（化学工艺专业论文）罗丹明b类衍生物的合成及表征.pdf

中文摘要 本文以罗丹明b 为原料合成了一系列的烷基罗丹明b 酯，优化了合成工艺， 检测了烷基罗丹明b 酯的荧光特性，采用甲基罗丹明b 酯作为探针，建立了共 振散射光谱法测定痕量d n a 浓度的方法。在以s o c l 2 为酰化剂，醇与罗丹明b 摩尔比为1 0 ：1 ，反应温度为7 0 ( 甲基罗丹明b 酯的反应温度为6 0 ) ，反应 时间为7 h 条件下，可以得到收率在8 0 以上的烷基罗丹明8 酯。 荧光特性分析结果表明：与罗丹明b 相比，烷基罗丹明b 酯的最大吸收和发 射波长有一定红移，荧光强度增加；烷基链的长度对烷基罗丹明b 酯的最大吸 收和发射波长及荧光强度影响不大；甲基罗丹明b 酯最大吸收和发射波长不受 浓度的影响，而荧光强度随浓度增加而增加：随着溶剂极性的增加，其最大吸 收和发射波长红移，而荧光强度降低；随着激发光照射时间的增加，其最大吸 收和发射波长无变化，而荧光强度明显降低，且在极性溶剂中降幅大于其在非 极性溶剂中。 合成了5 ( 6 ) 一硝基、氨基、碘代、溴代、氯代和氟代罗丹明b ，优化了合成 工艺，检测了荧光特性。荧光特性分析结果表明：与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 一硝 基罗丹明b 最大吸收和发射波长红移，而荧光强度减弱；5 ( 6 ) 一氨基罗丹明b ， 最大吸收和发射波长红移，荧光强度增强；5 ( 6 ) 一卤代罗丹明b 荧光强度增加， 最大吸收和发射波长红移，其最大吸收和发射波长与荧光强度的增加顺序为i b r c 1 f 。 关键词：荧光探针罗丹明b 衍生物荧光特性合成 a b s t r a c t as e r i e so fa l k y l r h o d a m i n ebe s t e r sw e r ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e df r o m r h o d a m i n eb t h es y n t h e t i cp m c e s sw a se s t a b l i s h e da n do p t i m i z e d t h ea n a l y t i c a l c o n d i t i o n so f t h er e s o n a n c el i g h ts c a r e r i n ga r eo p t i m i z e da n dt h ew o r kl i n ei s & a w n w h e l ls o c l 2i su s e da st h ea c y l a t i n g a g e n t m e t h y la l c o h o l t or h o d a m i n eb = 1 0 ：1 ( m o l er a t i o ) ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s7 0 。c ( m e t h y l r h o d a m i n eb6 04 c ) a n d r e a c t i o nt i m ei s7 h ，t h ey i e l d so f p r o d u c t sa r ea b o v e8 0 t h ef l u o r e s c e n c ea n a l y t i c a lr e s u l t ss h o wt h a tt h em a x i m u ma b s o r p t i o na n d e m i s s i o nw a v e l e n g t ho fa l k y l r h o d a m i n ebe s t e r s ，c o m p a r i n gw i mr h o d a m i n eb ， g e n e r a t er e ds h i f ta n dt h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yt o n em o r et h a nr h o d a m i n eb i ti s i n d i c a t e d 血a tt h ec a r b o n c h a i no fa n k y l r h o d a m i n ebe s t e r sh a v e1 i t t l ei n f l u e n c eo n t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y t ot h em e t h y l r h o d a m i n ebe s t e r , t h em a x i m u m a b s o r p t i o n a n de m i s s i o nw a v e l e n g t h sa r en o ta f f e c t e d b yt h ec o n c e n t r a t i o nw h i l et h e f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t ye