专利名称：一种2-硫代乙内酰脲及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于有机化学领域，涉及杂环化合物，具体涉及硫取代杂环化合物。
背景技术：
阴离子识别是指受体(主体)选择性与阴离子结合，并产生某种特定功能的过程，在生物、化学、医学、催化和环境科学等领域占有举足轻重的地位，尤其是在生物体的代谢过程中如DNA识别、分子运输等具有重要作用。阴离子识别与传感体系的研究逐渐成为超分子化学研究热点。江洪等设计合成了阴离子识别受体N-硝基脲，在该受体的DMSO溶液加入氟离子、磷酸二氢根离子、磷酸氢根离子，溶液颜色由黄色变为紫色，从而实现对这三种阴离子的裸眼识别(无机化学学报，2008，24(7)，1073)。张有明等设计合成了阴离子识别受
体缩氨基硫脲，在上述缩氨基硫脲的乙腈溶液中加入氟离子、醋酸根离子、正丁酸根离子，溶液由无色变为黄色，从而实现了这三种阴离子的裸眼识别(化学学报，2006，64 (1)，79)。但是，上述阴离子识别受体必须首先制备成溶液，然后和阴离子作用才能实现离子识别，显然存在携带不方便和检测过程不够快捷的缺点。2-硫代乙内酰脲广泛应用在生物领域，可以用来治疗HSV、HIV和白血病。但是未见其应用在阴离子识别上。
发明内容
本发明的要求解决的技术问题是提供一种改进的2-硫代乙内酰脲，该化合物可用于检测氟离子，尤其是可用于制备快速检测氟离子的试纸。本发明解决上述问题的技术方案是一种2-硫代乙内酰脲，其化学结构如下式(I)所示
S
O
HO(I),式(I)中，R为Cf 12烷基、对硝基苯基、对氰基苯基、对甲氧基苯基、对丁基苯基、3，5- 二三氟甲基苯基或苯基。上式(I)中，当R为Cf 12烷基时，式(I)所示化合物为4-(4’_羟基苯基)l_Cf 12烷基-2-硫代乙内酰脲；当R为对硝基苯基时，式(I)所示化合物为4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)-2-硫代乙内酰脲；当R为对氰基苯基时，式(I)所示化合物为4- (4’-羟基苯基)I- (4’-氰基苯基)-2-硫代乙内酰脲；
当R为对甲氧基时，式(I)所示化合物为4- (4’-羟基苯基)I- (4’-甲氧基苯基)-2_硫代乙内酰脲；当R为对丁基苯基时，式(I)所示化合物为4- (4’-羟基苯基)I- (4’-丁基苯基)-2_硫代乙内酰脲；当R为苯基时，式(I)所示化合物为4- (4’ -羟基苯基)I-苯基-2-硫代乙内酰脲；当R为3，5_ 二三氟甲基苯基时，式(I)所示化合物为4- (4’-羟基苯基)I- (3’，5’ - 二三氟甲基苯基)-2-硫代乙内酰脲。本发明所述的2-硫代乙内酰脲本领域常用方法合成，本发明人推荐的方法如下 所述将4-羟基苯基甘氨酸甲酯和异硫氰酸酯按1:1的摩尔比加入四氢呋喃中，室温下反应1(Γ24小时后，减压蒸馏除去溶剂，然后上硅胶柱洗脱掉残留固体即可；所述上硅胶柱洗脱的洗脱液由乙酸乙酯和正己烷混合得到，其中乙酸乙酯正己烷的体积比为I : I 4。上述2-硫代乙内酰脲合成方法的反应过程为
T2THFHN^
XY^cooch3 + scn,r
HO HO^ 0 CU),反应式(II)中，R为Cf 12烷基、对硝基苯基、对氰基苯基、对甲氧基苯基、对丁基苯基、3，5- 二三氟甲基苯基或苯基。本发明所述的2-硫代乙内酰脲与氟离子结合，使含2-硫代乙内酰脲的溶液或试纸发生颜色变化。其中，使含2-硫代乙内酰脲的溶液发生颜色变化的方法是，将所述的2-硫代乙内酰脲溶解在乙腈、THF、DMF或者DMSO等亲水性溶剂中，然后滴加待检测样品，观察溶液颜色是否发生改变，如果溶液颜色发生变化，则说明样品中含有氟离子；使含2-硫代乙内酰脲的试纸发生颜色变化的方法是，将待检测样品滴加在试纸上，观察检测试纸颜色是否发生改变；如果试纸颜色从白色变成紫色，则说明样品中含有氟离子；上述试纸的制备方法为将所述的2-硫代乙内酰脲溶解在乙腈、THF，二氯甲烷或者丙酮等易挥发溶剂中，然后将滤纸浸泡在所配制的溶液中，浸透后取出滤纸晾干即得。本发明相对于现有技术具有以下优点本发明所述的2-硫代乙内酰脲可以制备成检测氟离子的试纸，不仅携带方便，而且检测过程快捷。
图I为4- (4’_羟基苯基)1-丁基-2-硫代乙内酰脲乙腈溶液的添加不同阴离子的颜色变化图。图24- (4’ -羟基苯基)I-丁基-2-硫代乙内酰脲乙腈溶液的添加不同阴离子的紫外可见光光谱。图3含4- (4’ -羟基苯基)I- 丁基-2-硫代乙内酰脲试纸滴加不同氟离子浓度水溶液的颜色变化图。
