CN103450887A - 一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明合成了一类能用于检测特定阴、阳离子的系列菲啰啉-吡啶荧光试剂。以2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉为原料，在乙酸酐中发生Knoevenagel（克脑文盖尔）缩合反应得到2、9-位取代的共轭型菲啰啉吡啶衍生物探针a、b和c，反应原料易得，合成方法简单，一步即可得到目标产物。在二甲基亚砜溶液中，探针a、b和c都对铜离子呈现荧光猝灭和紫外吸收增强的显著变化。同时，氟离子能使探针与铜离子形成的络合物（a-Cu²⁺，a-Cu²⁺和a-Cu²⁺）的荧光发射强度恢复到探针本身的发射强度，呈现光开关效应而实现对氟离子的检测，其他常见共存阴、阳离子对检测的干扰较小。化合物a、b和c可作为检测Cu²⁺与F^-的荧光试剂。化合物的结构式如下：

Description

一类共轭型菲啰啉-吡啶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，具体地说是一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂及其制备方法和应用。 

背景技术

荧光探针技术是一种利用探针化合物的光物理和光化学特征，在分子水平上研究某些体系的物理化学过程和检测某种特殊环境介质中分子、离子的结构及物理性质的方法。由于大多数分子、离子本身无荧光或荧光较弱，检测灵敏度较低，利用某些试剂与待测物以共价键或其它形式结合形成发荧光的络合物或聚集体实现测定。识别通过一系列结构确定的分子间相互作用而实现。在识别过程可能引起体系的光学、电学、颜色等性质的变化，意味着化学信息的存储、传递及处理。在分子识别领域中，具有分子器件性质的荧光探针通过与目标物质选择性键合而引起荧光参数变化，这种微观领域的相互作用通过荧光信号表现出来，从而实现在分子水平上的原位实时检测，达到对金属离子、有机分子、生物大分子等很多物质的特效识别，在生命、环境、材料及信息科学等领域得到了广泛的应用。研制灵敏度高、选择性好、光学性能优越的荧光分子探针的分子设计和合成工艺是非常有意义的。 

1,10-邻菲啰啉是一类含N杂原子的富电子芳香杂环化合物，其分子拥有较好的刚性结构和大的π共轭体系，并具有很好的空穴传输能力，使其具有良好的光电性质。菲啰啉衍生物在许多领域都有研究和应用，在化学分析、催化化学中作为重要的螯合剂；在生命科学研究中作为重要的电子传递剂等。 

近年来，有关1,10-邻菲啰啉配体的研究屡见不鲜，大多都集中于对菲啰啉的2,9位与3,8位的修饰，但有关共轭型菲啰啉荧光探针的研究报道的甚少，多数研究基于材料学方面。同时，由于1,10-邻菲啰啉本身的荧光发射强度低，络合性能专属性差，直接作为探针导致选择性和灵敏度不够高，限制了它的发展。若在菲啰啉的2,9位引入共轭基团，使其形成一个大共轭结构，不仅能大大的增强分子发光的荧光量子产率，提高其灵敏度；而且共轭基团上的杂原子也可以参与对客体的识别，提高了对配合的选择性。同时由于共轭体系的高度共平面性，有用于与大分子的瓜环、冠醚、环糊精等形成结构性能特异的自组装超分子体系。 

金属离子以及阴离子广泛存在于生物体内和环境中，在生命科学、环境科学、医药科学和化学过程中起着重要作用，同时金属离子以及阴离子在环境污染和对人体健康方面的双重影响日益受到人们的重视。因此，设计和合成对特定离子具有选择性识别和传感作用的化学传感器具有十分重要的意义。荧光探针是一种极好的离子传感器，由于具有高选择性、高灵敏度、实时原位检测等突出优点已被广泛应用于临床诊断、生物分析、环境监测等领域。检测的铜离子菲啰啉荧光探针虽然很多，但选择性和灵敏度还有待提高，而既能检测铜离子又能检测氟离子的荧光探针研究极为有限。因此，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多功能共轭型菲啰啉荧光探针试剂是本发明的主要目的。 

发明内容

本发明的目的在于合成了系列高灵敏、高选择性的同时检测微量铜离子或银离子和氟离子的多功能共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂，研究合成方法并应用于微量铜离子和氟离子的同时测定，或银离子和氟离子的同时测定。 

