CN103864640A

CN103864640A - 氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸及其应用

Info

Publication number: CN103864640A
Application number: CN201410069531.6A
Authority: CN
Inventors: 马立军; 赵美丽; 邓乐芳; 李煦田; 唐健
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN103864640B

Abstract

本发明公开了一种新的化合物氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸以及其制备方法和应用，其化学式如式Ⅰ所示：

Description

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸及其应用

技术领域

本发明涉及一种新的化合物氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸及其应用。

背景技术

铅是一种有毒的重金属元素，它能致使机体多系统、多器官的损伤，会造成脑病、外周神经疾病、贫血以及肾衰竭等一系列的有害健康的效应。低剂量的铅对儿童的智力、生长发育造成不可逆的损害。今年来，我国铅污染健康损害事件频发，“血铅事件”是当前危害群众健康、造成恶劣社会影响的重金属污染重的突出问题。同样，铁在生命体系中发挥着及其重要的作用，如果摄入铁的量不足或过量，都会引起身体机能的紊乱，从而引起贫血、对肝脏和肾脏造成损害、糖尿病甚至心脏衰竭。然而，铅离子和铁离子的检测方法一般有原子吸收光谱和等离子体发射光谱、电化学方法、比色法、生物和纳米传感器以及荧光探针等。但是这些方法中有一些需要较多的样品、或对仪器设备要求也比较高，不适于实时或者原位检测。而荧光探针在灵敏度、选择性、有效性、原位检测等优点得到了大家的关注。所以设计并合成一种能检测铅和铁离子的荧光离子探针尤其重要，并且能去除ppm级别浓度的离子的荧光离子探针更是意义重大。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种新的化合物，命名为氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸。

本发明的另一个目的在于提供氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸作为铁离子和/或铅离子荧光离子探针的应用。

本发明的另一个目的在于提供一种基于氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的铁离子或铅离子浓度的检测方法。

本发明的另一个目的在于提供氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸在富集铁离子和/或铅离子中的应用。

本发明的另一个目的在于提供一种上述氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的回收方法。

本发明所采取的技术方案是：

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸，其化学式如式Ⅰ所示：

（Ⅰ）。

一种检测铁离子或铅离子浓度的方法，包括如下步骤：

1）制作标准曲线：将标准浓度的铁离子溶液或铅离子溶液加入到权利要求1所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中，记录铁离子溶液或铅离子溶液加入量与氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光变化量，制作标准曲线；

2）再将含有铁离子或铅离子的待测溶液加入到氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中，记录该溶液的荧光变化量；

3）根据标准曲线计算待测溶液中铁离子或铅离子的浓度。

一种检测铁离子或铅离子浓度的方法，包括将待测溶液加入到已知浓度的权利要求1所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中，直至氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光达到最大的淬灭值，再根据待测液的加入量及氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的浓度，计算待测液中铁离子或铅离子的浓度。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸在富集铁离子和/或铅离子中的应用。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸在富集铁离子和/或铅离子中的应用，操作步骤为：将含有铁离子和/或铅离子的溶液中滴加氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液，搅拌至沉淀完全，将沉淀与溶液分离，沉淀为氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸与铁离子和/或铅离子的配合物，即富集的铁离子和/或铅离子，所得的溶液为去除了铁离子和/或铅离子的溶液。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的回收方法，包括以下步骤：

将氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸与铅离子的配合物加入EDTA水溶液，搅拌均匀，用有机溶剂萃取，收集有机相并蒸馏去除有机溶剂，即得到氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸。

进一步的，上述有机溶剂选自乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、苯中至少一种。

本发明的有益效果是：

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸可以很容易地配制成水溶液，并能方便检测铁离子浓度或铅离子浓度，而且灵敏性高，操作也很方便。

用氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸进行检测铁离子和/或铁离子时，荧光表现出很强的淬灭，并且其他常见的碱金属、碱土金属、重金属对它的检测没有影响，表现出检测铁离子和/或铅离子的特异性。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸会与铁离子和铅离子在水溶液中发生配位作用，产生沉淀，这样就实现了铁离子和铅离子的分离，达到富集离子的效果，减小其对环境的危害。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸检测铅离子时，可以利用EDTA进行回收，这样可以循环利用此荧光离子探针，环保节能，这对氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的推广应用具有重要的意义。

附图说明

图1是激发波长为350nm时2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中加入不同量铁离子的荧光光谱图；

图2为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液加入等量的铁离子时产生的沉淀现象（a，左为无铁离子的溶液，右为含铁离子的溶液）及其在紫外灯照射下的荧光现象（b，左为无铁离子的溶液，右为含铁离子的溶液）；

图3是激发波长为350nm时2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中加入不同浓度的铅离子的荧光光谱图；

图4为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液加入等量的铅离子时产生的沉淀现象（a，左为无铅离子的溶液，右为含铅离子的溶液）及其在紫外灯照射下的荧光现象（b，左为无铅离子的溶液，右为含铅离子的溶液）；

