, H 4.02, N 7.71; 实测值C 56.23, H 4.01, N 7.67。

  2.2.4  溶液配制及紫外可见光谱、荧光光谱和化学发光测定  

  分别配制浓度为(5): 26.1 μmol/L、(6): 75.5 μmol/L、(7): 15.9 μmol/L、(8): 81.1 μmol/L的乙腈溶液用作UV和FL光谱扫描。浓度为138 μmol/L化合物6溶液用作CL测定。CL引发试剂参见文献[11]。
  
  3  结果与讨论

  3.1  化合物的UV谱

    为研究安替比林基团对吖啶磺酰胺衍生物UV光谱的影响,选用模型化合物7、8(分子结构见图解2)与5、6 UV图进行比较。图1所示的曲线从a至d分别代表化合物7、5、6、8的UV吸收谱,它们最大吸收峰的位置及摩尔吸光系数见表1。
    如图1所示,化合物5(曲线b)峰形多且不对称,216 和275 nm处为两个肩峰,252 nm处峰形尖锐,吸收最强。化合物6与其前体化合物5比较,化合物6 的UV图(曲线c)中4个峰相互重叠程度较化合物5小,因此它们峰形差别较大。但是各峰的位置和化合物5却有一定的对应关系,但相应峰的摩尔吸光系数ε值比化合物5的各对应峰小。217 nm为苯环的K带吸收;247 nm为吖啶环结构的E带吸收、安替比林苯环及对甲基苯磺酰基团的B带吸收共同作用的结果。但吖啶环的贡献较大,因为E带吸收较B带强。另外化合物6在247 nm波长比物5的对应峰蓝移了5 nm。同样,比较化合物7和8的UV图可见,除了化合物8在291 nm吸收峰外,其它吸收峰比化合物7的相应峰弱。以上两对化合物的UV谱比较表明,10位未甲基化的磺酰胺吸收较强。这是因为甲基化后吖啶环共轭系统缺电子所致。
    
  图1中曲线a和b(化合物7和5)形状相似,但化合物7在275 nm处无吸收峰。化合物5比7在363和252 nm附近两个吸收峰的摩尔吸光系数略小,而在216 nm处的吸光摩尔吸收系数几乎相等。比较化合物6和8的UV吸收曲线(c和d)可知:吸收曲线的峰形有显著差异。化合物8在247 nm无吸收峰,但在此波长附近有255和262 nm两个吸收峰;化合物6比8在217、289和366 nm附近共有峰的吸收系数小,差异可能是由于安替比林基团的吸电子性质所引起的。表1  化合物5,6,7和8在乙腈溶液中的紫外吸收峰的位置及摩尔吸光系数(略)

3.2 化合物的FL谱

    化合物5,6,7和8的激发及发射光谱见图2(同一化合物的激发与发射曲线选用相同的线型,左边为激发谱,右边为发射谱;激发和发射谱的狭缝宽度均设定为10 nm)。  4个化合物的激发与发射峰波长见表2。与预期相符,化合物5和6均有强烈荧光。化合物5的最大激发波长λex=274, 321 nm;其中321 nm处强度最大,设定不同的激发波长测定化合物5的发射光谱发现,其最大发射波长为327 nm,考到激发波长321 nm与发射波长327 nm相近,因此选274 nm为激发波长而未选321 nm。化合物6的最大激发波长λex=268 nm;固定λex=268 nm,最大发射波长λem=321 nm。化合物6的激发和发射峰位置比化合物5均蓝移6 nm。化合物7和8的最大激发波长分别为359与365 nm;分别固定其最大λex进行荧光发射光谱扫描,它们的最大发射波长λem分别为440与504 nm。化合物8比7的荧光激发峰的位置红移6 nm,最大发射峰红移64 nm。表2  化合物5, 6, 7和8的乙腈溶液中的荧光激发及发射峰波长(略)

    比较化合物5和化合物7的荧光激发与发射峰的位置可知:化合物5离去基团上具有吸电性的安替比林基团,最大激发位置比化合物7蓝移85 nm;化合物5的最大发射峰位于327 nm,在417 nm处的发射较弱,而化合物7的最大发射位于440 nm,比较它们在400 nm以上的发射峰:吸电性的安替比林基团使发射峰蓝移了23 nm。同样,化合物6比8的荧光激发及发射峰位置均发生了大幅蓝移,化合物6比8的最大激发峰蓝移97 nm;最大发射峰蓝移183 nm。这表明吖啶磺酰胺衍生物的离去基团中引入吸电子基团,能使其最大激发及发射的位置发生大幅蓝移。

  3.3 化合物6的CL谱

    化合物5及化合物7吖啶环中的氮原子未甲基化成盐,因而未带正电荷,吖啶环上的电子云密度较大,过氧化氢阴离子亲核进攻羰基碳的能力弱,因此发光过程非常缓慢,发光强度难以检测和应用。通常以它的10甲基化产物为发光试剂。实验表明,化合物6是一个强效的化学发光试剂,化学发光的量子产率与模型化合物8相当,是Luminol体系的5.6倍(以面积积分计算)。化合物6的化学发光大约在1.1 s完成,为瞬间发光;在0.5 s时达到最大,比化合物8(1.5 s完成)快,与预期相符。LuminolH2O2CuSO4体系的化学发光(32.3 min)缓慢,目标产物6的化学发光速率快,因此峰形尖锐(见图3),信噪比高,即使在低浓度下也可检测到发光信号。

  4 结 论

    在吖啶磺酰胺的离去基团上修饰吸电子的安替比林基团,使衍生物的紫外吸收减弱;荧光最大激发及发射峰发生大幅蓝移;使化学发光的速度加快,发光的量子产率与模型化合物相当。

    吖啶磺酰胺10位氮原子甲基化成盐后使紫外吸收峰形变得尖锐,吸收位置发生蓝移,吸收强度减弱。本实验合成化合物与其它吖啶磺酰胺相比在荧光光谱、化学发光动力学方面差异很大,提示可以与其它吖啶磺酰胺衍生物联用标记不同探针(或抗体)而用于多组分同时荧光分析或化学发光分析。

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