论文总字数：22575字

摘 要

历史上第一次人工合成荧光素是在1871年时由德国著名化学家拜耳在氯化锌的催化作用下将邻苯二甲酸酐和间苯二酚缩合而得。经研究发现荧光素衍生物作为荧光检测剂具有生产成本低、荧光强度大、无毒害等优势，在生物、化学分析以及医疗领域发挥巨大的作用。因此，人们对于荧光素的需求量也日益增大。本文以荧光素中间体2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑的合成研究为主，通过优化反应条件，改进反应后处理方法，提高产物产率与纯度，旨在实现具有可行性的工业化生产。

第一步反应为对甲氧基苯胺与草酸二乙酯在150℃条件下进行酰胺化反应生成对甲氧基苯胺-N-草酸乙酯，投料比为3:1；第二步反应为对甲氧基苯胺-N-草酸乙酯与五硫化二磷在150℃条件下以二甲苯为溶剂反应生成硫代草酸酯，投料比为3:1，最终产率可以达到89%；第三步反应为硫代草酸酯与铁氰化钾在0到5℃左右条件下进行氧化成环反应生成羧酸产物。投料比为1:2.5，待反应结束后产物通过甲醇重结晶可以使纯度达到99%以上；第四步反应为2-羧基-6-甲氧基苯并噻唑的连投反应，一锅法进行酰氯化、酰胺化反应，制得6-甲氧基苯并噻唑-2-甲酰胺。投料比为1:4.5，这一步反应为了提高产物纯度要保证体系无水，最终产率可以达到82%；第五步反应为6-甲氧基苯并噻唑-2-甲酰胺在120℃条件下通过三氯氧磷的脱水作用得到我们的目标产物2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑。反应结束后通过快速柱除去杂质的处理方法提高产物的产率和纯度，最终产率可以达到86%。

本文中物质通过IR、1H NMR确定物质结构。

关键词： 荧光素 2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑 合成 优化

The Synthesis of 2-Cyano-6-Methoxy Benzothiazole

ABSTRACT

The first time in the history of artificial synthesis of fluorescein in 1871 by the famous German chemist Bayer in the catalytic role of zinc chloride phthalic anhydride and resorcinol condensation derived. It has been found that fluorescein derivatives have the advantages of low production cost, high fluorescence intensity and no toxicity, and play a huge role in biological, chemical analysis and medical field. Therefore, people's demand for fluorescein is also increasing. In this paper, the synthesis of 2-cyano-6-methoxybenzothiazole in fluorescein intermediate was studied. By optimizing the reaction conditions and improving the post-reaction treatment method, the yield and purity of the product were improved. Industrial production.

The first step reaction is p-methoxy aniline and diethyl oxalate at 150 ℃ under the conditions of amidation reaction to produce p-methoxy aniline-N-oxalate, the feed ratio of 3: 1;The second step reaction is p-methoxyaniline-N-oxalate and phosphorus pentasulfide at 150 ℃ under the conditions of xylene as solvent reaction of sulfur oxalate ester, the feed ratio of 3: 1, the final yield can reach 89% ;The third step reaction for the thiooxides and potassium ferricyanide in the 0 to 5 ° C under the conditions of oxidation ring reaction to produce carboxylic acid products. Feed ratio of 1: 2.5, until the end of the reaction after the product by methanol recrystallization can make the purity of 99% or more;The fourth step reaction is 2-carboxy-6-methoxybenzothiazole with the cast reaction, one pot method for acyl chloride, amidation reaction, obtained 6-methoxy benzothiazole-2-carboxamide. Feed ratio of 1: 4.5, this step in order to improve product purity to ensure that the system anhydrous, the final yield can reach 82%;The fifth step is the reaction of 6-methoxybenzothiazole-2-carboxamide at 120 ° C under the conditions of dehydration of phosphorus oxychloride to achieve our target product 2-cyano-6-methoxybenzothiazole. After the end of the reaction, the process of removing impurities by the rapid column improves the yield and purity of the product, and the final yield can reach 86%.

The material structure is determined by IR and 1H NMR.

