CN104177321A - 一种基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种荧光探针,尤其涉及一种基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针及其制备方法。该基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的制备方法,它包括以下步骤:(1)4-羟基香豆素在冰醋酸中乙酰化,得中间体A;(2)R-CHO、中间体A和吡咯烷在有机溶剂中反应,得苯并吡喃二酮类化合物铜离子荧光探针。本发明所制得的新型基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针,其结构与现有苯并吡喃二酮结构不同,对铜离子有很好的响应。
Description
技术领域
本发明涉及一种荧光探针,尤其涉及一种基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针及其制备方法。
背景技术
铜离子是维持生物体正常生命活动不可缺少的必须微量元素之一,含量虽低,但它的作用却至关重要。当机体内铜离子浓度超出或低于细胞所需的浓度范围时就会扰乱生命系统的正常活动而使细胞中毒引起严重的铜代谢障碍疾病。水或食物受铜离子污染后,经饮用或食用进入人体,当铜离子含量过高时,会导致Wilson疾病及肾脏受损等。因此对自然环境和生物体内铜离子的检测尤为重要。
苯并吡喃酮及其衍生物是一类重要的有机杂环化合物,它们在抗凝结,抗癌症以及抗艾滋病病毒方面都有相当显著的生物活性。苯并吡喃酮化合物具有良好的光物理性质、与铜离子较好键合作用并具有特殊的生理活性,故这类化合物可以应用于铜离子探针和生物成像等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针,该探针对铜离子响应迅速,灵敏度高。
本发明的另一目的在于提供上述基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的制备方法,该方法对温度的要求低,容易控制,产品易于分离、收率高、纯度高。
本发明采用的技术方案如下:
一种基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针,其特征在于,其结构式为:
所述R为4-N, N-二乙胺基苯或7-N, N-二乙胺基香豆素。
一种上述基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的制备方法,其特征在于,它包括以下步骤:
(1)4-羟基香豆素在冰醋酸中乙酰化,得中间体A;
(2)R-CHO、中间体A和吡咯烷在有机溶剂中反应,得苯并吡喃二酮类化合物铜离子荧光探针;
中间体A为4-羟基香豆素酮,其结构式为:
。
本发明中所述R-CHO为4-N,N-二乙胺基苯甲醛或7-N,N-二乙胺基香豆素醛。4-N,N-二乙胺基苯甲醛结构式为:
;
7-N,N-二乙胺基香豆素醛结构式为:
。
本发明制备方法的合成路线为:
本发明的制备方法中,步骤(1)采用下述方法完成:
在反应容器中依次加入冰醋酸和4-羟基香豆素,加热至开始回流后,缓慢滴加三氯氧磷的冰醋酸溶液,再继续加热回流3.5h以上,分离提纯;
所述冰醋酸和4-羟基香豆素的比例为1ml:2mmol;
所述三氯氧磷的冰醋酸溶液中三氯氧磷和冰醋酸的体积比为1:8;
所述冰醋酸和三氯氧磷的冰醋酸溶液的体积比为1:2.25。
本发明的制备方法中,步骤(2)采用下述方法完成:R-CHO、中间体A和吡咯烷加入到有机溶剂中,室温搅拌12h以上,减压过滤,有机溶剂清洗后得目标产物。该反应为摩尔比为 1:1 的反应,实际操作过程中可以使其中任何
一种原料过量,不影响反应;溶剂的用量只要能使原料完全混溶即可。
上述制备方法中,步骤(2)中的R-CHO为7-N, N-二乙胺基香豆素醛时,它是采用下述方法制备的:
a.将摩尔比为1:2:1的二乙氨基水杨醛:丙二酸二乙酯 :哌啶加入到有机溶剂中,在120℃条件下回流18h,减压抽滤分离取溶液;再向其中加入浓盐酸与冰醋酸,在115℃条件下搅拌19h,冷却至室温,将所得溶液倒入冰水中,用NaOH溶液调节pH=5,得到沉淀物,室温搅拌1h,抽滤水洗干燥,得到中间产物;
