任 振, 席海涛, 缪春宝, 孙小强

(江苏工业学院 精细化工重点实验室,江苏 常州 213164)

近几年来，以蔗糖为原料经过化学或生物途径开拓蔗糖非食品用途所占的比例在逐渐增加[1～3]。瑞典糖业公司开发的生物活性碳水化合物可治膀胱炎，日本C.S.KK制药公司开发了硫糖铝，英国塔莱公司开发的蔗糖酯洗涤剂，美国Kelco公司开发的黄原胶等，都已投入商业化生产[4]。以蔗糖为原料加工的产品，最大优点是无毒、安全性好，符合当前绿色化学和可持续发展的要求[5]。香豆素类化合物不仅具有优良的生理活性[6]，而且具有优异的光学特性，是很好的荧光增白剂、激光燃料、荧光探针和非线性光学材料[7，8]。

本文以蔗糖和7-羟基-4-甲基香豆素(1)为原料，通过蔗糖的酯化和醚化反应[9～13]，成功的合成了新颖的具有荧光功能的单羟基取代的蔗糖香豆素酯(3a)和单羟基取代的蔗糖香豆素醚(3b, Scheme 1),其结构经1H NMR, IR和LC-MS表征。并对其荧光性能进行了考察，研究结果表明，3a和3b均具有较强的荧光强度，且荧光强度对pH的变化较为敏感，可选择性地识别Fe3+。

3a,3b

Comp3a3b-ORO-OOH or OOO-OOH or OHOOO

Scheme1

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

XT4-100X型显微熔点仪(温度未校正)；Bruker ARX-500 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂,TMS为内标)；FT-IR型红外光谱仪(KBr压片)；岛津LCMS-2010EV型液相色谱质谱仪(LC-MS); VARIAN-CARY型荧光光谱仪(293 K,λex=315 nm, 激发电压600 V，激发狭缝5 nm，发射狭缝为5 nm)。

所用试剂均为市售分析纯。

1．2 合成

(1) 7-氧代-4-甲基香豆素乙酸甲酯(2a)的合成[14]

在三口瓶中加入1 1.41 g(8 mmol),溴乙酸甲酯1.23 g(8 mmol), K2CO3(粉)1.12 g(8 mmol)和丙酮30 mL，搅拌下回流反应2 h。过滤，滤液旋除溶剂，残余物用无水乙醇重结晶得白色固体2a0.86 g，收率43%, m.p.160.6 ℃～160.9 ℃;1H NMRδ: 7.54(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 6.92(dd,J=8.8 Hz, 2.6 Hz, 1H, ArH), 6.78(d,J=2.6 Hz, 1H, ArH), 6.17(s, 1H, CH), 4.71(s, 2H, CH2), 3.83 (s, 3H, OCH3), 2.41 (s, 3H, CH3)。

(2) 7-甲氧基-4-甲基香豆素-1,2-环氧丙烷(2b)的合成[15]

在三口瓶中加入1 3.5 g(20 mmol),无水乙醇100 mL和KOH 1.4 g(25 mmol)的水(5 mL)溶液,搅拌30 min后缓慢滴加环氧氯丙烷20 mL(255 mmol)，滴毕，于55 ℃～60 ℃反应3 h。倒入烧杯中，加水至不再析出白色沉淀为止，过滤，滤饼用无水乙醇重结晶得白色固体2b2.62 g，产率56%, m.p.124.0 ℃～125.0 ℃;1H NMRδ: 7.71(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 7.02(s, 1H, ArH), 7.01 (d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 6.22(s, 1H, CH), 4.48(dd,J=10.0 Hz, 2.5 Hz, 1H, ArOCH2), 3.96(dd,J=10.0 Hz, 5.0 Hz, 1H, ArOCH2), 3.36～3.37(m, 1H, OCH), 2.86～2.88(m, 1H, OCH2), 2.73～2.74(m, 1H, OCH2), 2.40(s, 3H, CH3)。

(3) 蔗糖香豆素酯(3a)的合成

在三口瓶中加入蔗糖0.34 g(1 mmol),2a0.124 g(0.5 mmol), K2CO30.02 g(0.15 mmol)和干燥的DMF 2 mL,搅拌下于室温反应3 h(TLC跟踪)。反应混合物经柱层析[洗脱剂:A=V(丙酮) ∶V(乙酸乙酯) ∶V(乙酸) ∶V(水)=2.5 ∶7.0 ∶0.6 ∶0.5]分离，旋去溶剂得白色固体3a0.11 g,收率37%;1H NMRδ: 7.70(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 7.00(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 6.99(s, 1H, ArH), 6.22(s, 1H, CH), 5.18(d,J=5.0 Hz, 1H, CH1g), 4.97(m, 2H, OCH2), 4.37～3.05(m, 13H), 2.39(s, 3H, CH3); IRν: 3 417, 2 924, 2 854, 1 721, 1 615, 1 561, 1 153, 1 057, 941, 850 cm-1; MSm/z: 581{[M+Na]+}。

