CN103232483A - 二吡咯硼烷类化合物（bodipy）及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测甲醛的探针化合物及检测方法。该化合物是一类基于二吡咯硼烷BODIPY的高荧光量子效率荧光染料。该发明中使用的化合物与碱类物质发生可逆反应形成复合物；甲醛的检测基于甲醛与该复合物中碱的反应，反应的结果使BODIPY再生而显色并同时恢复荧光。该检测方法是一种可以循环再生的新型检测试剂。另一方面，基于BODIPY类化合物高荧光量子效率的特点，这类检测试剂具有高的灵敏度和较低的检测限。

Description

二吡咯硼烷类化合物(BODIPY)及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一类二吡咯硼烷化合物及其制备方法，以及基于二吡咯硼烷化合物的甲醛检测试剂及其聚合物薄膜试剂的制备和使用方法。该试剂可用于甲醛的检测，特别是针对室内甲醛的原位检测。

背景技术

二吡咯硼烷类化合物（Boron Dipyrromethene，BODIPY）自1968年首次报道以来就受到广泛的关注。BODIPY与传统荧光化合物相比，具有吸收强，量子效率高，光谱窄，易于修饰，光谱范围可调等优点。正因为上述优点的存在，使得BODIPY类化物能够广泛应用于环境和生物检测。基于这类染料的探针具有灵敏度高，检出限低，抗干扰强等优点。

甲醛是无色、具有强烈气味的刺激性气体。甲醛能与蛋白质结合，是家居生活中最常见的污染气体，对人体特别是婴幼儿的健康尤为不利。长期暴露在高甲醛含量的空气氛围中，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘。皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现黏膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎角化和脆弱、甲床指端疼痛。孕妇长期吸入可能导致新生婴儿畸形，甚至死亡。男子长期吸入可导致男子精子畸形、死亡，性功能下降，气胸，生殖能力缺失，严重的可导致白血病……因此甲醛的检测和去除尤为重要。

现有的甲醛检测手段大致有两类：一类是基于溶剂反应的试剂盒，需要用特定溶剂富集一段时间，然后将富集后的溶液与检测试剂混合，观察颜色变化。这类试剂盒通常需要富集10小时以上，耗时长；这类检测试剂本身吸收较弱，颜色变化不明显，检测误差大，操作不方便。人眼对于颜色判断个体差异很大，单一指标不利于准确判断。另一类则是运用光谱检测技术，需要昂贵的仪器，大大增加了消费者的使用成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一类能够用于甲醛检测的荧光化合物。

本发明的另一目的在于提供作为荧光探针及比色分析的荧光试剂及制备与应用方法。

本发明的再一目的在于提供由这类荧光化合物制成的薄膜检测试剂及制备和使用方法。

本发明的荧光化合物是一类二吡咯硼烷化合物，具有如下所示的通式I的结构：

其中，X独立选自F、烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基，R₁、R₂、R₃、R₄独立选自：H、烷基、-烷基-COO-烷基、-烷基-OCO-烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、芳烷基、杂芳基、杂芳烷基、杂环基、杂环烷基，R₅、R₆独立选自：H、烷基、氨基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、芳烷基、芳氧基、杂芳基、杂芳烷基、杂环基、杂环烷基，上述X、R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆中定义的基团可以进一步被取代基取代，所述取代基可以为烷基、烷氧基、卤素、硝基等。

所述的烷基代表碳原子数为1-10，优选1-6的直链或支链烷基，例如，甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、叔丁基等。

所述的烯基代表碳原子数为2-10，优选2-6的直链或支链烯基，例如，乙烯、丙烯、丁烯等。

所述的炔基代表碳原子数为2-10，优选2-6的直链或支链炔基，例如，乙炔、丙炔、丁炔等。

所述的环烷基代表具有3-8个，优选3-6个环原子的碳环，例如环戊烷基、环己烷基或环庚烷基。

所述的芳基指具有6-20个碳原子的单环、多环芳族基团，代表性的芳基包括：苯基、萘基等。

所述的杂芳基指具有1-20个碳原子、至少1个，优选1-4个选自N、S、O杂原子的单环或多环杂芳族基团，代表性的杂芳基包括：吡咯基、吡啶基、嘧啶基、咪唑基、噻唑基、吲哚基等。

所述的杂环基指具有1-20个碳原子、至少1个，优选1-4个选自N、S、O杂原子的饱和或不饱和的单环或多环杂环基团，如氮杂环基，氮、氧杂环基，代表性的杂环基包括：四氢吡咯基、四氢吡啶基、哌嗪基、吗啉基等。

所述氨基代表基团-NR¹ ₂，其中，R¹独立的选自H、烷基、芳基、杂芳基、杂环基。

根据本发明，其中X优选为苯，苯氧基，苯乙炔或萘等。

根据本发明，特别优选的技术方案是通式I化合物中，X为F，R₅、R₆为CH₃CH₂，R₁、R₂、R₃、R₄独立选自：烷基、-烷基-COO-烷基、-烷基-OCO-烷基、环烷基，上述R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆中定义的基团可以进一步被取代基取代，所述取代基可以为烷基、卤素等。