n h a n c e sa st h ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e s ；t h em a x i m u m a b s o r p t i o na n de m i s s i o nw a v e l e n g t h sg e n e r a t er e ds h i f tw i t l lt h ee n h a n c i n go ft h e s o l v e n tp o l a r i t yw h i l et h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yw e a k e n s ；t h em a x i m u ma b s o r p t i o n a n de m i s s i o nw a v e l e n g t h sh a v en oc h a n g e sw i t hi n c r e a s i n go f t h ei r r a d i a t i n gt i m e ，b u t t h ef l u o r e s c e n ti n t e n s i t yr e d u c e sa p p a r e n t l y m e t h y l r h o d a m i n ebe s t e rc a nb eu s e dt o d e t e r m i n ed n ac o n c e n t r a t i o n 5 ( 6 ) - n i t r o ，a n m i o ，i o d i c ，b r o m i c ，c h l o r oa n df l u o r or h o d a m i n ebw e r es y n t h e s i z e d 1 1 1 es y n t h e t i cp r o c e s sw a so p t i m i z e d t h e5 ( 6 ) - a m i n o r h o d a m m ebm o d i f i e db y e l e c t r o nd o n o ra m i n os u b s t i t u e n th a ss t r o n g e rf l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yt h a nr h o d a m i n e b ，m e a n w h i l et h em a x i m u ma b s o r p t i o na n de m i s s i o nw a v e l e n g t h sg e n e r a t er e ds h i f t t ot h e5 ( 6 ) - n i t r o o d a m i n ebs y n t h e s i z e d b ye l e c t r o nw i t hd r a w i n gg r o u p ，t h e f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yi sw e a k e rt h a nr h o d a m i n eb ，w h i l et h em a x i m u ma b s o r p t i o n a n de m i s s i o n w a v e l e n g t h sg e n e r a t e r e ds h i f t t h ef l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y o f 5 ( 6 ) - h a l o g e n a t e dd e r i v a t i v e si ss t r o n g e rt h a nr h o d a m i n eb ，w h i l et h et h em a x i m u m a b s o r p t i o na n de m i s s i o nw a v e l e n g t h sg e n e r a t er e ds h i f t ，o r d e r e da si b r 乙醇 正丁醇 二氯甲烷。 第2 6 页 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 溶剂 图3 1 0 甲基罗丹明b 酯在不同溶剂中的最大吸收和发射波长 f i g 3 1 0t h ek a n dk o f m e t h y l r h o d a m i n ebe s t e ri nd i f f e r e n ts o l v e n t s 注：l 5 分别为；水、甲醇、乙醇、正丁醇和二氯甲烷 图3 7 】l 甲基罗丹明b 酯在不同溶剂中的荧光强度 f i g 3 一1 1t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f m e t h y l r h o d a m i n ebe s t e ri nd i f f e r e n ts o l v e n t s 注：1 5 分别为：水、甲醇、乙醇、正丁醇和二氯甲烷 由图3 一1 0 可以看出，甲基罗丹明b 酯最大吸收和发射波长随溶剂极性的增 加略有红移，其中在水中的最大吸收和发射波长最长，在二氯甲烷中最小。