CN103173213A

CN103173213A - 一种次氯酸根离子荧光探针及其合成方法和应用

Info

Publication number: CN103173213A
Application number: CN2013100748677A
Authority: CN
Inventors: 宋相志; 陈颂; 贺伟杰; 刘汉宁; 李杨
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明公开了一种次氯酸根离子的荧光探针及其制备方法和用途。合成方法包括以下步骤：1)以甲苯和正丁醇的混合溶液为溶剂，加入摩尔比为1:1.8～2.2的3,4-二羟基-3-环丁烯-1,2-二酮(方酸)、3-Ｎ,Ｎ-二乙氨基苯酚，加热回流，反应8～12小时；过滤，用甲醇洗涤反应沉淀，干燥得中间产物方酸染料；2)氮气保护下，以甲苯为溶剂，加入的上述方酸染料和Lawesson试剂，加热回流，反应6～24小时，减压蒸馏除去溶剂，用硅胶柱层析得到荧光探针。本发明的探针合成过程简单；对次氯酸根具有很高的选择性及灵敏度，具有良好的应用前景。

Description

一种次氯酸根离子荧光探针及其合成方法和应用

技术领域

本发明涉及化学分析，生物分析领域，尤其涉及一种次氯酸根离子荧光探针及其合成方法与应用。

背景技术

次氯酸根不仅广泛应用于漂白、消毒、冷却水处理以及氰化物处理等日常生活中，还是生物体内重要的活性氧(ROS)之一，在众多生理过程中发挥着至关重要的作用。由于其与DNA，RNA，脂肪酸，蛋白质和胆固醇等许多生物大分子作用，次氯酸被看作是导致哺乳动物细胞损伤的原因。因此，生产异常的次氯酸往往会造成组织损伤和疾病，如肺损伤，关节炎，动脉粥样硬化，肝脏缺血再灌注损伤，牙周疾病和癌症（C.J.Venglarik,J.Giron-Calle,A.F.Wigley,E.Malle,N.Watanabe,H.J.Forman,Journal of Applied Physiology,2003,95；D.I.Pattison,M.J.Davies,Biochemistry,2006,45）。目前，诸多有关次氯酸根在体内生理过程中的作用机制尚不明确，且有效应用于体内外次氯酸根检测的方法很少。

在众多次氯酸根离子的检测方法中，荧光探针展现了其选择性好，灵敏度高，检测限低以及数据易于采集的优势。目前报导用于检测次氯酸根的荧光探针与次氯酸根离子的作用机制单一，且生物体内次氯酸根的含量低、反应活性高和寿命短，现有的荧光探针对其检测具有一定的难度。因此，迫切需要设计一种高效、高选择行、高灵敏性的次氯酸根离子荧光探针。在本发明中，利用次氯酸根对硫代方酸染料化合物中硫原子的氧化作用实现了对次氯酸根离子的高效荧光检测。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种荧光探针及其合成方法和用途。

荧光探针具有如下结构通式：

其中：R为为碳原子为1-6的直链烷基，特别优选甲基或乙基。

荧光探针的合成方法包括如下步骤：

1.以（体积比为1:1）的甲苯和正丁醇为溶剂，加入摩尔比为1:1.8～2.2（优选为1:2）的3,4-二羟-3-环丁烯-1,2-二酮(方酸)和间二烷氨基苯酚，加热回流，反应8～12小时；过滤后用甲醇洗涤沉淀，干燥得中间产物方酸染料具有如下结构通式：

其中：R为碳原子为1-6的直链烷基，特别优选甲基或乙基。

2.在氮气保护下，以甲苯为溶剂，加入具有式Ⅱ中所示结构的方酸染料和Lawesson试剂（优选的摩尔比为1:1.5），加热回流反应6～24小时；减压蒸馏除去溶剂，用硅胶柱层析分离得到具有式Ⅰ所示结构的荧光探针。

荧光探针用于化学体系、水体系和生物体系中次氯酸根离子的检测包括如下步骤：

①将所述的荧光探针溶于丙酮溶液中，配置成浓度为1.0×10^-6mol/L的溶液，以628nm的光为激发波长，测定溶液的荧光发射光谱，在678nm处有明显的发射峰；

②取相同浓度上述溶液，分别加入1.0～9.0×10^-4mol/L或1.0～9.0×10^-5mol/L的次氯酸钠的水溶液；以628nm的光为激发波长，测定各溶液在10～180分钟内的荧光发射光谱，可以观察到678nm处发射峰高度逐渐下降，662nm处出现新的发射峰，且强度逐渐增大。