本发明特别优选的式I化合物选自：

本发明还提供一种通式I化合物与有机碱或无机碱形成的复合物，其结构如下述通式II所示：

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆如上述所定义，Yⁿ⁺为IA、IIA、IIIA族元素的阳离子；NH₂NH₃ ⁺；NH₄ ⁺；有机胺阳离子；有机肼或其衍生物的阳离子，n为1、2、3。

根据本发明，所述IA、IIA、IIIA族元素的阳离子优选K⁺、Na⁺、Li⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺。

根据本发明，所述有机胺阳离子例如取代或未取代的烷基胺离子、取代或未取代的芳基胺离子、取代或未取代的杂芳基胺离子、主侧链上带有胺离子的聚合物等，所述取代基可以为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等，例如甲基，甲氧基，苯甲基以及它们的卤代化合物等；优选的有机胺阳离子为NH₂RNH₃ ⁺、(R)₂NH₂ ⁺、(R)₃NH⁺、聚乙烯聚胺离子等，其中R独立的为取代或未取代的烷基或芳基，所述取代基优选为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等，例如甲基，甲氧基，苯甲基以及它们的卤代化合物等；更优选的有机胺阳离子为NH₂C₂H₄NH₃ ⁺、(C₂H₅)₃NH⁺。

根据本发明，所述的有机肼阳离子，例如取代或未取代的烷基肼离子、取代或未取代的芳基肼离子、取代或未取代的杂芳基肼离子，所述取代基可以为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等，优选的有机肼阳离子如R_2-xN(H)_xNH⁺(H)_yR_2-y，其中x任选为0、1、2，y任选为0、1、2，R独立的为取代或未取代的烷基或芳基，所述取代基任选为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等，例如苯肼离子。

根据本发明，所述的有机肼衍生物的阳离子，例如有机腙阳离子，优选苯腙离子。

根据本发明，优选的技术方案是通式II复合物中，X为F，R₅、R₆为CH₃CH₂，R₁、R₂、R₃、R₄独立选自：烷基、-烷基-COO-烷基、-烷基-OCO-烷基、环烷基，上述R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆中定义的基团可以进一步被取代基取代，所述取代基可以为烷基、卤素等，Yⁿ⁺任选为K⁺、Na⁺、(C₂H₅)₃NH⁺、NH₂CH₂CH₂NH₃ ⁺、NH₂NH₃ ⁺。

根据本发明，特别优选的技术方案是通式II复合物中，X为F，R₅和R₆为-CH₂CH₃，R₃和R₄为-CH₃，R₁和R₂任选为-CH₂COOCH₃、-CH₂CH₃或-CH₃，Yⁿ⁺任选为K⁺、NH₂NH₃ ⁺或NH₂CH₂CH₂NH₃ ⁺。

本发明还提供了一种通式I化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆如上述所定义。

1）将吡咯酯（通式（4）化合物）溶于有机溶剂中，向上述体系中加氧化剂（优选硝酸铈铵），搅拌（优选室温）（优选1小时），得到通式（5）化合物；

2）将通式（5）化合物与通式（6）化合物（优选1:1）加入溶剂（例如干燥的二氯甲烷）中，通N₂保护，加入酸作引发剂（优选三氟乙酸）引发反应；

3）向上述步骤2）的反应体系中加入二氯二氰基苯醌（DDQ），再先后加入有机碱（优选三乙胺或N,N-二异丙基乙胺）和BF₃·(CH₃CH₂O)₂，得到X为F的通式I化合物；

4）任选的，将上述步骤3）中获得的X为F的通式I化合物与R’MgBr或R’Li反应，其中，R’为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基，得到X为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基的通式I化合物。

优选的，上述获得的通式I化合物采用硅胶柱层析纯化，优选使用乙酸乙酯-石油醚1:5展开体系。

根据本发明，上述步骤1）中使用的有机溶剂优选为THF（四氢呋喃）、HAc（醋酸）和水的混合溶液，特别优选的，THF：HAc：H₂O为10：12：10。

根据本发明，优选将上述步骤1）中的反应液倒入水中，用二氯甲烷萃取（优选3次），用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤有机相（优选2次），旋干，得到通式（5）化合物。优选的，上述得到的通式（5）化合物用硅胶柱层析纯化，优选使用二氯甲烷-甲醇100：1体系。

根据本发明，上述步骤3）中优选将DDQ一次性加入反应体系，室温搅拌（例如1小时）后加入三乙胺，继续搅拌（例如5min），在0℃下逐滴滴加BF₃·(CH₃CH₂O)₂后搅拌（优选1小时）。

本发明还提供了一种通式I化合物（其中R₂=R₁，R₄=R₃，R₆=R₅）的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

