新試劑2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺的合成及銅(Ⅱ)的測(cè)定研究

湯 軍，汪大巍，操燕明

(武漢華夏理工學(xué)院 生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430223)

銅是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬，在環(huán)境中分布很廣. 銅也是人體及動(dòng)植物所必需的微量元素，對(duì)機(jī)體的新陳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用，但過量攝入銅亦會(huì)產(chǎn)生危害[1]. 過量銅對(duì)水生生物的危害較大，其毒性與形態(tài)有關(guān)，游離銅離子的毒性比絡(luò)合態(tài)的銅大得多，因此研究銅的分析方法一直受到人們關(guān)注[2]. 光度法測(cè)定銅的試劑很多[3]，有熒光酮類、安替比林類、變色酸偶氮類、卟啉類、三氮烯類顯色劑，但是偶氮類試劑較少.

聯(lián)苯胺曾經(jīng)是重要的染料中間體[4]，其兩個(gè)氨基均可重氮化，可與各種偶合組分進(jìn)行對(duì)稱和不對(duì)稱偶合，制成各種色澤的多偶氮染料. 其合成簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，著色濃厚，遮蓋力強(qiáng)，使用范圍廣. 但聯(lián)苯胺類染料嚴(yán)重的致癌性已成為主要矛盾，其代用染料的研究非?；钴S. 代用染料研究的方向首先是要考慮合成的產(chǎn)品是安全染料[5]，不會(huì)分解和產(chǎn)生禁用中間體；其代用品在性能、效果上要予以保證[6].

本文以研究開發(fā)環(huán)境友好型染料代替致癌性試劑為目標(biāo)，以二氨基苯甲酰替胺代替聯(lián)苯胺，設(shè)計(jì)合成了新的顯色試劑2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺(2-NATDAB)，研究了其與銅(II)的顯色反應(yīng)，確立了2-NATDAB測(cè)定Cu(Ⅱ)含量的方法，測(cè)定了廢水中Cu(Ⅱ)的含量.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

BRUKE AVANCE 500型核磁共振儀(瑞士BRUKE公司)，UV-2550紫外-可見分光光度計(jì)(日本島津公司)，pHS-3B精密pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司).

1.2 2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺的合成

以4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺、2-萘酚和N-乙酰-L-酪氨酸為原料，采用重氮化偶合反應(yīng)，合成了一種新型的4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺偶氮試劑2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺(2-NATDAB)，合成路線見圖1.

圖1 2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺的合成路線Fig.1 Synthetic route of 2-NATDAB

稱取4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺2.3 g (0.01 mol)于三口燒瓶，加入20 mL水，6 mL濃HCl，攪拌加熱使其溶解，外加冰水浴使三口燒瓶溫度保持在0～5 ℃. 另取1.38 g NaNO2溶于4 mL水冷卻，將其溶液慢慢滴入上述溶液，滴加的過程中確保三口燒瓶溫度不得超過10 ℃，滴加完后，等待反應(yīng)30 min，溶液變?yōu)樽丶t色，pH測(cè)試為1～2. 用淀粉KI試紙檢測(cè)，顯示為淡藍(lán)色.

另取1.44 g 2-萘酚溶于10 mL 10% NaOH溶解，用NaOH控制pH為10左右. 立刻加入上述重氮鹽溶液，控制pH為8～10左右，反應(yīng)30 min，然后將乙酰酪氨酸2.22 g溶于20 mL乙醇中，再滴加到上述單偶氮體系中，控制pH為8～10左右，溫度控制在10 ℃以內(nèi)，室溫再反應(yīng)2 h，然后鹽析，過濾，干燥.

將固體溶于二氯甲烷進(jìn)行重結(jié)晶，冷卻,抽干，烘干，最后得成品.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6)δ： 10.61(1H, -COOH),10.30 (1H, -OH), 8.77～6.86 (18H, Ar-H), 3.97(1H, -NH), 3.02 (1H, -CH), 1.76 (3H, -CH3).13C NMR (75 MHz, CDCl3)δ： 177.0 (-COOH), 170.9 (-NHCO), 165.2 (-COCH3)， 150.6 (苯), 148.7(苯),139.6 (苯),136.0 (苯), 132.0 (苯，萘)，129.2 (苯，萘),124.1 (苯，萘), 117.9 (苯)，59.3 (CHCOOH), 36.7 (-CH2CH), 18.0 (1C, -CH3). EI-MS：m/z， 618(M+2)+，617(M+1)+，616(M)+. 元素分析，C18H18ClN3O4，實(shí)測(cè)值(計(jì)算值)，%：C 66.12 (66.23),H 4.55 (4.58)，N 13.10 (13.62)，O 16.23 (15.57).

