CN103992787A

CN103992787A - 一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂及其制备和应用

Info

Publication number: CN103992787A
Application number: CN201410176967.5A
Authority: CN
Inventors: 沈韵; 曾晞; 牟兰; 李丽
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guangxi Pingguo Runmin Poverty Alleviation Development Co., Ltd
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-04-29
Also published as: CN103992787B

Abstract

本发明一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂及其制备和应用，属有机合成和分析化学技术领域。是以三氨乙基胺为结构平台，通过与4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐的反应得到三个侧链连接荧光团的化学名称为三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺的化合物a。反应原料易得，合成方法简单，两步反应即可制得目标产物。在N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2），三（羟甲基）氨基甲烷-盐酸（Tris-HCl，pH6）缓冲溶液混合溶剂中，化合物a可作为检测微量Al³⁺或Cr³⁺的荧光或比色试剂。化合物a的结构式如下。

Description

一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂及其制备和应用

技术领域

本发明属有机合成和分析化学领域，具体地说是一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂及其制备和应用。

背景技术

近几十年来，在工业、农业、医药学、食品科学、环境化学、药理学、生理学、分子生物学、细胞生物学、分子遗传学等领域，荧光探针作为一类重要的检测技术，被广泛应用。尤其是基于重金属和过渡金属离子在环境科学和生命科学研究中的重要作用，设计、合成结构新颖，具备更优异选择性和灵敏度，以特定金属离子为识别对象的荧光探针分子具有应用前景。

以大环、碳原子及氮原子为中心的三角架结构化合物具有三条通过中心原子连接的配位侧链。三角架结构化合物具有选择性配位及高配位数等大环配位的特点，通过取代基团的调整来改变化合物的性能。以氮原子为中心的三角架结构中的柔性侧链通常具有特殊的配位能力，能与多种金属离子配位。与大环化合物相比该类化合物具有合成方法简便、成本低廉、结构易变、络合性能好，且毒性小等特点，同时具有大环和非环状配体的性质，很容易通过改变侧链长度、配位基团及配位原子，从而改变其配位后的物理和化学性能。经过合理设计的三角架分子可以作为金属离子的荧光探针，实现对金属离子、阴离子及中性分子的检测。文献报道了在三角架结构中引入4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑而得到在中性缓冲溶液中高选择、高灵敏地识别Zn²⁺的荧光探针，探针识别是基于光诱导电子转移原理；Ghosh等设计了在三氨乙基胺分子内连接三个蒽荧光团的三角架结构的Cu²⁺荧光探针；Akkaya等在三氨乙基胺分子结构中不对称的引入了一个苊并吡咯酮荧光团，得到能灵敏地识别第二副族元素Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺的三角架结构荧光探针；我们研究组也报道了在三氨乙基胺分子上连接罗丹明基团的系列Cu²⁺、Hg²⁺荧光探针。已有的研究结果表明三角架型结构的荧光探针对特定离子有优良的检测识别能力。

萘酰亚胺及其衍生物在许多领域有着广泛的应用。它具有强烈的黄绿色荧光，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、荧光增白剂及荧光标记、分子探针等。萘酰亚胺衍生物的另一个特性是其光物理化学性质易于改造，通过在萘酰亚胺萘环上4-位引入不同取代基，能够使其产生不同的光学性能。文献报道的一系列4位为哌啶基团的1,8-萘酰亚胺荧光探针，发现在缓冲液中其荧光强度随着pH值的增大而逐渐减弱，分子上所接基团的不同会导致荧光发生突变的区间和变化的幅度呈现差异，由此建立了这种萘酰亚胺衍生物作为pH探针应用于生物或超分子体系中；文献报道的一种含有1,8-萘酰亚胺基团的荧光分子探针，对 Cr³⁺具有较好的选择性识别作用，能很明显的看到液体的荧光颜色发生变化；文献报道的一种基于萘酰亚胺的荧光探针可用于水溶液中定量检测铜离子。因此，萘酰亚胺可作为构建荧光探针的优秀荧光基团。

