CN104017569A - 一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针及合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针，合成方法是将2-位带有羧基的罗丹明与乙二胺反应形成内酰胺后，与含甲酰基基团的物质反应，合成出具有对H⁺特异性荧光响应的小分子pH荧光探针.该pH荧光探针的合成方法简单，提纯容易，反应损耗小。

Description

一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针及合成方法

技术领域

本发明涉及一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针及合成方法。

背景技术

由于荧光探针的高灵敏度、高选择性、快速响应、操作简单等特点，可以对pH值进行实时监测。因此，荧光pH探针为研究pH变化对生理活动的影响提供了强有力的探测工具，广泛用于分析化学、生物分析化学、细胞生物学和医学。

罗丹明类荧光探针分子中有内酰胺螺环结构，通过螺环的开关控制荧光的开关，罗丹明类探针的螺环开关还可以受溶液pH值的控制，且具有非常强的响应能力，在与特定离子作用后，可以从无荧光无色的内酰胺螺环状态转变为荧光量子效率在85％以上并具有深色特征的开环状态。罗丹明染料由于其独特的结构和荧光特性，引起了人们的广泛关注。有关罗丹明荧光染料的合成、离子化及结构、光学特性及分析等方面的报道已经很多。与其他荧光染料相比，罗丹明类荧光染料具有光稳定性好、较长的波长范围和较高的荧光量子产率、对pH不敏感等优点，并且，罗丹明类材料本身已经广泛应用于生物和环境领域，具有较好的应用基础。尽管pH探针新材料的文献报道很多，但目前绝大多数探针尚缺乏足够的实用性。如在实际应用中需要具有高的灵敏度、好的透膜性、100％水溶性和良好的抗干扰性能等。

此外，大多数罗丹明内酰胺化合物会和一些金属离子发生配位作用或催化分解等反应，因而对氢离子的荧光响应受到干扰。经研究发现，在罗丹明内酰胺分子中引入吸电子取代基，可以降低罗丹明分子对金属离子的响应，使罗丹明分子仅对氢离子选择性响应。其中，引入吸电子基团的位置和内酰胺中氮原子的距离是影响pH响应性的关键因素。相隔合适数量的碳原子，可以既使罗丹明分子具有良好的pH响应能力，又能够避免对绝大多数金属离子的干扰。

发明内容

本发明目的是提供一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH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乙二胺反应形成内酰胺后，与含甲酰基基团的物质反应，合成出具有对H⁺特异性荧光响应的小分子pH荧光探针。

本发明具体技术方案是，一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH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乙二胺反应，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团的物质溶解在有机溶剂A中，在60～70℃下回流恒温反应4～6小时，过滤、洗涤、干燥获得基于罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针；

所述有机溶剂A选自甲醇或无水乙醇中的一种。

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内酰胺基团的小分子pH探针具有灵敏的pH荧光响应功能。

2.本发明将具有吸电子效应的甲酰基引入后，罗丹明基团失去了对各种金属离子的荧光响应，而只对H⁺具有荧光响应，因此具有较好的抗干扰能力。

附图说明

图1是实施例一中合成的含罗丹明内酰胺基团的小分子pH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内酰胺基团的小分子pH探针在不同pH下水溶液的荧光发射光谱，浓度为0.16mg/mL。

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2.395g罗丹明B(5mmol)溶于50mL无水乙醇中，再加入1.5g乙二胺。将反应体系搅拌回流6小时。反应结束后减压蒸除溶剂，将剩余的固体溶于200mL1mol/L HCl溶液中，滴加1mol/L NaOH溶液至PH＝9-10，大量固体析出，减压抽滤，用水洗涤后彻底抽干，在真空干燥箱干燥后得砖红色固体，即化合物1

(2)pH荧光探针的合成：

在50mL圆底烧瓶中加入溶于15mL甲醇的0.485g化合物1(1mmol)，再加入0.127g对羟基苯甲醛(1mmol)，回流反应4h。反应结束后将冷却析出固体，过滤，用甲醇洗至滤液变无色，在真空干燥箱干燥后得粉色固体，即pH荧光探针。核磁共振测定：¹H NMR(CDCl₃)：δ7.92-7.94(m，1H)，7.80(s，1H)，7.38-7.44(m，4H)，7.08-7.10(m，1H)，6.84-6.86(d，2H)，6.38-6.43(m，4H)，6.24-6.26(m，2H)，3.44-3.48(t，2H)，3.32-3.35(m，10H)，1.14-1.18(t，12H)。其结构如下：

实施例二

绘制实施例一所得的含罗丹明内酰胺基团的小分子pH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。

从图中可知该探针在pH＝4～6时，其荧光强度有突变，可知荧光响应区间在pH＝4～6。并且响应区间较窄，说明探针对H⁺的荧光响应非常灵敏。

Claims (4)

1.一种含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针，其特征在于：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。

2.根据权利要求1所述的含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针，其特征在于：R1、R2、R3、R4各自选自氢、C1～C3的烷基或芳基中的一种。

3.根据权利要求1所述的含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针，其特征在于：R1、R2、R3、R4为氢。

4.权利要求1所述的含罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将2-位带有羧基的罗丹明与乙二胺反应，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基团的物质溶解在有机溶剂A中，在60～70℃下回流恒温反应4～6小时，冷却析出固体、过滤、干燥获得基于罗丹明内酰胺基团的小分子pH荧光探针；

所述有机溶剂A选自甲醇或无水乙醇中的一种。