CN103342699A

CN103342699A - 一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN103342699A
Application number: CN2013102973186A
Authority: CN
Inventors: 孙强; 曾晞; 牟兰; 赵远会
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: CN103342699B

Abstract

本发明一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂及其制备方法和应用，属有机合成和分析化学领域，本发明制备了一种能用于分别检测氟离子和锌离子的性能优越的香豆素-硫杂杯[4]芳烃衍生物。以硫杂杯[4]芳烃和7-羟基香豆素为起始原料，经分步反应，分别在杯芳烃的下沿1,3-位连接两个香豆素荧光基团，2,4-位连接两个甲氧基乙基，制备得到一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂，在特定的介质条件下，利用荧光光谱和紫外吸收光谱，该化合物可作为一种高灵敏、高选择性检测微量氟离子和锌离子的双功能荧光或比色试剂。

Description

一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属有机合成和分析化学领域，具体地说是一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂及其制备方法和应用。

背景技术

荧光探针是建立在分子识别和荧光技术两者有机结合的基础上，通过受体对特定客体选择性结合，用荧光信号表达分子结合信息，实现在分子水平上的原位实时检测。很多化学相关领域的离子、分子等被分析对象都可以通过荧光探针而实现检测。例如，H⁺、Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、A1³⁺和Cd²⁺、卤素离子、柠檬酸根、羧酸根、磷酸根、糖类、氨基酸、O₂、CO₂和NO等。荧光探针以其高度的灵敏性和专属性在分析化学、生物化学、环境科学、材料科学、医药等领域具有广泛的应用前景。

香豆素及其衍生物在许多领域有着广泛的应用。不仅具有生物活性，而且具备量子产率高、Stokes（斯托克斯）位移大、光化学稳定等优越的性质，被广泛用作激光染料，非线性发色团、荧光增白剂及荧光标记、分子探针等。香豆素衍生物的另一个特性是其光物理化学性质易于改造，通过在香豆素环上引入不同取代基，能够使其产生不同波长的荧光和光学性能，从而灵活的适应不同应用的需要。

杯芳烃是一类具有识别功能的主体化合物，其上、下沿及桥联基都能进行各种选择性功能化，得到不同的衍生物，作为荧光探针或识别单元已有大量研究。硫杂杯芳烃是一类由硫原子代替桥联亚甲基而得到的新型硫杂桥联杯芳烃。硫原子使芳香大环结构的刚性、极性都发生变化，形成有别于经典杯芳烃的构象，桥联硫原子对软酸类离子有良好亲和力，可作为新的配位作用位点而表现出良好的识别、亲和及分离能力，显现出有新颖特性。

锌是继铁之后人体内含量最丰富的过渡金属离子，是许多生物过程如大脑功能和病理学、基因转录、免疫功能和哺乳动物繁殖中的重要辅助因子。锌还参与病理过程，如阿尔茨海默氏症、癫痫、缺血性中风和婴儿腹泻等。尽管大多数生物组织中锌离子或是被紧密地绑定于蛋白、或游离、或螯合等多种形态存在。荧光传感器的主要目标是对出现在人体各种组织中，包括大脑、肠道、胰腺和视网膜的锌离子的检测。到目前为止，对锌离子的荧光传感器已经成功应用在活体细胞、海马切片的锌离子荧光成像。

化学传感器作为选择性检测生物学上重要的阴离子发挥了独特的作用。众所周知，少量的氟化物存在于生物体液、组织，特别是在骨骼和牙齿。然而，过量氟离子导致氟中毒、抑制甲状腺活动、骨疾病和破坏免疫系统等疾病发生。开发结构简单、合成方法简便、价格低廉、灵敏度和选择性优越的氟离子荧光探针试剂在很多相关领域具有应用价值。