这 是由于这些分子受激发时，其电子激发态比基态具有更大的极性，随着溶剂极 性的增大，对激发态比对基态产生更大稳定作用，结果荧光光谱随溶剂的极性 增大而红移。对于三种醇而言，由于其极性相差不大，性质又相近，表现出最 大吸收和发射波长无明显变化。 第2 7 页 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 图3 一1 1 给出了甲基罗丹明b 酯在不同溶剂中荧光强度大小。甲基罗丹明b 酯溶液荧光强度随溶剂极性的增强而明显减弱，在水中的甲基罗丹明b 酯荧光 强度最低，而在二氯甲烷中的荧光强度最高。 3 - 3 4 激发光照射时间对荧光特性的影响 本文在上述条件下，分别测定了在溶剂甲醇和二氯甲烷中，甲基罗丹明b 酯溶液荧光强度与激发光照射时间的关系。 时间( m i n ) 图3 1 2 光照时间对甲基罗丹明b 酯甲醇溶液荧光强度的影响 f i g 3 - 1 2 e f f e c t o f i r r a d i a t i n g t i m e 0 1 1 t h e f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t yo f m e t h y l r h o d a m i n e be s t e r i nm e t h a n o l 如图3 1 2 和3 1 3 所示，甲基罗丹明b 酯溶液的荧光强度随光照时间增长而 逐渐降低，在甲醇溶液中比在二氯甲烷溶液中的降低速度要快。 这是因为甲基罗丹明b 酯分子处于电子激发态时，核间距比基态时大，核 间的束缚力相对就比较弱，因而在强的紫外线照射下，分子比较容易发生离解， 故荧光强度随光照时间而减弱。甲基罗丹明b 酯分子在极性溶液中更易形成二 聚体，甚至多聚体，这种二聚体、多聚体与单体具有不同的吸收光谱且往往并 不发生荧光或者所发射的荧光比单体弱，从而导致溶液荧光强度的下降，所以 其溶液的极性越强，荧光强度下降的也就越快。 第2 8 页 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 时间( r a i n ) 图3 一1 3 光照时间对甲基罗丹明b 酯二氯甲烷溶液荧光强度的影响 f i g 3 - 1 3e f f e c to f i r r a d i m i n gt i m eo nt h e f l u o r e s c e n c ei n t e r n ；i t yo f m e t h y l r h o d a m i n ebe s t e r i i ld i c h l o r o m e t h a n e 3 4 甲基罗丹明酯b 酯在d n a 浓度分析中应用 与罗丹明b 相比，烷基罗丹明b 酯的荧光特性有了一定的改善，各种烷基 罗丹明b 酯的荧光特性相差不大。本文以甲基罗丹明b 酯为例研究了溶液浓度、 溶剂和光照时间对荧光特性的影响，并将其应用到小牛胸腺d n a ( c t d n a ) 浓 度的检测，得到了测定d n a 浓度的工作曲线，建立了共振散射光谱法测定痕 量d n a 的方法。 3 4 1 共振散射光谱的光谱特征 在5 0 m l 比色管中，依次加入0 2 m l1 o 1 0 。4m o l l 的甲基罗丹明b 酯溶液、 0 4 m l p h 值为l 的t r i s h c i 缓冲溶液和1 0 1 g 的小牛胸腺d n a ( c t d n a ) 溶液，用 水稀释至1 2 5 m l ，漩涡混合并放置5 m i n 。在荧光分光光度计上，于x e m = x e x 处进 行同步扫描，读取共振散射光谱强度值( i r e s ) ，同时做空白实验，得共振散射 光谱强度值( 而) 。令a i r e s l s i o p l s ，以作为测定d n a 的信号响应值。其中 发射和激发狭缝宽度均为l o n m 。 如图3 1 4 所示，单独测定甲基罗丹明b 酯溶液共振散射光谱强度较弱，当甲 基罗丹明b 酯与d n a 相互作用后，体系折光指数发生变化，使共振散射光谱强度 增强。其中在4 2 0 n m 附近的共振散射光谱强度增加最大，因此，本文选择 第2 9 页 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 ) , e m = x e x - - 4 2 0 n m 处读取体系共振散射光谱强度，从而测定d n a 浓度。 图3 1 4 甲基罗丹明b 酯共振光散射光谱强度变化 f i g 3 - 1 4t h ei n t e n s i t yc h a n g eo f r c s o n g n c el i g h ts c a t t e r i n g ( r l s ) o f m e t h y l r h o d a m i n ebe s e l 3 4 2 溶液p h 值对共振散射光谱强度变化的影响 在1 6 x 1 0 石m o l l 甲基罗丹明b 酯和0 6 7 2 p g l 甜) n a 溶液中，以6 4 m m o l l 的 i r i s h c l 缓冲溶液调节溶液的p n 值，在x e r a = 沁x = 4 2 0 n m 时，测定了不同 p h 值下的甲基罗丹明b 酯与甲基罗丹明b 酯一c t d n a 体系的强度变化。 