铬(III)是人体营养所必需的微量元素，它能激活某些酶以及稳定蛋白质和核酸，因而对碳水化合物，脂肪，蛋白质和核酸的新陈代谢影响很大。人体如果铬(III)摄入不足，将导致糖尿病、心血管疾病甚至使机体免疫功能受损，而摄入量过多也会影响细胞结构。监测铬(III)在细胞内及生命系统中的转化和分布的方法并不多见。铝是地壳中含量最高的金属元素，日常生活中被大量使用。但铝离子对人体中枢神经系统有很大的毒性。因此，研制高选择性、高灵敏度检测铝离子的传感器具有研究意义。

发明内容

本发明目的在于制备了一种高灵敏、高选择性的同时检测微量Al³⁺或Cr³⁺离子的三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂，并应用于水溶液中的测定。

本发明检测Al³⁺或Cr³⁺的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂，是以4-溴-1,8-萘二甲酸酐、吗啡啉和三氨乙基胺为原料，通过分步反应，在三氨乙基胺的三个氨基处各引入一个4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐，制备得到一种荧光试剂，即化合物a，化学名称为三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺，化学结构式为：

化合物a：三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺，是一种高灵敏、高选择性地检测特定金属阳离子的荧光试剂。

分子式：C₅₄H₅₁N₇O₉

分子量：941.37

熔点：231-233℃

溶解性：溶于氯仿、丙酮、甲醇、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺等

光谱性质：在N，N-二甲基甲酰胺与水的混合液中的荧光激发波长是385nm，发射波长是545nm，紫外吸收波长是387nm。

本发明检测Al³⁺和Cr³⁺的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的制备方法，是以4-溴-1,8-萘二甲酸酐，吗啡啉为原料，以乙二醇单甲醚为溶剂，首先合成中间体4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐，然后再将三个中间体4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐连接到三氨乙基胺上得到化合物a：三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺，合成路线如下：

上述一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的制备方法，是以4-溴-1,8-萘二甲酸酐、吗啡啉和三氨乙基胺为原料，通过两步反应，制备得到化合物a，各化合物制备的具体工艺条件为：

（1）中间体：4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐的合成：

N₂保护下，三口烧瓶中加入4-溴-1,8-萘二甲酸酐，乙二醇单甲醚，碘化亚铜，吗啡啉，回流搅拌反应，过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，柱层析纯化制得中间体原料：

反应温度：回流

反应时间：7h

反应溶剂：乙二醇单甲醚

洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚（v/v，5/2）

（2）三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺

N₂保护下，三口烧瓶中加入4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐，乙醇，三氨乙基胺，回流，减压蒸馏除去溶剂，柱层析纯化得到黄色固体三(4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基)胺：

反应温度：回流

反应时间：5h

反应溶剂：乙醇

洗脱剂：三氯甲烷/甲醇/三乙胺（v/v/v，80/4/1）

本发明所述的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的应用，是化合物a作为荧光法或紫外-可见分光光度法中用于检测微量Al³⁺或Cr³⁺的荧光试剂。

本发明一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的应用，是化合物a在N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2），三（羟甲基）氨基甲烷-盐酸（Tris-HCl，pH 6）为缓冲溶液的混合溶剂中，分别用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱作为检测Al³⁺或Cr³⁺离子的荧光或紫外-可见比色试剂；分别用荧光法或紫外-可见吸收光谱法检测Al³⁺或Cr³⁺离子的浓度线性范围分别达2个数量级，荧光法检测限低至10^-8 mol·L^-1，紫外-可见吸收法检测限低至10^-6 mol·L^-1。

本发明合成的三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂，即化合物a的结构经核磁共振波谱、质谱和红外光谱进行了表征。化合物a的核磁共振氢谱数据列于表1、核磁共振碳谱数据列于表2、质谱数据列于表3、红外特征峰光谱数据列于表4。