本发明一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂是以1,10-邻菲啰啉为主体，通过Knoevenagel（克脑文盖尔）缩合反应，在1,10-邻菲啰啉的2,9-位引入共轭的吡啶环，随所用吡啶醛上醛基的位置不同，制备得到三种共轭型菲啰啉-吡啶化合物；化合物a为吡啶环上的氮原子处于共轭双键的邻位；化合物b为吡啶环上的氮原子处于共轭双键的间位；化合物c为吡啶环上的氮原子处于共轭双键的对位；化学名称分别为a：2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉；b：2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉；c：2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉；结构式分别为： 

化合物a（2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉），白色粉末

分子式：C₂₆H₁₈N₄

分子量：386

熔点： 197~200℃

溶解性：能溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、乙腈

光谱性质：在二甲基亚砜溶液中的荧光激发波长是355nm，发射波长是425nm，最大吸收波长是355nm

化合物b（2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉），淡黄色粉末

分子式：C₂₆H₁₈N₄

分子量：386

熔点： 200~202℃

溶解性：能溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、乙腈

光谱性质：在乙醇溶液中的荧光激发波长是355nm，发射波长是425nm，最大吸收波长是355nm

化合物c（2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉），淡黄色粉末

分子式：C₂₆H₁₈N₄

分子量：386

熔点：  205~207℃

溶解性：能溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、乙腈

光谱性质：在乙醇溶液中的荧光激发波长是355nm，发射波长是430nm，最大吸收波长是355nm。

本发明一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的制备方法是以2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉为主体原料，分别与吡啶-2-甲醛、或与吡啶-3-甲醛、或与吡啶-4-甲醛在乙酸酐中发生Knoevenagel缩合反应，回流脱水一步合成，即可得到2、9位取代的共轭型菲啰啉-吡啶化合物，合成路线如下： 

。

上述一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的制备方法，各化合物制备的具体工艺条件为： 

（1）2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉化合物a的合成：

三口烧瓶中，在溶有2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉的乙酸酐溶液中，加入吡啶-2-甲醛，按摩尔比2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉:吡啶-2-甲醛等于1:2，氮气保护下，回流，浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析洗脱，得到共轭型菲啰啉-吡啶化合物a：

反应温度：回流（139℃）

反应时间：6h

反应溶剂：乙酸酐

洗脱剂：氯仿/甲醇（V:V=20:1）

（2）2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉化合物b的合成：

三口烧瓶中，在溶有2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉的乙酸酐溶液中，加入吡啶-3-甲醛，按摩尔比2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉:吡啶-3-甲醛等于1:2，氮气保护下，回流，浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析洗脱，得到共轭型菲啰啉-吡啶化合物b：

反应温度：回流（139℃）

反应时间：4h

反应溶剂：乙酸酐

洗脱剂：氯仿/甲醇（V:V=15:1）

（3）2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉化合物c的合成：

三口烧瓶中，在溶有2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉的乙酸酐溶液中，加入吡啶-4-甲醛，按摩尔比2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉:吡啶-4-甲醛等于1:2，氮气保护下，回流，浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析洗脱，得到共轭型菲啰啉-吡啶化合物c：

反应温度：回流（139℃）

反应时间：1h

反应溶剂：乙酸酐

洗脱剂：氯仿/甲醇（V:V=10:1）

本发明一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的应用，其特征是用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱作为分别检测微量铜离子和氟离子或银离子和氟离子的荧光或比色试剂。用该试剂荧光法检测银离子、铜离子、氟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。

本发明合成的三个共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂，化合物结构的核磁共振氢谱数据列于表1，化合物的核磁共振碳谱数据列于表2，化合物的质谱数据列于表3，化合物的红外特征峰光谱数据列于表4。 

表1 化合物的核磁共振氢谱数据 

 表2 化合物的核磁共振碳谱数据

表3 化合物的质谱数据

表4 化合物的红外特征峰光谱数据

本发明利用菲啰啉含有的活泼亚甲基与不同的吡啶醛在乙酸酐中发生Knoevenagel缩合反应，一步制备得到系列共轭结构的菲啰啉-吡啶化合物。化合物合成方法简单、成本低廉，产率较高。由于增大了化合物的共轭结构，使化合物的发光性能增强，利用菲啰啉对铜离子的配合作用，结合不同吡啶基团上醛基位置的不同，开发出的这类荧光探针试剂，应用到微量铜离子、银离子和氟离子的测定。通过选择荧光谱法或紫外吸收法提高检测的选择性，同时利用配合物的形成，用于检测作为第三组分的微量氟离子，具有极高的灵敏性和专一性。