1.3 主要試劑

N-乙酰-L-酪氨酸按文獻(xiàn)[7]方法合成，其余所用化學(xué)試劑均為分析純或化學(xué)純.

1.3.1 Cu(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液

稱取0.25 g硝酸銅用蒸餾水定容到100 mL容量瓶中，然后取2.5 mL稀釋到25 mL,配成1×10-5mol/L的工作液.

1.3.2 表面活性劑

十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的水溶液；聚乙二醇辛基苯基醚(OP)，吐溫-80(Tween-80)均配成體積分?jǐn)?shù)為5%的水溶液.

1.3.3 緩沖溶液

按照標(biāo)準(zhǔn)配置方法配制成0.2 mol/L磷酸氫二鈉溶液和0.1 mol/L檸檬酸溶液，然后用上述溶液配制成pH為2～8的一系列緩沖溶液；取氯化銨5.4 g，加水20 mL溶解后，加濃氯溶液35 mL，再加水稀釋至100 mL，即得氨-氯化銨緩沖液(pH 10.0)；取50 mL 0.05 mol/L磷酸氫二鈉和4.1 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液即得pH為11的緩沖溶液；取50 mL 0.05 mol/L磷酸氫二鈉和26.9 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液即得pH為12的緩沖溶液；

1.3.4 試劑溶液

稱取0.6 g 2-NATDAB試劑，用N,N-二甲基甲酰胺定容到100 mL容量瓶中，再取2.5 mL稀釋到25 mL,配成1×10-5mol/L顯色劑溶液.

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

在25 mL容量瓶中，準(zhǔn)確加入一定量的金屬離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后依次加入一定量體積分?jǐn)?shù)為5% OP溶液、一定pH的緩沖溶液和一定量質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試劑溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放置一定時(shí)間后，用1 cm石英比色皿，在最大吸收波長(zhǎng)處，以試劑空白為參比測(cè)量吸光度.

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外可見吸收光譜

圖2 試劑絡(luò)合物的吸收光譜Fig.2 UV spectrum of 2-NATDAB and Cu(Ⅱ) complex

2.2 表面活性劑的選擇

分別用陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、非離子表面活性劑Tween、OP作增溶增敏劑，測(cè)試試劑與Cu(Ⅱ)的配合物吸光度，見圖3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明非離子表面活性劑OP的增溶增敏效果最好. 故本實(shí)驗(yàn)采用OP作為表面活性劑.

圖3 表面活性劑的選擇Fig.3 UV spectrum of 2-NATDAB and Cu(Ⅱ) complex with various surfactants

2.3 表面活性劑的用量

取不同用量OP溶液，測(cè)試不同用量下的Cu(Ⅱ)的配合物吸光度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

圖4 OP用量對(duì)顯色體系吸光度的影響Fig.4 Influence of OP dosage on absorbance of system

OP的較佳用量范圍在2.5～4.5 mL,故本實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇體積分?jǐn)?shù)為5%的OP 4.0 mL.

2.4 pH的影響

在配合物最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定了不同pH下各金屬離子配合物的吸光度，見圖5.

圖5 pH值對(duì)顯色體系吸光度的影響Fig.5 Influence of pH on absorbance of system

由圖可知，較佳的pH范圍是5～9，本實(shí)驗(yàn)選擇pH=6的緩沖溶液.

2.5 緩沖溶液用量

在配合物最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定了不同緩沖溶液用量下試劑與Cu(Ⅱ)顯色配合物的吸光度,見圖6.

圖6 不同緩沖溶液用量下吸光度的影響Fig.6 Influence of buffer solution dosage on absorbance of system

緩沖溶液的用量大于2.5 mL后，配合物的吸光度達(dá)到最大且恒定，故本實(shí)驗(yàn)選用2.5 mL的緩沖溶液.

2.6 金屬離子配合物的顯色穩(wěn)定時(shí)間

在室溫下，使顯色劑與Cu(Ⅱ)顯色，在不同時(shí)間測(cè)定配合物的吸光度. 結(jié)果見表1.