其中，X、R₁、R₃、R₅如上述所定义。

1）将吡咯酯（通式（1）化合物）溶于有机溶剂（例如乙酸乙酯）中，加溴化试剂（优选液溴）于上述溶液中，反应析出沉淀，再加酸回流后用碱调节pH，得到通式（2）化合物；

2）将通式（2）化合物溶于有机溶剂（优选二氯甲烷）中，加入二氯二氰基苯醌（DDQ），再先后加入有机碱（优选三乙胺或N,N-二异丙基乙胺）和BF₃·(CH₃CH₂O)₂，得到X为F的通式（I’）化合物；

3）任选的，将上述步骤2）中获得的X为F的通式（I’）化合物与R’MgBr或R’Li反应，其中，R’为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基，得到X为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基的通式（I’）化合物。

优选的，上述获得的通式（I’）化合物采用硅胶柱层析纯化，优选使用乙酸乙酯-石油醚1:5展开体系。

根据本发明，上述步骤1）中优选将析出沉淀的反应混合液旋干，将固体溶于有机溶剂（优选甲醇）中，加入HCl回流，然后冷却（优选冷却到0℃），用无机碱（优选NH₃·H₂O）调节pH=7，析出大量固体，得到通式（2）化合物；

根据本发明，上述步骤1）中优选的将通式（2）化合物重结晶（优选使用70：30的甲醇：水溶液进行重结晶），得纯的通式（2）化合物。

根据本发明，上述步骤2）中优选将DDQ一次性加入反应体系，室温搅拌（例如1小时）后加入三乙胺，继续搅拌（优选5min），在0℃下逐滴滴加BF₃·(CH₃CH₂O)₂后搅拌（优选1小时）。

本发明还提供了一种通式II复合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、Yⁿ⁺、n如上述所定义。

向通式I的溶液（优选溶剂为四氢呋喃、乙醇等）中滴加有机碱或无机碱至溶液无色，即可得到通式II复合物。所述无机碱为M_x(CO₃)_y，M_x(OH)_y，M_x(HCO₃)_y，M_x(HSO₃)_y，M_x(ClO)_y，M_x(PO₃)_y，氨水，水合肼等，其中M为IA、IIA、IIIA族元素或NH₂NH₃ ⁺、NH₄ ⁺等。所述有机碱为：有机胺类，如：取代或未取代的烷基胺、取代或未取代的芳基胺、取代或未取代的杂芳基胺、主侧链上带有胺基的聚合物等，所述取代基可以为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等，例如甲基，甲氧基，苯甲基以及它们的卤代化合物等，优选的为RNH₂、R₂NH、R₃N、NH₂R’NH₂、聚乙烯聚胺等，其中R相同或不同，独立的为取代或未取代的烷基或芳基，所述取代基任选为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等，例如甲基，甲氧基，苯甲基以及它们的卤代化合物等，R’任选为取代或未取代的亚烷基或亚芳基，所述取代基任选为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基或卤素等；有机羧酸盐类，如(RCOO)_xM_y，其中M为IA、IIA、IIIA族元素或NH₂NH₃ ⁺、NH₄ ⁺等，R如上定义；醇的碱金属盐类，如R’OM，其中M’为IA族元素等（例如Na，K等），R如上定义，例如：甲醇钠，乙醇钠等；有机锂化合物或有机胺基锂化合物，如苯基锂、二异丙基胺基锂等；有机肼类，如R_2-xN(H)_xN(H)_yR_2-y，其中x任选为0、1、2，y任选为0、1、2，R如上定义，例如苯肼等；或有机肼的衍生物，例如苯腙等。

本发明通式I化合物是一类红色荧光化合物，其具有特定的反应活性，且具有高吸收强度、高荧光量子效率、窄吸收、发光光谱等特性。该类化合物在可见光激发下发桔黄色的荧光（例如化合物Ia、Ib、Ic的λ_max=540nm，ε_max=560nm）。它的固体和溶液状态都能在紫外光的照射下发出较强的橙黄色荧光。其中化合物Ia、Ib、Ic溶液的绝对量子效率达0.57，固体绝对量子效率达0.28。本发明的通式Ｉ化合物能与碱形成无色稳定的通式II复合物。在本发明通式I化合物的溶液中加入碱后能够迅速褪色，由红色变为无色，并且荧光消失；当这种无色的复合物与甲醛接触时，由于甲醛能与通式II中的Yⁿ⁺反应，例如与NH₂NH₃ ⁺迅速反应形成希夫碱等而破坏了通式II的稳定，因此该无色体系能够迅速还原为红色，并呈现荧光发射。

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、Yⁿ⁺、n如上述所定义。

本发明还提供一种通式I化合物和通式II复合物的应用，其可用于甲醛的检测，特别是针对室内甲醛的原位检测。根据本发明，所述化合物可用裸眼比色分析、荧光分析（日常光源即可激发）；也可以搭载荧光仪，用于特殊场合下更低浓度甲醛的检测。