所述反应物总量与有机溶剂体积比为2:15;
所述浓盐酸或冰醋酸与有机溶剂的体积比为2:3;
b.将重蒸过的DMF加入到POCl3中,在N2环境中搅拌30min,得红色澄清溶液;
所述DMF与POCl3的体积比为1:1;
将a步所得中间产物溶解在重蒸过的DMF中,逐滴加入到b步所得红色澄清溶液中,在70℃环境中搅拌16h后,倒入冰水中,用NaOH溶液调节pH=5.2,产生的沉淀过滤水洗干燥,用无水乙醇重结晶,得到7-N, N-二乙胺基香豆素醛。
所述步骤(1)中:有机溶剂优选为乙醇;更优选地,所述的分离提纯方法为:将反应产物冷却后抽滤,冰醋酸洗涤,乙醇重结晶。
所述步骤(2)中:有机溶剂优选为乙醇;更优选地,R-CHO/中间体A/吡咯烷和有机溶剂反应的比例为1mmol:3ml。
本发明的有益效果是:
本发明的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针,其结构是一种新型苯并吡喃二酮类化合物;通过紫外-可见吸收光谱法,荧光光谱研究了两个新型苯并吡喃二酮化合物与铜离子的相互作用,结果表明该两个苯并吡喃二酮化合物对铜离子都具有很好的响应,具有检测铜离子的功能;提供了一种新的检测铜离子的手段。
本发明的制备方法,对温度的要求低,容易控制,产品易于分离、收率高、纯度高。
附图说明
图1为实施例3所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的核磁共振氢谱;
图2为实施例3所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的核磁共振碳谱;
图3为实施例4所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的核磁共振氢谱;
图4为实施例4所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的核磁共振碳谱;
图5为实施例3所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针检测铜离子的吸收光谱曲线变化;
图6为实施例3所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针检测铜离子的荧光光谱;
图7为实施例4所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针检测铜离子的吸收光谱曲线变化;
图8为实施例4所制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针检测铜离子的荧光光谱。
具体实施方式
实施例1
制备4-羟基香豆素酮(中间体A)
在装有磁力搅拌和回流冷凝器的圆底烧瓶内依次加入10mL冰醋酸和4-羟基香豆素(3.24g,20mmol),加热至开始回流后,缓慢滴加溶于20mL冰醋酸的三氯氧磷(2.5mL,10mmol),再继续回流3.5h,TCL跟踪测试反应终点,冷却,抽滤,用冰醋酸洗涤,得到粗产品,用乙醇重结晶得到白色针状结晶即为中间体A,产率70.5%。对中间体A进行核磁共振图谱分析,1H NMR (400 MHz, CDCl3): 2.79(s, 3H), 7.30-7.37(m, 2H), 7.70(d, J = 7.6Hz, 1H), 8.07(d, J = 7.2Hz, 1H)。
实施例2
制备7-N, N-二乙胺基香豆素醛
a.将二乙氨基水杨醛(1.93g,10mmol)、丙二酸二乙酯 (3.2g,20mmol)、哌啶(1.0mL)加入到30mL乙醇溶剂中,在120℃条件下回流18h,减压抽滤分离取溶液;再向其中加入20mL浓盐酸与20mL冰醋酸,在115℃条件下搅拌19h,冷却至室温,将所得溶液倒入50mL冰水中,逐滴加入NaOH溶液调节pH=5,得到沉淀物,室温搅拌1h,抽滤水洗干燥,得到中间产物。
b.将重蒸过的DMF 6.5mL加入到6.5mL POCl3中,在N2环境中搅拌30min,溶液逐渐变成红色澄清溶液;
