一种喹啉衍生物及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种喹啉衍生物及其制备方法与应用 (Quinoline derivative and preparation method and application thereof ) 是由 王战辉 温凯 沈建忠 张会艳 于雪芝 余文博 史为民 张素霞 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及化工技术领域,具体公开了一种喹啉衍生物及其制备方法与应用。所述喹啉衍生物具有如下结构：该喹啉衍生物表面具有一个高活性的羧基可直接用于标记,且该喹啉衍生物由于具有蓝色的发射波长,填补了目前传统的有机染料荧光素在低波长段的空白,拓宽了多种标记模式的荧光素选择范围。此外,本发明的喹啉衍生物光稳定性好,在有机试剂中稳定、能保持良好的荧光特性,适于有机溶剂中的标记反应。所述喹啉衍生物的制备方法为：将4-苯甲酰基丁酸经酰胺化、肟化、还原反应后,首先合成该喹啉衍生物的侧链,然后再与6-溴喹啉发生缩合反应合成最终的喹啉衍生物。方法简便、温和。(The invention relates to the technical field of chemical industry, and particularly discloses a quinoline derivative and a preparation method and application thereof. The quinoline derivative has the following structure:)
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体地说，涉及一种喹啉衍生物及其制备方法与应用。
背景技术
喹啉衍生物的母体结构是喹啉，最早从煤焦油中分离得到。喹啉类衍生物是一类非常重要的杂环类化合物，由于其具有明显的药理活性和生物活性，现在已经被广泛的应用于药物的筛选、染料工业以及化学分析领域。大量研究表明具备喹啉环的许多化合物，都有抗菌、杀菌、止痛、抗过敏、抗疟疾、抗肿瘤、抗癌、抗高血压、抗抑郁和增强记忆等明显的生物活性和药理活性，而且近年来，喹啉衍生物还被用来开发治疗艾滋病的药物。除此之外，由于喹啉衍生物具有优良的光学性能，喹啉杂环类衍生物在化学传感器、分析检测、合成荧光传感器分子以及生物分析成像等领域也发挥着重要的作用。作为一类高性能的有机荧光素，目前最常见的喹啉类衍生物荧光素主要是硫酸奎宁，该荧光素在治疗疟疾以及测量相近发射波段新型荧光素相对量子产率方面发挥着重要的作用，其次就是具有能够与某些金属离子形成螯合物的结构特异性喹啉衍生物，这些荧光素专门用于识别和检测锌、铜、汞等金属离子。但是这些喹啉衍生物荧光素不能用于标记常用的小分子化合物或者蛋白质等生物大分子，因此不具备普适性，在免疫分析、小分子检测等领域有着很大的限制。
因此，需要提供一种新的喹啉衍生物及其制备方法与应用来解决现有技术中的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种利于小分子化合物或生物大分子标记、水溶性好、适于有机溶剂中标记的喹啉衍生物。
为了实现本发明该目的，本发明的技术方案如下：
一种喹啉衍生物(荧光素)，具有如下结构：
本发明的喹啉衍生物(4-(6-亚胺喹啉)-5-苯基-戊酸)表面具有一个高活性的羧基可直接用于标记，为其在细胞标记、免疫反应等应用方面提供了基础。而且该喹啉衍生物由于具有蓝色的发射波长，填补了目前传统的有机染料荧光素在低波长段的空白，拓宽了多种标记模式的荧光素选择范围。此外，本发明的喹啉衍生物光稳定性好，在乙醇、甲醇等有机试剂中稳定、能保持良好的荧光特性，适于有机溶剂中的标记反应。
