宋玉梅

（西华师范大学，四川 南充 637000）

阴离子在生物系统中无处不在，在制药、生物学和环境科学等领域也发挥着非常重要的作用[1-2]。基于阴离子引起荧光变化的阴离子选择性受体和化学感受器的研究已引起了广泛的关注。在过去的几十年里，人们做了大量的努力来设计新的化学传感器，包括显色传感器和荧光化学传感器，以快速高效识别阴离子。与阳离子相比，阴离子具有较低的电荷密度、复杂的几何形状、且体积较大，因此对阴离子的选择性识别具有更大的挑战性。

含咪唑基团的主体化合物对阴离子的识别得到了积极的研究。咪唑环2-位碳氢（C2-H）具有一定的酸性，咪唑鎓环蕃的空腔能与阴离子形成氢键，是一种良好的氢键供体。近几十年来，咪唑鎓环蕃一直是超分子化学研究的热门领域之一。随着对咪唑鎓环蕃化合物的深入研究，人们发现，不同的咪唑鎓环蕃化合物具有不同的空腔结构，而不同的空腔结构具有各自的结构优势和性能特点。利用环蕃独特的空腔结构，可以使主体化合物与外来分子或离子，形成配位化合物或超分子自组装体系，从而到达主体化合物可以选择性识别客体分子、离子的能力。

相关课题组报道了一系列基于咪唑类环蕃的超分子化学的阴离子识别主体，对无机阴离子，如F-，Br-，H2PO4-等，和生物有机阴离子，如ATP，GTP等，取得了较好的研究成果。本文选用与阴离子结合较强的咪唑鎓环蕃和比较常见的冠醚类化合物为识别位点，设计合成了一种结构新颖的咪唑鎓环蕃。

1 实验部分

1.1 实验药品

联苯，氯化锌，四丁基溴化铵，盐酸，氢氧化钠，石油醚，甲酸，二氯甲烷，1，2-二溴乙烷，无水碳酸钾，间苯二酚，三氯甲烷，四氢呋喃，氢化钠，乙腈，咪唑，碳酸氢铵，甲醇，氨水，无水硫酸镁等均为分析纯（A.R.）。

THF：加金属Na及二苯甲酮回流到变色，蒸馏。无水乙腈：用P2O5回流，蒸馏。

1.2 实验仪器

W210恒温水浴锅；R-201型旋转蒸发仪；DF-101S集热式磁力搅拌器；Brucker-400型核磁共振仪；Nicolet 6700傅立叶红外光谱仪;Bruker micrOTOF-Q II质谱仪

1.3 实验步骤

1.3.1 中间产物1的合成

准确称取1 g（0.65mmol）联苯、1.6 g（11.5mmol）氯化锌、12.5 mg（0.4mmol）四丁基溴化铵、7.5mL浓盐酸及5mL甲酸加入干燥的三颈烧瓶中，搅拌状态下通入新制的干燥的氯化氢气体，升温至90℃后搅拌4h。待反应体系冷却至室温后，用氯仿萃取三次。再用饱和食盐水萃取以除去无机物。有机层用无水硫酸镁除水，过滤，浓缩滤液。浓缩液经硅胶柱层析（洗脱剂：V二氯甲烷∶V正己烷=4∶1） 分离提纯得中间产物 1（见图1），收率：68%，1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.58（d，4H，Ph-H），7.47（d，4H，Ph-H），4.64 （s，4H，-CH2-）。

图1 中间产物1的合成路线

1.3.2 中间产物2的合成

在干燥的三颈瓶中，加入20 mL乙腈，10 mL1，2-二溴乙烷，搅拌下加入6g（40mmol）无水碳酸钾。氮气保护下加入1g（10mmol）间苯二酚，回流反应。反应完后除去溶剂及未反应完的1，2-二溴乙烷，加入适量NaOH溶液搅拌半小时，调节pH=8～9，用氯仿萃取三次。萃取液用无水硫酸镁干燥，过滤后浓缩滤液。浓缩液经硅胶柱层析（VPE∶VCH2Cl2=4∶1） 分离提纯，得白色固体 2。产率：57%，1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.20（t，1H，Ph-H），6.55（d，2H，Ph-H），6.51（t，1H，Ph-H），4.28（t，4H，-CH2-），3.64 （t，4H，-CH2-）。

