CN103232465A - 二苯甲酮罗丹明6g酰肼西弗碱化合物的制备方法与用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了化合物(I)二苯甲酮罗丹明6G酰肼西弗碱化合物的制备方法与用途。当向不同pH溶液中加入一定浓度化合物I时，伴随有明显的、肉眼可见的荧光与颜色变化，这是由氢离子促使I的内酰胺结构开环造成的，而其他金属离子溶液则不能产生此类变化。因此，化合物I可作为一种选择性好、灵敏度高的pH荧光探针应用于诸多分析领域。

Description

二苯甲酮罗丹明6G酰肼西弗碱化合物的制备方法与用途

本发明是在天津师范大学开发基金（基金号为52XK1102）的资助下进行的。

技术领域

本发明属于化学传感技术领域，涉及化合物1-(二苯基)亚胺甲基-N’-(罗丹明6G-酰肼)的制备方法，及其作为一种性能良好的pH荧光探针方面的应用。

背景技术

荧光分子探针是一种以光谱化学和光学波导与测量技术为基础，能选择性地将分析对象的化学信息转变为分析仪器易测量的荧光信号类探针。当荧光分子探针受到温度、酸度、溶剂、外来化学或生物物质等影响时，其荧光发射(如光谱和强度)便会产生相应的变化，从而使人们获知环境中存在的某种特定信息。荧光分子探针具有灵敏度高、选择性好、使用方便、费用低、不需要预处理、不受外界电磁场影响等优点，因此已得到广泛的应用。

罗丹明类荧光探针由于光谱性能优越、易于修饰、结构简单、灵敏度高，尤其是在共存离子存在下对特定离子的特异性响应而备受关注。本实验以罗丹明6G作为母体来进行设计，首先使它形成具有酰胺螺环结构的化合物                                                

，当它与被分析物（氢离子）作用时，内酰胺螺环结构被打开，产生共轭结构，信号从无到有，达到对pH的检测，并且不受诸多金属离子的干扰。

 

如结构式所示，化合物I是未见报道的新化合物。

发明内容

本发明的第一个目的是提供了具有结构式I的化合物及其制备方法。

本发明的第二个目的是提供了包含化合物I作为性能良好的pH荧光探针方面的用途。

为实现上述目的本发明公开了如下的技术内容：

具有结构式I的化合物1-(二苯基)亚胺甲基-N’-(罗丹明6G-酰肼)：

 

 本发明进一步公开了化合物I的制备方法，它按如下步骤进行：

(1) 原料罗丹明6G酰肼的制备

将罗丹明6G用乙醇溶解，然后向混合体系中滴加80% 的水合肼，滴加完毕后在搅拌下加热回流。反应完成后减压除去溶剂，抽滤，将所得固体用蒸馏水洗涤3-5次。

(2) 目标化合物的合成

将上述步骤（1）制备的罗丹明6G酰肼和二苯甲酮用少量甲醇溶解，再加入过量冰醋酸，将混合体系加热搅拌回流。反应完成后冷却至室温，然后将混合体系倒入冰水中，用三乙胺调至pH = 9，抽滤，将所得浅紫色固体用柱色谱分离得目标化合物

。所用柱色谱极性为石油醚：乙酸乙酯=2:1。

本发明进一步公开了化合物I作为一种性能良好的pH荧光探针方面的应用。

本实验以罗丹明6G作为母体来进行设计，首先使它形成具有酰胺螺环结构的化合物

，当加入氢离子时会诱导的内酰胺螺环结构被打开，形成较大的共轭体系，溶液颜色由无色到橙色，并伴随有很强的荧光发射，而其他金属离子的加入并不能产生此类变化。因此，

可作为一种选择性好、灵敏度高的pH荧光探针。

本发明所公开的化合物I与现有技术相比所具有的积极效果为：

(1)   原料易得，制备过程简单、安全；

(2)   所得化合物性质稳定，在原料的π共轭体系中引入两个苯环，在检测离子时产生更强的荧光发射；

(3)   该荧光分子探针在检测氢离子时不受Mg²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Sr²⁺、Cd²⁺、Ba²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺ 和Bi³⁺ 的干扰。

附图说明：

图1为化合物I的结构式；

图2为pH = 1.1-12.9溶液中加入10 μM I的四氢呋喃 :水 = 4 : 6 (v : v) 溶液产生的紫外吸收光谱，其中，横坐标表示波长，纵坐标Abs是吸收强度；

图3为pH = 1.1-12.9溶液中加入10 μM I的四氢呋喃 : 水 = 4 : 6 (v : v) 溶液产生的荧光发射光谱，其中，横坐标表示波长，纵坐标 F.I. 是荧光发射强度；

图4为pH = 1.1-12.9溶液中加入10 μM I的四氢呋喃 : 水 = 4 : 6 (v : v) 溶液及不同金属离子产生的紫外吸收光谱，其中，横坐标表示波长，纵坐标Abs是吸收强度；