本发明还提供了一种甲醛检测溶液，其包含本发明所述的通式II复合物。

本发明还提供了一种制备上述甲醛检测溶液的方法，包括如下步骤：

1）将本发明所述的通式I化合物溶于有机溶剂（优选乙醇、四氢呋喃（THF）等），配成溶液（优选1mmol/L）；

2）将无机碱或有机碱用溶剂（例如乙醇、四氢呋喃、水等）稀释配成碱溶液（优选5-20%，更优选8%的稀溶液），加入到上述步骤1）的溶液中（优选1：2.5），稳定后呈无色，即得到甲醛检测溶液，所述无机碱或有机碱如上述定义。

根据本发明，上述步骤2）中，优选将所述溶液放置于暗室或冰箱（优选4℃）中稳定（优选24小时），稳定后，溶液由红色变为无色。

本发明还提供了一种用于甲醛检测的薄膜试剂，其包含本发明所述的通式II复合物。

本发明还提供了一种上述用于甲醛检测的薄膜试剂的制备方法，包括如下步骤：

1）将本发明所述的通式I化合物溶解于有机溶剂（优选乙醇、四氢呋喃等），配成溶液（优选0.1mmol/L）；

2）将无机碱或有机碱用溶剂（例如乙醇、四氢呋喃、水等）稀释配成碱溶液（优选5-20%，更优选8%的稀溶液），加入上述步骤1）的溶液中（优选比例1：2.5），稳定后呈无色，所述无机碱或有机碱如上述定义。

3）将聚合物（优选聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））溶于有机溶剂（优选THF、乙醇）中，浸泡一定时间（例如浸泡24小时）使聚合物完全溶解（胀）；

4）将步骤3）中的聚合物溶液（优选1-10mL）加入步骤2）中得到的无色溶液（优选1-10mL）中；

5）将盖玻片（例如2×2cm）吸附在旋涂仪上，将步骤4）中的溶液滴到盖玻片上（例如2滴），旋涂（时间优选40-60秒，例如50s，速度优选2500-3000r/min）（不匀胶直接旋涂），得到含通式II复合物的无色透明薄膜，即为用于甲醛检测的薄膜试剂。

优选的，将上述薄膜试剂放入充氮气保护的自封袋中，低温（4℃）保存。

根据本发明，上述步骤2）中，优选将所述溶液放置于暗室或冰箱（优选4℃）中稳定（优选24小时），稳定后，溶液由红色变为无色。

本发明还提供使用上述甲醛检测溶液进行检测的方法，所述检测方法如下：

将所述检测溶液放置室内一段时间（优选半个小时），之后通过裸眼检测或荧光仪检测的方法确定甲醛浓度。

1）裸眼检测：a)将置于室内一段时间的检测溶液与标准比色卡比对，通过比色确定室内甲醛浓度；或者b)用白光手电或日光（灯）照射上述置于室内一段时间的检测溶液，看是否有橙红色荧光产生，并根据荧光亮度对浓度高低进行粗略的判断——该方法适合高浓度定性的判断。

2）荧光仪检测：取放置一段时间的检测溶液于比色皿（例如标准四通10mm）中，用荧光仪测荧光强度（例如520nm激发所产生的荧光强度）（激发和检测狭缝宽度优选为5nm），将其与标准曲线进行比对，确定甲醛浓度——该方法适于低浓度或高精度要求的甲醛检测。

本发明还提供使用上述薄膜试剂进行检测的方法，所述检测方法如下：

将上述薄膜试剂用有机溶剂（例如乙醇或家用白酒等）浸泡（优选半分钟），然后置于室内（例如悬挂室内、置于抽屉或贴于家具表面等）一段时间（优选半小时）；之后通过裸眼检测或荧光仪检测的方法确定甲醛浓度。

1）裸眼检测：a)将置于室内一段时间的薄膜试剂与标准比色卡比对，通过比色确定室内甲醛浓度；或者b)用白光手电或日光（灯）照射置于室内一段时间的薄膜试剂表面，看是否有橙红色荧光产生，并根据荧光亮度对浓度高低进行粗略的判断——该方法适合高浓度定性的判断。

2）荧光仪检测：用荧光仪检测置于室内一段时间的薄膜试剂的荧光强度，将其与标准曲线进行比对，确定甲醛浓度，其中所述标准曲线是在相同检测条件下用薄膜试剂与标准甲醛溶液反应绘测的工作曲线——该方法适于低浓度或高精度要求的甲醛检测。

上述使用的薄膜试剂可以重复使用（例如可以反复使用5-10次），恢复的方法如下：将使用后的薄膜试剂放入稀氨水中浸泡至无色后于阴凉处放干，放入自封袋中，可以重复进行检测。