本发明是以三氨乙基胺为结构平台，对其三个侧链氨基进行修饰，以4-溴-1,8-萘二甲酸酐为原料，通过分步反应，在三氨乙基胺的三个氨基链上各引入一个4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐为荧光基团，制备得到一种三角架结构的萘酰亚胺荧光试剂。化合物合成及其分离方法简单、原料成本低廉，产率较高。由于引入了三个荧光基团，增强了化合物的发光性能。同时，多个氮、氧原子的引入也增强了其配位和识别能力。化合物不仅结构新颖，而且通过控制不同的溶剂介质以及pH值，可作为检测特定微量金属离子的荧光试剂。在N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）的混合溶液中，用特征荧光强度的降低检测微量Al³⁺或Cr³⁺离子，浓度线性范围分别在5.0×10^-7~1.1×10^-5 mol·L^-1和3.0×10^-7～1.2×10^-5 mol·L^-1，检测限低至10^-8mol·L^-1。用特征吸光度的增加检测微量Al³⁺或Cr³⁺离子，浓度线性范围分别在4.0×10^-7～1.1×10^-5 mol·L^-1，检测限低至10^-6mol·L^-1，可作为检测微量Al³⁺或Cr³⁺离子的荧光和比色试剂。

附图说明

图1 浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，Tris-HCl，pH 6）溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-3 mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Ag⁺，Zn²⁺，Fe³⁺后的荧光光谱。Al³⁺或Cr³⁺的加入使化合物a荧光显著降低，绿色荧光消失，波长略有红移，而其他上述实验金属离子的加入几乎不会改变化合物a的荧光强度。测试的激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图2 浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，Tris-HCl，pH 6）溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-3 mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Ag⁺，Zn²⁺，Fe³⁺后的紫外-可见吸收光谱。Al³⁺或Cr³⁺的加入使化合物a在387nm处吸收明显增强并红移至400nm，颜色由淡黄色变为亮黄色。

图3 在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2）混合溶剂中，分别用Tris-HCl调节溶液的pH 从2-9。分别测定不同pH各溶液中加入Al³⁺前后的荧光强度，得到荧光强度随pH变化的关系曲线。从图中观察到化合物a的荧光强度随pH值增大而增加，而a-Al³⁺配合物的荧光强度在pH 2-6的范围荧光强度很低且几乎不随pH变化，在pH 6-9范围荧光强度随pH值增大而迅速增加。在pH 6左右，化合物a以及a-Al³⁺配合物的荧光强度的差值相对最大，故选择pH 6的Tris-HCl缓冲溶液控制测定溶液的酸度。测试的激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图4在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2）混合溶剂中，分别用Tris-HCl调节溶液的pH 2-9。分别测定不同pH各溶液中加入Al³⁺前后的紫外-可见吸光度，得到吸光度随pH变化的关系曲线。从图中观察到化合物a在最大波长处的吸光度很低，且在pH 2-9范围几乎不随pH值改变，而a-Al³⁺配合物的吸光度在pH 2-4和pH 7-9的范围很低且几乎不随pH变化。而在pH 4-7范围，吸光度随pH值增大而呈现峰型变化。在pH 5-6之间达最大，且化合物a以及a-Al³⁺配合物的吸光度的差值相对也最大，故选择pH 6的Tris-HCl缓冲溶液控制测定溶液的酸度。测试的最大吸收波长为400nm nm。

图5在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2）混合溶剂中，分别用Tris-HCl调节溶液的pH 从2-9。分别测定不同pH各溶液中加入Cr³⁺前后的荧光强度，得到荧光强度随pH变化的关系曲线。从图中观察到化合物a的荧光强度随pH值增大而增加，a-Cr³⁺配合物的荧光强度在pH 2-6范围荧光强度较低且随pH变化较小，而在pH 6-9范围荧光强度随pH值增大而迅速增加。在pH 6左右，化合物a以及a-Cr³⁺配合物的荧光强度的差值相对最大，故选择pH 6的Tris-HCl缓冲溶液控制测定溶液的酸度。测试的激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图6在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2）混合溶剂中，分别用Tris-HCl调节溶液的pH 2-9。分别测定不同pH各溶液中加入Cr³⁺前后的紫外-可见吸光度，得到吸光度随pH变化的关系曲线。从图中观察到化合物a在最大波长处的吸光度很低，且在pH 2-9范围几乎不随pH值改变，而a-Cr³⁺配合物的吸光度在pH 2-4和pH 7-9的范围很低且几乎不随pH变化。在pH 4-7范围，吸光度随pH值增大而呈现峰型变化。在pH 5-6之间达最大，且化合物a以及a-Cr³⁺配合物的吸光度的差值相对也最大，故选择pH 6的Tris-HCl缓冲溶液控制测定溶液的酸度。测试的最大吸收波长为400nm。