本发明中荧光探针的优点是：

1)离子选择性好，可以有效区分次氯酸根离子和其他活性氧物种(ROS)、阴离子和阳离子；

2)检测限低，可以达到1.0μmol/L，适合微量检测；

3)操作过程简单，无需复杂的缓冲体系；

4)探针合成过程简便，后处理简单，反应收率高；

5)方便肉眼识别，探针溶液在加入次氯酸根后，颜色由绿色变为蓝色，同时发出明显的红色荧光。

附图说明

图1.R为乙基具有式I结构的次氯酸根离子荧光探针和R为乙基具有式II结构的中间体的紫外光谱图。其中左侧λ_max1=628nm为中间体的吸收光谱右侧λ_max2=657nm为次氯酸根离子荧光探针的吸收光谱；

图2.R为乙基的次氯酸根离子荧光探针对不同活性氧物种(ROS)检测前后的荧光比值柱状图。图中纵坐标为分别加入1mmol/L·OH，·O₂ ^-，¹O₂，H₂O₂，NO·，ROO·，ONOO·后，溶液在662nm处与678nm处荧光强度的比值；图中横坐标：(1)仅探针，(2)·OH，(3)·O₂ ^-，(4)¹O₂，(5)H₂O₂，(6)NO·，(7)ROO·，(8)ONOO·，(9)ClO^-；

图3.R为乙基的次氯酸根离子荧光探针对次氯酸根离子以及不同阴离子和阳离子的响应情况。图中横坐标为荧光发射波长，纵坐标为荧光强度；

图4.R为乙基的次氯酸根离子荧光探针对不同浓度次氯酸钠水溶液的响应情况。图中横坐标为荧光发射波长，纵坐标为荧光强度；加入次氯酸钠水溶液的浓度为：0μmol/L、1μmol/L、2μmol/L、3μmol/L、4μmol/L、5μmol/L、6μmol/L、7μmol/L、8μmol/L、9μmol/L、 10μmol/L、20μmol/L；

具体实施方式

实施例1

在20mL的甲苯和正丁醇溶剂中（体积比为1:1），加入3，4-二羟-3-环丁烯-1，2-二酮(1mmol)、3-N，N-二甲胺基苯酚(2mmol)，加热回流反应8小时；过滤后用甲醇洗涤沉淀，干燥得中间产物二甲胺基方酸染料315mg，产率为81%。

实施例2

氮气保护下，在20mL的甲苯中，加入步骤1）中制得的二甲胺基方酸染料(0.26mmol)、Lawesson(0.4mmol)试剂，加热回流，反应10小时；减压蒸馏除去溶剂，用硅胶柱层析（二氯甲烷为流动相）分离得到四甲基次氯酸根荧光探针40mg，产率为39%

实施例3

将摩尔比为1:2的3,4-二羟-3-环丁烯-1,2-二酮(1.17mmol)、3-N,N-二乙氨基苯酚(2.34mmol)加入到20mL甲苯和正丁醇（体积比为1:1）的混合溶液中，搅拌加热回流，反应8小时；沉淀用甲醇洗涤三次，干燥得中间产物0.4088g，产率为85.5%。¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ12.15(s，1H)，7.94(d，1H，J=3.2Hz)，7.52(d，1H，J=2.4Hz)，7.26(d，1H，J=3.2Hz)，7.00(d，1H，J=2.4Hz)，6.19(s，1H)，3.83(s，1H)，3.50(q，4H，J=2.4Hz)，1.57(q，4H，J=2.4Hz)，1.26(t，6H，J=4.8Hz)，1.10(t，6H，J=4.8Hz)；MS(EI)：m/z 408(M⁺)；HRMS：Cacld.forC₂₄H₂₈N₂O₄[M⁺]，408.38；found，408.391.

实施例4

将摩尔比为1:1.5的上述中间产物(0.282mmol)、Lawesson试剂(0.425mmol)加入到三口圆底烧瓶中，氮气保护下注入100ml甲苯，搅拌加热回流，反应8小时；减压蒸馏除去溶剂，用硅胶柱层析得到荧光探针(洗脱剂选用二氯甲烷：石油醚=4:1)。最终得产物81.8mg，产率为68.35%。¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ11.61(s，1H)，9.09(d，1H，J=4.8Hz)，7.52(d，1H，J=2.4Hz)，7.26(d，1H，J=4.0Hz)，7.00(d，1H，J=2.4Hz)，6.46(s，1H)，6.21(s，1H)，3.49(q，4H，J=2.4Hz)，1.57(q，4H，J=3.8Hz)，1.29(t，6H，J=3.2Hz)，1.13(t，6H，J=3.2Hz)；MS(EI)：m/z 424(M⁺)；HRMS：cacld.for C₂₄H₂₈N₂O₃S[M⁺]，424.38；found，424.399.

