5，6-二甲氧基-1，2-茚二酮的合成及其在潛在手印顯現(xiàn)中的應(yīng)用

趙雅彬，羅亞平，韓國強(qiáng)，郭 威

(中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100038)

茚酮類化合物具有獨(dú)特的分子活性，廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物、藥物、顯色劑和精細(xì)化學(xué)品合成［1－3］。其中，由于其對手印汗液中氨基酸的特異性識(shí)別效果，在法庭科學(xué)領(lǐng)域常被作為紙張等非滲透性客體潛在手印的顯現(xiàn)試劑。

茚酮類似物作顯現(xiàn)試劑具有很長歷史。瑞典學(xué)者Oden首次提出利用茚三酮(Ⅰ)與汗液手印中的氨基酸發(fā)生Ruhemann’s顯色反應(yīng)，達(dá)到顯現(xiàn)潛在手印的目的［4］。但此方法顯現(xiàn)出的手印僅能通過肉眼分辨，反差較小，即使再以金屬離子二次增強(qiáng)使其產(chǎn)生熒光，顯現(xiàn)效果仍不理想。為此，眾多研究小組開展了Ⅰ結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，設(shè)計(jì)并合成了大量Ⅰ的類似物，并成功應(yīng)用于潛在手印顯現(xiàn)中［5］。如 Pounds等［6］通過修飾Ⅰ的分子結(jié)構(gòu)，合成了潛在手印顯現(xiàn)劑1，8-diazafluoren-9-one(DFO)。DFO與氨基酸反應(yīng)的產(chǎn)物可在綠光(500 nm～550 nm)激發(fā)下發(fā)射強(qiáng)烈熒光，顯現(xiàn)靈敏度遠(yuǎn)高于Ⅰ。但由于DFO合成比較困難，價(jià)格昂貴，溶解性差，其推廣應(yīng)用受到了極大限制。Ramotowski等［7］合成了一種新型的潛在手印顯現(xiàn)試劑——1，2-茚二酮(Ⅱ)。顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)表明，Ⅱ與氨基酸的反應(yīng)產(chǎn)物不但有明顯的顏色變化，并且未經(jīng)金屬鹽增強(qiáng)處理即可在綠光照射下發(fā)射高強(qiáng)度熒光，顯現(xiàn)效果遠(yuǎn)好于 DFO。Almog等［8］研究發(fā)現(xiàn)，甲氧基取代的Ⅱ顯現(xiàn)效果優(yōu)于Ⅱ，但因合成路線較為復(fù)雜導(dǎo)致總收率較低［9］。Wiesner［10］在處理大量實(shí)際案件檢材后發(fā)現(xiàn)，Ⅱ在非極性溶劑中溶解性較好，不經(jīng)硝酸鋅處理也可得到理想的顯現(xiàn)效果，顯現(xiàn)靈敏度和分辨率都高于DFO。

雖然Ⅱ性能優(yōu)良，但其合成路線較為復(fù)雜，售價(jià)較高，還未能在國內(nèi)大量應(yīng)用。本文對Ⅱ類似物的合成路線進(jìn)行了優(yōu)化，以3，4-二甲氧基苯丙酸(1)為起始原料，經(jīng)3步反應(yīng)合成了5，6-二甲氧基-1，2-茚二酮(4，Scheme 1)，總產(chǎn)率 31%，其結(jié)構(gòu)和性能經(jīng)1HNMR，MS和FL表征。并通過滲透性客體上的潛在手印顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)考察了4的應(yīng)用性能。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Varian Mercury Plus-300 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));Bruker Daltonics A-pexⅡ47e FT-ICR型質(zhì)譜儀;FLS型熒光光譜儀(氙燈為激發(fā)光源，單色器分光);激光物證勘查儀。

1，純度98%，Alfa Aesar公司;其余所用試劑均為分析純;乙酸乙酯和石油醚(沸程60℃ ～90℃)，工業(yè)品，使用前用無水硫酸鈉干燥后重蒸純化。

1.2 合成

(1)2的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在圓底燒瓶中加入85%磷酸溶液150 g，攪拌下，緩慢加入五氧化二磷200 g，于120℃反應(yīng)1 h。降溫至40℃，加入1 70 g(0.31 mol)，于60℃反應(yīng)2 h。降溫至40℃，加入甲苯150 mL，于30℃滴加水100 mL和25%NaOH溶液200 mL淬滅反應(yīng)(維持溫度＜70℃)。反應(yīng)液用甲苯(3×200 mL)萃取，合并有機(jī)相，依次用5%NaOH溶液(200 mL)，H2O(100 mL)和飽和食鹽水(100 mL)洗滌，用無水MgSO4干燥，旋蒸除溶后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1］純化得黃色固體2 53.2 g，收率87%。

(2)3的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入濃鹽酸23 mL和2 45 g(0.23 mol)的甲醇(40 mL)溶液，攪拌使其混合均勻;加入亞硝酸叔丁酯 30.1 mL(1.1 eq.)的甲醇(150 mL)溶液，于40℃反應(yīng)2.5 h。冷卻至室溫，過濾，濾餅干燥得黃白色固體3 48.2 g，收率93%。

(3)4的合成

在反應(yīng)瓶中加入濃鹽酸120 mL和3 45 g(0.2 mol)，攪拌使其混合均勻;冰浴冷卻下，將混合溶液加入9.2 mL甲醛中，于室溫反應(yīng)過夜。倒入100 mL冰水中，用乙酸乙酯(2×200 mL)萃取，合并有機(jī)相，依次用H2O(100 mL)和飽和食鹽水(100 mL)洗滌，用無水MgSO4干燥，旋蒸除溶，剩余物加入10%乙酸乙酯的正己烷(200 mL)溶液，析晶;過濾，濾餅干燥得黃色固體4 14.2 g，收率31%;1H NMR δ:7.25(s，1H)，7.19(s，1H)，3.94(s，3H)，3.85(s，3H)，3.50(s，2H);MS m/z:Calcd for C11H10O4206.066 9{［M+H］+}，found 207.066 9。