图5是2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液加入各种不同的常见金属的荧光光谱变化图（激发波长为350nm）；

图6为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液与铅离子产生沉淀前后以及产生沉淀之后加入EDTA的荧光光谱图（激发波长为350nm），a曲线为加入铅离子前的荧光曲线，b为加铅离子产生沉淀后的荧光曲线，c为加铅离子后再加入EDTA后的荧光曲线。

具体实施方式

一下结合实施例子来对本发明作进一步说明，但并不局限于此。

实施例1

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的合成

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的合成路线如下所示：

Figure 2014100695316100002DEST_PATH_IMAGE002

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸结构式如合成路线中的式Ⅰ所示，其具体合成步骤如下：

1）将0.10g（0.456mmol）的鸟氨酸甲酯二盐酸盐加入40.0mL的二氯甲烷，在氮气的保护下加入1.26mL的三乙胺（NEt3）和0.27g(0.94mmol)芘丁酸，并在冰盐浴下搅拌5min，再加入0.38g（1.8mmol）DCC和0.21g(1.8mmol) HOSU（N-羟基琥珀酰亚胺），再继续搅拌5min，然后将此混合体系放置于室温下继续搅拌24h；用薄层色谱检测反应进程，待反应完毕后过滤去除溶液中的固体，滤液用饱和碳酸氢钠洗涤3次，再用水洗涤至中性，有机相用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋蒸除去溶剂得到粗产物II（结构式如合成路线中所示），用二氯甲烷和乙酸乙酯做展开剂进行硅胶柱色谱分离提纯，得到152.2mg，产率为48.6%。

2）取0.1g（0.146mmol）粗产物II溶于40mL 1mol/L的NaOH溶液中，室温搅拌15h，全部溶解后，溶液用乙酸乙酯洗涤5次，以除去未反应的原料和一些副产物，然后水相加入盐酸至弱酸性（PH约为5.5），溶液中有大量白色絮状物产生，再用乙酸乙酯多次萃取水溶液至乙酸乙酯层没有荧光为止，此时水溶液中的产物基本被萃取干净；收集乙酸乙酯层用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋蒸除去溶剂乙酸乙酯，得到粗产品，用乙酸乙酯和甲醇做展开剂进行硅胶柱色谱分离提纯，得到产物氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸74.6mg，产率为76%。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸结构式如合成路线中的式Ⅰ所示，其¹H NMR谱（400MHz, DMSO-d₆）中化学位移（ppm）和对应的质子类型归属为：8.36-7.68 (m, 18H, pyrenyl( H ))，7.98(t, 1H, -CON H CH₂-)，7.33-7.32 (d, 1H, -CON H CH-)，3.88(m, 1H, -C H -)，3.27-3.23(m, 4H, PyC H ₂-)，3.03(m, 2H, -NHC H ₂-)，2.27-2.17(m, 4H, -NHCOC H ₂-)，1.96 (m, 4H, PyCH₂C H ₂CH₂-)，1.57-1.44 (m, 4H, -NHCH₂C H ₂CH₂- + -CHC H ₂CH₂-)。

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的质谱结果：ESI-MS(m/z)：671.8，理论分子量为672.81。

实施例2

铁离子或铅离子浓度的检测方法

灵敏度检测：

配置浓度为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液，将铁离子的浓溶液滴加进去，使得铁离子的浓度分别为0.0，0.01，0.05，0.1，0.25，0.5，1，2，5，6，8， 10，12，15，18，20，22，25，28，30，33，36，40，45，50，55，60，65，70，80，90，100，120，150μM，以350nm为激发波长，测得它们的荧光光谱，荧光光谱图如图1所示，从图中可以看到，随着铁离子浓度的逐渐增大，荧光发射峰的强度逐渐减弱，而且会看到有白色絮状物沉淀逐渐析出（如所图2所示），图2为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液加入等量的铁离子时产生的沉淀现象（a，左为无铁离子的溶液，右为含铁离子的溶液）及其在紫外灯照射下的荧光现象（b，左为无铁离子的溶液，右为含铁离子的溶液）从图中可以看出加入铅离子后，氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光强度明显减弱；综上所述，氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸对铁的检测表现出了很高的灵敏度，可检测的最低铁离子浓度达0.01μ M。

同样，把铅离子的浓溶液滴加到浓度为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中，使铅离子的终浓度分别为0.0，0.1，0.25，0.5，1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，18，20，22，25，28，30，40，60，80，100，120，150μ M，以350nm为激发波长，测得各浓度的荧光光谱图（图3），也体现出随着铅离子浓度的逐渐增大，荧光强度的逐渐减弱，并伴随着逐渐增多的白色絮状物沉淀的析出（如所图4所示），图4为2.0×10^-5mol/L的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液加入等量的铅离子时产生的沉淀现象（a，左为无铅离子的溶液，右为含铅离子的溶液）及在其紫外灯照射下的荧光现象（b，左为无铅离子的溶液，右为含铅离子的溶液），从图中可以看出加入铅离子后，氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光强度明显减弱；综上所述，氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸对铅的检测也具有很高的灵敏度，可检测的最低铅离子浓度为0.1μM。