本发明的另一目的在于提供一种制备上述喹啉衍生物的简便、温和的方法。
本发明制备上述喹啉衍生物的方法包括：
(1)将4-苯甲酰基丁酸经酰胺化反应得化合物Ⅰ，
(2)将所述化合物Ⅰ经肟化反应得化合物II，
(3)将所述化合物II经还原反应得化合物IⅠI，
(4)将所述化合物IⅠI与6-溴喹啉反应得化合物IV，
(5)将所述化合物IV水解。
本发明将4-苯甲酰基丁酸经酰胺化、肟化、还原反应后，首先合成该喹啉衍生物的侧链，然后再与6-溴喹啉发生缩合反应合成最终的喹啉衍生物，该方法反应条件温和、简便、利于操作。
本发明步骤(1)中，将所述4-苯甲酰基丁酸与二甲胺盐酸盐、N,N-二异丙基乙胺、四甲基脲六氟磷酸酯在第一有机溶剂中反应得所述化合物Ⅰ；
和/或，所述4-苯甲酰基丁酸与所述二甲胺盐酸盐的摩尔比为1：(1-1.5)；所述4-苯甲酰基丁酸与所述N,N-二异丙基乙胺的摩尔比为1：(4-8)；所述4-苯甲酰基丁酸与所述四甲基脲六氟磷酸酯的摩尔比为1：(1-2)；
和/或，所述步骤(1)的反应温度为25℃±1℃，反应时间为12-18小时；
和/或，所述第一有机溶剂为二氯甲烷。
本步骤利用二甲胺盐酸盐中的仲胺与4-苯甲酰基丁酸中的羧基发生酰胺化反应生成所述化合物Ⅰ。
优选地，步骤(1)反应结束后，先用水洗涤反应产物，然后用无水硫酸钠干燥，离心取沉淀用于后续分离步骤。
本发明步骤(2)中，将所述化合物Ⅰ与盐酸羟胺、碳酸钾在第二有机溶剂中反应得所述化合物II；
和/或，所述化合物Ⅰ与所述盐酸羟胺的摩尔比为1：(1-1.5)；所述化合物Ⅰ与所述碳酸钾的摩尔比为1：(1-2)；
和/或，所述步骤(2)的反应温度为100℃±10℃，反应时间为5-7小时；
和/或，所述第二有机溶剂为乙醇。
本步骤利用盐酸羟胺对化合物Ⅰ中羰基的肟化反应，将化合物Ⅰ中的酰胺基团变成肟，生成化合物ⅠⅠ。
优选地，步骤(2)反应结束后，先蒸发掉第二有机溶剂，加入水，然后用乙酸乙酯萃取后，将有机层用无水硫酸钠干燥、浓缩后用于后续分离步骤。
本发明步骤(3)中，以钯碳为催化剂，使所述化合物II与氢气在第三有机溶剂中反应得所述化合物IⅠI；
和/或，所述步骤(3)的反应温度为25℃±1℃，反应时间为48-55小时；
和/或，所述第三有机溶剂为乙醇。
优选地，钯碳中的钯含量为5％(质量分数)。
本发明步骤(3)中，整个反应在氢气环境下进行，氢气、钯碳的加入量以保证反应充分发生为宜。
本步骤利用钯碳的催化作用将肟还原生成氨基，获得化合物IⅠI。
优选地，步骤(3)反应结束后，过滤除去催化剂，蒸发掉第三有机溶剂后用于后续分离步骤。
本发明步骤(4)中，以醋酸钯、(±)-2,2’-双(二苯膦基)-1,1’-联萘、碳酸铯为催化剂，使所述化合物IⅠI与所述6-溴喹啉在第四有机溶剂中反应得所述化合物IV；
和/或，所述化合物IⅠI与所述6-溴喹啉的摩尔比为1：(1-2)；所述化合物IⅠI与所述醋酸钯的摩尔比为1：(0.2-0.6)；所述化合物IⅠI与所述(±)-2,2’-双(二苯膦基)-1,1’-联萘的摩尔比为1：(0.3-1)；所述化合物IⅠI与所述碳酸铯的摩尔比为1：(2-3)。
和/或，所述步骤(4)的反应温度为100℃±5℃，反应时间为24-28小时；
和/或，所述第四有机溶剂为甲苯。
本步骤利用化合物IⅠI与6-溴喹啉在醋酸钯、(±)-2,2’-双(二苯膦基)-1,1’-联萘和碳酸铯的催化作用下发生缩合反应(氮气保护下反应)生成化合物IV。
优选地，步骤(4)反应结束后，浓缩除去第四有机溶剂后加入二氯甲烷，以水萃取后，将有机层用无水硫酸钠进行干燥后用于后续分离步骤。
本发明步骤(5)中，将所述化合物IV与氢氧化钠水溶液在第五有机溶剂中反应；
和/或，所述步骤(5)的反应温度为50℃±10℃，反应时间为24-30小时；
