CN102925136B

CN102925136B - 一种Zn2+比率荧光探针化合物和制备方法及应用

Info

Publication number: CN102925136B
Application number: CN201210405680.6A
Authority: CN
Inventors: 贾颖萍; 卢烨; 崔颖娜; 尹静梅; 李慎敏
Original assignee: Dalian University
Current assignee: Dalian University
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102925136A

Abstract

本发明提供一种Zn²⁺比率荧光探针化合物和制备方法及应用，属于荧光探针化合物及其制备领域。本发明以2-（4’-氨基-2’-羟基苯基）苯并噁唑为原料，合成具有良好的水溶性，可作为Zn²⁺比率荧光识别探针的化合物。本发明可用于水相中Zn²⁺的浓度检测，配制1×10^-6~1×10^-4mol/LZn²⁺比率荧光探针化合物的水溶液，测定荧光光谱上370nm及454nm处荧光峰强度，计算即得水溶液Zn²⁺的含量。本发明提供的化合物对Zn²⁺检测有较高的选择性，重现性好。适用于生物化学和环境化学等领域水相中Zn²⁺的检测。

Description

一种Zn2+比率荧光探针化合物和制备方法及应用

技术领域

本发明属于荧光探针化合物及其制备领域，特别涉及一种用于水溶液中Zn²⁺测定的荧光探针化合物和制备方法及应用。

背景技术

锌是一种重要的人体必需的微量元素，广泛分布于人体的细胞和体液中。Zn²⁺在蛋白质和核酸的合成、基因表达、新陈代谢中都起着重要作用。任何不正常的锌的摄取都会导致生长代谢失调，甚至引起严重的疾病和死亡，如人体内锌含量不足可导致味觉减退、免疫力低下，发育中的儿童缺锌时会引起侏儒症，但人体摄入过量的锌会产生中毒现象，环境中过多的Zn²⁺也会造成污染，影响植物的生长发育，因此关于Zn²⁺的检测非常重要。

目前对锌离子的主要检测方法有原子吸收光谱法、分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电化学法和荧光光谱法等。其中，荧光光谱法因具有灵敏度高、方便快捷和选择性好等特点而备受关注。目前报道的Zn²⁺荧光探针工作机制可分为荧光增强型探针和比率计量型探针。由于探针分子的量子效率易受环境影响，荧光增强型探针难以实现体内Zn²⁺浓度的定量测定。一般自由探针和Zn²⁺结合探针受环境影响相似，因此比率计量型探针可以避免检测环境的影响，可实现对Zn²⁺动态变化过程的定量检测。

近年来，2-(2’-羟苯基)苯并唑类(HBX，X=O，S，NH)及其修饰化合物作为Zn²⁺荧光探针已得到了广泛的研究，但这些基于HBX的Zn²⁺荧光探针化合物通常是荧光增强型探针，且大多情况是在非水溶剂中进行Zn²⁺的检测，如Tian等设计出一类结构对称的含有两个HBX官能团的Zn²⁺荧光探针，于DMF中进行Zn²⁺的检测，限制了在生物学和临床医学检验方面的应用，所以研究水溶性的Zn²⁺比率荧光探针的意义更大。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖的含咪唑氯盐的水溶性Zn²⁺比率荧光探针化合物及其制备方法和在水溶液中对Zn²⁺的比率荧光检测的应用，该化合物对水溶液中Zn²⁺检测有较高的选择性，重现性好，并且其它干扰离子对检测结果无明显影响。

本发明的Zn²⁺比率荧光探针化合物结构如下：

化学名称为： 3-[N-（4-2’-苯并噁唑-3-羟苯基）氨甲酰基甲基]-1-甲基咪唑氯盐。

本发明的Zn²⁺比率荧光探针化合物的制备方法如下：

(1)在三口瓶中分别加入2-（4’-氨基-2’-羟基苯基）苯并噁唑、二氯甲烷和20%NaOH水溶液，0-5 ℃搅拌下滴加氯乙酰氯，于20-40分钟滴加结束，其中2-（4’-氨基-2’-羟基苯基）苯并噁唑与氯乙酰氯的投料摩尔比为1:1-1.3；

(2)室温继续搅拌1~2小时，静置分层，取水层，待用；

(3)水层溶液用二氯甲烷萃取3次，合并二氯甲烷层。二氯甲烷层分别用5%HCl水溶液和5%NaHCO₃水溶液以及水洗涤至中性，无水MgSO₄干燥，过滤、减压除去溶剂，得到中间化合物，产率83-94%；