图 7 共存金属离子对化合物a荧光法检测Al³⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Al³⁺溶液后荧光显著降低。再分别向a-Al³⁺配合物溶液中加入与Al³⁺同等量的其他金属离子（Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺, Hg²⁺，Sr²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Pb²⁺，Fe³⁺, Cu²⁺，Ag⁺，Cr³⁺）后的荧光强度变化。黑色条表示在化合物a溶液中分别加入不同金属离子的荧光强度。红色条表示在a-Al³⁺配合物溶液中分别加入其他上述共存金属离子后的荧光强度变化。结果表明，除Cr³⁺对化合物a检测Al³⁺的荧光有影响外，其他常见共存金属离子的对化合物a检测Al³⁺的影响小。测试的激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图 8 共存金属离子对化合物a紫外-可见光谱法检测Al³⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Al³⁺溶液后，在400nm处的吸收峰增强。再分别向a-Al³⁺配合物溶液中加入同等量的其他金属离子（Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺, Hg²⁺，Sr²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Pb²⁺，Fe³⁺, Cu²⁺，Ag⁺，Cr³⁺）后的吸光度变化。黑色条表示在探针溶液中分别加入不同金属离子后吸光度。红色条表示在a-Al³⁺配合物溶液中分别加入上述共存金属离子后的吸光度变化。结果表明，化合物a检测Al³⁺的吸光度受其他常见共存金属离子，包括Cr³⁺在内的影响小，紫外-可见吸收光谱法用化合物a检测Al³⁺有高选择性。最大吸收波长为400nm。

图 9 共存金属离子对化合物a荧光法检测Cr³⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Cr³⁺溶液后荧光显著降低。再分别向a- Cr³⁺配合物溶液中加入同等量的其他金属离子（Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺, Hg²⁺，Sr²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Pb²⁺，Fe³⁺, Cu²⁺，Ag⁺，Al³⁺）后的荧光强度变化。黑色条表示在化合物a溶液中分别加入不同金属离子的荧光强度。红色条表示在a-Cr³⁺配合物溶液中分别加入其他上述共存金属离子后的荧光强度变化。结果表明，除Al³⁺对化合物a检测Cr³⁺的荧光有影响外，其他常见共存金属离子的对化合物a检测Cr³⁺的影响小。测试的激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图 10 共存金属离子对化合物a紫外-可见光谱法检测Cr³⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5mol·L^-1化合物a的N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Cr³⁺溶液后，在400nm处的吸收峰增强。再分别向a-Cr³⁺配合物溶液中加入同等量的其他金属离子（Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺, Hg²⁺，Sr²⁺，Zn²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Pb²⁺，Fe³⁺, Ag⁺，Al³⁺）后的吸光度变化。黑色条表示在化合物a溶液中分别加入上述金属离子后的吸光度。红色条表示在a-Cr³⁺配合物溶液中分别加入上述共存金属离子后的吸光度变化。结果表明，化合物a检测Cr³⁺的吸光度受其他常见共存金属离子，包括Al³⁺在内的影响小，紫外-可见吸收光谱法用化合物a检测Cr³⁺有高选择性。最大吸收波长为400nm。

图11 化合物a的荧光光谱法检测Al³⁺的校准曲线。激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图12 化合物a的紫外-可见吸收光谱法检测Al³⁺的校准曲线。最大吸收波长400nm。

图13 化合物a检测自来水样品中Al³⁺的荧光光谱。按标准加入法依次在样品液中加入不同量的Al³⁺标准溶液测得的光谱图。

图14 化合物a检测自来水样品中Al³⁺的紫外-可见吸收光谱。按标准加入法依次在样品液中加入不同量的Al³⁺标准溶液测得的光谱图。

图15 化合物a的荧光光谱法检测Cr³⁺的校准曲线。激发波长为385nm，发射波长为548nm。

图16 化合物a的紫外-可见吸收光谱法检测Cr³⁺的校准曲线。最大吸收波长400nm。

图17 化合物a检测自来水样品中Cr³⁺的荧光光谱。按标准加入法依次在样品液中加入不同量的Cr³⁺标准溶液测得的光谱图。

图18 化合物a检测自来水样品中Cr³⁺的紫外-可见吸收光谱。按标准加入法依次在样品液中加入不同量的Cr³⁺标准溶液测得的光谱图。

具体实施方式

实施例一：

（1）中间体原料4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐的合成

N₂保护下，在250mL的圆底烧瓶中，加入4-溴-1,8-萘二甲酸酐(8g, 28.87 mmol)，乙二醇甲醚 100 mL，CuI（500mg，2.625 mmol），再加入吗啡啉（7.55g，86.62 mmol），回流搅拌反应7h，乙醇抽滤，再氯仿过滤，减压蒸馏除去溶剂，粗产品柱层析分离（洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚，v/v，5/2）得黄色产品5.91g，产率72.3%。