特异性检测：

按上述同样的步骤检测其他的金属，包括一些重金属、碱金属、碱土金属以及过渡金属，结果这些金属并没有产生和铁离子和铅离子同样的现象，荧光强度并没有减弱，对氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的荧光发射性质几乎没有影响，取不同浓度金属离子存在时氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸荧光发射峰峰值的变化值（I-I₀）/I₀作图（图5）其中I₀代表金属离子浓度为0.0 μM时氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的荧光发射峰的强度值，I代表不同浓度的金属离子存在时氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的荧光发射峰的强度值。

由图5可知， Hg²⁺、 Ca²⁺、Co²⁺等14 种重金属离子对氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸的荧光发射性质没有明显影响，只有铅离子和铁离子可以使氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸表现出强烈的荧光淬灭效应，氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸对铅离子和铁离子表现出非常高的选择性识别作用。

铁离子或铅离子浓度的检测:

1）制作标准曲线：将标准浓度的铁离子溶液或铅离子溶液加入到氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中（操作方法同灵敏度检测的实验），记录铁离子溶液或铅离子溶液加入量与氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光变化量，制作标准曲线；

3）根据标准曲线计算待测溶液中铁离子或铅离子的浓度。

实施例3

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸对铁离子和/或铅离子的富集方法

将含有铁离子和/或铅离子的溶液中滴加氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液，搅拌，有白色絮状物产生，等沉淀完全，在10000r/min下离心10min，得到黄色固体（铁）和/或白色固体（铅），而所得的液体就为去除了铁离子和/或铅离子的溶液。

以上的固液分离步骤，除了可以离心技术外，在本领域技术人员的理解范围内，还可以采用其他的方法，如过滤。

实施例4

氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的回收

经过不断地实验探究，发现在氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸与铅离子作用后，加入一定量的EDTA溶液，氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的荧光强度可以得到很大程度的恢复，如图6所示，当加入EDTA的物质的量为铅离子的100倍时，氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的荧光强度恢复到初始状态的87.89%，这说明氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸对于铅的荧光离子探针是可逆性的，可以有效回收氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸，提供了更加有利的实际应用。

图中的（a）代表氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光光谱，（b）代表氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中加入铅离子后的荧光光谱，（c）代表在（b）溶液中再加入100 倍（铅离子的物质的量的倍数）EDTA以后的荧光光谱。

回收的具体操作：

取氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸与铅离子配合物的沉淀，加入到EDTA水溶液中，搅拌混合均匀，利用10 倍体积的乙酸乙酯萃取此水溶液，收集乙酸乙酯层并蒸馏去除乙酸乙酯，得到固体，经过质谱分析，证明即为本发明的氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸。

在本实施例中，氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸与铅离子配合物的沉淀与EDTA的物质的量比为1 ∶ 100，当然，在实际操作中，EDTA的用量以使得溶液中氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸的荧光强度恢复到最大值为准，或作适当调整，均可实现对氮、氮’- 二芘丁酰基鸟氨酸的回收。另外，除了可用乙酸乙酯作为萃取剂外，还可采用其他的有机溶剂，如二氯甲烷、三氯甲烷、苯等进行萃取

以上实施例仅为介绍本发明的优选案例，对于本领域技术人员来说，在不背离本发明精神的范围内所进行的任何显而易见的变化和改进，都视为本发明的一部分。

Claims

1.氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸，其化学式如式Ⅰ所示：

Figure 2014100695316100001DEST_PATH_IMAGE001

（Ⅰ）。

2.一种检测铁离子或铅离子浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

3）根据标准曲线计算待测溶液中铁离子或铅离子的浓度。

3.一种检测铁离子或铅离子浓度的方法，包括将待测溶液加入到已知浓度的权利要求1所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液中，直至氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液的荧光达到最大的淬灭值，再根据待测液的加入量及氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的浓度，计算待测液中铁离子或铅离子的浓度。

4.权利要求1所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸在富集铁离子和/或铅离子中的应用。

5.根据权利要求4所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸在富集铁离子和/或铅离子中的应用，其特征在于，其操作步骤为：将含有铁离子和/或铅离子的溶液中滴加氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸溶液，搅拌至沉淀完全，将沉淀与溶液分离，沉淀为氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸与铁离子和/或铅离子的配合物，即富集的铁离子和/或铅离子，所得的溶液为去除了铁离子和/或铅离子的溶液。

6.权利要求1所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的回收方法，其特征在于：包括以下步骤：将氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸与铅离子的配合物加入EDTA水溶液，搅拌均匀，用有机溶剂萃取，收集有机相并蒸馏去除有机溶剂，即得到氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸。

7.根据权利要求6所述的氮、氮’-二芘丁酰基鸟氨酸的回收方法，其特征在于，所述有机溶剂选自乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、苯中至少一种。