发明内容

本发明的目的在于合成一种高灵敏、高选择性的同时检测微量氟离子和锌离子的双功能荧光探针试剂，研究合成方法并应用于微量氟离子和锌离子的同时测定。

本发明一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂是以硫杂杯[4]芳烃为平台分子，通过分步反应，分别在杯芳烃的下沿1,3-位连接两个香豆素荧光基团，2,4-位连接两个甲氧基乙基，制备得到一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂，化学名称为1,3-交替-5,11,17,23-四叔丁基-25,27-二[（7-羟基-8-香豆素亚氨基）乙氧基]-26,28-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]；化合物的化学结构式为：

Figure 2013102973186100002DEST_PATH_IMAGE001

分子式：C₇₀H₇₈N₂O₁₂S₄

分子量：1266.44

熔点：226~228 ℃

溶解性：溶于二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜等，微溶于乙腈

光谱性质：在乙腈溶液中的荧光激发波长是385nm，发射波长是454nm，紫外-可见吸收波长是280nm、350 nm及425nm；在N，N-二甲基甲酰胺溶液中的荧光激发波长是365nm，发射波长是450nm，紫外吸收波长是284nm、354 nm及420nm。

本发明一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的制备方法是以硫杂杯[4]芳烃，N-羟乙基邻苯二甲酰亚胺，乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯，水合肼为原料，分别以四氢呋喃，乙腈，乙醇为溶剂，首先合成硫杂杯[4]芳烃中间体1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]；同时，以7-羟基香豆素，乙酸酐，六次甲基四胺为原料，分别以二氯甲烷，三氟乙酸为溶剂，合成7-羟基-8-香豆素甲醛；再由中间体1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2，4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]与7-羟基-8-香豆素甲醛在乙醇溶液中合成得到目标化合物，合成经五步反应制得：

第一步是将杯芳烃下沿1,3-位的酚羟基与N-羟乙基邻苯二甲酰亚胺连接，得到中间体原料1,3-交替-二（邻苯二甲酰亚胺基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃经洗脱即得；第二步是控制构型，在杯芳烃下沿2,4-位的酚羟基上连接甲氧基乙基修饰基团，得到中间体原料1,3-交替-二(邻苯二甲酰亚胺基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]芳烃；第三步是通过肼解得到中间体1,3-交替-二（氨基乙氧基）-2,4-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃；第四步是由7-羟基香豆素经乙酰化反应和醛基化反应合成得到7-羟基-8-香豆素甲醛；第五步是由中间体1,3-交替-二（氨基乙氧基）-2,4-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃与7-羟基-8-香豆素甲醛形成席夫碱，得到化合物，合成路线如下：

第一步

Figure 2013102973186100002DEST_PATH_IMAGE003

第二步

Figure 2013102973186100002DEST_PATH_IMAGE005

第三步

Figure 2013102973186100002DEST_PATH_IMAGE007

第四步

第五步

上述一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的制备方法，各步骤的工艺条件为：

第一步，中间体原料1,3-交替-二（邻苯二甲酰亚胺基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃的合成

N₂保护下，三口烧瓶中加入硫杂杯[4]芳烃，N-羟乙基邻苯二甲酰亚胺，三苯基膦，干四氢呋喃，搅拌溶解后，在冰浴下，缓慢滴加偶氮二甲酸二乙酯，室温搅拌反应，蒸除溶剂，趁热加入热甲醇，冷却后析出白色固体，柱层析纯化制得中间体原料：

反应温度：室温

反应时间：48h

反应溶剂：四氢呋喃

洗脱剂：乙酸乙酯：正己烷（V:V=1:4）

第二步，中间体原料1,3-交替-二(邻苯二甲酰亚胺基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]芳烃的合成

N₂保护下，三口烧瓶中加入1,3-交替-二（邻苯二甲酰亚胺基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃，碳酸铯，乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯，干乙腈，回流，减压蒸馏除去溶剂，加入稀盐酸调节pH至2~3，氯仿萃取，无水硫酸钠干燥，柱层析纯化得白色中间体原料：