（2）化合物a即三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺的合成

N₂保护下，250mL三口烧瓶中加入4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐（2.32g，8.208 mmol）和150mL乙醇，溶解后，加入三氨乙基胺（400mg，2.736 mmol），加热回流反应5h。减压蒸馏除去溶剂，粗产品柱层析分离（洗脱剂：氯仿/甲醇/三乙胺，v/v/v，80/4/1）得黄色产品1.55g，产率60.2%。m.p. 231-233℃; ¹H NMR (CDCl₃, 400MHz), δ(ppm): 3.07(t, 2H), 3.26(t, 6H), 4.03(t, 6H), 4.33(t, 2H), 7.16(d, J=8Hz, 1H), 7.6(t, 1H), 8.3(d, 1H, J=7.2Hz), 8.34(d, 1H, J=8Hz), 8.39 (d, 1H, J=8Hz); ESI-MS: m/z 942.5 [M+H]⁺。

实施例二：

在10.0 mL 容量瓶中加入化合物a的N,N-二甲基酰胺储备液(1.00×10^-4 mol·L^-1，1mL)，金属离子Al³⁺或Cr³⁺ (2.00×10^-3mol·L^-1，1 mL)。用N,N-二甲基甲酰胺和水溶液及Tris-HCl混合液定容，使溶液体系最终溶剂为N,N-二甲基酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）稀释至刻度，摇匀，移入1cm的石英比色皿进行荧光光谱或紫外-可见吸收光谱测定。

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N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，化合物a本身具有很强的荧光发射，激发波长为385nm，发射波长为545 nm，在365nm紫外灯下观察到荧光很强的绿荧光。分别加入Al³⁺或Cr³⁺ (2.00×10^-3mol·L^-1，1 mL)后，化合物a溶液的荧光波长略有红移且强度显著降低，Al³⁺使化合物a荧光猝灭率为82%，Cr³⁺使化合物a的猝灭率为55.8%。除Al³⁺，Cr³⁺的加入有明显的荧光猝灭信号外，其他实验金属离子Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Ag⁺，Zn²⁺，Fe³⁺对化合物a溶液均无明显的信号响应（附图1）。在N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，化合物a在387nm有吸收峰，分别加入Al³⁺，Cr³⁺后，化合物a在387nm处吸收峰增强并红移400 nm。除Al³⁺，Cr³⁺的加入使化合物a在400nm处有明显的吸收信号外，其他实验金属离子Li⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Ag⁺，Zn²⁺，Fe³⁺对化合物a溶液均无明显的吸收响应信号（附图2）。表明化合物a对Al³⁺，Cr³⁺具有识别检测性能。

在上述荧光法相同测试条件下，化合物a检测Al³⁺的荧光强度在上述金属离子分别作为共存离子存在于a-Al³⁺配合物溶液中，当共存金属离子浓度与测试的Al³⁺离子相当时，除Cr³⁺外，对检测Al³⁺的荧光强度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图7）。

在上述紫外光谱测试条件下，化合物a检测Al³⁺的吸光度在上述金属离子分别作为共存离子存在于a-Al³⁺配合物溶液中，当共存金属离子浓度与测试的Al³⁺离子相当时，包括Cr³⁺在内，对检测Al³⁺的吸光度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图8）。

在上述荧光法相同测试条件下，化合物a检测Cr³⁺的荧光强度在上述金属离子分别作为共存离子存在于a-Cr³⁺配合物溶液中，当共存金属离子浓度与测试的Cr³⁺离子相当时，除Al³⁺外，对检测Cr³⁺的荧光强度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图9）。