1.3.3 中间产物3的合成

在干燥的三颈瓶中，加入2.6g（100mmol）氢化钠和10mL四氢呋喃，氮气保护。将6.1g（90mmol）咪唑溶于25mL四氢呋喃溶液中，再缓慢滴加到三颈瓶中，室温搅拌半小时后升温到60℃，缓慢滴加含9.7g（30mmol）化合物2的四氢呋喃。反应结束后，加入少量无水乙醇除去未反应的氢化钠，再减压除去溶剂得到油状物，在搅拌状态下，将油状物倒入冰水中，析出浅黄色固体。将淡黄色固体用PE-CHCl3重结晶后得白色固体3（见图2）。1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ： 7.69（s，2H，Im-H），7.19（t，1H，Ph-H），7.10（s，2H，Im-H），7.06（s，2H，Im-H），6.51（dd，2H，Ph-H），6.39（s，1H，Ph-H），4.35（t，4H，-CH2-），4.21（t，4H，-CH2-）。

图2 中间产物3的合成

1.3.4 目标化合物咪唑鎓环蕃4的合成

将1.0 g（4mmol）4，4’-二氯甲基联苯溶于20mL氯仿中，将1.2g(4mmol）二咪唑化合物2溶于20mL乙腈中，分别同时缓慢将两种溶液滴入30mL乙腈中，回流反应48 h，除去乙腈得白色固体。白色固体溶解后经硅胶柱层析（洗脱剂：V甲醇∶V氨水∶V饱和碳酸氢铵溶液=5∶2∶0.5） 分离提纯。将得到的固体用水溶解，过滤，将滤液滴入饱和六氟磷酸铵溶液中，析出白色沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到目标化合物咪唑鎓环蕃4（见图3），产率:43%。1H NMR （400 MHz，DMSO） δ：9.35（s，2H，Im-H），7.81-7.80（d，4H，Im-H），7.68-7.66（d，4H，Ph-H），7.48-7.46（d，4H，Ph-H），7.20-7.16（m，1H，Ph-H），6.55-6.53（d，2H，Ph-H），6.46（s，1H，Ph-H），5.45（s，4H，-CH2-），4.55（s，4H，-CH2-），4，30（t，4H，-CH2-）。13C NMR（100 MHz，DMSO）δ：159.25，140.17，137.03，134.80，130.58，129.44，127.75，123.71，122.84，107.87，102.30，66.04，56.50，52.05，49.02，19.03。

1.3.5 阴离子识别性能测试

图3 目标化合物的合成

通过荧光发射光谱研究了咪唑鎓化合物4及其与不同阴离子 F-，Cl-，Br-，I-，CH3COO-，NO3-，HSO4-和H2PO4-之间的相互作用。在乙腈溶液中，以260nm光作为激发光时，化合物4在308 nm处有一个较强的荧光发射峰（见图4）。在咪唑鎓化合物4的乙腈溶液中分别加入F-，Cl-，Br-，I-，CH3COO-，NO3-，HSO4-和 H2PO4-阴离子的乙腈溶液后，只有H2PO4-的加入使得主体化合物在308 nm处的荧光强度显著增强，而其它阴离子的加入只引起荧光强度的微小变化。

图4 化合物4的荧化光谱图

2 结语

已有文献报道了一系列咪唑类环蕃，并研究了其对卤素阴离子和复合阴离子的识别作用。研究证实含咪唑环的环蕃化合物是一类良好的阴离子受体。本文以间苯二酚和联苯为原料，采用比较简单的一锅法设计合成了新型的氧杂咪唑鎓环蕃主体化合物。该化合物中添加了氧原子，增加了环的可变形性和较多的识别位点。荧光测试结果表明，主体化合物4对H2PO4-具有一定的选择性响应，有可能作为识别H2PO4-的荧光探针。