CN102827175A

CN102827175A - N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明b酰肼及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN102827175A
Application number: CN2012103234810A
Authority: CN
Inventors: 王晓春; 陈新启; 郑禾; 钟近艺; 盖希杰
Original assignee: Sixth Research Institute Of Chinese People's Liberation Army Research Institute Of Chemical Defense; STATE GEOLOGY EXPERIMENT AND TEST CENTER
Current assignee: Sixth Research Institute Of Chinese People's Liberation Army Research Institute Of Chemical Defense; STATE GEOLOGY EXPERIMENT AND TEST CENTER
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: CN102827175B

Abstract

本发明公开了一种罗丹明B衍生物及其制备方法与应用。本发明的罗丹明B衍生物是N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼，其结构式为式I。N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼本身无颜色和荧光，但可以选择性的与Cu²⁺离子发生显色和荧光打开反应，由无色的物质生成光学性能优良的体系，大大提高了对Cu²⁺离子的检测灵敏度和选择性。因此，N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼适用于对Cu²⁺离子进行高选择性和高灵敏度的检测，该检测可以通过吸光光谱和荧光光谱两种方法进行。

Description

N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种罗丹明B衍生物及其制备方法与应用，特别涉及N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼及其制备方法与它在检测Cu(II)中的应用。

背景技术

重金属和过渡金属广泛地存在于自然界中，其中的一些元素在生命过程中具有非常重要的功能，如铜对肿瘤血管生长因子起重要的调节作用，锌广泛参与细胞生长发育、基因转录、神经传递等各种重要生命过程；另外一些元素则在较低浓度时对生物具有极强的毒性，如铅能引起消化系统、神经系统及心脏的病变。因此，建立快速、高效的重金属和过渡金属检测方法在生命科学、环境科学、医学科学以及农业生产等方面都具有重要的意义。

近年来，基于离子诱导产生光学信号变化机理识别金属离子的光学传感器技术由于具有高灵敏性、高选择性以及可以实现生物体无损检测等特点，从众多检测手段中脱颖而出，在金属离子检测、荧光免疫分析和细胞成像等领域表现出广阔的应用前景。性能优良的光学传感器是构筑和发展上述领域应用研究的基石。可用于铜离子识别的光学传感器虽然已有一些报道，如Chereddy等人（Dyes andPigments,2011,91(3):378-382）报道了一种含有双罗丹明B基团的Cu²⁺光学传感器；Swamy等人（Chemical Communications,2008,45:5915-5917）构建了一种单硼酸-罗丹明B共轭的Cu²⁺光学传感器，但其灵敏度稍差，在加入100倍当量浓度的Cu²⁺时，荧光强度只提高了6.4倍；Kaur等人（Chemical Communications,2002,2840-2841）合成了一种含蒽基团的Cu²⁺光学传感器，但吸收和发射波长较短，容易形成干扰；Yu等人（Chemistry-A European Journal,2008,14(23):6892-6900）报道了一种荧光增强型Cu²⁺光学传感器，但是该传感器无法显著区分Cu²⁺和Hg²⁺。

因此，设计合成具有长波长、高灵敏度和高选择性的Cu²⁺光学传感器仍然面临诸多挑战。作为一种重要的光学材料，罗丹明类染料因其优良的吸光和荧光特性被广泛应用于各种分析试剂的设计和合成（J.Am.Chem.Soc.1997,119:7386-7387）。以罗丹明染料为母体，修饰以特殊的反应基团，就可以把罗丹明染料的长波长、高灵敏度和特殊基团的高选择性结合起来，得到优良的金属离子分析试剂，分析方法也可以从吸光光度法拓展到荧光光度法，扩大应用的范围。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够高选择性和高灵敏度检测Cu(II)的光学传感器分子-N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼。

本发明所提供的N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼(N-(2,4-dinitrophenyl)rhodamine B-hydrazide;缩写为:DNPRH)，其结构如式I，

（式I）

该光学传感器分子N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼由三部分组成：罗丹明B作为荧光母体；肼基作为桥联剂；间二硝基苯作为响应基团。

本发明所提供的制备N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的方法，包括如下步骤：使罗丹明B酰氯与2,4-二硝基苯肼进行反应生成N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼。

其中，所述使罗丹明B酰氯与2,4-二硝基苯肼进行反应为将罗丹明B酰氯的乙腈溶液滴加到2,4-二硝基苯肼和三乙胺的乙腈溶液中进行反应。所述反应中，罗丹明B酰氯、2,4-二硝基苯肼和三乙胺的摩尔比可为9：30：116。所述反应的温度为室温(20-25℃)，反应时间为6小时。

本发明的另一个目的是提供N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的用途。

本发明所提供的用途是下述1）-7）中的至少一种：

1)由N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼制成的荧光探针；

2)N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼在作为荧光探针或作为检测Cu²⁺的荧光探针中的应用；