本发明中的化合物具有较大的吸收系数，在较低浓度下就有较强的吸收，颜色变化明显，因此用该体系做探针具有较高的灵敏度和较低的检出限。

本发明的通式I化合物能与碱形成无色稳定的通式II复合物；当这类无色的复合物与甲醛接触时，该体系又由无色变为红色，同时恢复本发明通式I化合物的荧光性能。这种检测方法由无色变为红色的关-开（off-on）过程，吸收光谱变化范围较大（达到约260nm），对于肉眼观察非常敏感，因此可以用于裸眼检测，而不需要昂贵的仪器支持。同时本发明通式I化合物在可见光激发下可发桔黄色的荧光，家用手电（白光）照射即可观察到明显的发光，从不发光到荧光产生——这一过程现象非常明显。该过程可同时运用比色方法和观察荧光的产生，来判断甲醛的有无及浓度，使得这种方法具有很高的实用价值。将这种试剂做成聚合物薄膜块状材料，更便于家庭使用。

本发明通式I化合物具有高吸收系数的特点，使用该体系的裸眼检测技术的检出限要比市售检测试剂低1-2个数量级；同时该体系反应灵敏迅速，不需要大量的富集时间。此外，因为该化合物具有高的量子效率，如果使用荧光仪检测技术，则能达到更低的检测限，实验室条件下，该反应只需1分钟，检出限达0.5μg.L^-1以下（国家标准20μg.L^-1,40倍标准）。

附图说明

图1：实施例1制备的化合物Ia在滴加水合肼后的吸收光谱变化图。

图2：实施例3制备的化合物IIaa的甲醛检测光谱图。

图3：实施例1制备的化合物Ia在水合肼及甲醛的调节下的吸收和发光光谱（520nm激发）。

图4：实施例1制备的化合物Ia在氢氧化钾(KOH)及甲醛的调节下的吸收和发光光谱（520nm激发）。

图5：实施例3制备的化合物IIaa的晶体结构图。

图6：实施例4制备的化合物IIaa’的晶体结构图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，给出以下系列具体实施例，但本发明并不受这些具体实施例的限制，任何了解该领域的技术人员对本发明的些许改动将可以达到类似的结果，这些改动也包含在本发明之中。

实施例1

制备化合物Ia（1,7-二(3-甲氧基-3-丙酰基)-3,5-二乙氧羰基-2,6-二甲基-二吡咯硼烷），其相关反应路线如下：

将20.3g（80mmol）二吡咯酯（化合物1）溶于100ml乙酸乙酯中。将12.8g液溴（1eq.）15min内滴加完毕，搅拌1小时后析出淡黄色沉淀。将上述反应混合液旋干，并将固体溶于100ml甲醇中，加入2ml HCl回流1小时，然后冷却到0°C，用10%NH₃·H₂O调节pH=7，析出大量固体。滤出上述固体，用70：30的甲醇：水溶液重结晶。得纯的化合物（2）。将9.8g(20mmol)化合物（2）溶于60ml干燥的二氯甲烷中，将4.5g(1eq.)DDQ(二氯二氰基苯醌英文名称：2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone)一次性加入反应体系，室温搅拌1小时后加入5ml三乙胺，继续搅拌5min，在0°C下逐滴滴加BF₃·(CH₃CH₂O)₂5ml后搅拌1小时。产物采用硅胶柱层析纯化，使用展开剂乙酸乙酯-石油醚1:5体系。可得产物13.5g，产率62.5%。化合物Ia：¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.73(s,1H),4.44(q,J=7.1Hz,4H),3.65(s,6H),2.99(t,J=7.3Hz,4H),2.57(t,J=7.3Hz,4H),2.15(s,6H),1.43(t,J=7.1Hz,6H).¹³C NMR(400MHz,THF)δ173.14,162.32,146.89,144.11,135.83,130.34,129.93,62.11,51.84,35.13,20.28,14.46,9.87.ESI-MS m/z(C₂₅H₃₁BF₂N₂O₈):559.3[M+Na⁺](理论值：559.3)，575.3[M+K⁺](理论值575.4)。元素分析（C₂₅H₃₁BF₂N₂O₈）计算值C，55.99%；H，5.83%；N，5.22%.实测:C,55.77%;H,5.81%;N,5.19%.

实施例2

制备化合物Ib（1,7-二(3-甲氧基-3-丙酰基)-3,5-二乙基-2,6-二甲基-二吡咯硼烷），其相关反应路线如下：

将15.6g（80mmol）二吡咯酯（化合物1）溶于100ml乙酸乙酯中。将12.8g液溴（1eq.）15min内滴加完毕，搅拌1小时后析出淡黄色沉淀。将上述反应混合液旋干，并将固体溶于100ml甲醇中，加入2mlHCl回流1小时，然后冷却到0°C，用10%NH₃·H₂O调节pH=7，析出大量固体。滤出上述固体，用70：30的甲醇：水溶液重结晶，得纯的化合物（2）。将7.5g(20mmol)化合物（2）溶于60ml干燥的二氯甲烷中，将4.5g(1eq.)DDQ(二氯二氰基苯醌英文名称：

2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone)一次性加入反应体系，室温搅拌1小时后加入5ml三乙胺，继续搅拌5min，在0°C下逐滴滴加BF₃·(CH₃CH₂O)25ml后搅拌1小时。产物采用硅胶柱层析纯化，使用展开剂乙酸乙酯-石油醚1:5体系。可得产物12.096g，产率72%。化合物Ib：¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.33(s,1H),4.44(q,J=7.1Hz,4H),2.64(q,J=7.6Hz,4H),2.13(s,6H),1.43(t,J=7.1Hz,6H),1.17(t,J=7.6Hz,6H).TOF-MS m/z(C₂₁H₂₇BF₂N₂O₄):420.3[M](理论值420.26).