(4)取中间化合物溶于乙腈中，再加入N-甲基咪唑，投料比为1:1-1.2加热回流15-24小时后，蒸馏除去溶剂乙腈，得到Zn²⁺比率荧光探针化合物，即3-[N-（4-2’-苯并噁唑-3-羟苯基）氨甲酰基甲基]-1-甲基咪唑氯盐，总产率72-86%。

合成路线如下：

本发明的Zn²⁺比率荧光探针化合物主要用于水溶液中Zn²⁺的测定：

准确配制1×10^-6~1×10^-4mol/L的Zn²⁺比率荧光探针化合物水溶液，并向该溶液中加入Zn²⁺水溶液标准样品，配制成含Zn²⁺浓度为1×10^-6~1×10^-3mol/L的标准样品8~20个，测定荧光光谱，随着Zn²⁺浓度的增加，荧光光谱上370 nm处荧光峰强度逐渐降低，且在454 nm处荧光峰强度逐渐增强，以370 nm处和454 nm处荧光峰强度变化lg(I₃₇₀ / I₄₅₄)作为纵坐标，lg c (c为Zn²⁺摩尔浓度)为横坐标做工作曲线，荧光峰强度变化lg(I₃₇₀ / I₄₅₄)与Zn²⁺浓度 c 的趋势线方程为：

lg(I₃₇₀ / I₄₅₄) = -0.2467lgc-1.5859 (R²= 0.992)。

Zn²⁺比率荧光探针化合物对Zn²⁺的工作浓度范围3×10^-5~1×10^-4mol/L，检测下限可达到1×10^-5mol/L，且Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Mn²⁺，Fe²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cd²⁺，Al³⁺和Pb²⁺ 对Zn²⁺浓度的测定无明显干扰。

本发明的Zn²⁺比率荧光探针化合物具有良好的水溶性，实现了水相中对Zn²⁺的荧光检测。该化合物对Zn²⁺检测有较高的选择性，重现性好，检测范围为3×10^-5~1×10^-4mol/L，适用于生物化学和环境化学等领域中Zn²⁺的检测。本发明的Zn²⁺比率荧光探针化合物是Zn²⁺检测的比率荧光识别探针，从而消除了荧光增强型探针等受外界不稳定带来的仪器的系统误差、背景误差等，使其灵敏度提高。

附图说明

图1 为Zn²⁺比率荧光探针化合物的结构式；

图2 为Zn²⁺比率荧光探针化合物的在水溶液中370 nm处和454 nm处荧光峰强度变化lg(I₃₇₀ / I₄₅₄)与lg c (c为Zn²⁺摩尔浓度)关系的工作曲线。

具体实施方式

以下实施例子进一步解释本发明的内容，但并不用以限制本发明。

实施例1

(1)在250 mL三口瓶中分别加入11.3 g 2-（4’-氨基-2’-羟基苯基）苯并噁唑、100 ml二氯甲烷和10 ml 20%NaOH水溶液，0 ℃搅拌下滴加5.7 g氯乙酰氯，20分钟内滴加结束；

(2)室温继续搅拌2小时，静置分层，取水层，待用；

(3) 水层溶液用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，有机层依次分别用5%HCl和5%NaHCO₃的水溶液以及水洗涤至中性，无水MgSO₄干燥，过滤、减压蒸去溶剂，得到中间化合物13.9 g，产率92%。

(4)将13.9 g中间化合物溶于50 mL乙腈，再加入4.5gN-甲基咪唑，加热回流24 h后，蒸馏脱除乙腈，得到Zn²⁺比率荧光探针化合物，总产率81%。

实施例2

(1)在250 mL三口瓶中分别加入11.3 g 2-（4’-氨基-2’-羟基苯基）苯并噁唑、100 mL二氯甲烷和10ml 20%NaOH水溶液，0 ℃搅拌下滴加7.4g氯乙酰氯，40分钟内滴加结束；

(2)室温继续搅拌1小时，静置分层，取水层，待用；

(3) 水层溶液用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，有机层依次分别用5%HCl和5%NaHCO₃的水溶液以及水洗涤至中性，无水MgSO₄干燥，过滤、减压蒸去溶剂，得到中间化合物14.2 g，产率94%。

(4)将14.2 g中间化合物溶于50 mL乙腈，再加入3.9gN-甲基咪唑，加热回流18 h后，蒸馏脱除乙腈，得到Zn²⁺比率荧光探针化合物，总产率86%。

实施例3

(1)在250 mL三口瓶中分别加入11.3 g 2-（4’-氨基-2’-羟基苯基）苯并噁唑、100 mL二氯甲烷和10ml 20%NaOH水溶液，5 ℃搅拌下滴加6.3g氯乙酰氯，33分钟内滴加结束；