图4含4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)_2_硫代乙内酰脲试纸滴加不同氟离子浓度水溶液的颜色变化图。图5含4- (4’_羟基苯基)I- (4’ -氰基苯基)-2_硫代乙内酰脲试纸滴加不同氟离子浓度水溶液的颜色变化图。图6含4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -甲氧基苯基)_2_硫代乙内酰脲试纸滴加不同氟离子浓度水溶液的颜色变化图。
具体实施例方式实施例II.化合物的制备在IOOmL烧瓶中加入3. 62g 4_轻基苯基甘氨酸甲酯和3. 82g正丁基异硫氰酸酯， 然后加入30mL四氢呋喃。室温下反应12小时后，减压蒸馏除去溶剂，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:1 (v/v)下纯化得到白色固体4.44g。产率84%。2.化合物的表征Mp 291-292 0C .1H NMR (400MHz, THF_d8) : δ O. 83 O. 87 (m, 3H, CH3)，I. 09 I. 24 (m, 4H, CH2CH2)，3. 42 3. 56 (m, 2H, CH2)，5. 28 (s, 1H, CH)，6. 70 6· 73 (d, 2H, Ar)，7. 53 7. 55 (d, 2H, Ar)，8. 59 (s, I
H,0H)，10. 09 (s, 1H, NH) ·13C NMR(100MHz, THF-d8) : δ 13. 08，19. 69，29. 24，40. 38，61. 44，114. 66，121. 75，I28. 46，158. 54，171. 76，182. 36.IR(CnT11KBr) :3263, 3014, 2362, 2106, 1588，1525，1409，1334，1251，1179，1013,93
O,843，735，698.Anal. Calcd for C13H16N2O2S: C, 59. 07 ; Η, 6· 10 ; N, 10. 60 ; 0，12. 11; S, 12. 13.Found: C，59. 11; H, 6. 08 ;Ν, 10. 77.found ES+, m/ζ: =264. 09 [Μ+Η]+.上述检测结果证实制备的化合物为4- (4’ -羟基苯基)I-丁基-2-硫代乙内酰脲。3.氟离子检测性能的研究为了检测4- (4’ -羟基苯基)I- 丁基-2-硫代乙内酰脲的氟离子识别能力，首先配制浓度为I. OmM的4- (4’ -羟基苯基)I- 丁基_2_硫代乙内酰脲乙腈溶液，然后添加四正丁基铵硝酸盐，溴化四正丁基铵，氯化四正丁基铵或者四正丁基铵硫氢酸盐，其中四正丁基铵盐的浓度为IOmM ;最后观察溶液颜色变化。由图I可知，4-(4’_羟基苯基)1_ 丁基-2-硫代乙内酰脲的乙腈溶液颜色为无色，加入氟化四正丁基铵后溶液变为紫色，而加入四正丁基铵硝酸盐，溴化四正丁基铵，氯化四正丁基铵或者四正丁基铵硫氢酸盐后溶液颜色没有变化。因此4- (4’-羟基苯基)I-丁基-2-硫代乙内酰脲对氟离子显示出选择性和裸眼识别能力。检测上述溶液的紫外可见光如图2所示，加入氟化四正丁基铵，溶液的吸收光谱从271nm红移到562nm，而加入四正丁基铵硝酸盐，溴化四正丁基铵，氯化四正丁基铵或者四正丁基铵硫氢酸盐溶液的吸收光谱变化较小。4- (4’-羟基苯基)I-丁基-2-硫代乙内酰脲对氟离子显示出良好的选择性。4.检测氟离子试纸的效果实验4. I.检测试纸的制备首先配制20mg/ml的将4- (4’-羟基苯基)1_ 丁基_2_硫代乙内酰脲分别溶解在THF和乙腈中，得到4- (4’ -羟基苯基)I-丁基-2-硫代乙内酰脲浓度为THF溶液和乙腈溶液，然后将滤纸分别浸泡在THF溶液和乙腈溶液中，浸透后取出滤纸晾干得到两种检测试纸。配制氟离子浓度为190 μ g/mL, 19 μ g/mL, 7. 6 μ g/mL, I. 9 μ g/mL 和 I. 0 μ g/mL 的氟化钾水溶液作为待测样品。4. 2.试纸检测氟离子 配制不同氟离子浓度的待测样品。取待检测样品滴加在检测试纸上，观察检测试纸颜色改变，结果如图3所示。从图3可以发现，制备的检测试纸可以快速灵敏的检测出待测样品是否含有氟离子，并且其氟离子检测极限浓度为I. 9 μ g/mL (I. 9ppm)。5.