CN102827176B - 一种荧光素分子探针材料的制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及荧光传感检测技术中的荧光素分子探针材料的制备方法及应用。其方法是：将反应物B和反应物C在溶剂无水乙醇中加热回流，然后蒸出乙醇；剩余物用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂进行柱色谱分离得到探针材料；进一步用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂重结晶即得到产品。本成品可以用于对次氯酸和次氯酸根一类物质的检测。该类荧光素分子探针材料的核心为螺环内酰胺结构，在原始状态下是不发光的，本发明的探针材料选择性高、检测的灵敏度高，检测限可达到2×10-9摩尔/升的数量级；该类探针材料的制备方法简单易行、成本低；同时，由于这类荧光素分子探针材料具有一定的水溶性，因此可直接在水溶液中进行检测，且实用的pH值范围广，使其应用更加广泛。

Description

一种荧光素分子探针材料的制备方法与应用
技术领域
本发明涉及荧光传感检测技术中的分子探针合成及检测方法，尤其是一种具有荧光素母体结构的有机分子探针材料的制备和检测次氯酸/次氯酸根的方法。
背景技术
由于传统工业和电子技术的快速发展，由其产生排放的各种污染离子和气体对环境和人类身体健康的危害越来越大，因而发展高选择性化学分子传感器对这些污染物的监控和检测尤为重要。荧光检测技术是使用分子荧光传感探针对这些污染物进行监控检测的一种高灵敏、快速响应方法。目前，荧光分析检测技术已广泛应用于环境监测、医药检测分析等领域。在过去几年中，分子荧光检测技术得到了快速发展，设计合成了用于环境监测和医药医学分析的大量分子荧光探针。次氯酸和次氯酸根是广泛存在的一种物质，在生命体系中，它们是细胞用来抵御病毒入侵的氧化剂；在日常生活中被广泛用于漂白和自来水的消毒剂。尽管该类物质存在广泛的用途，但他们对人类健康和环境也存在严重威胁。如果在人体中存在过量的这类物质时，他们将通过氧化蛋白质、核酸而危害人体健康，导致心血管、神经衰退、动脉粥样硬化、关节炎和癌症等疾病。但是，人们对这类物质的生命代谢机制也还远未搞清楚。因此，发展用于高灵敏、高选择性检测痕量次氯酸和次氯酸根的探针对维护人类健康和环境保护是非常必要的。
为探索次氯酸和次氯酸根的生物功能和对人体的负面效应，尽管经过人们不懈的努力，在过去几年中发展用于检测这类物质的荧光探针任然很少。只有少数几个探针对这类物质具有选择性检测作用。例如，Nagano等发现二氢荧光素和二氢罗丹明对这类物质具有识别功能，但和其它相关氧化剂有交叉响应，选择的专一性较差，而且探针的合成路线长，合成难度大。马会民研究员等发现N-苯酰基罗丹明B的肼衍生物可以选择性的检测次氯酸根，但探针的工作条件需要强碱性。因此，研究设计具有高选择性和高灵敏度检测次氯酸和次氯酸根这类物质的荧光探针也是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种探针的制备方法简单易行，对次氯酸和次氯酸根这类物质检测的选择性高和灵敏度高的荧光探针的制备方法和检测方法。
本发明的技术方案：
一种荧光素分子探针材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将反应物B和反应物C在溶剂无水乙醇中加热回流，然后蒸出乙醇，
(2)、剩余物用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂进行柱色谱分离得到探针材料，
(3)、进一步用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂重结晶即得到产品荧光素分子探针材料A。
在上述步骤中：
反应物B结构式为：
反应物C结构式为：
A为螺内酰胺结构的荧光素分子探针材料，其结构式为：
上述结构式中的R1为氢、烷基、羟基烷基或芳香基团等；R2为氢或卤素原子；(其中：要排除R1和R2同时为氢的结构式)。
本发明所述螺内酰胺结构的荧光素分子探针材料的制备方法的反应式为：