乒 q 图3 一1 5p h 值对共振散射光谱强度变化的影响 f i g 3 15e f f e c to f p ho i lt h ei n t e n s i t yc h a n g eo f r l s 第3 0 页 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 散射光谱强度变化的差值最大。因此，本文在p h 值为1 的溶液中测定d n a 浓 度。 3 4 3 甲基罗丹明b 酯溶液浓度对共振散射光谱强度的影响 在o t d n a 浓度为0 6 7 2 g m e 、p h 值为1 的t r i s - h c l 缓冲溶液中，加入不 同浓度的甲基罗丹明b 酯，在沁- m = x c x = 4 2 0 n m 时，测定了共振散射光谱强度。 童 q c ( r e m o v e ) 图3 1 6 甲基罗丹明b 酯浓度对r l s 强度的影响 f i g 3 1 6e f f e c to f t h ec , o n e e n t r a f i o no f m e t h y l r h o d a m i n ebo nt h ei n t e n s i t yo f r l s 如图3 1 6 所示，当甲基罗丹明b 酯的用量在3 2 x l o - 7 6 4 x1 0 。6 m o l l 时， 体系的共振发光强度线性好。因此，本文在此范围内，选择甲基罗丹明b 酯的 浓度。 3 4 4 甲基罗丹明b 酯测定d n a 浓度的工作曲线 在上述最佳反应条件下，检测了c t d n a 浓度，发现当c t d n a 溶液浓度为 0 6 7 2 , - - 6 7 2 g m e 时，体系的共振散射光谱强度与c t d n a 的浓度呈线性关系。 第3 l 页 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 皇 司 cf u g m l ) 图3 1 7e t d n a 定量的工作曲线 f i g 3 - 1 7c u r v eo f e t d n a 如图3 1 7 所示，工作曲线的线性拟合方程及相关系数为：, 5 - - 0 9 8 2 + 1 1 6 c ( c 为d n a , i t g m l ) ，r - - 0 9 9 9 6 。方法的检出限( 3 曲为5 2n g m l 。 3 5 本章小结 以罗丹明b 为原料合成了一系列的烷基罗丹明b 酯，优化了合成工艺。在 s o c h 为酰化剂，甲醇与罗丹明b 的摩尔比为1 0 ：1 ，反应为温度7 0 c ( 甲基罗 丹明b 酯的反应温度为6 0 c ) ，反应时间7 h 的条件下，可以得到收率在8 0 以 上的烷基罗丹明b 酯。 与罗丹明b 相比，烷基罗丹明b 酯的最大吸收和发射波长有一定红移，在 水溶液中红移较大，在乙醇溶液中红移较小；荧光强度在水溶液中的荧光强度 增加明显，而在乙醇溶液中荧光强度变化不明显。烷基碳链长度对烷基罗丹明 b 酯的最大吸收和发射波长及荧光强度影响不大。当甲基罗丹明b 酯乙醇溶液 浓度小于l x l 0 4 m o l l 时，其最大吸收和发射波长不受其浓度影响，但荧光强度 与其浓度呈线性关系；最大吸收和发射波长随溶剂极性的增加略有红移，在水 中的最大吸收和发射波长最长，在二氯甲烷中最小；荧光强度随溶剂极性的增 加而降低，在水中的荧光强度最低，在二氯甲烷中最高；荧光强度随光照时间 增加而逐渐降低，在甲醇溶液中比在二氯甲烷溶液中的降幅大。 测定了甲基罗丹明b 酯与d n a 在酸性条件下的共振散射光谱特征，优化了共 第3 2 页 第三章烷基罗丹明b 酯的合成及表征 振散射光谱法测定痕量d n a 的分析条件。在1 6 x 1 0 。6 m o l l 甲基罗丹明b 酯、p h 值为1 的 i r i s h c l 缓冲溶液中，在) 锄习e x = 4 2 0 n m 时，发现当d n a 溶液浓度为 0 6 7 2 - - 6 7 2p g m l 时，体系的共振散射光谱强度线性很好。工作曲线的线性拟合 方程为：z l = 0 9 8 2 + 1 1 6 c ( c 为d n a 浓度，单位为i t g m l ) ，r - - 0 9 9 9 6 。此方法 的检出限( 3 回为5 8n g m l 。 第3 3 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 取代基对有机荧光探针分子荧光特性的影响显著，不同的取代基对荧光探 针荧光性能会其产生不同的影响。含活性基的罗丹明b 衍生物一般是通过底环 上的活性基与蛋白质和核酸等生物大分子中的- n h 2 、。o h 或s h 等形成共价键， 所得到的标记物具有高的稳定性、选择性和灵敏度等优点，而卤素取代对探针 分子的荧光特性影响很大。本文通过在罗丹明b 底环上进行氨基、硝基、卤代 修饰，研究了其荧光特性变化规律，为进一步研究含有活性基团和复杂结构的 荧光探针的合成提供了理论基础。 