附图说明

图1 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物a的二甲基亚砜溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光光谱。Cu²⁺的加入使荧光显著减弱，其次是Ag⁺。激发波长为355，发射波长为425 nm。 

图2 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物a 的二甲基亚砜溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的可见吸收光谱。Cu²⁺的加入使355nm处的吸收峰显著增强。 

图3 共存金属离子对化合物a荧光法检测Cu²⁺的影响 

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物a的二甲基亚砜溶液中，加入2.00×10^-5mol·L^-1的Cu²⁺溶液后荧光显著减弱。再分别向a-Cu²⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光强度变化。黑色条表示在化合物a中加入不同金属离子的发射强度。灰色条表示在a-Cu²⁺溶液再加入其他共存金属离子后的荧光强度变化。表明化合物a检测Cu²⁺的荧光不受其他常见共存金属离子的影响。

图4化合物a-Cu²⁺识别阴离子的荧光光谱。 

在化合物a与Cu²⁺浓度比为1:1（浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1）的二甲基亚砜溶液中，分别不加阴离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1阴离子：F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-后的荧光光谱的变化。F^-的加入使425nm处的荧光强度显著增强。 

图5 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物b的二甲基亚砜溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光光谱。Ag⁺的加入使荧光显著减弱，其次是Cu²⁺。激发波长为355，发射波长为425 nm。 

图6 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物b 的二甲基亚砜溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的可见吸收光谱。Ag⁺的加入使355nm处的吸收峰显著增强。 

图7 共存金属离子对化合物b荧光法检测Ag⁺的影响 

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物b的二甲基亚砜溶液中，加入2.00×10^-5mol·L^-1的Ag⁺溶液后荧光显著减弱。再分别向化合物b-Ag⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的荧光强度变化。黑色条表示在化合物b中加入不同金属离子的发射强度。灰色条表示在化合物b-Ag⁺溶液再加入其他共存金属离子后的荧光强度变化。表明化合物b检测Ag⁺的荧光不受其他常见共存金属离子的影响。

图8 化合物b-Cu²⁺识别阴离子的荧光光谱。 

在化合物b与Cu²⁺浓度比为1:1（浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1）的二甲基亚砜溶液中，分别不加阴离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1阴离子：F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-后的荧光光谱的变化。F^-的加入使425nm处的荧光强度显著增强。 

图9 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物c的二甲基亚砜溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光光谱。Cu²⁺的加入使荧光显著减弱，其次是Ag⁺。激发波长为355，发射波长为425 nm。 

图10 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物c 的二甲基亚砜溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的可见吸收光谱。Cu²⁺的加入使355nm处的吸收峰显著增强。 

图11 共存金属离子对化合物c荧光法检测Cu²⁺的影响 

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物c的二甲基亚砜溶液中，加入2.00×10^-5mol·L^-1的Cu²⁺溶液后荧光显著减弱。再分别向化合物c-Cu²⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光强度变化。黑色条表示在化合物c中加入不同金属离子的发射强度。灰色条表示在c-Cu²⁺溶液再加入其他共存金属离子后的荧光强度变化。表明化合物c检测Cu²⁺的荧光不受其他常见共存金属离子的影响。

图12化合物c-Cu²⁺识别阴离子的荧光光谱。 

在化合物c与Cu²⁺浓度比为1:1（浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1）的二甲基亚砜溶液中，分别不加阴离子或加入2.00×10^-5mol·L^-1阴离子：F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HSO₄ ^-、AcO^-、NO₃ ^-、ClO₄ ^-、PF₆ ^-后的荧光光谱的变化。F^-的加入使425nm处的荧光强度显著增强。

图13 共存金属离子对化合物c荧光法检测Cu²⁺的影响

图14化合物c-Cu²⁺识别阴离子的荧光光谱。

图15共存阴离子对化合物c-Cu²⁺荧光法检测F^-的影响。

具体实施方式

实施例一：化合物a（2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉）的合成 

在N₂保护的100ml的三口烧瓶中，加入500mg (2.40mmol) 2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉、514mg(4.80mmol)吡啶-2-甲醛和10ml乙酸酐，回流6h (薄层色谱跟踪)。浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析纯化，洗脱剂为：氯仿/甲醇（V:V=20:1）得到0.53g白色目标产物a，产率57.0%。m.p. 197~200℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ:7.22-7.24(m, 1H, CHCH), 7.72-7.76(m, 2H, CHCH, ArH), 7.78(s, 1H, ArH), 7.95-8.12(m, 3H, ArH), 8.27(d, 1H, J=8.4Hz, ArH), 8.69(d, 1H, J=8.4Hz, ArH); MS (ESI) m/z: 409.0(M⁺ +23)。