本发明的优点是，该类荧光素分子探针材料的核心为螺环内酰胺结构，在原始状态下是不发光的，当探针和次氯酸、次氯酸根作用时发生氧化还原反应，探针的螺环内酰胺结构被打开，形成氧杂蒽的共轭平面受激发而发生强烈的荧光，并且选择性高、检测的灵敏度高，检测限可达到2×10-9摩尔/升的数量级；该类探针材料的制备方法简单易行、成本低；同时，由于这类荧光素分子探针材料具有一定的水溶性，因此可直接在水溶液中进行检测，且实用的pH值范围广，使其应用更加广泛。
具体实施方式
一种荧光素分子探针材料的制备方法，其步骤如下：
(1)、将反应物B和反应物C在溶剂无水乙醇中加热回流，然后蒸出乙醇，
(2)、剩余物用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂进行柱色谱分离得到探针材料，
(3)、进一步用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂重结晶即得到产品荧光素分子探针材料A。
在上述步骤中：
反应物B结构式为：
反应物C结构式为：
A为螺内酰胺结构的荧光素分子探针材料，其结构式为：
上述结构式中的R1为氢、烷基、羟基烷基或芳香基团等；R2为氢或卤素原子；(其中：要排除R1和R2同时为氢的结构式)。
本发明所述螺内酰胺结构的荧光素分子探针材料的制备方法的反应式为：
在步骤(1)中：
所述反应物的摩尔比B∶C为1∶1～10；
所述反应物B和C的总重量与溶剂无水乙醇的重量比为1∶30～100；
所述反应的加热温度为油浴温度100℃；加热回流10～15小时，优选12小时。
在步骤(2)中：
所述剩余物进行探针材料柱层析分离纯化时需使用固体填料，所使用的固体填料为100-200目的硅胶；溶剂为石油醚(沸点为60-90℃)和乙酸乙酯(分析纯)，石油醚和乙酸乙酯的体积比为5～3∶1。
在步骤(3)中：
进一步重结晶探针所用溶剂为体积比为1∶1的石油醚(沸点为60-90℃)和乙酸乙酯(分析纯)，探针和溶剂的重量比在1∶30～50。
一种如上述结构的荧光素分子探针材料，用于对次氯酸和次氯酸根一类物质的检测，方法是将制备的分子探针材料配制成浓度为1×10-2～5×10-4摩尔/升的溶液，取适量的探针溶液加到检测对象中，使探针的浓度保持在1×10-5～1×10-6摩尔/升，混合均匀之后静置45分钟，然后用480～505nm波长的光激化，测定溶液的发射光谱，根据标准曲线确定次氯酸和次氯酸根这类物质的含量。
本发明所述的荧光素分子探针材料，其核心为螺环内酰胺结构，探针在原始状态下不发光，当探针和次氯酸根作用时发生氧化还原反应，探针的螺环内酰胺结构被打开，受激化而发生强烈的荧光。
实施例1：一种荧光素分子探针N-苯基胺基荧光素内酰肼的合成：
将荧光素992毫克(3.0mmol)和苯肼1毫升(10.0mmol)加入20毫升乙醇中，回流反应12小时，蒸除溶剂，然后将残余物用硅胶柱色谱层析，石油醚和乙酸乙酯(4∶1，体积比)为洗脱计，即可制得探针N-苯基荧光素内酰肼991毫克，产率78％。mp.＞300℃；HRMS：m/z理论值：＝423.1347；实测值：423.1339；1H NMR(400MHz，CDCl3，ppm)：δ6.41(d，2H，J＝8.0Hz)，6.48(s，2H)，6.51(d，4H，J＝4.0Hz)，6.56(t，1H，J＝7.4Hz)，6.89(t，2H，J＝7.8Hz)，7.18(d，1H，J＝7.6Hz)，7.37(s，1H)，7.63(t，1H，J＝7.4Hz)，7.69(t，1H，J＝7.4Hz)，7.87(d，1H，J＝7.6Hz)，9.90(s，2H).13C NMR(100MHz，CDCl3，ppm)：δ165.4，158.4，158.3，150.1，147.9，147.8，133.6，130.2，129.3，129.0，128.6，128.2，124.4，122.8，118.8，118.7，112.6，112.0，111.8，110.0，102.2，65.0，39.6，39.4，39.2.元素分析以C26H18N4O2计算，理论值：C：73.92％；H：4.29％；N：6.63％.实测值：C：73.82％；H：4.44％；N：6.85％.