x i i ir = n 0 2 ，x r = n i - 1 2 ，xvr = i ，x v ir = b r , x wr = c i ，x r = f 图4 15 ( 分硝基、氨基和卤代罗丹明b 的化学结构式 f i g 4 - 1s t r u c t u r a lf o r m u l ao f 5 ( 6 ) 一n i t r y l ，a m i d oa n dh a l o g e nr h o d a m i n eb 第3 4 页 n， 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 15 ( 6 ) 一卤代罗丹明b 合成路线探讨 众岬k + o ：n ： ) n ) x n a 2 sn a h s x x = 卤素 图4 - 25 ( 6 ) ，卤代罗丹明b 的合成路线 f i g 4 - 1s y n t h e t i cr o u t eo f 5 ( 6 ) h a l o g e n r h o d a m i n eb 由于罗丹明b 含有一个氧葸杂环和一个苯环结构，采用常用的卤化剂，如 二( 三氟乙酸) 芳基铊和氯化碘等，直接卤代会得到多卤代罗丹明b 的混合物， 难于得到单一卤代产物；采用n n 二乙基间氨基苯酚与单氯代或溴代邻苯二甲 酸或酸酐在z n c l 2 催化下可以得到相应的卤代罗丹明b ，但是此方法对原料要 求较高，且单碘代和氟代邻苯二黾酸或酸酐价格很高，故此路线应用价值低。 本文采用了新的合成路线，通过n ，n 二乙基间氨基苯酚和4 - 硝基邻苯二甲酸得 到5 ( 6 ) 硝基罗丹明b ，再通过n a 2 s 和n a r i s 将硝基还原得到5 ( 6 ) 氨基罗丹明 b ，将5 ( 6 ) 氨基罗丹明b 重氮化，再进行卤代，四步法合成了5 ( 6 ) - 卤代罗丹明 b 。此方法原料易得，理论收率亦较高。 第3 5 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 1 1 5 ( 6 ) 硝基罗丹明b ( x h i ) 的合成 a 咋- 腹= x 图4 - 35 ( 6 ) - 硝基罗丹明b 的合成 f i g 4 - 3s y n t h e s i so f 5 ( 6 ) - n i t r y l r h o d a m i eb 向装有机械搅拌的1 0 0 m l 四口瓶中分别加入2 9 5 9 ( 1 4 0 r e t 0 0 1 ) 4 - 硝基邻苯 二甲酸和5 0 0 90 0 0 m m 0 1 ) n n - 二乙基间氨基苯酚，然后再加入4 0 0 9 ( 2 9 3 m m 0 1 ) 的z n c h 作为催化剂，搅拌加热到1 6 0 ，反应时间6 h 。趁熟将固 体移出，倒入水中，过滤，得深褐色5 ( 6 ) 一硝基罗丹明b 粗品。 在粗品中加入适量0 6 m o l l 的稀盐酸溶液，回流1 h ，过滤，用1 0 n a o h 溶液中和析出沉淀，过滤得深褐色固体。重复上述操作，得4 7 8 9 较纯的5 ( 6 ) 硝基罗丹明b ，收率为7 0 0 。柱层析分离i v ( 异丙醇) ：v ( 氨水产6 ：l 】，可以 得到纯度为9 9 的5 ( 6 ) 硝基罗丹明b 。m s ( e s i t o f ) ：m z = 5 0 5 2 6 ( m 3 4 1 2 5 ( 6 ) 氨基罗丹明b ( x i v ) 的合成 图4 45 ( 6 ) 一氨基罗丹明b 的合成 x f i g 4 - 4s y n t h e s i so f 5 ( 6 ) - a m i d o r h o d a m i eb 向装有电磁搅拌的5 0 0 m l 四口瓶中分别加入7 6 0 9 ( 1 5 6 m m 0 1 ) 硝基罗丹明 b 、溶于2 5 0 m l 蒸馏水中的1 7 5 0 9 ( 7 2 9 m m 0 1 ) 硫化钠( n a 2 s 9 h 2 0 ) ，及8 1 5 9 第3 6 页 ，n， 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 硫氢化钠，回流2 4 h 。冷却到室温，用冰醋酸酸化，直到不再产生深红褐色沉 淀为止。静置过夜后，抽滤，得滤饼，烘干。用乙醇将滤饼溶解，过滤除去不 溶杂质，滤液浓缩，得6 2 6 9 红褐色固体，即为5 ( 6 ) 氨基罗丹明b 粗品，收率 为8 7 5 。柱层析分离l - v ( 异丙醇) ：v ( 氨水) = 8 ：1 】，纯度可达9 9 2 。通过柱 层析将5 和6 氨基罗丹明b 分离。5 氨基罗丹明b ：1 hn m r ( 4 0 0 m h z , m e o d ) 6 ：8 0 3 ( d , j = 9 0 h z ，l 娜，7 2 7 j = 9 9 h z ，2 h ) ，6 8 4 7 0 4 ( 啦5 h ) ，6 4 9 ( s ，1 h ) ， 3 6 1 3 7 0 ( m ，8 1 - i ) ，1 2 9 化t ，= 6 9 h z 1 2 h ) ；m s ( e s i t o f ) ：m z = 4 7 5 2 8 ( m + ) 4 1 3 5 ( 6 ) 一碘代罗丹明b ( xv ) 的合成 x v 图4 - 55 ( 辞碘代罗丹明b 的合成 f i g 4 - 5s y n t h e s i so f 5 ( 6 ) - i o d i c r h o d a m i eb 在5 0 m l 烧杯中加入浓硫酸2 0 5 8 m g ( 2 1 m m 0 1 ) ，在磁力搅拌下缓慢加入 o 4 5 m g ( 1 m m 0 1 ) 氨基罗丹明b 。