实施例二：化合物b（2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉）的合成 

在N₂保护的100ml的三口烧瓶中，加入500mg (2.40mmol) 2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉、514mg(4.80mmol)吡啶-3-甲醛和10ml乙酸酐，回流4h (薄层色谱跟踪)。浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析纯化，洗脱剂为：氯仿/甲醇（V:V=15:1）得到0.43g黄色目标产物b，产率46.0%。m.p. 200~202℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ:7.12-7.20(m, 1H, CHCH), 7.78-7.81(m, 2H, CHCH, ArH), 7.82(s, 1H, ArH), 8.05-8.22(m, 3H, ArH), 8.36(d, 1H, J=8.4Hz, ArH), 8.74(d, 1H, J=8.4Hz, ArH); MS (ESI) m/z: 409.0(M⁺ +23)。

实施例三：化合物c（2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉）的合成 

在N₂保护的100ml的三口烧瓶中，加入500mg (2.40mmol) 2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉、514mg(4.80mmol)吡啶-4-甲醛和10ml乙酸酐，回流1h (薄层色谱跟踪)。浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析纯化，洗脱剂为：氯仿/甲醇（V:V=15:1）得到0.34g黄色目标产物c，产率37.0%。m.p. 205~207℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃)δ:7.19-7.22(m, 1H, CHCH), 7.80-7.80(m, 2H, CHCH, ArH), 7.89(s, 1H, ArH), 8.09-8.21(m, 3H, ArH), 8.46(d, 1H, J=8.4Hz, ArH), 8.79(d, 1H, J=8.4Hz, ArH); MS (ESI) m/z: 387.1(M⁺ +1)。

  

实施例四：

在10.0 mL 容量瓶中加入化合物a 二甲基亚砜储备液(1.00×10^-4 mol·L^-1， 1.0mL)，金属离子Cu²⁺(2.00×10^-3 mol·L^-1，1.0mL)，阴离子F^-(2.00×10^-3 mol·L^-1，1.0mL)。用二甲基亚砜溶液稀释至刻度，摇匀，室温放置2h，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。荧光光谱测定的激发和发射波长为355/425 nm。

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。 

在二甲基亚砜溶液中，化合物a本身具有较强的荧光发射，激发波长为355nm，发射波长为425 nm，在365nm紫外灯下观察到发射强的蓝色荧光。加入铜离子后，观察到其荧光发射强度显著降低（猝灭率90%），除Ag⁺的加入有荧光半猝灭外（猝灭率53%），其他实验金属离子对化合物均无明显的响应信号（如图1）。同时，加入铜离子后，在305nm处对吸收峰略有降低，355nm波长处的紫外吸收发生显著增强并发生蓝移15nm（如图2）。其他金属离子（Ni²⁺，Ag⁺），在305nm处对吸收峰略有影响。表明化合物a对Cu²⁺具有识别检测性能。 

化合物a检测Cu²⁺的荧光（如图3）不受共存金属离子的影响。其他常见共存金属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。 

在化合物a与Cu²⁺浓度比为1:1（浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1）的二甲基亚砜溶液中，加入F^-，观察到溶液的荧光发射强度又显著增强，恢复到化合物a本身的荧光发射强度。其他实验阴离子对配合物a-Cu²⁺均无明显的响应信号（如图4）。 

配合物a-Cu²⁺检测F^-的荧光（如图5）不受共存阴离子的影响。其他常见共存阴离子在浓度与测试离子相当时，对检测的荧光强度影响的相对偏差都在5%以内，均不干扰测定。 

在二甲基亚砜溶液中，以355/425nm为荧光激发波长和发射波长，以355nm为最大吸收波长，测定Cu²⁺浓度变化与化合物a的荧光发射和吸光度变化的校准曲线。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6。 

在二甲基亚砜溶液中，以355/425nm为荧光激发波长和发射波长，以355nm为最大吸收波长，测定F^-浓度变化与配合物a-Cu²⁺的荧光发射变化的校准曲线。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7。 