3)含有N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的光学传感器；

4)N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼在制备光学传感器或检测Cu²⁺的光学传感器中的应用；

5)N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼在检测Cu²⁺离子中的应用；

6)上述1）的荧光探针在检测Cu²⁺离子中的应用；

7)上述3）的光学传感器在检测Cu²⁺离子中的应用。

其中，1）所述荧光探针和3）所述光学传感器均可用于检测Cu²⁺。

本发明发明人通过实验证实，N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼本身无颜色和荧光，但可以选择性的与Cu²⁺离子发生显色和荧光打开反应，由无色的物质生成光学性能优良的体系，大大提高了对Cu²⁺离子的检测灵敏度和选择性。因此，N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼适用于对Cu²⁺离子进行高选择性和高灵敏度的检测，该检测可以通过吸光光谱和荧光光谱两种方法进行。

N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼作为检测试剂时，灵敏度高，Cu²⁺离子浓度在1μM之上，采用吸收光谱分析法就能够检测得到；采用荧光光谱分析法时，Cu²⁺离子浓度在1μM同样也能够产生明显的荧光响应。另外，N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼与Cu²⁺离子的吸收和荧光响应具有很高的选择性，K⁺、Na⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Hg²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺和Ni²⁺等常见离子对Cu²⁺的测定几乎没有干扰，因此能排除众多干扰离子对检测结果的干扰，检测特异性高。另外，应用N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼对Cu²⁺离子进行检测时，由于检测灵敏度高，只需要微量的样品即可以完成，拓宽了该方法的应用范围。

附图说明

图1为N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的制备流程图。

图2为N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的核磁共振谱图。

图3为Cu²⁺浓度与N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的反应体系吸收光谱的关系图。

图4为Cu²⁺和各种干扰试剂对N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的吸收光谱影响对照图。

图5为Cu²⁺浓度与N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的反应体系荧光光谱的关系图。

图6为Cu²⁺和各种干扰试剂对N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的荧光光谱影响对照图。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、光学传感器分子N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）的制备

反应流程如图1所示，具体方法如下：将罗丹明B（式Ⅱ,400.0mg,0.90mmol）溶解于10mL 1,2-二氯乙烷中，向其中慢慢滴加0.8mL三氯氧磷。该混合体系在搅拌下加热回流4h，然后减压蒸去溶剂，得到紫红色油状的罗丹明B酰氯（式Ⅲ）。该酰氯粗制品不经过纯化，直接加入10mL乙腈形成溶液。然后在室温（20-25℃）下，于30min内，将该溶液逐滴滴加到30mL 2,4-二硝基苯肼（0.60g,3.0mmol）和三乙胺（1.6mL,11.6mmol）的乙腈溶液中。室温（20-25℃）下继续搅拌6h，减压蒸去溶剂得到紫红色油状物。将该油状混合物通过硅胶色谱柱进行分离纯化，淋洗液为石油醚（60～90°C）/乙酸乙酯（5:1,ν/ν）。最后得到330mg产物N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH），产率为58.6%。

N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）的元素分析（C₃₄H₃₄N₆O₆）计算值：C 65.58，H 5.50，N 13.50%；实测值:C 65.14，H 5.38，N 13.76%。

N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）的核磁鉴定结果：1H NMR(600MHz,CD₃CN,298K)：8.82(s,1H),8.80(d,1H),7.99(d,1H),7.90(dd,1H),7.75(t,1H),7.69(t,1H),7.30(d,1H),6.82(d,1H),6.41(m,6H),3.31(s,8H),1.08(s,12H)。核磁图谱如图2。仪器型号:VarianNMR System 600M。

实施例2、N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）作为分析试剂对Cu²⁺进行吸光检测

1、N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼对Cu²⁺进行吸光检测的灵敏度

将500μL试剂-N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的乙醇溶液（浓度1mM）加入到50mL容量瓶中，用乙醇定容到50mL，作为母液稀释液使用（浓度10μM）。分别取上述母液稀释液3mL，加入适当体积的Cu²⁺储备液（CuCl₂溶液）（浓度1mM），使体系中Cu²⁺浓度分别为1～15μM（浓度梯度为1μM）。室温（20-25℃）下反应40min后转移3mL反应液到1cm石英比色皿中，以乙醇作为空白，测定紫外吸收光谱。图3为Cu²⁺浓度与反应体系吸收光谱的关系图（嵌入图：556nm处反应体系吸光度与Cu²⁺浓度的线性关系）。如图3所示，反应体系的最大吸收波长在556nm；并且，随着Cu²⁺浓度的提高，反应体系的吸光度逐渐增加，并最终达到一个平台。图中Cu²⁺浓度分别为：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和15μM，线性范围为1～10μM，方法的检出限以3倍的空白信号的标准偏差除以标准曲线的斜率计算为7.3×10^-9M，即0.46ug/L。以上结果表明，分析试剂-N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼能够实现对Cu²⁺的高灵敏度吸光检测。