反应温度：回流

反应时间：36h

反应溶剂：乙腈

洗脱剂：三氯甲烷：石油醚（V:V=2:5）

第三步，中间体1,3-交替-二（氨基乙氧基）-2,4-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃的合成

N₂保护下，三口烧瓶中加入中间体原料1,3-交替-二(邻苯二甲酰亚胺基乙氧基)-2,4-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃，水合肼，乙醇，回流，用氯仿和浓氨水混合溶剂萃取，无水硫酸钠干燥，柱层析纯化得白色中间体：

反应温度：回流

反应时间：24h

反应溶剂：乙醇

洗脱剂：三氯甲烷：三乙胺（V:V=100:1）

第四步，7-羟基-8-香豆素甲醛的合成

1）乙酰化反应：三口烧瓶中加入7-羟基香豆素，二氯甲烷，乙酸酐，吡啶，在室温下搅拌过夜后，减压浓缩，加水，用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和食盐水洗涤，再用硫酸钠干燥，减压蒸除溶剂，柱层析纯化得白色7-乙酰氧基香豆素：

反应温度：室温

反应时间：12h

反应溶剂：二氯甲烷

洗脱剂：石油醚：乙酸乙酯（V:V=2:1）

2）醛基化反应：三口烧瓶中加入三氟乙酸，在冰浴下，再加入7-乙酰氧基香豆素和六次甲基四胺，溶液升至室温，回流反应，减压浓缩除去过量的三氟乙酸，再向剩余溶液中加入水，升温至60℃，搅拌30min，将溶液放入冰箱中冷却，析出苍黄色固体，过滤，用水洗涤数次，柱层析纯化得苍黄色固体7-羟基-8-香豆素甲醛：

反应温度：0℃—室温—回流—60℃

反应时间：8h

反应溶剂：三氟乙酸

洗脱剂：三氯甲烷

第五步，1,3-交替-5,11,17,23-四叔丁基-25,27-二[（7-羟基-8-香豆素亚氨基）乙氧基]-26,28-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]的合成

N₂保护下，三口烧瓶中加入中间体1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2,4-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]芳烃和乙醇，加热溶解后，加入7-羟基-8-香豆素醛的乙醇溶液，加热回流反应，析出黄色沉淀，抽滤，用热乙醇洗涤数次，氯仿/乙醇重结晶得黄色香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂：

反应温度：回流

反应时间：4h

反应溶剂：乙醇

上述1,3-交替-5,11,17,23-四叔丁基-25,27-二[（7-羟基-8-香豆素亚氨基）乙氧基]-26,28-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]化合物单晶的培养方法为：将少量化合物溶解于氘代的三氯甲烷和乙腈（V∶V＝1:4) 的混合溶剂中，室温下缓慢挥发，5天后长出适合X-射线单晶射测定的黄色块状晶体。

本发明一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的应用是用荧光光谱和紫外吸收光谱作为分别检测氟离子和锌离子的荧光和紫外比色试剂。用该试剂荧光法检测氟离子和锌离子的浓度线性范围达可达2个数量级，检测限最低至10^-8 mol·L^-1。

本发明合成的香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂经过单晶X-射线衍射、核磁共振波谱、质谱和红外光谱进行了结构表征。晶体结构测定参数列于表1，核磁共振氢谱数据、核磁共振碳谱数据、质谱数据、红外特征峰光谱数据列于表2。

表1 香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的晶体结构测定参数

表2 香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、质谱及红外特征峰数据

Figure 2013102973186100002DEST_PATH_IMAGE012

本发明专利的关键技术是对硫杂杯芳烃下沿的酚羟基进行修饰，引入不同的官能团，利用模板试剂制备特定构型和空腔的分子识别平台，提高其分子识别的选择性和专一性。合成反应中采用碳酸铯为模板试剂，在杯芳烃下沿2,4-位的酚羟基上连接甲氧基乙基修饰基团，控制杯芳烃形成1,3-交替特定构型，再进一步与香豆素醛缩合反应，得到结构新颖的1,3-交替的香豆素基取代的硫杂杯[4]芳烃化合物。化合物不仅结构新颖，而且通过控制不同的溶剂介质，可分别作为检测特定微量阴离子和金属离子的增强型荧光和比色探针试剂。