图5为pH = 1.1-12.9溶液中加入10 μM I的四氢呋喃 : 水 = 4 : 6 (v : v) 溶液及不同金属离子产生的荧光发射光谱，其中，横坐标表示波长，纵坐标 F.I. 是荧光发射强度；

图6为化合物

的质谱图；

图7为10 μM化合物I的四氢呋喃 : 水 = 4 : 6 溶液(空白对照，右) 和加入10 μM草酸（左)在自然光下的成像对比；

图8为10 μM化合物I的四氢呋喃 : 水 = 4 : 6 溶液(空白对照，右) 和加入10 μM草酸（左)在紫外灯下的成像对比；

为了更充分的解释本发明的实施，提供下述制备方法实施实例。这些实施实例仅仅是解释、而不是限制本发明的范围。为了简单和清楚，以下论述中对公知的技术方法的描述、溶液的配制过程不再赘述。其中的原料罗丹明6G、二苯甲酮皆为试剂公司直接购买，冰醋酸、甲醇、乙酸乙酯等试剂不做特殊处理。

实施例1.

化合物

的合成：

(1) 原料罗丹明6G酰肼的合成

将1.4g罗丹明6G置于50mL圆底烧瓶中，用15mL乙醇溶解，然后向混合体系中滴加80% 的水合肼2.2mL，滴加完毕后在搅拌下加热回流。反应完成后减压除去溶剂，抽滤，将所得固体用蒸馏水洗涤3-5次,干燥得1.1g,产率87.0%。

(2) 目标化合物的合成

称取上述步骤（1）制备的罗丹明6G酰肼0.9g和0.3g二苯甲酮置于100mL圆底烧瓶中，加入10mL甲醇溶解，再加入15mL冰醋酸，将混合体系加热搅拌回流。反应完成后冷却至室温，然后将混合体系倒入冰水中，用三乙胺调至pH=9，抽滤，将所得浅紫色固体用极性为石油醚：乙酸乙酯=2:1的柱色谱分离得目标化合物

 0.6g,产率61.5%。

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ: 7.861(m, 1H), 7.480 (m, 2H), 7.337 (d, 3H, J =6.8 Hz), 7.280 (s, 1H), 7.226 (b, 4H), 7.150 (b, 1H), 7.029 (d, 2H, J = 7.2 Hz), 6.384 (s, 2H), 6.153 (s, 2H), 3.527 (s, 2H), 3.250(q, 4H), 1.923(s, 6H), 1.354 (t, 6H)。

¹³C NMR (CDCl₃, 101 MHz) δ(ppm): 173.706, 161.289, 152.405, 151.097, 147.232, 137.722, 136.107, 132.228, 130.460, 129.363, 128.536, 127.776, 127.082, 124.128, 122.888, 117.238, 107.087, 96.531, 67.618, 38.450, 29.725, 16.852, 14.816。

MS (ESI-MS)，m/z，593.4 [M+H]⁺。

以上反应过程的合成路线如下：

  

                  

 实施例2.

化合物的合成：

(1) 原料罗丹明6G酰肼的合成

将3.0 g罗丹明6G置于50 mL圆底烧瓶中，用20 mL乙醇溶解，然后向混合体系中滴加80% 的水合肼4.6 mL，滴加完毕后在搅拌下加热回流。反应完成后减压除去溶剂，抽滤，将所得固体用蒸馏水洗涤3-5次,干燥得2.3 g,产率85.8%。

(2) 目标化合物的合成

称取上述步骤（1）制备的罗丹明6G酰肼2.0 g和0.6 g二苯甲酮置于100 mL圆底烧瓶中，加入15 mL甲醇溶解，再加入18 mL冰醋酸，将混合体系加热搅拌回流。反应完成后冷却至室温，然后将混合体系倒入冰水中，用三乙胺调至pH = 9，抽滤，将所得浅紫色固体用极性为石油醚：乙酸乙酯=2:1的柱色谱分离得目标化合物

 1.1 g,产率56.4%。

实施例3 

化合物

的合成：

(1) 原料罗丹明6G酰肼的合成

将4.8 g罗丹明6G置于100 mL圆底烧瓶中，用25 mL乙醇溶解，然后向混合体系中滴加80% 的水合肼7.3 mL，滴加完毕后在搅拌下加热回流。反应完成后减压除去溶剂，抽滤，将所得固体用蒸馏水洗涤3-5次,干燥得3.5 g,产率81.6%。

(2) 目标化合物的合成

称取上述步骤（1）制备的罗丹明6G酰肼3.0 g和0.9 g二苯甲酮置于100 mL圆底烧瓶中，加入15 mL甲醇溶解，再加入20 mL冰醋酸，将混合体系加热搅拌回流。反应完成后冷却至室温，然后将混合体系倒入冰水中，用三乙胺调至pH=9，抽滤，将所得浅紫色固体用极性为石油醚：乙酸乙酯=2:1的柱色谱分离得目标化合物

 0.6 g,产率51.2%。

实施例4. 