c.将a步所得中间产物溶解在30mLDMF中,逐滴加入到红色澄清溶液中,生成深红色悬浮液,在70℃环境中搅拌16h,倒入300ml冰水中,用NaOH溶液调节pH=5.2,产生大量沉淀,过滤水洗干燥,用无水乙醇重结晶,得到中间产品7-N, N-二乙胺基香豆素醛。对该产物进行核磁共振图谱分析,1H NMR (400 MHz, CDCl3): 1.26(t, J = 7.2Hz,6H),3.48(q, J = 7.2Hz, 4H), 6.50(s, 1H), 6.65(d, J = 9.2Hz, 1H), 7.42(d, J = 8.8Hz, 1H), 8.26(s, 1H),10.13(s, 1H)。
实施例3
制备苯并吡喃二酮化合物1(基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针)
在50mL圆底烧瓶中加入1.02g (5.0mmol)实施例1中制得的4-羟基香豆素酮、0.89g (5.0mmol) 4-N, N-二乙胺基苯甲醛和15mL乙醇,再加入0.4mL (5mmol) 吡咯烷,室温下搅拌15h,有黄色沉淀产生,然后将沉淀减压过滤,用乙醇清洗两次(5mL×2),得到黄色固体即为化合物1,产率92%。对所得化合物1进行核磁共振图谱分析,1H NMR(400Hz, CDCl3), 1.19(t,J = 7.2Hz, 6H), 1.98-2.07(m, 2H), 2.18-2.25(m, 2H), 3.41(q,J = 7.2Hz, 4H), 3.93-4.07(m, 4H), 6.58(d,J = 9.2Hz, 2H), 6.75(d,J= 14.8Hz, 1H), 7.24(t,J = 7.2Hz, 1H), 7.29(d,J = 8.4Hz, 1H), 7.43(d,J = 8.8Hz, 2H), 7.51(t,J = 8.0Hz, 1H), 7.59(d,J = 14.8Hz, 1H), 8.10(d,J =7.6Hz, 1H). 13C NMR(100Hz, CDCl3), 12.57, 24.25, 25.03, 44.61, 51.55, 53.49, 93.55, 111.22, 112.73, 116.54, 121.74, 122.15, 122.90, 125.65, 131.77, 132.57, 150.83, 153.93, 154.46, 162.80, 171.91, 174.00。
实施例4
制备苯并吡喃二酮化合物2(基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针)
在50mL圆底烧瓶中加入1.02g (5.0mmol)实施例1中制得的 4-羟基香豆素酮、1.23g (5.0mmol)实施例2中制得的7-N,N-二乙胺基香豆素醛和15mL乙醇,再加入0.4mL (5.0mmol) 吡咯烷,室温下搅拌13h,有红褐色沉淀产生,然后将沉淀减压过滤,用乙醇清洗两次(5mL×2),得到红褐色固体即为化合物2,产率为90%。对步骤所得红褐色固体进行核磁共振图谱分析,1H NMR(400Hz, CDCl3), 1.23(t, J = 7.2Hz, 6H), 2.02-2.09(m, 2H), 2.20-2.27(m, 2H), 3.45(q, J = 7.2Hz, 4H), 3.97-4.12(m, 4H), 6.46(s, 1H), 6.58(d, J = 8.8Hz, 1H), 7.23(t, J = 7.6Hz, 1H), 7.24(d, J = 8.8Hz, 1H), 7.28(d, J = 8.4Hz, 1H), 7.39(d, J = 14.8Hz, 1H), 7.51(t, J = 7.6Hz, 1H), 7.66(s, 1H), 7.90(d, J = 14.8Hz, 1H), 8.09(d, J = 8.0Hz, 1H)。13C NMR(100Hz, CDCl3), δ: 12.59, 24.63, 25.11, 45.27, 52.48, 54.40, 93.49, 96.87, 109.13, 109.99, 114.24, 116.70, 120.34, 122.03, 123.15, 125.84, 130.77, 132.18, 147.81, 148.87, 152.74, 154.55, 157.10, 159.83, 162.63, 173.32, 174.57. Calcd exact mass: 485.2076, found 485.2167。
