CN104017568B - 一种含罗丹明的荧光探针在检测Hg2+上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含罗丹明的荧光探针在检测Hg²⁺上的应用，荧光探针的合成方法是将2‑位带有羧基的罗丹明与水合肼反应形成内酰胺后，与含甲酰基的物质反应，合成出具有对Hg²⁺具有很好的选择识别性能的小分子双功能荧光探针。

Description

一种含罗丹明的荧光探针在检测Hg2+上的应用

技术领域

本发明涉及一种含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针及合成方法，具体涉及一种含罗丹明的荧光探针在检测Hg²⁺上的应用。

背景技术

汞是一种最重要的金属阳离子因其具有高度危害性。即使是低浓度的汞，无论以元素形式还是离子形式存在，对大脑，心脏，肾脏，肠，胃都有危害。因此，如何能够有效的检测Hg²⁺已经成为摆在众多科学家面前的一个重大课题。目前对Hg²⁺测定方法的研究已有不少报道，这些方法各具优点，但也分别存在着前处理复杂、仪器昂贵、分析成本高等缺点。荧光光度法由于操作方便、检测快捷、成本低廉等特点受到人们的青睐，而开发专一识别、快速响应的Hg²⁺荧光探针是发展Hg²⁺荧光检测方法的关键。另一方面，pH荧光探针为研究pH值变化对生理活动的影响提供了强有力的探测工具，广泛地用于分析化学、生物分析化学、细胞生物学和医学领域。因此设计和开发具有高选择性和高灵敏性的Hg²⁺和pH双功能荧光探针，不仅是荧光探针领域里面的一个重要课题，而且具有重要的生理研究意义。

罗丹明类染料最早应用于紡织业的染色剂，是一种氧杂蒽类的染料。罗丹明的发光性能受外界条件(比如光照、pH值)以及取代基的影响比较大。在氢离子或者一些金属阳离子的作用下，很容易开环，荧光增强并且伴随着颜色的变化。罗丹明具有优越的光物理学性能，摩尔消光系数比较高，光稳定性能也比较好。因此，罗丹明经常被用作测定荧光量子产率的参比物质，在核苷酸序列的测定、基因的检测、疾病的诊断以及各种金属离子和小分子的检测方面得到了广泛的应用。

发明内容

本发明目的是提供一种含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针及合成方法，以克服现有技术的缺陷。为达到上述目的，本发明的基本思路是：将2-位带有羧基的罗丹明与水合肼反应形成内酰胺后，与含甲酰基的物质反应，得到含有罗丹明基团的小分子化合物，其具有对H⁺特异性荧光响应和Hg²⁺很好的选择识别性能的的双功能荧光探针。

本发明具体技术方案是，一种含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针，其结构式如下所示：

式中，R1、R2、R3、R4各自选自氢、不含有活泼氢的取代或未取代的烷基或芳基中的一种。

上述小分子荧光探针的制备方法包括以下步骤：

(1)将2-位带有羧基的罗丹明与水合肼反应，即得到罗丹明内酰胺，其结构式如下：

(2)将步骤(1)所得单体和含甲酰基的物质溶解在有机溶剂A中，在60～70℃下回流恒温反应3～6小时，重结晶、过滤、干燥获得基一种含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针；

所述有机溶剂A选自无水乙醇或甲醇中的一种。

反应过程如下式所示：

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明合成的含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针具有灵敏的pH荧光响应功能和很好的Hg²⁺选择识别性能。

附图说明

图1是实施例一中合成的含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针的核磁共振氢谱测定结果；

图2是实施例二中含罗丹明的双功能荧光探针在不同pH下水溶液的荧光发射光谱，浓度为0.16mg/mL；

图3是实施例二中含罗丹明的双功能荧光探针在含有不同金属离子的溶液(pH＝7)中的荧光曲线，其中，荧光探针的浓度为10^-4M，金属离子Hg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Na²⁺和Mg²⁺的浓度均为10^-5M。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