冰水浴冷却，搅拌，维持温度在0 50 c 。将 0 0 6 9 m g 亚硝酸钠( 1 m m 0 1 ) 溶于0 5 0 m l 水溶液，缓慢滴加入5 ( 6 ) 氨基罗丹明 b 的硫酸盐溶液，反应0 5 h 。 在1 0 m l 烧杯中加入o ，2 8 1 m g ( 1 7 m m 0 1 ) 的碘化钾( ) ，1 8 m l 蒸馏水使 其溶解。将上述制备得重氮盐在搅拌下慢慢加入碘化钾溶液中，升温至3 5 ， 有氮气放出。反应2 h 后，过滤收集晶体，用热水洗，再用0 ，4 m l 的5 热的 n a 2 s 0 3 溶液洗，得红色固体。柱色谱分离【、，( 异丙醇) ：v ( 氨水) _ 5 ：1 】得到0 4 5 9 5 ( 6 ) 碘代罗丹明b ，收率8 0 0 ，纯度9 9 1 。m s ( e s i - t o f ) ：m z = 5 6 9 5 ( m + ) 第3 7 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 1 4 5 ( 6 ) - 溴代罗丹明b ( x v i ) 的合成 ) n ) 图4 - 65 ( 6 ) - 溴代罗丹明b 的合成 f i g 4 - 6s y n t h e s i so f 5 ( 6 ) - b r o m i e r h o d a m i eb 在5 0 m l 烧杯中加入0 4 5 m g ( 1 m m 0 1 ) 5 ( 6 ) 一氨基罗丹明b ，l m l 氢溴酸。 在磁力搅拌下，冰水浴冷却，使成细小结晶。将0 0 8 3 m g ( 1 2 m m 0 1 ) 亚硝酸钠 溶于4 m l 蒸馏水溶液，缓慢滴加入上述溶液液面以下，冰水浴冷却，搅拌，维 持温度在o 5 ，反应0 5 h 。 将此重氮盐溶液缓慢加入1 0 0 m l 圆底烧瓶中，磁力搅拌，逐渐升温至8 0 ， 反应3 h 。过滤得粗品，分别用1 0 n a o h 水溶液洗三次，水洗三次，干燥得紫 红色粗品。柱色谱分离( 异丙醇) ：v ( 氨水) = 5 ：1 】，得0 4 1 9 紫红色固体，收 率7 8 ，纯度9 9 o 。m s ( e s i t o f ) ：m z = 5 2 2 6 ( m ) 4 1 5 5 ( 6 ) 一氯代罗丹明b ( x v i i ) 的合成 ) n ) 图4 - 75 ( 6 ) 氯代罗丹明b 的合成 f i g ，4 - 7s y n t h e s i so f 5 ( 6 ) - e h l o r i e r h o d a m i eb 在5 0 m l 烧杯中加入o 4 5 m g ( 1 m m 0 1 ) 氨基罗丹明b ；加入l m l 乙醇，使 之溶解。磁力搅拌下加入l m l 浓盐酸，冰水浴冷却，搅拌，维持温度在o 5 。 加入o 0 8 3 m g ( 1 2 r e t 0 0 1 ) 亚硝酸钠的水溶液，反应o 5 h 。 第3 8 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 将此重氮盐溶液加入氯化亚铜溶液( o 1 1 8 m g ，1 2 r e t o o l 氯化亚铜溶于3 m l 浓 盐酸溶液中) ，发生反应，放出大量氮气。升温至5 0 。c ，反应2 h 后，过滤收集 固体，水洗，将所得滤饼用乙醇溶解，过滤除去不溶杂质，取滤液，浓缩得紫 红色固体。柱色谱分离( 异丙醇) ：v ( 氨水产5 ：l 】得o 3 9 9 紫红色目体，收 率8 1 ，纯度9 9 2 。m s ( e s i - t o f ) ：m z - - - - 4 7 7 5 ) 4 1 6 5 ( 6 ) 一氟代罗丹明b ( x v i i ) 的合成 ) n ) a n 0 2h c i 冰浴 x 图4 - 85 ( 6 ) - 氟代罗丹明b 的合成 f i g 4 - 8s y n t h e s i so f s ( o f l u o r r h o d a m i eb 在5 0 m l 烧杯中加入o 4 5 8 m g ( 1 m m 0 1 ) 氨基罗丹明b ，加入l m l 乙醇，使 之溶解，磁力搅拌，加入l m l 浓盐酸，冰水浴冷却，搅拌，维持温度在o 5 。 以较快的速度加入o 0 8 3 m g ( 1 2 m m 0 1 ) 亚硝酸钠的水溶液，反应o 5 h 。 将此重氮盐溶液加入氟硼酸溶液中，迅速搅拌，发生反应，放出大量氮气， 立即析出大量絮状结晶。升温至5 0 。c ，反应2 h 后，过滤得滤饼，水洗后用乙 醇溶解，过滤除去不溶杂质，取滤液，浓缩得紫红色固体。柱色谱分离 v ( 异 丙醇) ：v ( 氨水) = 5 ；1 】得o 3 8 9 紫红色固体，收率8 2 ，纯度9 9 1 。 m s ( e s i t o f ) ：m z = 4 6 1 5 ( m + ) 4 2 合成工艺的结果与讨论 4 2 1 5 ( 6 ) 一硝基罗丹明b 合成工艺的优化 本文以n n 二乙基间羟基苯胺与4 硝基邻苯二甲酸为原料，以氯化锌为催 化剂，合成了5 ( 6 ) 硝基罗丹明b ，并对工艺参数进行了优化。 