N-烷基魯米諾的合成與光譜性質(zhì)

馮志明，沈 娟，馮振南

(1.湖南師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 ，湖南 長(zhǎng)沙 410081；2.海南醫(yī)學(xué)院 ，海南 海口 570102)

魯米諾及其衍生物廣泛用于痕量金屬離子的檢測(cè)、生物分子識(shí)別和生物分析等領(lǐng)域[1-2]。由于魯米諾容易被氧化，溶液穩(wěn)定性較差，在實(shí)際使用時(shí)極不方便，使其在生物分析等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用受到限制[3]。尋找穩(wěn)定性較高、使用方便又保持良好的熒光性能的魯米諾衍生物仍具有重要意義[4-5]。

本文以N-甲基-3-氨基鄰苯二甲酰亞胺為原料，經(jīng)肼解合成魯米諾。與經(jīng)典的魯米諾合成工藝相比，簡(jiǎn)化了純化方法，提高了魯米諾的收率[4,6]。在此基礎(chǔ)上，通過碘代烷親電反應(yīng)合成N-烷基魯米諾衍生物，初步探討單烷基N取代對(duì)魯米諾紫外光譜和熒光性質(zhì)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

pHS-25酸度計(jì)；UV-2450型紫外可見分光光度計(jì)(島津)；F-7000熒光分光光度計(jì)(日立)，Avance 500型核磁共振儀(Bruker )。所用試劑均為商業(yè)采購，AR級(jí)。

1.2 魯米諾和N-烷基魯米諾的合成路線

魯米諾及其N烷基衍生物的合成路線見圖1。

1.2.1 魯米諾的合成

將化合物3(5 g，0.028 mol)溶于50 mL乙醇中，室溫下緩慢滴入水合肼(14 g，0.28 mol)，回流反應(yīng)，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程。減壓回收溶劑，甲醇重結(jié)晶。

1.2.2N-烷基魯米諾的合成

將化合物3(0.028 mol)溶于30 mL DMF中，室溫下加入碳酸鉀(3.922 g，0.028 mol)，緩慢升溫至100 ℃反應(yīng)1 h。冷至室溫，滴入碘代烷(0.085 mol)，70 ℃反應(yīng)。TLC監(jiān)測(cè)，冷至室溫后乙酸乙酯萃取得粗品，粗產(chǎn)品柱層析純化(石油醚∶乙酸乙酯=15∶1)制得中間體3a、3b、3c和3 d。

圖1 魯米諾及其N烷基衍生物的合成路線

將化合物3a、3b、3c和3d(6 mmol)溶于20 mL乙醇中，在室溫下緩慢滴入水合肼(3 g,60 mmol)，90 ℃反應(yīng)。減壓回收溶劑，粗產(chǎn)品乙醇重結(jié)晶得N-烷基魯米諾。

2 結(jié)果與討論

2.1 魯米諾和N-烷基魯米諾的合成及分析

魯米諾，收率68%。1H NMR(DMSO-d6，500 MHz)：δ=11.18(s，2H)，7.45(t，J=8.0 Hz，1H)，7.32(s，2H)，6.94(d，J=7.5 Hz，1H)，6.88(d，J=8.0 Hz，1H)，13C NMR(DMSO-d6，125 MHz)：δ=161.8、151.9、151.1、134.3、127.0、116.9、110.9、109.9。

N-乙基魯米諾(乙基-L)，收率62%。1H NMR(DMSO-d6，500 MHz)：δ=11.10(s，2H)，8.94(s，1H)，7.56(t，J=8.0 Hz，1H)，6.96(d，J=7.5 Hz，1H)，4.40(d，J=8.0 Hz，1H)，3.20～3.16(m，2H)，1.22(t，J=7.0 Hz，3H)；13C NMR(DMSO-d6，125 MHz)：δ=162.1、151.9、150.4、135.0、127.1、111.5、111.2、109.1、37.1、14.6；IR(KBr，cm-1)：3 338、3 183、2 984、1 582、1 500、1 318、1 173、854、672。