(1)化合物1的合成：

将9.58g罗丹明B(20mmol)溶于150mL无水乙醇中，再缓慢滴加25mL水合肼(质量分数为85％)。将反应体系搅拌回流2小时。反应结束后减压蒸除溶剂，将剩余的固体溶于150mL 1mol/L HCl溶液中，滴加1mol/L NaOH溶液并不断搅拌，调节至PH＝9-10，大量固体析出，减压抽滤，用蒸馏水洗涤后彻底抽干，在真空干燥箱干燥后得粉红色固体，即化合物1，核磁共振测定：¹H NMR(CDCl₃)：δ7.92-7.95(m，1H)，7.43-7.48(m，2H)，7.09-7.13(m，1H)，6.45-6.47(d，2H)，6.41-6.42(d，2H)，6.28-6.31(dd，2H)，3.61(s，2H)，3.32-3.37(q，8H)，1.15-1.18(t，12H)。

(2)荧光探针的合成：

在50mL三颈瓶中加入4.56g化合物1(10mmol)，用8mL二氯甲烷溶解后再加入2mL对羟基苯甲醛，回流反应3h。反应结束后将其至于冰上重结晶，出现淡红色固体。过滤，用甲醇洗至滤液变无色，在真空干燥箱干燥后得淡红色固体，即荧光探针。核磁共振测 定：¹H NMR(CDCl₃)：δ8.78(s，1H)，7.86-7.88(d，1H)，7.53-7.60(m，2H)，7.23-7.25(d，2H)，7.06-7.08(d，1H)，6.69-6.61(d，2H)，6.39-6.43(m，4H)，6.32-6.34(m，2H)，3.28-3.33(m，8H)，1.05-1.09(t，12H)。其结构如下：

实施例二

(1)绘制实施例一所得的含罗丹明的Hg²⁺和pH双功能荧光探针在不同pH下水溶液的荧光发射光谱，浓度为0.16mg/mL，横坐标为pH，纵坐标为荧光强度，得图2。

从图2中可知该探针在pH＝3～6时，其荧光强度有突变，可知荧光响应区间在pH＝3～6。并且响应区间较窄，说明探针对H⁺的荧光响应非常灵敏。

(2))绘制实施例一所得的含罗丹明的双功能荧光探针在含有不同金属离子的溶液(pH＝7)中的荧光发射光谱，其中，荧光探针的浓度为10^-4M，金属离子Hg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe^{3 +}、Pb²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Na²⁺和Mg²⁺的浓度均为10^-5M。横坐标为波长，纵坐标为荧光强度，得图3.

从图3中的曲线可知，由实施例一制备获得的含罗丹明结构的双功能荧光探针在Hg²⁺存在的情况下探针产生了很强的荧光光谱变化，而Cu²⁺只产生了很弱的荧光发射强度，不加金属离子和其他各种干扰离子的情况下产生很弱的荧光发射强度，，并接近于0，说明探针对Hg²⁺具有良好的选择性。由此可知，由实施例一获得的基于罗丹明结构的双功能荧光探针不仅对Hg²⁺极敏感，而且还具有良好的对Hg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Na²⁺和Mg²+等其它金属离子的抗干扰性能。

Claims (1)

1.一种含罗丹明的荧光探针在检测Hg²⁺上的应用，其特征在于：所述荧光探针结构式如下所示：

式中R₁、R₂、R₃、R₄各自选自氢，其制备方法包括以下步骤：

(1)将2—位带有羧基的罗丹明与水合肼反应，即得到罗丹明内酰胺，其结构式如下：

(2)将步骤(1)所得单体和含甲酰基的物质溶解在有机溶剂A中，在60～70℃下回流恒温反应3～6小时，重结晶、过滤、干燥获得含罗丹明的Hg²⁺荧光探针；

所述有机溶剂A选自无水乙醇或甲醇中的一种。