“臥游”是從眼睛到心靈的轉(zhuǎn)換，貫穿了從觀看行為到內(nèi)心體悟的整個(gè)過程。最后指向的是人的身心自由及天地大道，體現(xiàn)出一定的宗教語(yǔ)境與終極價(jià)值。但如果放眼于山水畫這個(gè)普遍的概念，“臥游”的意義也就不僅僅在于其宗教層面，而在于對(duì)畫面空間建構(gòu)圖像本身功能和意義的理解?！芭P游”的技術(shù)與理念，很可能與“悟?qū)νㄉ瘛?、“澄懷觀道”等觀念存在著某些特殊的聯(lián)系。

表1 配合物的顯色穩(wěn)定時(shí)間

結(jié)果表明，顯色劑與Cu(Ⅱ)顯色時(shí)，15 min后顯色完全，12 h后配合物就開始分解. 說明形成的金屬離子配合物在15 min至12 h內(nèi)是穩(wěn)定的.

2.7 各組分加入順序的影響

由于這類偶氮類試劑不溶于水，因此能起到增溶作用的表面活性劑必須在加入試劑之前加進(jìn)溶液中，以免試劑在水中產(chǎn)生渾濁.

比較試劑和金屬離子加入順序的影響，采用的加入順序是先加表面活性劑，再加入緩沖溶液，再加試劑溶液，最后加入金屬離子溶液.

2.8 配合物的組成

用平衡移動(dòng)法[8]，可以確定顯色劑與金屬離子的配合比.

利用平衡移動(dòng)法確定配合物的表觀穩(wěn)定常數(shù)和配位比，設(shè)溶液中存在金屬離子M與配位體L形成的配合物MLn的平衡：

M+nL=MLnβ=[MLn]/[M][L]n

取對(duì)數(shù)，得:

lgβ=lg[MLn]-lg[M]-nlg[L](1)

整理式(1)可得:

lg[MLn]/[M]=lgβ+nlg[L](2)

以lg[MLn]/[M]為縱坐標(biāo)，lg[L]為橫坐標(biāo)作圖，則可得一直線，其斜率n即為配合物MLn的配位數(shù)，直線在縱坐標(biāo)上的截距即為lgβ,從而得到配合物的表觀穩(wěn)定常數(shù)β=1.56×104，金屬離子配合物在此條件下有較好的穩(wěn)定性.

測(cè)定了490 nm波長(zhǎng)的lgA-lg[L]圖，見圖7，可以通過曲線斜率0.896 5近似得出顯色劑與Cu(Ⅱ)的配合比為1∶1.

2.9 工作曲線

分別取不同質(zhì)量的金屬離子標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，測(cè)定溶液的吸光度見圖8.

圖7 平衡移動(dòng)法lgA-lg[L]圖Fig.7 lgA-lg[L] of Balanced moving method

圖8 顯色劑與Cu(Ⅱ)的工作曲線Fig.8 Working curve of 2-NATDAB and Cu(Ⅱ) complex

顯色劑與Cu(Ⅱ)的工作曲線的相關(guān)結(jié)果如圖8所示，吸光度與金屬離子濃度在(0.25～1.25)×10-5mol/L范圍內(nèi)呈線性相關(guān)，y=0.116 8x+0.132 8，R2=0.983 8.

2.10 樣品測(cè)定

按以上選定最佳參數(shù)，從某工廠取處理前后的廢水水樣進(jìn)行測(cè)試. 結(jié)果如表2所示. 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.91%和0.72%，表明該方法具有良好的準(zhǔn)確性和重復(fù)性.

表2 廢水中銅離子含量的測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得某工廠處理過的廢水中的銅離子的含量0.474 mg/L，符合現(xiàn)實(shí)中大部分工廠0.5 mg/L污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)[9]. 結(jié)果顯示本方法可用于企業(yè)污水銅離子含量測(cè)定.

3 結(jié)論

以4,4′-二氨基苯甲酰替苯胺與2-萘酚、乙酰酪氨酸，發(fā)生重氮化偶合反應(yīng)得到新型試劑2-萘酚乙酰酪氨酸二氨基苯甲酰替胺(2-NATDAB)，確證了所合成化合物的結(jié)構(gòu).

研究了試劑2-NATDAB與銅(II)的顯色反應(yīng). 在紫外吸收光譜、表面活性劑的選擇與用量、酸度、緩沖液用量、顯色時(shí)間及體系穩(wěn)定性、配合物組成、工作曲線、工廠廢水樣品中銅的測(cè)定等方面做了深入研究和優(yōu)化，建立了微量銅的檢測(cè)方法. 本方法有望在工業(yè)廢水質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中得到使用.