本发明方法合成的香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂，其结构特征是一种1,3-交替构型结构平台上1,3-位连接有香豆素荧光基团，在杯芳烃下沿2,4-位连接甲氧基乙基修饰基团的特定构型硫杂杯[4]芳烃衍生物。在乙腈介质中，用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱可检测微量氟离子；在N,N-二甲基甲酰胺介质中，用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱可检测微量锌离子。检测操作方法简便，灵敏度高、选择性能优越。荧光法检测氟离子、锌离子浓度线性范围达可达2个数量级，检测限低至10^-8mol·L^-1，可作为检测微量氟离子和锌离子的荧光探针。

本发明利用杯芳烃具有空腔可调、构象可变、易修饰等独特的结构特点和优良的识别配位性能，能在分子识别、分子组装、酶模拟、化学传感器和光电材料等的应用的特点；利用香豆素荧光基团与硫杂杯芳烃结合构建的荧光探针可兼顾两者的性能，获得对特定的离子、分子具有良好识别性能的新型硫杂杯芳烃荧光探针的特点，开发出一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂，应用到微量氟离子和锌离子的测定，获得了高灵敏、高选择同时检测微量氟离子和锌离子的效果。

附图说明

图1 浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的乙腈溶液，分别不加阴离子或加入2.00×10^-3mol·L^-1阴离子F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-、OH^-后的荧光光谱。F^-的加入使探针荧光显著增强。同时激发峰红移，发射峰蓝移，最大激发和发射波长分别为385 nm和454 nm。

图2 浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物乙腈溶液，分别不加阴离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1阴离子F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、H₂PO₄ ^-、OH^-、PF₆ ^-后的紫外-可见吸收光谱。F^-的加入使吸光度红移45nm，强度基本不变。

图 3 共存阴离子对探针化合物荧光法检测F^-的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的乙腈溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的F^-溶液后荧光显著增强。再分别向探针-F^-溶液中加入同等量的其他阴离子I^-、Cl^-、Br^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-、H₂PO₄ ^-、PF₆ ^-、OH^-后的荧光强度变化。黑色条表示在探针溶液中分别加入不同阴离子的荧光强度。灰色条表示在探针-F^-溶液加入其他共存阴离子后的荧光强度变化。表明探针检测F^-的荧光不受其他常见共存阴离子的影响。

图 4 共存阴离子对探针化合物紫外-可见吸收光谱法检测F^-的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的乙腈溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的F^-溶液后紫外吸收峰红移。再分别向探针-F^-溶液中加入同等量的其他阴离子I^-、Cl^-、Br^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-、H₂PO₄ ^-、PF₆ ^-、OH^-后的紫外吸收变化。黑色条表示在探针溶液中分别加入不同阴离子后在398nm处的吸光度。灰色条表示在探针-F^-溶液中分别加入其他共存阴离子后在398nm处的吸光度变化。表明探针化合物检测F^-的吸光度不受其他常见共存阴离子的影响。

图5 浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的N，N-二甲基甲酰胺溶液，分别不加阳离子或加入2.00×10^-3 mol·L^-1阳离子Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr^2+，Ba²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺ ，Cr³⁺和 Fe³⁺后的荧光光谱。Zn²⁺的加入使探针荧光显著增强。同时发射波长红移20nm，激发波长蓝移20nm。最大激发和发射波长分别为354 nm和462 nm。

图6 浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液，分别不加阳离子或加入2.00×10^-3mol·L^-1阳离子Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr^2+，Ba²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺ ，Cr³⁺和 Fe³⁺后的紫外-可见吸收光谱。Zn²⁺加入后使探针在350nm处吸收明显增强，415nm处吸收峰消失。