实施例5

1）将R为乙基的的荧光探针溶于丙酮溶液中，配置成浓度为1.0×10^-6mol/L的溶液，以628nm的光为激发波长，测定溶液的荧光发射光谱，在678nm处有明显的发射峰；

2）取R为乙基的的荧光探针丙酮溶液(浓度为1.0×10^-6mol/L)，分别加入1.0～9.0×10^-4mol/L和1.0～9.0×10^-5mol/L的次氯酸钠的水溶液；以628nm的光为激发波长，测定各溶液在10～180分钟内的荧光发射光谱，可以观察到678nm处发射峰高度逐渐下降，662nm处出现逐渐升高的发射峰。

实施例6

1）取1mmol/L不同活性氧(ClO^-,·OH,·O₂ ^-,¹O₂,H₂O₂,NO·,ROO·,ONOO·)的水溶液，加入到浓度为1.0×10^-6mol/L次氯酸根离子荧光探针的丙酮溶液中检测各组溶液的荧光光谱图(激发波长为628nm)；加入次氯酸根离子水溶液后，探针溶液的最大发射波长为662nm，加入其余活性氧水溶液后，探针溶液的最大吸收波长为678nm(与不加任何活性氧水溶液的数据相同)，发现该荧光探针对次氯酸根离子有很好的选择性；

2）取1mmol/L不同常见阴离子(ClO^-，Cl^-，NO₃ ^-，SiO₃ ^2-，SO₄ ^2-，AcO^-，H₂PO₄ ^-，ClO₃ ^-，MnO₄ ^-，CO₃ ^2-，Br^-，SO₃ ^2-)和阳离子(NH₄ ⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Al³⁺，Zn²⁺，Cu²⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Hg²⁺，Ag⁺，Pb²⁺)的水溶液，加入到浓度为1.0×10^-6mol/L次氯酸根离子荧光探针的丙酮溶液中，检测各组溶液的荧光光谱图(激发波长为628nm)；加入次氯酸根离子水溶液后，探针溶液的最大发射波长为662nm，加入其余阴、阳离子水溶液后，探针溶液的最大吸收波长为678nm(与不加任何活性氧水溶液的数据相同)，该荧光探针对次氯酸根离子有很好的选择性。

Claims

1.一种次氯酸根离子的荧光探针，其特征在于，该荧光探针具有式Ⅰ所示结构：

式Ⅰ，其中：R为碳原子为1-6的直链烷基。

2.根据权利要求1所述的次氯酸根离子的荧光探针，其特征在于，R为甲基或乙基。

3.权利要求1所述的荧光探针的合成方法，其特征是，包括以下步骤：

1)以甲苯和正丁醇的混合溶液为溶剂，加入摩尔比为1:1.8～2.2的3,4-二羟-3-环丁烯-1,2-二酮和间二烷胺基苯酚，加热回流，反应8～12小时；过滤，用甲醇洗涤沉淀，干燥得中间产物，具有式II所示结构；

式Ⅱ，其中：R为碳原子为1-6的直链烷基。

2)氮气保护下，以甲苯为溶剂，加入具有式Ⅱ所示结构的的上述中间产物和Lawesson试剂，加热回流反应6～24小时；减压蒸馏除去溶剂，用硅胶柱层析得到荧光探针。

4.根据权利要求3所述的合成方法，1）步中甲苯和正丁醇的体积比为1:1。

5.根据权利要求6所述的合成方法，加入具有式Ⅱ所示结构的的上述中间产物和Lawesson试剂的摩尔比为1:1.5。

6.权利要求1或2所述荧光探针的用途，其特征在于，将式Ⅰ所示结构的荧光探针用于化学体系、水体系或生物体系中次氯酸根离子的检测。

7.如权利要求6所述的荧光探针的用途，其特征在于，所述的检测包括如下步骤：

1)将所述的荧光探针溶于丙酮溶液中，配置成浓度为1.0×10^-6mol/L的溶液，以628nm的光为激发波长，测定溶液的荧光发射光谱，在678nm处有明显的发射峰；

2)取相同浓度上述溶液，分别加入1.0～9.0×10^-4mol/L和1.0～9.0×10^-5mol/L的次氯酸钠的水溶液；以628nm的光为激发波长，测定各溶液在10～180分钟内的荧光发射光谱，可以观察到678nm处发射峰高度逐渐下降，662nm处出现逐渐升高的发射峰。