第3 9 页 n， 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 2 1 1 反应物摩尔比的影响 在氯化锌为催化剂、反应温度为1 6 0 c 和反应时闻为6 h 的条件下，考查了 n , n 二乙基问羟基苯胺与4 一硝基邻苯二甲酸的摩尔比对5 ( 6 ) 一硝基罗丹明b 收率 的影响。 表4 - 1反应物摩尔比对5 ( 6 ) - 硝基罗丹明b 收率的影响 t a b l e4 - ie f f e c to f m o l a rr a t i oo nt h ey i e l do f 5 ( 6 ) - n i l r y l r h o d a m i n eb n ( n , n - 二乙基间羟基苯胺蜘( 4 硝基邻苯二甲酸) 收率( ) 4 0 6 06 56 7 由表4 - 1 知，随着n ，n 二乙基间羟基苯胺与4 硝基邻苯二甲酸摩尔比例的 增加，5 ( 6 ) 硝基罗丹明b 收率也在增加，但当摩尔比超过5 ：2 以后，5 ( 6 ) 一硝 基罗丹明b 收率提高幅度不大，同时考虑到n , n 一二乙基间羟基苯胺过量引入， 产物的分离提纯难度加大，因此本文采用的摩尔比为5 ：2 。 4 2 1 2 反应温度的影响 由文献可知，n n 二乙基间羟基苯胺熔点为7 8 ，4 硝基邻苯二甲酸熔点 为2 1 3 2 1 7 。为了缩短反应时间，并提高收率，本文在熔融状态下进行此酰 基化反应，得到了5 ( 6 ) 硝基罗丹明b 。 在以z n c l 2 作催化剂，反应时间为6 h 和反应物摩尔比为5 ：2 的条件下，对 反应温度的影响进行了研究。 由图4 9 可以看出，随反应温度的增加，5 ( 6 ) 。硝基罗丹明b 的收率增加。 当反应温度过高时，其副反应增加，且容易发生结焦现象，从而导致5 ( 6 ) 一硝基 罗丹明b 的收率下降，故本文反应温度控制在1 6 0 9 c 。 第4 0 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 装 铸 擎 温度 图4 - 9 反应温度对5 ( 6 ) - 硝基罗丹明b 收率的影响 f i g 4 - 9 e f f e c t o f r e a c t i o n t e m p e r a t u r e o n t h e y i e l d o f s ( 6 ) - n i t r o r h o d a m i n e b 4 2 25 ( 6 ) 一氨基罗丹明b 合成工艺的优化 将5 ( 6 ) 硝基罗丹明b 还原即可得到5 ( 6 ) 一氨基罗丹明b ，常有的还原方法有； 催化氢化还原、金属与酸溶液还原、肼还原和多硫化物还原等。由于催化氢化 和肼还原需要的催化剂价格高，且需用高压釜，而金属与酸溶液催化还原后处 理比较复杂，采用多硫化物还原效果好，操作简便。本文采用n a 2 s 和n a r i s 混 和溶液，在回流状态下，还原硝基，得到了5 ( 6 ) 一氨基罗丹明b ，收率达到了 8 7 5 。 4 2 35 6 ) - 卤代罗丹明b 合成工艺的优化 由于罗丹明b 含有个氧葸杂环和一个苯环结构，采用常用的卤化剂，如 二( 三氟乙酸) 芳基铊和氯化碘等，直接卤代会得到具有不同卤代的混合物， 难于得到单一卤代产物。 本文以5 ( 6 ) - 硝基罗丹明b 为原料，通过重氮化，再在苯环上引入卤代基， 分别得到了5 ( 6 ) 一氟、氯、溴和碘代罗丹明b ，得到了满意的结果。 第4 l 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 3 荧光特性的结果与讨论 在2 0 ( 2 、p h = 7 和浓度为i 1 0 5 m o l l 条件下，分别测定了5 ( 6 ) 硝基、氨 基、碘代、溴代、氯代和氟代罗丹明b 的最大吸收和发射波长及荧光强度。 o 5 g5 6 0 一 一 $ 4 0 5 2 0 黼 a e x a e m 霪縻i霪 一 2 罗丹明b 衍生物 图4 1 0 罗丹明b 衍生物在乙醇中的最大吸收和发射波长 f i g 4 - 1 0 t h e k a n d k o f r h o d a m i n e bd i r i v a t i v e s i ne t h a n o l 注：l 3 分别为：5 ( 6 ) - 硝基罗丹明b 、罗丹明b 和5 ( 6 ) - 氨基罗丹明b 罗丹明b 衍生物 图4 - 1 l罗丹明b 衍生物在水和乙醇中的荧光强度 f i g ，4 11t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo fr h o d m n i n ebd e r i v a t i v e si nw a t e ra n de t h a n o l 注：卜一3 分别为：5 ( 6 ) - 硝基罗丹明b 、罗丹明b 和5 ( 6 ) - 氨基罗丹明b 第4 2 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 卤代罗丹明b 衍生物 图4 - 1 