实施例3

由化合物Ia和水合肼制备含复合物IIaa的甲醛检测溶液：

将实施例1中制备的化合物Ia溶于乙醇溶液中配成1mmol/L溶液；将80%水合肼用乙醇稀释10%后，配成8%的稀溶液，以1：2.5的比例滴加到上述化合物Ia溶液中，溶液由红色变为浅红色；将上述溶液放暗室或冰箱（4℃）中稳定24小时后，溶液变成无色，即得到甲醛检测溶液。复合物IIaa：¹H NMR(400MHz,THF)δ5.23(s,1H),4.32–4.08(m,4H),3.57(s,6H),2.98–2.82(m,2H),2.82–2.69(m,2H),2.63–2.50(m,2H),2.50–2.35(m,2H),2.24(s,6H),1.32(t,J=7.1Hz,6H).

加肼后的无色溶液高分辨质谱数据见下表：

复合物IIaa晶体结构如图5所示，单晶X-射线衍射数据如下：

晶系，空间群       Monoclinic（单斜）,Cc

晶胞参数           a=15.491(5)

      α=90°

                   b=19.197(9)

      β=90.81(3)°

                   c=19.065(8)

      γ=90°

由图5中可以看出，在水合肼的作用下，两分子Ia通过8-C原子以sp³杂化的方式偶联在一起，破坏了原有的共轭结构从而影响单体的发光性能。

实施例1中制备的化合物Ia在滴加水合肼后得到无色的甲醛检测溶液，当将甲醛加入到上述无色的甲醛检测溶液中，无色体系迅速还原为红色，并呈现荧光发射。

图1为化合物Ia在滴加水合肼后的吸收光谱变化图，其中化合物Ia的吸收随着水合肼加入量的增加（0—3.5eq.）而逐渐降低。

图2为含复合物IIaa的甲醛检测溶液的甲醛检测光谱图，其中发光强度随甲醛浓度（0—3.0μg.L^-1）的增加而增加。图例中用10^-4mol/L的化合物Ia乙醇溶液，加醛后搅拌两分钟，最低试验浓度0.5μg.L^-1，信号变化明显（信噪比>>3），已达到国家检测标准的40倍。

图3为实施例1制备的化合物Ia在水合肼及甲醛的调节下的吸收和发光光谱（520nm激发）图。其中，P代表化合物Ia溶液的吸收和发光，PD代表化合物Ia溶液加入水合肼后的吸收和发光，PDH表示化合物Ia溶液加水合肼后再加甲醛恢复的吸收和发光，550纳米之前是吸收的部分，550之后为发光部分。由图中可以看出，化合物Ia溶液加水合肼后发光几乎为零（PD几乎贴进基线），长波方向的吸收基本消失，表明加肼后得到的复合物IIaa其背底吸收和发光几乎可以忽略，这对于提高检测限大有帮助。IIaa加醛后其吸收和发光几乎完全恢复，表明从化合物Ia与复合物IIaa之间的转换几乎100%进行，即这种甲醛检测试剂可以多次利用。

实施例4

由化合物Ia和KOH制备含复合物IIaa’的甲醛检测溶液：

将实施例1中制备的化合物Ia溶于乙醇溶液中配成1mmol/L溶液；将KOH溶于乙醇配成1mol/L稀溶液，以1：2.5的比例滴加到上述化合物Ia溶液中，溶液由红色变为无色；将上述溶液放暗室或冰箱（4℃）中稳定24小时后，即得到甲醛检测溶液。

化合物Ia与KOH作用得到的复合物IIaa’的晶体如图6所示，单晶X-射线衍射数据如下：

晶系，空间群       Triclinic（三斜）,P-1

晶胞参数           a=11.5069

      α=69.824°

                   b=11.6311

      β=87.006°

                   c=14.3991      γ=64.182°

实施例1制备的化合物Ia在KOH及甲醛的调节下的吸收和发光光谱（520nm激发）如图4所示，其中，P代表化合物Ia溶液的吸收和发光，PB代表化合物Ia溶液加入KOH后的吸收和发光，PBA表示化合物Ia溶液加KOH后再加甲醛恢复的吸收和发光，550纳米之前是吸收的部分，550之后为发光部分。由图中可以看出，化合物Ia溶液加KOH后发光几乎为零（PB几乎贴进基线），长波方向的吸收基本消失，表明加KOH后得到的复合物IIaa’其背底吸收和发光几乎可以忽略，这对于提高检测限大有帮助。IIaa’加醛后其吸收和发光几乎完全恢复，表明从化合物Ia与复合物IIaa’之间的转换几乎100%进行，即这种甲醛检测试剂可以多次利用。