表7配合物a-Cu²⁺作为荧光试剂检测F^-的分析参数 

实施例五：

在10.0 mL 容量瓶中加入化合物b 二甲基亚砜储备液（1.00×10^-4 mol·L^-1， 1.0mL），金属离子Cu²⁺（2.00×10^-3 mol·L^-1，1.0mL），阴离子F^-（2.00×10^-3 mol·L^-1，1.0mL）。用二甲基亚砜溶液稀释至刻度，摇匀，室温放置2h，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。荧光光谱测定的激发和发射波长为355/425 nm。

在二甲基亚砜溶液中，化合物b本身具有较强的荧光发射，激发波长为355nm，发射波长为425 nm，在365nm紫外灯下观察到发射强的蓝色荧光。加入银离子后，观察到其荧光发射强度显著降低（猝灭率80%），除Cu²⁺的加入使荧光半猝灭外（猝灭率50%），其他实验金属离子对化合物均无明显的响应信号（如图6）。同时加入银离子后，在305nm波长处红移10nm并且吸收值降低，355 nm波长处的紫外吸收发生显著增强并发生蓝移15nm（如图7）。表明化合物b对Ag⁺具有识别检测性能。 

化合物b检测Ag⁺的荧光（如图8）不受共存金属离子的影响。其他常见共存金属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。 

在化合物b与Cu^2+??浓度比为1:1（浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1）的二甲基亚砜溶液中，加入F^-，观察到其荧光发射强度又显著增强，恢复到化合物b本身的荧光发射强度。其他实验阴离子对配合物b-Cu²⁺均无明显的响应信号（如图9）。 

配合物b-Cu²⁺检测F^-的荧光（如图10）不受共存阴离子的影响。其他常见共存阴离子在浓度与测试离子相当时，对检测的荧光强度影响的相对偏差都在5%以内，均不干扰测定。 

在二甲基亚砜溶液中，以355/425nm为荧光激发波长和发射波长，以355nm为最大吸收波长，测定Ag⁺浓度变化与化合物b的荧光发射和吸光度变化的校准曲线。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8。 

表8化合物b作为荧光或比色试剂检测Ag⁺的分析参数 

在二甲基亚砜溶液中，以355/425nm为荧光激发波长和发射波长，以355nm为最大吸收波长，测定F^-浓度变化与配合物b-Cu²⁺的荧光发射的校准曲线。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9。

表9配合物b-Cu²⁺作为荧光试剂检测F^-的分析参数 

实施例六：

在10.0 mL 容量瓶中加入化合物c 二甲基亚砜储备液（1.00×10^-4 mol·L^-1， 1.0mL），金属离子Cu²⁺（2.00×10^-3 mol·L^-1，1.0mL），阴离子F^-（2.00×10^-3 mol·L^-1，1.0mL）。用二甲基亚砜溶液稀释至刻度，摇匀，室温放置2h，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。荧光光谱测定的激发和发射波长为355/425 nm。

在二甲基亚砜溶液中，化合物c本身具有较强的荧光发射，激发波长为355nm，发射波长为425 nm，在365nm紫外灯下观察到发射强的蓝色荧光。加入铜离子后，观察到其荧光发射强度显著降低（猝灭率87%），除Ag⁺的加入有荧光半猝灭外（猝灭率51%），其他实验金属离子对化合物均无明显的响应信号（如图11）。同时，加入铜离子后，在355 nm波长处的紫外吸收发生显著增强并发生蓝移 （如图12）。表明化合物c对Cu²⁺具有识别检测性能。 

化合物c检测Cu²⁺的荧光（如图13）不受共存金属离子的影响。其他常见共存金属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c与Cu^2+??浓度比为1:1（浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1）的二甲基亚砜溶液中，加入F^-，观察到其荧光发射强度又显著增强，恢复到化合物c本身的荧光发射强度。其他实验阴离子对化合物均无明显的响应信号（如图14）。 

配合物c-Cu²⁺检测F^-的荧光（如图15）不受共存阴离子的影响。其他常见共存阴离子在浓度与测试离子相当时，对检测的荧光强度影响的相对偏差都在5%以内，均不干扰测定。 

在二甲基亚砜溶液中，以355/425nm为荧光激发波长和发射波长，以355nm为最大吸收波长，测定Cu²⁺浓度变化与化合物c的荧光发射和吸光度变化的校准曲线。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6。 

表10化合物c作为荧光或比色试剂检测Cu²⁺的分析参数 

在二甲基亚砜溶液中，以355/425nm为荧光激发波长和发射波长，以355nm为最大吸收波长，测定F^-浓度变化与络合物c-Cu²⁺的荧光发射的校准曲线。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11。