2 卤代罗丹明b 在乙醇中的最大吸收和发射波长 f i g 4 - 1 2t h ek a n dk o f h a l o r h o d a m i n ebi ne t h a n o l 注：1 5 分别为罗丹明b 和5 ( 眵碘、溴、氯及氟代罗丹明b 卤代罗丹明b 衍生物 图4 1 3卤代罗丹明b 在水和乙醇中的荧光强度 f i g 4 1 3t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f h a l o r h o d a m i n ebi nw a l e ra n de t h a n o l 注：l 5 分别为罗丹明b 和5 ( 6 ) - 碘、溴、氯及氟代罗丹明b 第4 3 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 3 1 硝基的影响 图4 1 0 和4 - 1 1 可知，与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 硝基罗丹明b 的最大吸收和 发射波长红移，荧光强度显著降低。这是由于硝基是一种强吸电子取代基，硝 基含有n 电子，然而其n 电子的电子云并不与苯环上的耳电子云共平面，不像 给电子基团那样与芳环共享共轭兀键和扩大其共轭兀键。由于其n 叫【1 跃迁是 属于禁戒跃迁，摩尔吸光系数很小( 约为1 0 2 ) ，最低单线激发态s 1 为n ，m 型，s i t l 的系间跨越越强烈，因而在水和乙醇溶剂中的荧光强度都很弱。 4 3 2 氨基的影响 由4 1 0 和4 - 1 1 可知，与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 氨基罗丹明b 最大吸收和发 射波长略有红移，荧光强度增强。这是由于一n h 2 是给电子基团，其激发态由 环外的氨基上的n 电子激发转移到环上而产生。由于其n 电子的电子云几乎与 苯环上的兀轨道成平行，共享了共轭冗电子结构，扩大了其共轭双键体系。因 此，这类化合物的吸收光谱与发射光谱的波长都比未被取代的芳族化合物的波 长长，荧光强度也增强。 4 3 3 卤素的影响 由图4 1 2 和4 1 3 可知，与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 卤代罗丹明b 最大吸收和 发射波长有一定的红移，荧光强度明显增加；四种卤代罗丹明b 荧光特性变化 不大，其中最大吸收和发射波长红移顺序为i b r c i f ，5 ( 6 ) 氟代罗丹明b 增加的最多，而5 ( 6 ) 碘代罗丹明b 的最大吸收和发射波长增加的最少；荧光强 度增加程度顺序为i b r c i f ，5 ( 6 ) 一氟代罗丹明b 的荧光强度最大，而5 ( 6 ) 碘代罗丹明b 最小。卤素取代一般称为重原子取代，罗丹明b 取代上卤素后， 其荧光强度随卤素原子量增加而减弱，这种效应通常称为“重原子效应”。这 是由于重原子的存在，使得罗丹明b 中电子自旋一轨道偶合作用加强，s l t l 问跨越显著增加，结果导致荧光强度减弱。 第4 4 页 第四章5 ( 6 ) 一硝基、氨基和卤代罗丹明b 的合成及表征 4 4 本章小结 合成了5 ( 6 ) 硝基、氨基、碘代、溴代、氯代和氟代罗丹明b ，优化了合成 工艺。 荧光特性分析结果表明：与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 硝基罗丹明b 的最大吸收 和发射波长红移，荧光强度显著降低；与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 氨基罗丹明b 最 大吸收和发射波长略有红移，荧光强度增强；与罗丹明b 相比，5 ( 6 ) 卤代罗丹 明b 最大吸收和发射波长有一定的红移，荧光强度明显增加；四种卤代罗丹明 b 荧光特性相近，其最大吸收和发射波长红移顺序为i b r c i f ，5 ( 6 ) 氟代 罗丹明b 红移最大，而5 ( 6 ) 碘代罗丹明b 红移最小；荧光强度增加顺序亦为i b r c i f ，5 ( 6 ) 氟代罗丹明b 的荧光强度增加最多，而5 ( 6 ) 碘代罗丹明b 增加最小。 第4 5 页 第五章结论 第五章结论 以罗丹明b 为原料合成了一系列的烷基罗丹明b 酯，优化了合成工艺。在 s o c h 为酰化剂，醇与罗丹明b 的摩尔比为l o ：1 ，反应温度为7 0 ( 甲基罗丹 明b 酯的反应温度为6 0 ) ，反应时问为7 h 条件下，烷基罗丹明b 酯收率均在 8 0 0 , 以上。 与罗丹明b 相比，烷基罗丹明b 酯的最大吸收和发射波长有一定红移，在 水溶液中红移较大，在乙醇溶液中红移较小；荧光强度增加，尤其是在水溶液 中的荧光强度增加明显，在乙醇溶液中荧光强度变化不明显。烷基碳链长度对 烷基罗丹明b 酯的最大吸收和发射波长及荧光强度影响不大。当甲基罗丹明b 酯乙醇溶液浓度小于1 x 1 0 4 m o l l 时，其最大吸收和发射波长不受其浓度影响， 但荧光强度与其浓度呈线性关系；最大吸收和发射波长随溶剂极性的增加略有 红移，其中在水中最大吸收和发射波长最长；荧光强度随激发光照射时间增长 而逐渐降低，在甲醇溶液中比在二氯甲烷溶液中的降幅大。 优化了甲基罗丹明b 酯共振散