实施例5

由化合物Ib和水合肼制备含复合物IIbb的甲醛检测溶液：

将实施例2中制备的化合物Ib溶于乙醇溶液中配成1mmol/L溶液；将80%水合肼用乙醇稀释10%后，配成8%的稀溶液，以1：2.5的比例滴加到上述化合物Ib溶液中，溶液由红色变为浅红色；将上述溶液放暗室或冰箱（4℃）中稳定24小时后，溶液变成无色，即得到甲醛检测溶液。

实施例6

将实施例3-5中的甲醛检测溶液用于甲醛的检测：

裸眼检测：取2ml上述甲醛检测溶液于培养皿中，将上述培养皿放置室内，静置30min，观察其颜色的变化，并与标准比色卡比对，确定甲醛的浓度；标准比色卡的制作：用不同浓度的甲醛标准溶液分别加入上述甲醛检测溶液中，并分别记录吸收光谱，将吸收光谱转化为RGB值，得到不同浓度甲醛下对应的颜色，即得到标准比色卡。或者用白光手电或日光（灯）照射上述静置30min后的甲醛检测溶液，看是否有橙红色荧光产生，并根据荧光亮度对浓度高低进行粗略的判断。

荧光仪检测：取3ml上述甲醛检测溶液于10ml四通比色皿中，将上述培养皿放置室内，静置30min后取出，用荧光仪测520nm激发所产生的荧光强度（激发和检测狭缝宽度均设为5nm），并与标准曲线进行比对，确定甲醛浓度。

实施例7

制备化合物Ia的甲醛检测薄膜试剂：

将实施例1中制备的化合物Ia溶于乙醇中配成0.1mmol/L溶液；将8%的稀水合肼溶液以1：2.5的比例加入上述溶液中，放入冰箱（4℃）中稳定24小时后成无色状态；取5gPMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）溶于5mLTHF中，浸泡24小时使PMMA完全溶解（胀）；与上述无色体系1：1混合；将2×2cm盖玻片吸附在旋涂仪上，吸取上述溶液2滴到盖玻片上，以2500-3000r/min的速度旋涂50s（不匀胶直接旋涂），得到含复合物IIaa的无色透明薄膜，即可用于甲醛的检测；将此薄膜放入充氮气保护的自封袋中，低温（4℃）保存。

实施例8

制备化合物Ib的甲醛检测薄膜试剂：

将实施例2中制备的化合物Ib溶于乙醇中配成0.1mmol/L溶液；将8%的稀水合肼溶液以1：2.5的比例加入上述溶液中，放入冰箱（4℃）中稳定24小时后成无色状态；取5gPMMA溶于5mLTHF中，浸泡24小时使PMMA完全溶解（胀）；与上述无色体系1：1混合；将2×2cm盖玻片吸附在旋涂仪上，吸取上述溶液2滴到盖玻片上，以2500-3000r/min的速度旋涂50s（不匀胶直接旋涂），得到含复合物IIbb的无色透明薄膜，即可用于甲醛的检测；将此薄膜放入充氮气保护的自封袋中，低温（4℃）保存。

实施例9

将实施例7、8中的甲醛检测薄膜试剂用于甲醛的检测：

将上述薄膜试剂用乙醇（或家用白酒）浸泡半分钟后，置于室内（例如悬挂室内或置于抽屉或贴于家具表面），半小时后通过裸眼检测或荧光仪检测确定甲醛浓度。

1）裸眼检测：将上述置于室内半小时后的薄膜试剂与标准比色卡比对，通过比色确定室内甲醛浓度。或者用白光手电或日光（灯）照射上述置于室内半小时后的薄膜试剂表面，看是否有橙红色荧光产生，并根据荧光亮度对浓度高低进行粗略的判断。

2）荧光仪检测：用荧光仪检测上述置于室内半小时后的薄膜试剂的荧光强度，将其与标准曲线进行比对，确定甲醛浓度，其中所述标准曲线是在相同检测条件下用薄膜试剂与标准甲醛溶液反应绘测的工作曲线。

薄膜的恢复：将上述使用后的薄膜放入稀氨水中浸泡至无色后于阴凉处放干，放入自封袋中，可以重复使用5-10次。

Claims (10)

1.通式I化合物:

其中，X独立选自F、烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基，R₁、R₂、R₃、R₄独立选自：H、烷基、-烷基-COO-烷基、-烷基-OCO-烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、芳烷基、杂芳基、杂芳烷基、杂环基、杂环烷基，R₅、R₆独立选自：H、烷基、氨基、烷氧基、烯基、炔基、环烷基、芳基、芳烷基、芳氧基、杂芳基、杂芳烷基、杂环基、杂环烷基，上述X、R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆中定义的基团可以进一步被取代基取代，所述取代基可以为烷基、烷氧基、卤素、硝基等；