在上述紫外光谱测试条件下，化合物a检测Cr³⁺的吸光度在上述金属离子分别作为共存离子存在于a-Cr³⁺配合物溶液中，当共存金属离子浓度与测试的Cr³⁺离子相当时，包括Al³⁺在内，对检测Cr³⁺的吸光度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图10）。

在N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）溶液中，以385nm为荧光激发波长，548nm为荧光发射波长，或以400nm为最大吸收波长，分别测定Al³⁺或Cr³⁺浓度改变时相应的化合物a溶液的荧光强度或吸光度变化，获得校准曲线（附图11、12，附图15、16）。通过校准曲线的斜率和测定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5、表6。

实施例三：

（a）化合物a荧光光谱校准曲线法测定合成水样中微量Al³⁺。

1．取数个10.0ml容量瓶，每个容量瓶中依次加入浓度为100 μmol·L^-1的化合物a的N,N-二甲基甲酰胺溶液1ml。

2．依次在各容量瓶中加入不同浓度的Al³⁺标准溶液，用N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）混合液定容到10.0ml，摇匀。

3. 其中1个容量瓶中加样品液，用N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）混合液定容到10.0ml，摇匀。

3．在荧光分光光度计上以385nm为激发波长，548nm为发射波长测定荧光强度，平行测定3次。

4．绘制出荧光强度对标准Al³⁺浓度的校准曲线（附图11），根据样品溶液的荧光强度，利用校准曲线求得样品溶液中Al³⁺的浓度，计算样品中Al³⁺含量。结果如表7所示。

（b）化合物a荧光光谱准加入法测定合成水样中微量Al³⁺。

1. 自来水样品前处理：取自来水2.0 L，煮沸10分钟，冷却，静置放置4小时，过滤，检测水样pH值，浓缩为10ml，冷却备用。

2. 检测：移取1mL自来水样品于10mL 容量瓶中，加入1 mL化合物a (100 μmol·L^-1)，依次加入0、0.2、0.4、0.6 mL 的Al³⁺ (100 μmol·L^-1)，用N,N-二甲基甲酰胺/水/ Tris-HCl混合液定容，使溶液体系为N,N-二甲基甲酰胺/水/ Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）。在荧光分光光计度上以385nm为激发波长，548nm为发射波长测定荧光强度，平行测定3次。

3. 测定的光谱图见附图12，按照标准加入法计算得到结果如表8所示。

实施例四：

（a）化合物a紫外-可见光谱校准曲线法测定合成水样中微量Al³⁺。

2．依次在各容量瓶中加入不同浓度的Al³⁺标准溶液，用N,N-二甲基甲酰胺/水/ Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）混合液定容到10.0ml，摇匀。

3. 其中1个容量瓶中加样品液，用N,N-二甲基甲酰胺/水/ Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）混合液定容到10.0ml，摇匀。

4．在紫外-可见吸收分光光度计上，以400nm为最大吸收波长测定吸光度，平行测定3次。

5．绘制出吸光度对标准Al³⁺浓度的校准曲线（附图13），根据样品溶液的吸光度，利用校准曲线求得样品溶液中Al³⁺的浓度，计算样品中Al³⁺含量。结果如表9所示。

（b）化合物a紫外-可见光谱标准加入法测定合成水样中微量Al³⁺。

1. 自来水水样品前处理：取自来水2.0 L，煮沸10分钟，冷却，静置放置4小时，过滤，浓缩为10ml，备用。

2. 检测：移取1mL自来水样品于10mL 容量瓶中，加入1 mL化合物a(100 μmol·L^-1)，依次加入0、0.2、0.4、0.6 mL的Al³⁺ (100 μmol·L^-1)，用N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl混合液定容，使溶液体系最终为N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2，pH 6）。在紫外-可见吸收分光光度计上，以400nm为最大吸收波长测定吸光度，平行测定3次。

3. 测定的光谱图见附图14，按照标准加入法计算得到结果如表10所示。

实施例五：

（a）化合物a荧光分光光度校准曲线法测定合成水样中微量Cr³⁺。

2．依次在上述各容量瓶中加入不同浓度的Cr³⁺标准溶液，用N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）混合液定容到10.0ml，摇匀。