(4) 蔗糖香豆素醚(3b)的合成

在装有搅拌的小试管中投入蔗糖1.36 g(4 mmol)和H2O 0.4 mL(形成80%蔗糖黏液),2b0.46 g(2 mmol), NMM(N-甲基吗啉)0.06 g(0.59 mmol)和CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)0.2 g(0.55 mmol),搅拌下于110 ℃反应6 h(TLC跟踪)。反应混合物经柱层析[洗脱剂:A=2.5 ∶8.0 ∶0.5 ∶0.4]分离分离，旋去溶剂得白色固体3b0.26 g,收率23%;1H NMRδ: 7.69(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 7.00(d,J=8.8 Hz, 1H, ArH), 6.96(s, 1H, ArH), 6.20(s, 1H, CH), 5.18(d,J=5.0 Hz, 1H, CH1g), 4.16～3.36(m, 18H), 2.39 (s, 3H, CH3); IRν: 3 395, 2 928, 1 576, 1 422, 1 138, 1 052, 923, 849 cm-1; MSm/z: 597{[M+Na+}。

2 结果与讨论

2.1 3的结构确定

1H NMR分析结果表明，3a和3b均在5.18处出现葡萄糖1-位次甲基质子信号峰[16]，其积分面积与低场区域7.70(7.69)处出现的苯环质子峰的积分面积比为1 ∶1，由此可知3a为单羟基取代的蔗糖香豆素酯,3b为单羟基取代的蔗糖香豆素醚。

2.2 2与3的荧光发射光谱比较

测定1.0×10-4mol·L-12(或3)乙醇溶液的荧光光谱(图1)。从图1可以看出，与2比较，3的最大发射波长发生了红移且荧光强度大大加强。 其原因可能是香豆素被蔗糖包裹，分子刚性增大，受光激发时香豆素分子的骨架振动减弱，导致吸收的光子能量以非辐射形式损耗较少，从而使3的荧光量子产率比2高。

2.3 3的荧光强度与浓度的对应关系

以乙醇为溶剂，考察3的浓度对荧光强度的影响，结果见图2。由图2可知，在较低浓度下荧光强度随浓度的增加而增加，c(3a)为8.0×10-5mol·L-1时荧光强度达到最大值，之后随浓度的增大而减小直至猝灭。c(3b)为1.3×10-4mol·L-1时荧光强度达到最大值，之后随浓度的增大而减小直至猝灭。这主要是因为在低浓度的溶液中体系中的分子之间的碰撞产生的动态猝灭可以忽略。相反在高浓度的溶液中体系分子之间通过分子碰撞产生自猝灭。

λ/nm

λ/nm图 1 2和3的荧光光谱图*Figure 1 Fluorescence spectra of 2 and 3*以乙醇为溶剂,c=1.0×10-4 mol·L-1

c(3a)/×10-6 mol·L-1

c(3b)/×10-6 mol·L-1图 2 c(3)对荧光强度的影响*Figure 2 Effect of c(3) on fluorescence intensity*以乙醇为溶剂

pH

pH图 3 pH值对3荧光强度的影响*Figure 3 Effect of pH value on fluorescence intensity of 3*以乙醇为溶剂,c(3)=3.0×10-5 mol·L-1

2.4 pH对3的荧光性能的影响

以乙醇为溶剂，c(3)=3.0×10-5mol·L-1，考察pH对3的荧光性能的影响，结果见图3。从图3可以看出，3的荧光强度均随溶液的酸度强弱变化 ，且酸性越强荧光强度越强。由于生命活动过程通常只能在一定的pH范围内进行，因而这种与pH值相关且无毒的荧光功能化合物，对于生物体内微环境的pH测定具有潜在的应用价值。

2.5 3对Fe3+的识别

以乙醇为溶剂，c(3)=3.0×10-5mol·L-1,滴加1倍当量的金属离子(M=Fe3+, Zn2+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Hg2+, Cr3+和Mn2+),考察3对M的识别能力。实验结果表明，只有加入Fe3+时，乙醇溶液的荧光强度出现不同程度的减弱;其余M对荧光强度无明显影响。进一步考察3对Fe3+的识别能力，结果见图4。由图4可知，乙醇溶液的荧光强度随着Fe3+浓度的增加而减弱，当Fe3+当量增加到20倍时，其荧光强度接近完全猝灭。因此3对Fe3+能较好识别。3在寻找识别Fe3+的无毒荧光探针方面具有潜在的应用价值。

λ/nm图 4 3对Fe3+的识别*Figure 4 Identification ability of 3 on Fe3+*以乙醇为溶剂,c(3)=3.0×10-5 mol·L-1

3 结论

合成了未见文献报道的单羟基取代的蔗糖香豆素酯和单羟基取代的蔗糖香豆素醚,其荧光量子产率高于对应的香豆素衍生物，且荧光强度随pH值的增大变弱;能较好识别Fe3+。这些特性为研究生物体内的荧光示踪提供了实验基础。在蔗糖上引入无毒的荧光基团，丰富了蔗糖深加工产品的种类。

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