N-丙基魯米諾(丙基-L)，收率60%。1H NMR(DMSO-d6，500 MHz)：δ=9.15(s，1H)，7.52(t，J=8.0 Hz，1H)，7.09(s，2H)，7.00(d，J=7.5 Hz，1H)，6.77(d，J=8.0 Hz，1H)，3.11(t，J=6.5 Hz，2H)，1.64～1.58(m，2H)，0.96(t，J=7.5 Hz，3H)；13C NMR (DMSO-d6，125 MHz)：δ=161.9、153.6、150.5、134.5、128.3、111.6、111.0、109.5、44.2、22.1、12.0；IR (KBr，cm-1)：3 366、3 193、2 984、1 592、1 500、1 309、1 173、1 109、863、682。

N-丁基魯米諾(丁基-L)，收率65%。1H NMR(DMSO-d6，500 MHz)：δ=11.28(s，2H)，9.03(s，1H)，7.55(t，J=8.0 Hz，1H)，6.96(d，J=8.0 Hz，1H)，6.80(d，J=8.5 Hz，1H)，3.14(d，J=5.5 Hz，2H)，1.59～1.56(m，2H)，1.41～1.36(m，2H)，0.90(t，J=7.0 Hz，3H)；13C NMR(DMSO-d6，125 MHz)：δ=162.1、151.9、150.5、135.0、127.0、111.5、111.2、109.0、42.1、31.0、20.2、14.1；IR(KBr，cm-1)：3 357、3 202、2 974、1 592、1 491、1 309、1 182、845、681。

N-壬基魯米諾(壬基-L)，收率65%。1H NMR(DMSO-d6，500 MHz)：δ=11.27(d，J=22.5Hz，2H)，9.03(s，1H)，7.55(t，J=8.0 Hz，1H)，6.94(d，J=7.5 Hz，1H)，6.80(d，J=8.0 Hz，1H)，3.16～3.12(m，2H)，1.60～1.56(m，2H)，1.36～1.22(m，12H)，0.83(t，J=6.0 Hz，3H)；13C NMR(DMSO-d6，125 MHz)：δ=162.2、151.9、150.5、135.0、127.0、111.5、111.2、109.0、42.4、31.7、29.4、29.1、28.8、27.0、22.6、14.4；IR(KBr，cm-1)：3 356、3 193、2 984、1 583、1 491、1 382、1 309、1 182、845、682。

2.2 單烷基N取代對(duì)魯米諾光譜性質(zhì)的影響

單烷基N取代對(duì)魯米諾光譜性質(zhì)的影響較大。魯米諾及其衍生物的光譜性質(zhì)見表1。從表1可知，N-烷基魯米諾衍生物在372 nm處都有較強(qiáng)的吸收。與魯米諾比較，λex紅移約13 nm。烷基的C—H的σ電子與共軛體系的π電子云發(fā)生一定程度的重疊，擴(kuò)大了共軛范圍，從而使π→π*躍遷能量降低，吸收紅移。N-烷基魯米諾衍生物的λem均有紅移，可能是烷基的供電子效應(yīng)所致。

表1 魯米諾及其衍生物的光譜性質(zhì)

在DMSO-PBS緩沖液中，魯米諾的熒光強(qiáng)度均弱于N-烷基魯米諾衍生物?？赡苁窃擉w系的水含量較多且呈弱堿性，魯米諾的主要存在形式為魯米諾一價(jià)負(fù)離子，分子內(nèi)氫鍵被破壞，魯米諾的熒光強(qiáng)度隨pH值增加而減小。

N-烷基魯米諾衍生物在DMSO-PBS緩沖液中具有較好的穩(wěn)定性和熒光性能，烷基碳原子數(shù)對(duì)λem影響較小，但對(duì)熒光強(qiáng)度影響較大。相對(duì)熒光強(qiáng)度：N-丙基魯米諾>N-乙基魯米諾>N-丁基魯米諾>N-壬基魯米諾>魯米諾。

3 結(jié)論

以N-甲基-3-氨基鄰苯二甲酰亞胺為原料合成了N-烷基魯米諾衍生物。該工藝原料易得，反應(yīng)溫和，副產(chǎn)物少，收率高。N-烷基魯米諾的λex和λem發(fā)生紅移，但烷基碳原子數(shù)對(duì)魯米諾衍生物λex和λem影響較小，但對(duì)熒光強(qiáng)度影響較大，相對(duì)熒光強(qiáng)度：N-丙基魯米諾>N-乙基魯米諾>N-丁基魯米諾>N-壬基魯米諾>魯米諾。單烷基N取代魯米諾衍生物基本保持了母體優(yōu)異的熒光特性。