图 7 共存阳离子对探针荧光法检测Zn²⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Zn²⁺溶液后荧光显著增强。再分别向探针- Zn²⁺溶液中加入同等量的其他阳离子Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr^2+，Ba²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺ ，Cr³⁺和 Fe³⁺后的荧光强度变化。黑色条表示在探针溶液中分别加入不同阳离子的荧光强度。灰色条表示在探针-Zn²⁺溶液中分别加入其他共存阳离子后的荧光强度变化。表明探针检测Zn²⁺的荧光不受其他常见共存阳离子的影响。

图 8 共存阳离子对探针紫外光谱法检测Zn²⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1探针化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Zn²⁺溶液后，在350nm处的吸收峰增强。再分别向探针- Zn²⁺溶液中加入同等量的其他阳离子Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr^2+，Ba²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺，Cr³⁺和 Fe³⁺后的紫外吸收变化。黑色条表示在探针溶液中分别加入不同阳离子后在398nm处的吸光度。灰色条表示在探针- Zn²⁺溶液中分别加入其他共存阳离子后在398nm处的吸光度变化。

表明探针检测Zn²⁺的紫外吸收不受其他常见共存阳离子的影响。

具体实施方式

实施例一：

（1）中间体原料1,3-交替-二(邻苯二甲酰亚胺基乙氧基)硫杂杯[4]的合成

N₂保护，在50mL的圆底烧瓶中，加入硫杂杯[4] (721mg, 1.00mmol)，N-羟乙基邻苯二甲酰亚胺 (1.75g, 8.57mmol)，三苯基膦(800mg, 3.05mmol)，干四氢呋喃 20 mL，冰浴下，然后缓慢滴加偶氮二甲酸二乙酯 (531mg，3.05mmol)，加完后,室温搅拌反应48h，蒸除溶剂，趁热加入热甲醇20mL，冷却，析出大量白色固体粗产品，粗产品柱层析分离（洗脱机：乙酸乙酯：正己烷 V:V=1：4）得白色产品748 mg，产率70%。m.p. 288~290℃; ¹H NMR(CDCl₃, 400 MHz), δ(ppm): 0.738[ s, 9H, C(CH₃)₃], 1.284[s,9H, C(CH₃)₃], 4.457(t,2H,J=5.5 Hz, NCH₂), 4.880(t,2H,J=6.0Hz,OCH₂), 6.828(s,2H,ArH), 7.264(d,2H,J=7.5Hz, OH), 7.487(s,2H, ArH), 7.560~7.577(m, 2H, ArH), 7.830–7.840 (m, 2H, ArH)。

（2）中间体原料1,3-交替-二(邻苯二甲酰亚胺基乙基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]的合成

N₂保护下，在250mL圆底烧瓶中，加入上步合成得到的原料1,3-交替-二（邻苯二甲酰亚胺基乙氧基）硫杂杯[4] (500mg, 0.47mmol)，碳酸铯(920mg，2.82mmol)，乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯(164mg，0.71mmol)，干乙腈100mL，回流36h，然后减压蒸馏除去溶剂，加入稀盐酸调节pH至2~3，用氯仿萃取，无水硫酸钠干燥，柱层析（洗脱剂：三氯甲烷：石油醚 V:V=2:5）得白色固体0.27 g，产率48%。m.p. 203~205℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400MHz)，δ(ppm): 1.296[s, 9H, C(CH₃)₃], 1.365[s, 9H, C(CH₃)₃], 3.198(s, 3H, CH₃), 3.297(t, 2H, J=13.2Hz,NCH₂), 3.725(t, 2H, J=16.8Hz,OCH₂), 4.139(m, 4H, OCH₂), 7.442(s, 2H, ArH), 7.708(m, 2H, ArH), 7.773 (s, 2H, ArH), 7.865(m, 2H, ArH) 。

