引用本文:柯德宏，濮伟雯，潘莹莹，等. 咔唑基席夫碱类化合物合成与分子内可交换氢键(ITP)对吸收和荧光光谱的影响[J]. 化学试剂, 2024, 46(10):105-117.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2024.0373
医用分子探针最好在可见光区域内实现激发并发射荧光，减少传统的紫外激发模式，降低对活体细胞的伤害，才有肯能实现产业化。本文通过在咔唑甲醛的亚胺衍生物的邻位引入-OH，并利用质子在-O和N=之间共振从而形成扩环效应，极大降低了该类化合物跃迁能隙，实现了在可见光范围内激发和发射，为将来该类化合物作为分子荧光探针应用于活体细胞提供了良好的基础。
1.报道了一种不用对NH保护情况下高收率合成咔唑甲醛的合成方法；
2.通过对咔唑甲醛亚胺衍生的光学性质研究，发现分子内质子转移和震荡导致扩环效应，造成分子跃迁能隙变窄，吸收光谱普遍红移；
3.荧光研究结果表明，分子内氢键共振结构不仅扩大了斯托克斯位移，而且提高了荧光发射强度；本文结果为合成发射-荧光都在可见光区域的新型分子探针提供了基础。
1.2.1 4-羟基-9H-咔唑-3-甲醛席夫碱化合物的合成
1.2.2 测试方法
紫外吸收光谱：准确称取所得的化合物移入10 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成浓度1×10-4 mol /L的储备溶液。分别移取1 mL上述溶液于10 mL容量瓶中，烘干，用DMSO定容得1 ×10-5 mol /L的测试溶液，室温条件下测试其紫外吸收光谱。荧光发射光谱：分别移取 1 mL 浓度为1×10-4mol /L的上述储备溶液于10 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容得 1×10-5 mol /L储备溶液。再移取 1 mL 浓度为1 ×10-5 mol /L储备溶液于10 mL容量瓶中，烘干，用DMSO定容，得到 1× 10-6mol /L 的测试溶液，室温条件下测试其荧光发射光谱。2.1 咔唑席夫碱化合物的合成研究
席夫碱的制备主要是由胺类化合物和活性羰基发生缩合所获得。因而在咔唑上引入活性羰基是制备咔唑席夫碱化合物最为关键的一步。本文参照Bhosle[16]方法合成4-羟基-3-咔唑甲醛，以乙醇为溶剂，以对甲苯磺酸催化剂，室温条件下邻甲酰化产物与一系列胺类化合物发生缩合制备4-羟基咔唑-3-亚胺。2.2 咔唑席夫碱化合物的紫外-可见吸收与荧光发射
本文所合成的19个单咔唑席夫碱衍生物在紫外-可见光区都有明显吸收，部分化合物最大吸收峰波长延伸到可见光区。以最强吸收波长激发后发射荧光，荧光波长全部落在可见光区，具体数值见表1。
C24分子内虽然存在IPT效应，最大吸收峰依然小于350 nm。也就是说，形成N…H…O动态平衡的N与O必须来自两个不同的芳香环才能有效导致红移，C24分子内苯环上的分子内氢键对红移无效，如C24最大吸收峰为348 nm，在400 nm以上几乎无吸收，这表明位于苯环上的IPT作用没有导致吸收峰红移，而C2在400 nm以上区域有强吸收（图5） 。
C9吸收波长超过C7 最大的原因可能是：苯胺中邻位的MeO-进一步稳定了上述平衡（图 7），促进了在O与N两个原子间流变转移，进一步降低了基态与激发态的能级差△E，吸收波长红移至444 nm。
与C9相反，同样是邻位有取代基，C15的λmax比C9小的原因可能是由于构象旋转，-Cl的体积较大，破坏了=N-H-O动态平衡（图8），而当-Cl处于间位时（C14），由于没有位阻效应，最长吸收峰波长为424 nm。（1）.jpg)
从表2可以发现，凡是在咔唑环上形成IPT效应的化合物，其最大吸收峰波长红移非常显著，如C27的λmax为286 nm，而具有IPT效应的C17则红移到404 nm。当桥联基团由烷基（C17, C18, C19与C27, C28, C29）替换为苯环时，最大吸收峰波长红移明显，如把乙基（如C27）置换为1,4-对苯基时（如C30），λmax从286 nm红移到298 nm，而具备了IPT效应结构的化合物红移更大，如C17为404 nm，而C21为444 nm。
本文使用廉价原料，通过常规方法高收率得到了一系列含有IPT效应的咔唑基席夫碱化合物，对他们进行了表征，确认了结构。研究结果表明，ITP效应导致的非经典氢键扩大了咔唑环，导致该类化合物吸收和荧光发射大幅度红移，从而实现荧光激发和发射都在可见光区域，为将来的进一步应用打下良好的基础。