化合物I对氢离子的识别性能：

用化合物

配制10 mL浓度为1.0 × 10^-3 mol·L^-1的四氢呋喃：tris-HCl = 4 : 6 (v : v，pH = 7.5)的溶液作为储备液。配制四氢呋喃 : 水 = 4 : 6 (v : v)，pH分别为1.1，2.0，3.1，4.0，5.1，6.1，6.9，8.1，9.0，10.0，11.0，12.1，12.9的溶液。通过紫外吸收和荧光发射光谱来确定该化合物可以识别强酸溶液中的氢离子。

具体操作是：

取上述配制的化合物

的溶液0.1 mL分别置于13个10 mL的容量瓶中,用上述配制的13种不同pH值的溶液分别定容，此时

的浓度为1.0 × 10^-5 mol·L^-1。分别测定化合物在不同pH溶液中的紫外光谱、荧光光谱。

不同pH下的紫外光谱、荧光光谱见图2和图3。测试表明，化合物在强酸性环境下（pH = 1.1-3.1）会产生很强的紫外吸收与荧光发射，弱酸下的吸收与发射强度很弱，而在中性和碱性环境下的紫外吸收与荧光发射几乎为零。响应区（（pH = 1.1-3.1））的最强紫外吸收出现在540 nm，最强荧光发射出现在576 nm，同时，溶液颜色发生无色到橙色的变化，而其他pH的溶液不能产生此类变化。因此，化合物

对氢离子具有很好的选择性。

实施例5. 

化合物I对氢离子识别时，Mg²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Sr²⁺、Cd²⁺、Ba²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Bi³⁺ 14 种金属离子的干扰排除：

按照实施例4 方法配制化合物I、上述14 种被测试金属离子的溶液。首先配置浓度为1.0 × 10^-3 mol·L^-1I的储备液，测试时将化合物I、金属离子溶液稀释至10 mL、1.0 × 10^-5 mol·L^-1的溶液,分别测定化合物

与Mg²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Sr²⁺、Cd²⁺、Ba²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Bi³⁺金属离子溶液的紫外吸收光谱、荧光发射光谱。化合物

 与氢离子、被测试金属离子的紫外光谱、荧光光谱关系见图4和图5。测试表明，14种金属离子的加入不能引起溶液颜色和荧光、紫外光谱的变化。因此，金属离子对氢离子的检测不产生干扰。 

实施例6. 化合物I的实际应用

某些芳香有机化合物（如酚酞）可通过颜色变化来测定pH，并可固定在固态载体上形成pH试纸。这些检测方法虽然操作简单，但不能提供定量读数，也不能大量用于工业检测。以罗丹明为母体的荧光指示器是一种备受关注的化学感测器，具有其他检测器不具备的优良性能，可用于工业废水中诸多离子的检测。

草酸是最简单的二元酸，广泛存在于自然界中。草酸在工业生产中有非常重要的用途，如用于合成各种草酸酯、草酸盐和草酰胺等产品，作为提炼稀有金属的溶剂、染料还原剂和印染工业的媒染剂，还可用于金属和大理石的清洗及纺织品的漂白等。草酸在人体内不容易被氧化分解掉，经代谢作用后形成的产物属于酸性物质，可导致人体内酸碱度失去平衡，严重时还会中毒。儿童生长发育需要大量的钙和锌，而草酸在人体内会和钙、锌结合生成草酸钙和草酸锌，不利于钙和锌的吸收，不仅可导致骨骼、牙齿发育不良,而且还会影响智力发育。因此，草酸的检测对人类健康是一项不可忽视的工作。

本发明合成的全新的荧光分子探针I用于草酸的检测。如图7、8所示，当探针I与草酸作用时会产生无色到橙色的颜色变化。因此，I可作为一种检测草酸的裸眼识别探针。

Claims (3)

1.具有结构式                                                

的化合物1-(二苯基)亚胺甲基-N’-(罗丹明6G-酰肼)

 

。

2.权利要求1所述化合物

的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

(1) 罗丹明6G酰肼的制备

将罗丹明6G用乙醇溶解，然后加入80% 水合肼在搅拌下加热回流；

反应完成后除去溶剂，抽滤所得固体用蒸馏水洗涤；

其中罗丹明6G与80%水合肼的摩尔比为1 : 15；

(2) 目标化合物的合成

将上述步骤（1）制备的罗丹明6G酰肼和二苯甲酮用少量甲醇溶解，再加入过量冰醋酸，将混合体系加热搅拌回流；反应完成后将混合体系倒入冰水中，抽滤所得固体用柱色谱分离得目标化合物

；其中罗丹明6G酰肼和二苯甲酮的摩尔比为1.5 : 1。

3. 权利要求1所述化合物1-(二苯基)亚胺甲基-N’-(罗丹明6G-酰肼)在制备性能良好的pH荧光探针方面的应用。

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