含对照受体的试纸检测氟离子5. I对照受体的制备对照受体I :N-硝基-N- (2，6- 二硝基_4_三氟甲基苯基)-N' - (4_氯苯基)脲对照受体2 :N-硝基-N_(2，6-二硝基-4-三氟甲基苯基)_N' _(4_甲基苯基)脲。其中对照受体I和对照受体2的制备方法参考文献(无机化学学报，2008，24(7)，1073)5. 2检测试纸的制备首先配制20mg/ml的对照受体I或者对照受体2的THF溶液。将滤纸浸泡在上述溶液，取出滤纸晾干得到检测试纸。5. 3.试纸检测氟离子配制不同氟离子浓度的待测样品。取待检测样品滴加在含对照受体I或者对照受体2的检测试纸上，发现试纸颜色保持黄色，不发生变化。由于含对照受体I或者对照受体2的检测试纸，故没有附空白的照片。因此本发明所述的4- (4’_羟基苯基)1_ 丁基-2-硫代乙内酰脲可以用来制备检测氟离子试纸，该检测试纸可以快速方便的检测样品中是否含有氟离子。并且检测下限达到 I. 9ppm。实施例24- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)-2-硫代乙内酰脲I. 4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)_2_硫代乙内酰脲的制备在IOOmL烧瓶中加入3. 62g (20mmol)4_轻基苯基甘氨酸甲酯和3. 60g (20mmol)对硝基苯基异硫氰酸酯，然后加入40mL四氢呋喃。室温下反应10小时后，减压蒸馏除去溶齐U，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:2 (v/v)下纯化得到白色固体5. 40go 产率 82%。2. 4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)_2_硫代乙内酰脲的表征1H NMR (400MHz, DMS0_d6) : δ 5. 47 (s, 1H, CH)，6. 70 6· 73 (d, 2Η, Ar)，6. 92 6· 93 (d,2H, Ar)，7. 64 7· 66 (d, 2H, Ar)，8. 02 8· 04 (d, 2H Ar)，8. 62 (s, 1H, OH), 10. 21 (s, 1H, NH) ·13C NMR(100MHz, DMS0_d6) : δ 67. 34，114. 66，121. 75，123. 71，127. 88，128. 46，131
33，147. 55，157. 54，172. 71，181. 32.上述检测结果证实制备的化合物为4- (4’ -轻基苯基)I- (4’硝基苯基)-2_硫代乙内酰脲。3.检测氟离子试纸的效果实验3. I.检测试纸的制备首先配制20mg/ml的将4_ (4’ -羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)_2_硫代乙内酰脲溶解在THF中，得到4- (4’-羟基苯基)I- (4’ -硝基苯基)-2-硫代乙内酰脲丙酮溶液，
然后将滤纸分别浸泡在丙酮溶液中，浸透后取出滤纸晾干得到检测试纸。配制氟离子浓度为200ug/mL, 20ug/mL, 8. Oug/mL, 2. lug/mL 和 I. Oug/mL 的氟化钠水溶液作为待测样品。3. 2.试纸检测氟离子取待检测样品滴加在检测试纸上，观察检测试纸颜色改变，结果如图4所示。从图4可以发现，制备的检测试纸可以快速灵敏的检测出待测样品是否含有氟离子，并且其氟离子检测极限浓度为2. I μ g/mL(2. Ippm)。实施例34- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -氰基苯基)-2-硫代乙内酰脲I. 4- (4’_轻基苯基)I- (4’ -氛基苯基)_2_硫代乙内酸服的制备在IOOmL烧瓶中加入3. 62g (20mmol)4_轻基苯基甘氨酸甲酯和3. 20g (20mmol)对氰基苯基异硫氰酸酯，然后加入50mL四氢呋喃。室温下反应24小时后，减压蒸馏除去溶齐U，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:3 (v/v)下纯化得到白色固体5. 32g。产率 86%ο2. 4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -氰基苯基)_2_硫代乙内酰脲的表征 1H NMR (400MHz, DMS0_d6) : δ 5. 52 (s, 1H, CH)，6. 67 6· 69 (d, 2H, Ar)，6. 87 6· 90 (d,2H, Ar)，7. 53 7· 55 (d, 2H, Ar)，7. 99 8· 01 (d, 2H, Ar)，8. 55 (s, 1H, OH), 9. 31 (s, 1H, NH) ·13C NMR(100MHz, DMS0_d6) : δ 63. 44，114. 61，122. 15，123. 33，127. 92，128. 36，133