（3）中间体1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]的合成

N₂保护下，在50mL圆底烧瓶中，加入1,3-交替-二(邻苯二甲酰亚胺基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4](500mg，0.41mmol)，80%水合肼(41mg, 8.17mmol)，无水乙醇20mL，回流24h。用氯仿和浓氨水的混合溶剂萃取。无水硫酸钠干燥，柱层析（洗脱剂：三氯甲烷：三乙胺 V:V=100:1）得0.32 g白色产品，产率80%。m.p. 288~291℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400MHz)，δ(ppm): 1.315[s, 9H,C(CH₃)₃],1.327[s,9H,C(CH₃)₃],2.478(t,2H,J=16.8Hz,OCH₂),2.904(t,2H,J=15.2Hz,OCH₂), 3.148(s, 3H, CH₃), 3.974(t, 4H,J=16.2Hz,OCH₂), 4.005(m, 4H, NH₂), 7.374(s, 2H, ArH), 7.427(s, 2H, ArH)。

（4）化合物7-羟基-8-香豆素甲醛的合成

1)乙酰化反应：在100mL三口烧瓶中，加入7-羟基香豆素（3.1g，19.1mmol）和50mL二氯甲烷，乙酸酐 (2mL)，1滴吡啶。溶液在室温下搅拌过夜后，减压浓缩。加入水后，用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥。减压旋蒸除去溶剂后，固体用柱层析（石油醚:乙酸乙酯 V:V=2:1，R_f=0.50）纯化，得白色的7-乙酰氧基香豆素3.8g，产率97%。¹H NMR (CDCl₃, 400MHz)，δ(ppm): 2.36(s, 3H), 6.41(d, J=9.6Hz, 1H), 7.07(d, J=8.4Hz, 1H), 7.14(s, 1H), 7.50(d, J=8.4Hz, 1H), 7.71(d, J=9.6Hz, 1H)。

2) 醛基化反应：在100mL三口烧瓶，加入10mL 三氟乙酸，在冰浴下，再加入7-乙酰氧基香豆素（1.5g，7.4mmol）和六次甲基四胺（1.5g，10.7mmol），溶液升至室温，然后回流反应8h。减压浓缩除去过量的三氟乙酸，再向剩余溶液中加入30mL水，升温至60℃搅拌30min。将溶液放入冰箱中冷却，析出苍黄色固体，过滤，用水洗涤数次得出产品，柱层析（洗脱剂为三氯甲烷）得苍黄色固体757mg，产率54%。¹H NMR(CDCl₃, 400MHz), δ(ppm): 6.343 (d, J=9.6Hz, 1H, ArH), 6.900(d, J=9.2Hz, 1H,ArH), 7.619 (d,J=8.8Hz,1H,ArH), 7.666 (d, J=9.2Hz, 1H, ArH), 10.617(s, 1H, OH), 12.242（s, 1H, CHO）。

（5）目标化合物的合成

N₂保护下，100mL三口烧瓶中加入1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]（200mg，0.216mmol）和40mL乙醇，加热溶解后，加入7-羟基-8-香豆素甲醛（82mg，0.432mmol）的10mL乙醇溶液，加热回流反应4h。析出大量黄色沉淀，抽滤，用热乙醇洗涤数次，氯仿/乙醇重结晶得黄色产品230mg，产率83.9%。m.p. 226~228 ??C; ¹H NMR (CDCl₃, 400MHz),δ(ppm): 1.291[s, 18H, C(CH₃)₃], 1.314[s, 18H, C(CH₃)₃], 2.176(s, 1H, CH=N), 3.152(s, 6H, CH₃), 3.209(t, J=29.6Hz, 4H, NCH₂), 3.493(t, J=14.4Hz, 4H, OCH₂), 4.086(t, J=12.8Hz, 4H, OCH₂), 4.253(t, J=15.2Hz, 4H, OCH₂), 6.164(d, 2H, J=9.2Hz, ArH), 6.766(d, 2H, J=8.8Hz, ArH), 7.348(d, 2H, J=8.8Hz, ArH), 7.422(s, 4H, ArH), 7.492(s, 4H, ArH), 7.575(d, 2H, J=9.6Hz, ArH), 8.926(s, 1H, OH); ESI-MS: m/z 1267.3 [M+H]⁺。