所述的烷基代表碳原子数为1-10的直链或支链烷基，所述的烯基代表碳原子数为2-10的直链或支链烯基，所述的炔基代表碳原子数为2-10的直链或支链炔基，所述的环烷基代表具有3-8个环原子的碳环，所述的芳基指具有6-20个碳原子的单环或多环芳族基团，所述的杂芳基指具有1-20个碳原子、1-4个选自N、S、O杂原子的单环或多环杂芳族基团，所述的杂环基指具有1-20个碳原子、1-4个选自N、S、O杂原子的饱和或不饱和的单环或多环杂环基团，所述氨基代表基团-NR¹ ₂，其中，R¹独立的选自H、烷基、芳基、杂芳基、杂环基。

2.通式II复合物：

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆如权利要求1所定义，Yⁿ⁺为IA、IIA、IIIA族元素的阳离子；NH₂NH₃ ⁺；NH₄ ⁺；有机胺阳离子；或者有机肼或其衍生物的阳离子，n为1、2、3。

3.权利要求1所述的通式I化合物的制备方法，包括如下步骤：

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄，R₅、R₆如权利要求1所定义，

1）将吡咯酯（通式（4）化合物）溶于有机溶剂中，向上述体系中加入氧化剂，搅拌，得到通式（5）化合物；

2）将通式（5）化合物与通式（6）化合物加入溶剂中，通N₂保护，加入酸作引发剂引发反应；

3）向上述步骤2）的反应体系中加入二氯二氰基苯醌（DDQ），再先后加入有机碱和BF₃·(CH₃CH₂O)₂，得到X为F的通式I化合物；

4）任选的，将上述步骤3）中获得的X为F的通式I化合物与R’MgBr或R’Li反应，其中，R’为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基，得到X为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基的通式I化合物。

4.权利要求1所述的通式I化合物的制备方法，其中R₂=R₁，R₄=R₃，R₆=R₅，包括如下步骤：

其中，X、R₁、R₃、R₅如权利要求1所定义；

1）将吡咯酯（通式（1）化合物）溶于有机溶剂中，加液溴于上述溶液中，反应析出沉淀；再加酸回流后用碱调节pH，得到通式（2）化合物；

2）将通式（2）化合物溶于有机溶剂中，加入二氯二氰基苯醌（DDQ），再先后加入有机碱和BF₃·(CH₃CH₂O)₂，得到X为F的通式（I’）化合物；

3）任选的，将上述步骤2）中获得的X为F的通式（I’）化合物与R’MgBr或R’Li反应，其中，R为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基，得到X为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、芳炔基的通式（I’）化合物。

5.权利要求2所述的通式II复合物的制备方法，包括如下步骤：

其中，X、R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、Yⁿ⁺、n如权利要求2所定义。

向权利要求1所述的通式I化合物的溶液中滴加有机碱或无机碱至溶液无色，即可得到通式II复合物，所述无机碱选自M_x(CO₃)_y，M_x(OH)_y，M_x(HCO₃)_y，M_x(HSO₃)_y，M_x(ClO)_y，M_x(PO₃)_y，氨水、水合肼，其中M为IA，IIA，IIIA族元素或NH₂NH₃ ⁺、NH₄ ⁺；所述有机碱选自有机胺、有机羧酸盐、醇的碱金属盐、有机锂化合物、有机胺基锂化合物、或者有机肼或其衍生物。

6.权利要求1的通式I化合物或权利要求2的通式II复合物的用途，其用于甲醛的检测，特别是针对室内甲醛的原位检测。

7.一种甲醛检测溶液，包含如权利要求2所述的通式II复合物。

8.一种权利要求7所述的甲醛检测溶液的制备方法，其步骤包括：

1）将权利要求1所述的通式I化合物溶于有机溶剂，配成溶液；

2）将无机碱或有机碱用溶剂稀释配成碱溶液（优选5-20%稀溶液），加入到上述步骤1）的溶液中，稳定呈无色，即得到甲醛检测溶液。

9.一种甲醛检测的薄膜试剂，包含权利要求2所述的通式II复合物。

10.一种权利要求9所述的薄膜试剂的制备方法，其步骤包括：

1）将权利要求1所述的通式I化合物溶解于有机溶剂，配成溶液；

2）将无机碱或有机碱用溶剂稀释配成碱溶液（优选5-20%稀溶液），加入上述步骤1）的溶液中，稳定后呈无色；

3）将聚合物（优选聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））溶于有机溶剂中，浸泡使聚合物完全溶解（胀）；

4）将步骤3）中的聚合物溶液（优选1-10mL）加入步骤2）中得到的无色溶液（优选1-10mL）中；

5）将盖玻片吸附在旋涂仪上，将步骤4）中的溶液滴到盖玻片上，旋涂，得到无色透明薄膜试剂。

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