实施例3和4制备的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针对铜离子的光物理检测。
化合物1和2在乙腈中对铜离子均有很快的响应时间(< 5s),故对其做随铜离子加入量的吸收光谱和荧光光谱变化曲线。
化合物1在λ=461 nm处存在强吸收,当向溶有化合物1的乙腈溶液中加入铜离子时,原λ=461nm处的吸收峰逐渐降低,同时在λ=581nm处出现一新吸收峰,吸收峰强度逐渐增加,但增加量不是很明显。当铜离子加入量达到0.5当量时,吸收曲线不再发生变化,反应达到饱和。以461nm作为激发波长,随着Cu2+加入量的增加,化合物1的荧光强度逐渐降低,其荧光强度降为原来的40%,荧光峰位发生10nm的蓝移。
化合物2 在λ=486 nm处存在强吸收,当向溶有化合物2的乙腈溶液中加入铜离子时,原λ=486 nm处的吸收峰逐渐降低,同时λ=635 nm处出现一新吸收峰,吸收峰强度逐渐增加。当铜离子加入量达到0.7当量时,吸收曲线不再发生变化,反应达到饱和。以350nm作为激发波长,随着Cu2+加入量的增加,化合物2荧光强度逐渐升高,其荧光强度增加到原来的5倍,荧光峰位发生28nm的红移。
由以上现象,我们可以得出结论,该两种苯并吡喃二酮类化合物对铜离子有很好的响应,具有检测铜离子的功能。
Claims (8)
1.一种基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针,其特征在于,其结构式为:
所述R为4-N, N-二乙胺基苯或7-N, N-二乙胺基香豆素。
2.一种权利要求1所述的基于苯并吡喃二酮的铜离子荧光探针的制备方法,其特征在于,它包括以下步骤:
(1)4-羟基香豆素在冰醋酸中乙酰化,得中间体A;
R-CHO、中间体A和吡咯烷在有机溶剂中反应,得苯并吡喃二酮类化合物铜离子荧光探针;
中间体A为4-羟基香豆素酮,其结构式为:
。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)采用下述方法完成:
在反应容器中依次加入冰醋酸和4-羟基香豆素,加热至开始回流后,缓慢滴加三氯氧磷的冰醋酸溶液,再继续加热回流3.5h以上,分离提纯;
所述冰醋酸和4-羟基香豆素的比例为1ml:2mmol;
所述三氯氧磷的冰醋酸溶液中三氯氧磷和冰醋酸的体积比为1:8;
所述冰醋酸和三氯氧磷的冰醋酸溶液的体积比为1:2.25。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)采用下述方法完成:R-CHO、中间体A和吡咯烷加入到有机溶剂中,室温搅拌12h以上,减压过滤,有机溶剂清洗后得目标产物。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中的R-CHO为7-N, N-二乙胺基香豆素醛时,它是采用下述方法制备的:
a.将摩尔比为1:2:1的二乙氨基水杨醛:丙二酸二乙酯 :哌啶加入到有机溶剂中,在120℃条件下回流18h,减压抽滤分离取溶液;再向其中加入浓盐酸与冰醋酸,在115℃条件下搅拌19h,冷却至室温,将所得溶液倒入冰水中,用NaOH溶液调节pH=5,得到沉淀物,室温搅拌1h,抽滤水洗干燥,得到中间产物;
所述反应物总量与有机溶剂体积比为2:15;
所述浓盐酸或冰醋酸与有机溶剂的体积比为2:3;
b.将重蒸过的DMF加入到POCl3中,在N2环境中搅拌30min,得红色澄清溶液;
所述DMF与POCl3的体积比为1:1;
c.将a步所得中间产物溶解在重蒸过的DMF中,逐滴加入到b步所得红色澄清溶液中,在70℃环境中搅拌16h后,倒入冰水中,用NaOH溶液调节pH=5.2,产生的沉淀过滤水洗干燥,用无水乙醇重结晶,得到7-N, N-二乙胺基香豆素醛。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述的分离提纯方法为:将反应产物冷却后抽滤,冰醋酸洗涤,乙醇重结晶。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,R-CHO/中间体A/吡咯烷和有机溶剂反应的比例为1mmol:3ml。
8.根据权利要求2、4或5所述的制备方法,其特征在于,所述的有机溶剂为乙醇。
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