新型聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)材料的開發(fā)和硫雜卓、中氮茚衍生物的合成.pdf

1、雜環(huán)化學(xué)在近代有機(jī)化學(xué)中占有很重要的地位，其中含氮、含硫的雜環(huán)化合物在其中又占有很大的比例，它們在生物活性以及材料方面有著獨特的應(yīng)用價值。含氮、含硫的雜環(huán)化合物在OLED材料、熒光探針、精神病治療藥物以及抗癌藥物方面都有廣泛的應(yīng)用。因此我們課題組一直致力于多元雜環(huán)化合物的高效合成和應(yīng)用研究。
　　第一部分 新型聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)材料
　　熒光材料的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)有已經(jīng)有很長的歷史。常規(guī)的熒光分子大部分是形如光盤的平面π體系，當(dāng)分子濃

2、度過高發(fā)生聚集時會發(fā)生分子間的平面π-π堆積，導(dǎo)致熒光淬滅，這就是常說的ACQ(Aggregation caused quenching)效應(yīng)，這是常規(guī)熒光分子的固有缺陷。
　　在七元環(huán)合成的過程中，我們意外的發(fā)現(xiàn)其中的一類中間體——吡啶并噻唑啉酮化合物在固體時有著很好的熒光特性，但是產(chǎn)品溶解于溶劑時并沒有觀察到熒光現(xiàn)象，這種現(xiàn)象與常規(guī)熒光材料十分不同。
　　后來通過大量的實驗驗證，發(fā)現(xiàn)吡啶并噻唑啉酮化合物是一種特殊具有聚集

3、誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)效應(yīng)(Aggregation induced emission)的特殊熒光分子。在溶液狀態(tài)下發(fā)射熒光很弱，加入不良溶劑后發(fā)生分子聚集，熒光強(qiáng)度反而大大增強(qiáng)。這類具有AIE效應(yīng)的熒光分子材料是2001年唐本忠院士最早發(fā)現(xiàn)提出的的，并且可以完美的克服常規(guī)熒光分子的固有缺陷。通過深入研究我們合成了一系列具有AIE效應(yīng)的噻唑啉酮類衍生物并將其開發(fā)成了HSO3-和半胱氨酸的熒光探針。
　　第一章:二氧化硫的水溶物——亞硫酸氫鹽經(jīng)

4、常被用來做食品防腐劑。但是食用過量亞硫酸氫鹽會導(dǎo)致人體過敏性哮喘、胃腸功能紊亂，長期食用更會致癌。市面上有許多被硫磺熏蒸過的食物和一次性餐具，它們的亞硫酸氫鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)。為了快速的檢測食品和餐具的污染程度，我們設(shè)計了一種新型的具有AIE效應(yīng)的熒光探針。
　　這種探針源自我們的一個意外發(fā)現(xiàn)。在合成抗抑郁類藥物吡啶并硫雜卓衍生物時，我們意外的發(fā)現(xiàn)其中的一種中間體2-苯基吡啶并噻唑啉-3-酮具有特殊的聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)特性。隨后我們對化

5、合物的熒光性質(zhì)和AIE特性進(jìn)行了的測試。同時利用化合物擁有與HSO3-快速反應(yīng)的特性，基于此我們設(shè)計一種亞硫酸氫根的快速檢測熒光探針。
　　第二章:我們進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，又相繼合成了多個吡啶并噻唑啉酮類衍生物，化合物均具有很好的聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)特性。利用化合物與含巰基氨基酸的反應(yīng)特性，我們將其中的一個化合物N-（3，4，5-甲氧基）苯基吡啶并噻唑啉-3-酮開發(fā)成了半胱氨酸的探針，探針靈敏度較高，檢測效果好。
　　第二部分

6、一鍋法Smiles重排合成硫雜卓類衍生物
　　論文的第二部分設(shè)計并合成了多個硫雜卓類的七元環(huán)化合物。硫雜卓類化合物在生物活性研究以及藥物應(yīng)用方面有著廣闊的前景。其中很多硫雜卓類藥物已經(jīng)上市銷售，例如治療精神病的奎硫平、氯噻平等，在美國FDA銷售排行榜也經(jīng)常名列前茅。
　　通常的硫雜卓類雜環(huán)化合物的合成方法步驟繁瑣，反應(yīng)條件苛刻。我們利用一鍋法Smiles重排，通過六元螺環(huán)過渡態(tài)構(gòu)建了N-S七元硫雜卓環(huán)，反應(yīng)條件溫和、高效，可

7、以高產(chǎn)率的得到七元硫雜卓類雜環(huán)化合物。
　　第一章介紹了在碳酸鉀作堿，DMSO作溶劑，室溫下通過一鍋法Smiles重排構(gòu)建吡啶并硫雜卓類衍生物的合成方法。利用不同取代基的硫代煙酰胺與二氯噠嗪酮，通過一鍋法，室溫下高產(chǎn)率的得到了十幾種七元吡啶并硫雜卓類新化合物。
　　后期又進(jìn)行了反應(yīng)機(jī)理的研究，通過調(diào)節(jié)堿的強(qiáng)弱，我們可以選擇性的合成熱力學(xué)優(yōu)勢的直接關(guān)環(huán)產(chǎn)品，或動力學(xué)優(yōu)勢的Smiles重排產(chǎn)物。產(chǎn)物構(gòu)型通過單晶數(shù)據(jù)得到了佐證。通

8、過一系列反應(yīng)，我們證實可以利用堿的強(qiáng)弱，有效控制反應(yīng)的區(qū)域選擇性，在七元N-S環(huán)合成上有一定的參考價值。
　　在第二章，我們對第一章的合成方法進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)展，通過硫代水楊酰胺、硫代煙酰胺與不同芳香雙離去底物的反應(yīng)，檢測了反應(yīng)方法的適用性。發(fā)現(xiàn)反應(yīng)適應(yīng)性好，對于不同的底物、不同的取代基，都能夠高產(chǎn)率的得到目標(biāo)產(chǎn)品。
　　同時又第一次對七元環(huán)Smiles重排過程進(jìn)行了理論計算，進(jìn)一步確定了Smiles重排通過六元螺環(huán)過渡態(tài)構(gòu)

9、建N-S七元環(huán)的反應(yīng)過程。通過理論計算證實Smiles重排的反應(yīng)過程相對于直接關(guān)環(huán)的反應(yīng)過程能壘更低，具有動力學(xué)優(yōu)勢。
　　第三部分 一鍋法串聯(lián)合成中氮茚類衍生物
　　我們利用一鍋法串聯(lián)反應(yīng)合成了一系列中氮茚和吲哚里西定的雜環(huán)骨架。利用?；〈倪量┡c4-溴巴豆酸乙酯反應(yīng)得到了多種不同化合物。隨著吡咯R基團(tuán)從甲基、一氯甲基、二氯甲基、三氯甲基的變化，不同反應(yīng)機(jī)理的串聯(lián)反應(yīng)被發(fā)現(xiàn)。這些新型的串聯(lián)反應(yīng)可以用來發(fā)展中氮茚和吲哚里西