1.3 潛在手印顯現(xiàn)測試

在容量瓶中加入4 1 g和混合溶劑［V(乙酸乙酯)∶V(乙酸)∶V(二氯甲烷)=6 ∶1 ∶3］100 mL，混合均勻后用900 mL HFE 7100定容至1 L。將4的溶液與ZnCl2儲(chǔ)存液［13］按1∶20的比例配制為工作液A。

用類似的方法配制含Ⅱ的工作液B。

用工作液浸泡檢材(一枚遺留30 d的手印)，于室溫干燥后移至恒溫箱，在相對濕度60%下于100℃加熱20 min取出。在激發(fā)波長510 nm下處理，560 nm截止濾光片下觀察并拍照。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

圖1為4和Ⅱ的FL譜圖。由圖1可見，在510 nm波長激發(fā)下，4和Ⅱ的最大發(fā)射峰分別位于563 nm和553 nm處，峰值強(qiáng)度分別為646.3和 573.7。

圖1 4和Ⅱ的FL譜圖Figure 1 FL spectra of 4 andⅡ

圖2 4和Ⅱ?qū)z留30 d手印顯現(xiàn)效果的對比Figure 2 Comparison of 4 andⅡon effect of fingermarks left for 30 d

由圖1還可見，與Ⅱ相比，4的FL譜圖發(fā)生了紅移，且Δλ值大于Ⅱ，其原因在于4在苯環(huán)的5，6-位引入了2個(gè)甲氧基，破壞了共平面結(jié)構(gòu)，降低了π電子共軛度。4的Δλ值更大，可避免吸收光譜干擾發(fā)射光譜，提高靈敏度與準(zhǔn)確性，半峰寬更窄，熒光強(qiáng)度更高，易于觀察顯現(xiàn)效果。

2.2 潛在手印顯現(xiàn)

圖2為4和Ⅱ?qū)z留30 d手印顯現(xiàn)效果的對比。由圖2可見，4具有更強(qiáng)的熒光效果，手印紋線更加清晰連貫，背景干擾小，反差明顯，更有利于顯現(xiàn)畫報(bào)、報(bào)紙等復(fù)雜背景表面的潛在手印。

3 結(jié)論

合成了 5，6-二甲氧基-1，2-茚二酮(4)。在510 nm波長激發(fā)下，4的最大發(fā)射峰位于563 nm。滲透性客體上的潛在手印顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:4具有較1，2-茚二酮更強(qiáng)的熒光效果。在實(shí)際應(yīng)用中，4可大大提高潛在手印的顯現(xiàn)率和顯現(xiàn)效果，降低檢測成本，為偵查檢測技術(shù)提供有力支持。

［1］趙田田，張首國，彭濤，等.新方法合成4-氰基-1-茚酮［J］.合成化學(xué)，2015，23(4):337 －339.

［2］李順來，汪阿鵬，王新磊，等.合成3-羥基-2-(4-吡啶基)-1H-茚-1-酮的工藝改進(jìn)［J］.合成化學(xué)，2013，21(3):364－366.

［3］段義杰，劉建利，王翠玲.茚酮類化合物的研究進(jìn)展［J］.有機(jī)化學(xué)，2010，30:988 －996.

［4］Oden S，Van H B.Detection of fingerprints by the ninhydrin reaction［J］.Nature，1954，173:449 －450.

［5］Almog J，Hirshfeld A，Klug J T.Reagents for the chemical development of latent fingerprints:Synthesis and properties of some ninhydrin analogues［J］.J Forensic Sci，1982，27:912 －917.

［6］Pounds C A，Grigg R，Mongkolaussavaratana T.The use of 1，8-diazafluoren-9-one(DFO)for the fluorescent detection of latent fingerprints on paper:A preliminary evaluation［J］.J Forensic Sci，1990，35:169 －175.

［7］Ramotowski R，Cantu A A，Joullie M M，et al.1，2-indandione:A preliminary evaluation of a new class of amino acid visualizing compounds［J］.Fingerprint Whorld，1997，23:131 －140.

［8］Almog J，Springer E，Wiesner S，et al.Latent fingerprint visualization by 1，2-indanedione and related compounds:Preliminary results［J］.J Forensic Sci，1999，44:114 －118.

［9］Wiesner S，Springer E，Sasson Y，et al.Chemical development of latent fingerprints:1，2-indanedione has come of age［J］.J Forensic Sci，2001，46:1082 －1084.

［10］Wilkinson D.Spectroscopic study of 1，2-indanedione［J］.Forensic Sci Int，114，2000:123 －132.

［11］Russel S E，John G L，Naccarato S L.Modifications to the 1，2-indanedione/Zinc chloride formula for latent print development［J］.Journal of Forensic Identification，2008，58:182 －192.

［12］Bicknell D E，Ramotowski R S.Use of an optimized 1，2-indanedione process for the development of latent prints［J］.Journal of Forensic Sciences，2008，53:1108－1116.

［13］Spindler X，Shimmon R，Roux C，et al.The effect of zinc chloride，humidity and the substrate on the reaction of 1，2-indanedione-zinc with amino acids in latent fingermark secretions［J］.Forensic Sci Int，2011，212:150－157.