实施例二：

在10.0 mL 容量瓶中加入探针化合物的乙腈储备液(1.00×10^-4 mol·L^-1，1mL)，阴离子F^- (2.00×10^-3mol·L^-1，1 mL)。用乙腈溶液稀释至刻度，摇匀，移入1cm的石英比色皿进行荧光光谱和紫外-可见吸收光谱测定。探针溶液荧光光谱测定的激发和发射波长为385/454nm。

所用试剂为分析纯试剂，试验用水为二次蒸馏水。

所用荧光分光光度计型号为 Cary Eclipse荧光分光光度计，美国VARIAN公司制造。紫外-可见分光光度计型号为UV–vis TU-1901，北京普析通用仪器公司制造。

在乙腈溶液中，探针本身具有弱的荧光发射，激发波长为385nm，发射波长为454 nm，在365nm紫外灯下观察到荧光发射很弱。加入F^-后，探针溶液的荧光强度显著增强，除F^-的加入有明显的荧光增强信号外，其他实验阴离子Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-、OH^-对探针溶液均无明显的信号响应（如图1）。在乙腈溶液中，探针在280nm、350 nm及425nm有吸收峰，加入F^-后，探针在280nm处吸收峰降低，在350 nm处吸收峰波长明显红移了45nm，425nm处吸收峰消失。除F^-的加入使探针在395nm处有明显的吸收信号外，其他实验阴离子Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-、OH^-对探针溶液均无明显的吸收响应信号（如图2）。表明探针对F^-具有紫外-可见吸收识别检测性能。

探针检测F^-的荧光、紫外不受共存阴离子的影响（图3、4）。其他常见共存阴离子在浓度与测试F^-离子相当时，对检测的荧光强度和吸光度影响的相对偏差都在5%以内，均不干扰测定。

在乙腈溶液中，以385/454nm为荧光激发波长和发射波长，或以395nm为最大吸收波长，分别测定F^-浓度改变时相应的探针溶液的荧光强度或吸光度变化，获得校准曲线。通过校正曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到线性范围和检出限列于表3。

表3探针作为荧光或比色试剂检测氟离子的分析参数

实施例三：

在10.0 mL 容量瓶中加入探针的N,N-二甲基甲酰胺储备液(1.00×10^-4 mol·L^-1，1mL)，阳离子Zn²⁺(2.00×10^-3mol·L^-1，1 mL)。用N,N-二甲基甲酰胺溶液稀释至刻度，摇匀，移入1cm的石英比色皿进行荧光光谱和紫外-可见吸收光谱测定。探针的荧光光谱测定的激发和发射波长为365/450 nm。

所用试剂为分析纯试剂，试验用水为二次蒸馏水。

在N,N-二甲基甲酰胺溶液中，激发波长为365nm，发射波长为450 nm，探针本身的荧光发射较弱，在365nm紫外灯下观察到很弱的荧光。加入锌离子后，探针溶液的荧光发射强度显著升高，除Zn²⁺的加入有明显的荧光增强信号外，其他实验阳离子Ag⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Sr²⁺，Cr³⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺ 和 Fe³⁺对探针溶液均无明显的响应信号（如图5）。同时加入锌离子后，在354 nm波长处的紫外吸收发生显著增强，420nm处的吸收峰消失(如图6）。表明该探针对Zn²⁺具有识别检测性能。

探针检测Zn²⁺的荧光、紫外（图7、8）不受共存阳离子的影响。其他常见共存阳离子在浓度与测试离子相当时，对检测的荧光强度和吸光度影响的相对偏差都在 5%以内，均不干扰测定。