和/或，所述第五有机溶剂为乙醇。
本发明中，所述化合物IV与所述氢氧化钠的摩尔比为1：(1-3)。
本步骤利用氢氧化钠的水解作用，将酰胺键水解，获得本发明的带有羧基的喹啉衍生物。
作为本发明的一个实施方式，所述方法的反应历程如下：
其中，Me2NHHCL为二甲胺盐酸盐，DCM为二氯甲烷，HATU为四甲基脲六氟磷酸酯，DIPEA为N,N-二异丙基乙胺，EtOH为乙醇，Pd(OAc)2为醋酸钯，BINAP为(±)-2,2’-双(二苯膦基)-1,1’-联萘，toluene为甲苯。
本发明步骤(1)反应结束后还包括采用薄层色谱法分离所述化合物Ⅰ的步骤，所述步骤(1)中的展开剂为二氯甲烷和甲醇的混合溶液，所述二氯甲烷与所述甲醇的体积比为(45-55)：1，优选为50：1；
和/或，步骤(2)反应结束后还包括采用薄层色谱法分离所述化合物II的步骤，所述步骤(2)中的展开剂为二氯甲烷和甲醇的混合溶液，所述二氯甲烷与所述甲醇的体积比为(45-55)：1，优选为50：1；
和/或，步骤(3)反应结束后还包括采用薄层色谱法分离所述化合物III的步骤，所述步骤(3)中的展开剂为二氯甲烷和甲醇的混合溶液，所述二氯甲烷与所述甲醇的体积比为(25-35)：1，优选为30：1；
和/或，步骤(4)反应结束后还包括采用薄层色谱法分离所述化合物IV的步骤，所述步骤(4)中的展开剂为二氯甲烷和甲醇的混合溶液，所述二氯甲烷与所述甲醇的体积比为(100-30)：1，优选为50：1。
本发明步骤(5)反应结束后还包括：去除所述第五有机溶剂、将pH值调节至2.8-3.2(优选为3)、沉淀、过滤、在甲醇中重结晶的步骤。优选地，步骤(5)反应结束后，以浓缩方式除去第五有机溶剂。
本发明还一种上述喹啉衍生物或上述方法在标记含有氨基基团的小分子或者蛋白质分子中的应用。
本发明的有益效果至少在于：
本发明的喹啉衍生物能够用来直接标记含有氨基基团的小分子或者蛋白质分子，且水溶性良好，水溶液荧光性质稳定，在甲醇和乙醇等有机溶剂中能够保持良好的荧光特性，适用于有机溶剂中的标记反应，填补了目前传统的有机染料荧光素在低波长段的空白，拓宽了荧光标记中探针的选择范围，能够有力地推进喹啉类荧光素在免疫分析和分子标记等方面的应用。本发明的合成方法反应条件温和、简便易操作，适于推广。
附图说明
图1为本发明喹啉衍生物的吸收光谱图；
图2为本发明喹啉衍生物的激发光谱图；
图3为本发明喹啉衍生物的发射光谱图；
图4为本发明喹啉衍生物的核磁共振C谱图；
图5为本发明喹啉衍生物的核磁共振H谱图；
图6为本发明喹啉衍生物的质谱图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例提供一种本发明的喹啉衍生物及其制备方法。
具体制备步骤如下：
(1)将4-苯甲酰基丁酸经酰胺化反应得化合物Ⅰ：
将119g(100mmol)4-苯甲酰基丁酸溶解在500mL二氯甲烷(DCM)中，然后加入8.97g(110mmol)二甲胺盐酸盐,50mL N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)，41.80g(110mmol)四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)，室温25℃下搅拌16h，反应结束后，每次用500mL水洗涤，重复两次，然后用无水硫酸钠干燥，离心取沉淀物质，用薄层色谱进行分离(展开剂为二氯甲烷/甲醇(v/v，50：1))获得化合物Ⅰ14.25g，产率65％。
(2)将所述化合物Ⅰ经肟化反应得化合物II；