4．在荧光分光光度计上以385nm为激发波长，548nm为发射波长测定荧光强度，平行测定3次。

5．绘制出荧光强度对标准Cr³⁺浓度的校准曲线（附图15），根据样品溶液的荧光强度，利用校准曲线求得样品溶液中Cr³⁺的浓度，计算样品中Cr³⁺含量。结果如表11所示。

（b）化合物a荧光光谱标准加入法测定合成水样中微量Cr³⁺。

2. 检测：移取1mL自来水样品于10mL 容量瓶中，加入1 mL化合物a (100 μmol·L^-1)，依次分别加入0、0.2、0.4、0.6 mL的 Cr³⁺ (100 μmol·L^-1)，用N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl混合液定容，使溶液体系最终为N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2，pH 6）。在荧光分光光计度上以385nm为激发波长，548nm为发射波长测定荧光强度，平行测定3次。

3. 测定的光谱图见附图16，按照标准加入法计算得到结果如表12所示。

实施例六：

（a）化合物a紫外-可见光谱校准曲线法测定合成水样中微量Cr³⁺。

5．绘制出吸光度对标准Cr³⁺浓度的校准曲线（附图17），根据样品溶液的吸光度，利用校准曲线求得样品溶液中Cr³⁺的浓度，计算样品中Cr³⁺含量。结果如表13所示。

（b）化合物a紫外-可见光谱标准加入法测定合成水样中微量Cr³⁺。

2. 检测：移取1mL水样品于10mL 容量瓶中，加入1 mL化合物a(100 μmol·L^-1)，依次分别加入0、0.2、0.4、0.6 mL的Cr³⁺ (100 μmol·L^-1)，用N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl混合液定容，使溶液体系最终为N,N-二甲基甲酰胺/水/Tris-HCl（v/v，3/2，pH 6）。在紫外-可见吸收分光光度计上，以400nm为最大吸收波长测定吸光度，平行测定3次。

3. 测定的光谱图见附图18，按照标准加入法计算得到结果如表14所示。

Claims

1.一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂，其特征是以4-溴-1,8-萘二甲酸酐、吗啡啉和三氨乙基胺为原料，通过分步反应，在三氨乙基胺的三个氨基处各引入一个4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐，制备得到一种荧光试剂，即化合物a，化学名称为三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺，化学结构式为：

化合物a：三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺，是一种高灵敏、高选择性地检测特定金属阳离子的荧光试剂，

分子式：C₅₄H₅₁N₇O₉

分子量：941.37

熔点：231-233℃

2.如权利要求1所述的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的制备方法，其特征是以4-溴-1,8-萘二甲酸酐，吗啡啉为原料，以乙二醇单甲醚为溶剂，首先合成中间体4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐，然后再将三个中间体4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐连接到三氨乙基胺上得到化合物a：三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺；合成路线如下：

。

3.根据权利要求2所述的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的制备方法，其特征是以4-溴-1,8-萘二甲酸酐、吗啡啉和三氨乙基胺为原料，通过两步反应，制备得到化合物a，各化合物制备的具体工艺条件为：

（1）中间体：4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酸酐的合成：

反应温度：回流

反应时间：7h

反应溶剂：乙二醇单甲醚

洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚（v/v，5/2）

（2）三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺

反应温度：回流

反应时间：5h

反应溶剂：乙醇

洗脱剂：三氯甲烷/甲醇/三乙胺（v/v/v，80/4/1）。

4.按照权利要求1所述的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的应用，其特征是化合物a作为荧光法或紫外-可见分光光度法中用于检测微量Al³⁺或Cr³⁺的荧光试剂。

5.根据权利要求4所述的一种三[4-(4-吗啡啉基)-1,8-萘二甲酰亚胺乙基]胺荧光试剂的应用，其特征是所述化合物a在N,N-二甲基甲酰胺/水（v/v，3/2），三（羟甲基）氨基甲烷-盐酸（Tris-HCl，pH 6）为缓冲溶液的混合溶剂中，分别用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱作为检测Al³⁺或Cr³⁺离子的荧光或紫外-可见比色试剂；分别用荧光法或紫外-可见吸收光谱法检测Al³⁺或Cr³⁺离子的浓度线性范围分别达2个数量级，荧光法检测限低至10^-8 mol·L^-1，紫外-可见吸收法检测限低至10^-6 mol·L^-1。