在N,N-二甲基甲酰胺溶液中，以365/450 nm为荧光激发波长和发射波长，以354nm为最大吸收波长，测定Zn²⁺浓度变化与使探针的荧光强度或吸光度改变的校准曲线。通过校正曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到线性范围和检出限列于表4。

表4探针检测锌离子的分析参数

Figure 2013102973186100002DEST_PATH_IMAGE014

Claims

1.一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂，其特征是以硫杂杯[4]芳烃为平台分子，通过分步反应，分别在杯芳烃的下沿1,3-位连接两个香豆素荧光基团，2,4-位连接两个甲氧基乙基，制备得到一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂，化学名称为1,3-交替-5,11,17,23-四叔丁基-25,27-二[（7-羟基-8-香豆素亚氨基）乙氧基]-26,28-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]；化合物的化学结构式为：

分子式：C₇₀H₇₈N₂O₁₂S₄

分子量：1266.44

熔点：226~228 ℃

2.按照权利要求1所述的一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的制备方法，其特征是以硫杂杯[4]芳烃，N-羟乙基邻苯二甲酰亚胺，乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯，水合肼为原料，分别以四氢呋喃，乙腈，乙醇为溶剂，首先合成硫杂杯[4]芳烃中间体1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2,4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]；同时，以7-羟基香豆素，乙酸酐，六次甲基四胺为原料，分别以二氯甲烷，三氟乙酸为溶剂，合成7-羟基-8-香豆素甲醛；再由中间体1,3-交替-二(氨基乙氧基)-2，4-二(2-甲氧基乙氧基)硫杂杯[4]与7-羟基-8-香豆素甲醛在乙醇溶液中合成得到目标化合物，合成经五步反应制得：

第一步

第二步

第三步

第四步

第五步

Figure 2013102973186100001DEST_PATH_IMAGE006

。

3.根据权利要求2所述的一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的制备方法，其特征是各步骤的工艺条件为：

反应温度：室温

反应时间：48h

反应溶剂：四氢呋喃

洗脱剂：乙酸乙酯：正己烷（V:V=1:4）

反应温度：回流

反应时间：36h

反应溶剂：乙腈

洗脱剂：三氯甲烷：石油醚（V:V=2:5）

反应温度：回流

反应时间：24h

反应溶剂：乙醇

洗脱剂：三氯甲烷：三乙胺（V:V=100:1）

第四步，7-羟基-8-香豆素甲醛的合成

反应温度：室温

反应时间：12h

反应溶剂：二氯甲烷

洗脱剂：石油醚：乙酸乙酯（V:V=2:1）

反应温度：0℃—室温—回流—60℃

反应时间：8h

反应溶剂：三氟乙酸

洗脱剂：三氯甲烷

反应温度：回流

反应时间：4h

反应溶剂：乙醇。

4.根据权利要求2或3所述的一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的制备方法，其特征是1,3-交替-5,11,17,23-四叔丁基-25,27-二[（7-羟基-8-香豆素亚氨基）乙氧基]-26,28-二（2-甲氧基乙氧基）硫杂杯[4]化合物单晶的培养方法为：将少量化合物溶解于氘代的三氯甲烷和乙腈（V∶V＝1:4) 的混合溶剂中，室温下缓慢挥发，5天后长出适合X-射线单晶射测定的黄色块状晶体。

5.按照权利要求1所述的一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的应用，其特征是用荧光光谱和紫外吸收光谱作为分别检测氟离子和锌离子的荧光和紫外比色试剂。

6.根据权利要求5所述的一种香豆素-硫杂杯[4]芳烃荧光试剂的应用，其特征是该香豆素-硫杂杯[4]芳烃化合物作为分别检测氟离子和锌离子的荧光探针，荧光法检测离子的浓度线性范围可达2个数量级，检测限最低至10^-8 mol·L^-1。