2、N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼对Cu²⁺进行吸光检测的特异性

同时取若干个试管，进行上面类似的操作，只是将加入Cu²⁺变成加入各种干扰离子（浓度皆为20μM），未产生明显的吸光响应，说明N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）作为分析试剂对Cu²⁺进行吸光检测时具有高的选择性，结果见图4。其中K⁺由KAC溶液提供，Na⁺由NaAC溶液提供，Ag⁺由AgNO₃溶液提供，Mg²⁺由MgCl₂溶液提供，Ca²⁺由CaCl₂溶液提供，Al³⁺由AlCl₃溶液提供，Fe²⁺由FeCl₂提供，Fe³⁺由FeCl₃提供，Pb²⁺由Pb(AC)₂溶液提供，Zn²⁺由Zn(AC)₂溶液提供，Hg²⁺由HgCl₂溶液提供，Cd²⁺由CdCl₂溶液提供，Cr³⁺由CrCl₃溶液提供，Ni²⁺由Ni(AC)₂溶液提供。

实施例3、N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）作为分析试剂对Cu²⁺进行荧光检测

1、N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼对Cu²⁺进行荧光检测的灵敏度

将500μL试剂-N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼的乙醇溶液（浓度1mM）加入到50mL容量瓶中，用乙醇定容到50mL，作为母液稀释液使用（浓度10μM）。分别取上述母液稀释液3mL，加入适当体积的Cu²⁺储备液（CuCl₂溶液）（浓度1mM），使体系中Cu²⁺浓度分别为1～15μM（浓度梯度为1μM）。室温（20-25℃）下反应40min后测定反应体系的荧光光谱。

图5为Cu²⁺浓度与反应体系荧光光谱的关系图（反应体系荧光强度与Cu²⁺浓度的线性关系，λ_ex/em=520/578nm）。体系的激发和发射波长分别为520和578nm；随着Cu²⁺浓度的提高，反应体系的荧光强度逐渐增加，并最终达到一个平台。图5中Cu²⁺浓度分别为：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和15μM，线性范围为5～12μM，方法的检出限以3倍的空白信号的标准偏差除以标准曲线的斜率计算为1.1×10^-9M，即0.07ug/L。以上结果表明，分析试剂-N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼能够实现对Cu²⁺的高灵敏荧光检测。

2、N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼对Cu²⁺进行荧光检测的特异性

同时取若干个试管，进行上面类似的操作，只是将加入Cu²⁺变成加入各种干扰离子（浓度皆为20μM），未产生明显的荧光响应，说明N-(2,4-二硝基苯基)-罗丹明B酰肼（DNPRH）作为分析试剂对Cu²⁺进行荧光检测时具有高的选择性，结果见图6。其中K⁺由KAC溶液提供，Na⁺由NaAC溶液提供，Ag⁺由AgNO₃溶液提供，Mg²⁺由MgCl₂溶液提供，Ca²⁺由CaCl₂溶液提供，Al³⁺由AlCl₃溶液提供，Fe²⁺由FeCl₂提供，Fe³⁺由FeCl₃提供，Pb²⁺由Pb(AC)₂溶液提供，Zn²⁺由Zn(AC)₂溶液提供，Hg²⁺由HgCl₂溶液提供，Cd²⁺由CdCl₂溶液提供，Cr³⁺由CrCl₃溶液提供，Ni²⁺由Ni(AC)₂溶液提供。

Claims

1.式I化合物：

式I。

2.权利要求1所述化合物的制备方法，包括如下步骤：使罗丹明B酰氯与2,4-二硝基苯肼进行反应生成权利要求1所述的式I化合物。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述使罗丹明B酰氯与2,4-二硝基苯肼进行反应为将罗丹明B酰氯的乙腈溶液滴加到2,4-二硝基苯肼和三乙胺的乙腈溶液中进行反应。

4.荧光探针，其特征在于：所述荧光探针为权利要求1所述的化合物。

5.根据权利要求4所述的荧光探针，其特征在于：所述荧光探针用于检测Cu²⁺。

6.权利要求1所述的化合物在作为荧光探针或作为检测Cu²⁺的荧光探针中的应用。

7.光学传感器，其特征在于：所述光学传感器含有权利要求1所述的化合物。

8.光学传感器，其特征在于：所述光学传感器用于检测Cu²⁺。

9.权利要求1所述的化合物在制备光学传感器或检测Cu²⁺的光学传感器中的应用。

10.权利要求1所述的化合物、权利要求4或5所述的荧光探针、权利要求7或8所述的光学传感器在检测Cu²⁺离子中的应用。