48，146. 15，157. 04，172. 78，180. 22.上述检测结果证实制备的化合物为4- (4’-轻基苯基)I- (4’-氰基苯基)-2_硫代乙内酰脲。3.检测氟离子试纸的效果实验3. I.检测试纸的制备首先配制20mg/ml的将4_ (4’ -轻基苯基)I- (4’ -氰基苯基)_2_硫代乙内酰脲溶解在THF中，得到4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -氰基苯基)-2硫代乙内酰脲THF溶液，然后将滤纸分别浸泡在THF溶液中，浸透后取出滤纸晾干得到检测试纸。配制氟离子浓度为280 μ g/mL, 28 μ g/mL, 12 μ g/mL, 2. 8 μ g/mL 和 I. 0 μ g/mL 的氟化钾水溶液作为待测样品。3. 2.试纸检测氟离子取待检测样品滴加在检测试纸上，观察检测试纸颜色改变，结果如图5所示。从图5可以发现，制备的检测试纸可以快速灵敏的检测出待测样品是否含有氟离子，并且其氟离子检测极限浓度为2. 8 μ g/mL (2. 8ppm)。实施例44- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -甲氧基苯基)-2-硫代乙内酰脲1.4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -甲氧基苯基)_2_硫代乙内酰脲的制备在IOOmL烧瓶中加入3. 62g (20mmol)4_轻基苯基甘氨酸甲酯和3. 30g (20mmol)对甲氧基苯基异硫氰酸酯，然后加入30mL四氢呋喃。室温下反应20小时后，减压蒸馏除去溶剂，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:4 (v/v)下纯化得到白色固体 5. 22g。产率 83%。2. 4- (4’ -羟基苯基)I- (4’ -甲氧基苯基)-2-硫代乙内酰脲的表征1H NMR (400MHz, DMS0_d6) : δ 4. 48 (s, 3H, CH30)，6. 01 (s, 1H, CH)，6. 77 6·79 (d, 2H, Ar)，6. 93 6· 95 (d, 2H, Ar)，7. 23 7· 25 (d, 2H, Ar)，7. 69 7· 71 (d, 2H, Ar)，8. 42 (s, 1H, OH)，10. 02 (s, 1H, NH).13C NMR (100MHz, DMS0-d6) : δ 57. 41,67. 44，113. 98，122. 75，123. 16，127. 41，129.86，132. 00，146. 85，157. 88，172. 01，179. 32.上述检测结果证实制备的化合物为4-(4’_羟基苯基)1_ (4’_甲氧基苯基)-2_硫代乙内酰脲。3.检测氟离子试纸的效果实验3. I.检测试纸的制备首先配制20mg/ml的将4_ (4’ -轻基苯基)I- (4’ -甲氧基苯基)_2_硫代乙内酰脲溶解在THF中，得到4- (4’-羟基苯基)1- (4’-甲氧基苯基)-2_硫代乙内酰脲二氯甲烷溶液，然后将滤纸分别浸泡在二氯甲烷溶液中，浸透后取出滤纸晾干得到检测试纸。配制氟离子浓度为250 μ g/mL, 25 μ g/mL, 10 μ g/mL, 2. 5 μ g/mL 和 I. 0 μ g/mL 的氟化钠水溶液作为待测样品。3. 2.试纸检测氟离子取待检测样品滴加在检测试纸上，观察检测试纸颜色改变，结果如图6所示。从图6可以发现，制备的检测试纸可以快速灵敏的检测出待测样品是否含有氟离子，并且其氟离子检测极限浓度为2. 5 μ g/mL (2. 5ppm)。实施例54- (4’ -羟基苯基)I-苯基-2-硫代乙内酰脲I. 4- (4’ -羟基苯基)I-苯基-2-硫代乙内酰脲的制备在IOOmL烧瓶中加入3. 