将14.25g(65mmol)化合物Ⅰ，4.80g(69mmol)盐酸羟胺，以及17.94g(130mmol)碳酸钾溶解在250mL乙醇溶液中，100℃下加热回流5h。反应结束后，蒸发掉反应溶剂乙醇，加入300mL水，然后用乙酸乙酯萃取两次，每次乙酸乙酯的用量为250mL。有机层用无水硫酸钠进行干燥，浓缩后用薄层色谱进行分离(展开剂为二氯甲烷/甲醇(v/v，50：1))获得白色的化合物II 11.20g，产率为73％。
(3)将所述化合物II经还原反应得化合物IⅠI；
将11.20g(47.5mmol)化合物II溶解在100mL乙醇中，加入4g钯碳(5％)催化剂，将整个反应体系暴露在纯氢气中，室温25℃反应48h。反应结束后，过滤去除催化剂，将有机溶剂蒸发干净，残留物用薄层色谱进行分离(展开剂为二氯甲烷/甲醇(v/v，30：1))获得无色的油状化合物IⅠI 6.5g，产率为62％。
(4)将所述化合物IⅠI与6-溴喹啉反应得化合物IV：
将6.24g(30mmol)化合物IⅠI，6.6g(30mmol)的6-溴喹啉，1.34g(6mmol)的醋酸钯，7.47g(12mmol)(±)-2,2’-双(二苯膦基)-1,1’-联萘，19.55g(60mmol)碳酸铯溶解在250mL甲苯中，纯氮气环境下95℃反应24h，反应后浓缩除去甲苯，残留物加入500mL二氯甲烷，250mL水萃取两次。有机层用无水硫酸钠进行干燥，并利用薄层色谱进行分离纯化(展开剂为二氯甲烷/甲醇(v/v,50:1)最后获得化合物IV 4.60g，产率为44％。
(5)将所述化合物IV水解；
将4.60g(21mmol)化合物IV，30mL(6M)氢氧化钠水溶液以及30mL乙醇加热到42℃蒸发回流24小时。反应结束后，混合物浓缩除去乙醇，水相用2M的盐酸调剂pH值至3，沉淀过滤并收集固体，在甲醇中重结晶，最终获得本发明的喹啉衍生物1.90g，其为白粉末，产率为28％。
对本实施例制备的喹啉衍生物进行吸收光谱测试(谱图见图1，测试条件为0.1mg/mL，水溶液中)、激发光谱测试(谱图见图2，测试条件为0.1mg/mL，水溶液中，激发波长为450nm)、发射光谱测试(谱图见图3，测试条件为0.1mg/mL，水溶液中，发射波长为360nm)，由各谱图可知，该喹啉衍生物有三个吸收峰，分别是230nm,270nm和360nm。激发的波长范围是220-430nm,其中激发发射峰分别出现在279nm和368nm。发射波长的范围是380-570nm，发射峰在445nm。
对本实施例制备的喹啉衍生物进行结构鉴定，其核磁和质谱数据如下：
1H NMR(300M Hz,DMSO-d6)δ1.42-1.90(m,4H),2.24(t,J＝6.3Hz,2H),4.49-4.51(m,1H),6.50(s,1H),7.07(d,J＝7.2Hz,1H),7.14-7.25(m 3H),7.31(t,J＝7.5Hz,2H),7.43(t,J＝7.5Hz,2H),7.70(d,J＝8.7Hz,1H),8.11(d,J＝5.7Hz,1H),8.81(s,1H).13C NMR(125MHz,DMSO-d6)δ21.78,33.61,36.99,56.14,100.58,118.18,119.42,121.90,126.33,126.61,128.15,128.22,137.53,142.73,143.85,149.29,150.58,174.39。
ESI-HRMS:m/z for[M+H]+C20H23N3O2,321.15975,found 321.16。
本实施例制备的喹啉衍生物的核磁共振C谱图见图4、核磁共振H谱图见图5、质谱图见图6。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。本领域技术人员在发明基础上可获得其他不同取代基团的喹啉分子衍生物。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。