(2)室温继续搅拌2小时，静置分层，取水层，待用；

(3)水层溶液用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，有机层依次分别用5%HCl和5%NaHCO₃的水溶液以及水洗涤至中性，无水MgSO₄干燥，过滤、减压蒸去溶剂，得到中间化合物12.6g，产率83%。

(4)将12.6g中间化合物溶于50 mL乙腈，再加入3.7gN-甲基咪唑，加热回流24 h后，蒸馏脱除乙腈，得到Zn²⁺比率荧光探针化合物，总产率72%。

实施例4

配置浓度为1×10^-2mol/L的Zn²⁺水溶液。首先，向样品池中加入3 mL的Zn²⁺比率荧光探针化合物水溶液(3×10^-5mol/L)，然后每次滴加浓度为1×10^-2mol/L的Zn²⁺水溶液3 μL，充分混匀后在328 nm激发光激发下扫描，共滴加10次。以370 nm处和454 nm处荧光峰强度变化lg(I₃₇₀ / I₄₅₄)作为纵坐标，lg c (c为Zn²⁺摩尔浓度)为横坐标做工作曲线，工作曲线见图1，根据图1可以看出lg (I₃₇₀ / I₄₅₄)与lg c呈现较好的线性关系，趋势线方程：

lg(I₃₇₀ / I₄₅₄) = -0.2467lgc-1.5859 (R²= 0.992)

Zn²⁺的浓度(mol/L)	I_{370 nm}	I_{454 nm}
			3×10^-5	1775	5237
4×10^-5	1743	5603
			5×10^-5	1726	5738
6×10^-5	1697	5875
			7×10^-5	1658	5990
8×10^-5	1624	6113
			9×10^-5	1592	6208
1×10^-4	1579	6296

实验结果表明，Zn²⁺比率荧光探针化合物作为探针用于测定水溶液中的Zn²⁺有良好的线性关系，灵敏度高。

实施例5

不同金属离子对检测锌离子干扰的影响

实验结果表明，Zn²⁺比率荧光探针化合物作为探针用于测定水溶液中的Zn²⁺灵敏度高，其它水中的离子对其测定结果干扰较少，结果稳定，可靠。

Claims

1.一种Zn²⁺比率荧光探针化合物，其特征在于：化合物的结构式为

2.一种Zn²⁺比率荧光探针化合物的制备方法，其特征如下：(1)在三口瓶中分别加入2-(4’-氨基-2’-羟基苯基)苯并噁唑、二氯甲烷和20％NaOH水溶液，0-5℃搅拌下滴加氯乙酰氯，于20-40分钟滴加结束，其中2-(4’-氨基-2’-羟基苯基)苯并噁唑与氯乙酰氯的投料摩尔比为1:1-1.3；

(2)室温继续搅拌1～2小时，静置分层，取水层，待用；

(3)水层溶液用二氯甲烷萃取3次，合并二氯甲烷层，二氯甲烷层分别用5％HCl水溶液和5％NaHCO₃水溶液以及水洗涤至中性，无水MgSO₄干燥，过滤、减压除去溶剂，得到中间化合物，产率83-94％；

(4)取中间化合物溶于乙腈中，再加入N-甲基咪唑，投料比为1:1-1.2加热回流15-24小时后，蒸馏除去溶剂乙腈，得到Zn²⁺比率荧光探针化合物，，总产率72-86％，化合物的结构式为

3.权利要求1所述的Zn²⁺比率荧光探针化合物的应用，其特征在于：

(1)配制Zn²⁺比率荧光探针化合物水溶液，并向该溶液中加入Zn²⁺水溶液标准样品，配制成含Zn²的标准样品8～20个，测定荧光光谱；

(2)随着Zn²⁺浓度的增加，荧光光谱上370nm处荧光峰强度逐渐降低，且在454nm处荧光峰强度逐渐增强，以370nm处和454nm处荧光峰强度变化lg(I₃₇₀/I₄₅₄)作为纵坐标，lg c为横坐标做工作曲线,其中c为Zn²⁺摩尔浓度，荧光峰强度变化lg(I₃₇₀/I₄₅₄)与Zn²⁺浓度c的趋势线方程；

(3)Zn²⁺比率荧光探针化合物对Zn²⁺的工作浓度范围3×10^-5～1×10^-4mol/L，检测下限为1×10^-5mol/L，且Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Mn²⁺，Fe²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cd²⁺，Al³⁺和Pb²⁺对Zn²⁺浓度的测定无明显干扰。