62g (20mmol)4_轻基苯基甘氨酸甲酯和2. 70g (20mmol)对硝基苯基异硫氰酸酯，然后加入30mL四氢呋喃。室温下反应18小时后，减压蒸馏除去溶齐U，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:2 (v/v)下纯化得到白色固体4. 66go 产率 82%。2. 4- (4’ -羟基苯基)I-苯基-2-硫代乙内酰脲的表征1H NMR (400MHz, DMS0_d6) : δ 5. 41 (s, 1H, CH)，6. 66 6· 72 (m, 3H, Ar)，6. 93 6· 95 (d,2H, Ar), 7. 84 7· 85 (d, 2Η, Ar), 8. Γ8. 13 (d, 2Η, Ar), 9. 01 (s, 1Η, 0Η), 10. 87 (s, 1Η, NH).13C NMRdOOMHz, DMSO-Cl6) : δ 61. 44，117. 17，127. 14，127. 92，128. 36，129. 05，131 04，142. 15，156. 81，172. 78，180. 22.上述检测结果证实制备的化合物为4- (4’ -羟基苯基)I-苯基-2-硫代乙内酰脲。3.检测氟离子试纸的效果实验3. I.检测试纸的制备制备方法同实施例I.配制氟离子浓度为10 μ g/mL和I. O μ g/mL的氟化钾水溶液作为待测样品。3. 2.试纸检测氟离子
检测方法同实施例I。当检测试纸滴加浓度为10μ g/mL的待测样品时，试纸颜色由白色变成淡紫色；当检测试纸滴加浓度为I. 0μ g/mL的待测样品和不含氟离子的待测样品时，试纸颜色不发生变化。因此本发明制备的检测试纸可以快速灵敏的检测出待测样品是否含有氟离子。实施例64- (4’ -羟基苯基)I- (4’ - 丁基苯基)-2_硫代乙内酰脲在IOOmL烧瓶中加入3. 62g (20mmol)4_轻基苯基甘氨酸甲酯和3. 83g (20mmol)对丁基苯基异硫氰酸酯，然后加入30mL四氢呋喃。室温下反应16小时后，减压蒸馏除去溶齐U，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:1 (v/v)下纯化得到白色固体5. 72g。产率 84%ο实施例74- (4’ -羟基苯基)I- (3’，5’ - 二三氟甲基苯基)-2_硫代乙内酰脲在IOOmL烧瓶中加入3. 62g (20mmol)4_轻基苯基甘氨酸甲酯和5. 21g (20mmol)3，5- 二三氟甲基苯基异硫氰酸酯，然后加入30mL四氢呋喃。室温下反应14小时后，减压蒸馏除去溶剂，残留固体用硅胶柱在洗脱液组成为乙酸乙酯正己烷=1:1 (v/v)下纯化得到白色固体7. 15g。产率85%。
权利要求
1.一种2-硫代乙内酰脲，其化学结构如下式(I)所示
2.根据权利要求I所述的2-硫代乙内酰脲，其特征在于(I)中，R为对硝基苯基。
3.权利要求I或2所述的2-硫代乙内酰脲的制备方法，该方法由以下步骤组成 将4-羟基苯基甘氨酸甲酯和异硫氰酸酯按I: I的摩尔比加入四氢呋喃中，室温下反应10^24小时后，减压蒸馏除去溶剂，然后上硅胶柱洗脱掉残留固体即可；所述上硅胶柱洗脱的洗脱液由乙酸乙酯和正己烷混合得到，其中乙酸乙酯正己烷的体积比为I : I 4。
4.权利要求I或2所述的2-硫代乙内酰脲在检测氟离子中的应用。
5.权利要求I或2所述的2-硫代乙内酰脲在制备检测氟离子的试纸中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的试纸是由以下方法制备得到先将权利要求I或2所述的2-硫代乙内酰脲溶解在乙腈、THF、丙酮或者二氯甲烷中，然后将滤纸浸泡在所配制的溶液中，浸透后取出滤纸晾干即得。
全文摘要
本发明涉及含硫杂环化合物，该化合物为一种2-硫代乙内酰脲，其化学结构如下式(I)所示，式(I)中，R为C1~12烷基，对硝基苯基，对氰基苯基，对甲氧基苯基，对丁基苯基，3,5-二三氟甲基苯基和苯基其中一种。本发明所述的2-硫代乙内酰脲是将异硫氰酸酯和对羟基苯甘氨酸甲酯反应得到。本发明所述的2-硫代乙内酰脲具有阴离子识别性能，可以用来检测氟离子。
文档编号G01N21/78GK102924383SQ20121040874
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者刘瑞源, 勇雪, 瞿金清, 严轶琛, 游文玮 申请人:南方医科大学