Key Words: Fluorescein;2-cyano-6-methoxybenzothiazole;synthesis;Improve

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 生物发光 1

1.1.2 生物光的应用 1

1.1.3 荧光素的发展历史 2

1.2 荧光素的研究以及应用 3

1.2.1 D-荧光素的结构 3

1.2.2 D-荧光素的发光机理 3

1.2.3 荧光素的应用 4

1.3 D-荧光素衍生物的研究 4

1.3.1 D-荧光素的修饰——二氢噻唑环 5

1.3.2 D-荧光素的修饰——苯环部分 5

1.3.3 D-荧光素的类似物——非噻唑环结构化合物 6

1.3.4 D-荧光素的类似物——氨基荧光素 6

1.3.5 D-荧光素的同位素——氘代甲基荧光素 7

1.4 D-荧光素的合成 8

1.4.1 White等人的合成线路 8

1.4.2 Seto等人的合成路线 9

1.4.3 White等人改进的合成路线 9

1.4.4 Yoshiaki等人的合成路线 10

1.4.5 Santaniello等人的合成路线 11

1.4.6 Prescher等人的合成路线 12

1.5 本课题主要研究内容 13

1.5.1 目标产物的逆合成分析 13

1.5.2 合成路线的设计 14

第二章 实验部分 15

2.1 实验仪器 15

2.2 实验试剂 16

2.3 合成对甲氧基苯胺-N-草酸乙酯 17

2.4 合成对甲氧基苯胺-N-硫代草酸 17

2.5 合成2-羧基-6-甲氧基苯并噻唑 18

2.6 合成6-甲氧基苯并噻唑-2-甲酰胺 19

2.7 合成2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑 19

第三章 结果与讨论 21

3.1 对甲氧基苯胺-N-草酸乙酯的合成讨论 21

3.1.1 反应机理 21

3.1.2 反应条件的控制 21

3.2 对甲氧基苯胺-N-硫代草酸的合成讨论 21

3.2.1 反应机理 21

3.2.2 反应条件的优化 22

3.3 2-羧基-6-甲氧基苯并噻唑的合成讨论 23

3.3.1 反应机理 23

3.3.2 反应条件的优化 24

3.4 6-甲氧基苯并噻唑-2-甲酰胺的合成讨论 26

3.4.1 反应机理 26

3.4.2 反应条件的优化 26

3.4.3 反应后处理优化 28

3.5 2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑的合成讨论 29

3.5.1 反应机理 29

3.5.2 反应条件的优化 29

3.5.3 反应的工艺改进 30

3.6 数据表征及分析 31

3.6.1 2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑的红外谱图及解析 31

3.6.2 2-氰基-6-甲氧基苯并噻唑的核磁谱图及解析 32

第四章 结论 33

参考文献 34

致谢 35

第一章 前言

1.1 课题背景

萤火虫晚上发光，这一有趣的自然现象其实是一个基本的生物化学反应：在萤火虫腹内的荧光素酶的催化作用下，萤火虫荧光素被氧化并且放出荧光。人们发现这一反应有ATP的参与且发光的强度与其浓度在一定的范围内成正相关^[1]。因此反应的这一特性被用于ATP含量的测定^[2]，而发光现象在临床医疗、生命科学研究、食品卫生检测以及环境监测分析等方面得到了广泛的应用，尤其是在治疗癌症方面荧光技术有十分突出的表现。而天然荧光素提取却十分困难，且不能满足人们日益增长的生活需求，这就需要我们找到一条适合工业化生产荧光素的合成路线。

1.1.1 生物发光

生物发光（Bioluminecsence）这一自然能现象其实在自然界是一种普遍存在的现象，具有发光机能的生物数目种类众多，动物界的25个门类中，有一半以上的门类近30个纲的动物可以发光，而且几乎了所有的可见光的区域范围都被生物发光所覆盖。生物发光光谱范围也很宽阔，波长大约在450~700纳米左右，发光的颜色更是多姿多彩，红橙黄绿蓝靛紫几乎无所不有。

生物发光的类型主要分为两种，一种是生物体内发生生物或化学反应后发出的光，如萤火虫；另一种是生物体受到外界刺激后发出的光，如深海水母^[3]。发光对于动物的主要意义包括觅食、求偶、防御、进攻等，是生物对外交流的一种重要表现形式^[4]，正如近年来，发现的许多物种发光的强度、波长和闪烁频率的变化都具有其特定的含义，说明生物发光是生物个体之间相互交换信息的重要手段。

1.1.2 生物光的应用

一般来讲，生物发光是荧光素酶催化相应底物发生反应，产生能量以光量子的形式放出。生物发光有无创伤、无损害、无放射、高灵敏的优势。因此对这种发光的检测技术^[4]在生物医学研究、食品及环境监测、军事应用等领域上的应用越来越广泛，相关的产品也慢慢实现了产业化与规模化。

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