表11配合物c-Cu²⁺作为荧光试剂检测F^-的分析参数 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明方案内容，依据本发明的实施方案实质，对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明方案的范围。 

Claims (5)

1.一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂，其特征是以1,10-邻菲啰啉为主体，通过Knoevenagel（克脑文盖尔）缩合反应，在1,10-邻菲啰啉的2,9-位引入共轭的吡啶环，分别用吡啶-2-甲醛、或吡啶-3-甲醛、或吡啶-4-甲醛为原料，随所用吡啶醛上醛基的位置不同，制备得到三种共轭型菲啰啉-吡啶化合物；化合物a为吡啶环上的氮原子处于共轭双键的邻位；化合物b为吡啶环上的氮原子处于共轭双键的间位；化合物c为吡啶环上的氮原子处于共轭双键的对位；化学名称分别为a：2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉；b：2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉；c：2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉；结构式分别为：

化合物a（2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉），白色粉末

分子式：C₂₆H₁₈N₄

分子量：386

熔点： 197~200℃

溶解性：能溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、乙腈

光谱性质：在二甲基亚砜溶液中的荧光激发波长是355nm，发射波长是425nm，最大吸收波长是355nm

化合物b（2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉），淡黄色粉末

分子式：C₂₆H₁₈N₄

分子量：386

熔点： 200~202℃

溶解性：能溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、乙腈

光谱性质：在乙醇溶液中的荧光激发波长是355nm，发射波长是425nm，最大吸收波长是355nm

化合物c（2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉），淡黄色粉末

分子式：C₂₆H₁₈N₄

分子量：386

熔点：  205~207℃

溶解性：能溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、乙腈

光谱性质：在乙醇溶液中的荧光激发波长是355nm，发射波长是430nm，最大吸收波长是355nm。

2.按照权利要求1所述的一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的制备方法，其特征是以2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉为原料，在乙酸酐中发生Knoevenagel缩合反应，一步反应即可得到2、9位取代的共轭型菲啰啉-吡啶化合物，合成路线如下：

。

3.按照权利要求2所述的一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的制备方法，其特征是以2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉分别与吡啶-2-甲醛、或与吡啶-3-甲醛、或与吡啶-4-甲醛为原料，在乙酸酐中回流脱水一步合成，合成的具体工艺条件为：

（1）2,9-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉化合物a的合成：

三口烧瓶中，在溶有2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉的乙酸酐溶液中，加入吡啶-2-甲醛，按摩尔比2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉:吡啶-2-甲醛等于1:2，氮气保护下，回流，浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析洗脱，得到共轭型菲啰啉-吡啶化合物a：

反应温度：回流（139℃）

反应时间：6h

反应溶剂：乙酸酐

洗脱剂：氯仿/甲醇（V:V=20:1）  

（2）2,9-双((E)-2-(吡啶-3-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉化合物b的合成：

三口烧瓶中，在溶有2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉的乙酸酐溶液中，加入吡啶-3-甲醛，按摩尔比2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉:吡啶-3-甲醛等于1:2，氮气保护下，回流，浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析洗脱，得到共轭型菲啰啉-吡啶化合物b：

反应温度：回流（139℃）

反应时间：4h

反应溶剂：乙酸酐

洗脱剂：氯仿/甲醇（V:V=15:1）

（3）2,9-双((E)-2-(吡啶-4-基)乙烯基)-1,10-菲啰啉化合物c的合成：

三口烧瓶中，在溶有2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉的乙酸酐溶液中，加入吡啶-4-甲醛，按摩尔比2,9-二甲基-1,10-邻菲啰啉:吡啶-4-甲醛等于1:2，氮气保护下，回流，浓缩除去溶剂乙酸酐，经柱层析洗脱，得到共轭型菲啰啉-吡啶化合物c：

反应温度：回流（139℃）

反应时间：1h

反应溶剂：乙酸酐

洗脱剂：氯仿/甲醇（V:V=10:1）。

4.按照权利要求1所述的一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的应用，其特征是用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱，该类化合物可作为检测铜离子或银离子的高选择、高灵敏的荧光探针试剂；利用化合物与铜离子形成的配合物还可作为检测氟离子的高选择、高灵敏的荧光探针。

5.根据权利要求4所述的一类共轭型菲啰啉-吡啶荧光试剂的应用，其特征是该类化合物作为分别检测铜离子和氟离子或银离子和氟离子的多功能荧光和比色探针，荧光法检测各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。

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