实施例2.标准工作曲线的制备。
将上述制得的荧光素分子探针N-苯基胺基荧光素内酰肼4.23毫克溶解在1毫升水和二甲基甲酰胺的1∶1(体积比)水溶液中制成1×10-2摩尔/升的无色溶液，取100微升上述溶液到100毫升容量瓶中，再加入去离子水定容到100毫升而获得5×10-6摩尔/升的溶液。在17个3毫升样品瓶中分别加入2毫升5×10-6摩尔/升N-苯基胺基荧光素内酰肼的溶液，然后依次加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2当量的次氯酸根离子并混合均匀。采用480nm的激发波长激化测定其荧光光谱。然后以该探针N-苯基胺基荧光素内酰肼在545nm处的荧光发射强度(I)变化和次氯酸根与N-苯基胺基荧光素内酰肼的摩尔比按[I-I0/Imax-Imin](其中：I0为不存在次氯酸根时N-苯基胺基荧光素内酰肼的荧光发射强度；Imax为N-苯基胺基荧光素内酰肼与次氯酸根作用达到饱和时的最大荧光发射强度)对[ClO-]/[N-苯基胺基荧光素内酰肼]作图而得到标准工作曲线。
实施例3.自来水中次氯酸根的检测
在2毫升自来水中加入1×10-2摩尔/升A的水溶液中，使A的浓度达到5×10-6摩尔/升，混合均匀后静置30分钟后，采用480nm的激发波长激化测定其荧光光谱，探针A在545nm的荧光强度增加28倍，这与标准曲线对应的2×10-7摩尔/升对应，并与常规滴定方法得到的结果一致。

Claims (3)

1.一种将荧光素分子探针材料用于对次氯酸和次氯酸根的检测方法：是将制备的分子探针材料A配制成浓度为1×10-2～5×10-4摩尔/升的溶液，取适量的探针溶液加到检测对象中，使探针的浓度保持在1×10-5～1×10-6摩尔/升，混合均匀之后静置45分钟，然后用480～505nm波长的光激化，测定溶液的发射光谱，根据标准曲线确定次氯酸和次氯酸根的含量；
其中，所述的荧光素分子探针材料是由下述方法制备的，
其步骤为：
(1)、将反应物B和反应物C在溶剂无水乙醇中加热回流，然后蒸出乙醇，
(2)、剩余物用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂进行柱色谱分离得到探针材料，
(3)、进一步用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂重结晶即得到产品荧光素分子探针材料A；
在上述步骤中：
反应物B结构式为：
反应物C结构式为：
A为螺内酰胺结构的荧光素分子探针材料，其结构式为：
上述结构式中的R1为苯环；R2为氢；
所述螺内酰胺结构的荧光素分子探针材料的制备方法的反应式为：
在步骤(1)中，所述反应物的摩尔比B∶C为1∶1～10；所述反应物B和C的总重量与溶剂无水乙醇的重量比为1∶30～100；所述反应的加热温度为油浴温度100℃；加热回流10～15小时；
在步骤(2)中，所述剩余物进行探针材料柱层析分离纯化时需使用固体填料，所使用的固体填料为100-200目的硅胶；溶剂为石油醚和乙酸乙酯，石油醚和乙酸乙酯的体积比为5～3∶1；
在步骤(3)中：进一步重结晶探针所用溶剂为体积比为1∶1的石油醚和乙酸乙酯，探针和溶剂的重量比在1∶30～50。
2.根据权利要求1所述的检测方法，在荧光素分子探针材料的制备方法所述的步骤(1)中，加热回流12小时。
3.根据权利要求1所述的检测方法，在荧光素分子探针材料的制备方法所述的步骤(2)中：所述的石油醚的沸点为60-90℃，所述的乙酸乙酯为分析纯。
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