CN104263354A - 一种接力型多功能荧光探针、其制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接力型多功能荧光探针、其制备方法及其用途，属于功能材料领域。本发明荧光探针的制备方法是将N-[2-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]-2-氯乙酰胺、二-(吡啶亚甲基)胺、N，N-二异丙基乙胺和碘化钾，加入乙腈中，在氮气保护下搅拌加热回流；反应结束后减压蒸除溶剂，将残留物经柱层析分离，从而得到荧光探针N-[2-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]-2-二(2-吡啶亚甲氨基)乙酰胺。本发明荧光探针具有优良的水溶性，可以用于水环境体系中对锌离子、焦磷酸根以及硫离子的监测分析及示踪，并且对目标离子的测定具有良好的灵敏度。

Description

一种接力型多功能荧光探针、其制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别涉及一种接力型多功能荧光探针、其制备方法及其用途。

背景技术

金属离子和阴离子的荧光识别已经成为当前非常活跃的研究领域之一。锌离子、焦磷酸根(PPi)以及硫离子(S^2-)的荧光识别在生命科学和环境监测等方面都具有重要的意义，近年来受到了普遍关注。目前，用于识别锌离子、焦磷酸根(PPi)以及硫离子(S^2-)的荧光探针主要依据探针分子在同一发射波长位置表现为荧光增强或猝灭，因此这类荧光探针容易受到探针浓度、激发光波长和检测环境等外界条件的影响，降低了测定结果的准确性。迄今为止尚无使用一个探针分子即可实现这三种离子识别的相关报道。

尽管目前已有种类繁多、数量庞大的基于各种识别机制而设计合成的荧光探针分子被报道，但是绝大多数已经报道的荧光探针都是针对某一特定离子的高选择性识别而设计的，在满足专一性识别功能的同时，这种荧光探针和被检测离子“一对一”的定制合成方式也大大增加了合成研究的工作量。现有的多功能荧光探针在识别不同的目标离子时，通常需要大量摸索测试的溶剂条件或综合运用不同类型的检测信号模式才能达到多功能识别的目的，因此造成检测过程复杂，也为实际应用带来一定的困难。

接力识别使得两种离子的识别操作可在同一测试条件下连续进行，具有操作简单的显著优点。虽然已经出现少数具有接力识别功能的荧光探针分子可以使用一个荧光探针分子在同一条件下实现对两种离子的连续识别，但是具有接力识别功能并且可以识别三种离子的荧光探针尚未见报道。因此，赋予一个探针分子多种识别功能，并使识别操作可在同一条件下完成具有连续操作性，可以大大简化多种离子的识别过程。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种接力型多功能荧光探针，其制备方法及其用途。

本发明实现上述目的所采取的具体技术方案为：

一种接力型多功能荧光探针，所述接力型多功能荧光探针具有激发态分子内质子转移性质，其结构式如下：

一种接力型多功能荧光探针的制备方法，所述方法按如下步骤进行：

称取0.400g的N-[2-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]-2-氯乙酰胺、0.391g的二-(吡啶亚甲基)胺、1-2mL的N，N-二异丙基乙胺和0.104g碘化钾，加入140mL干燥的乙腈中，在氮气保护下搅拌加热回流6～10h；反应结束后减压蒸除溶剂，用洗脱液将残留物经柱层析分离，即得。

优选地，所述N，N-二异丙基乙胺为1.72mL。

优选地，所述加热回流的温度为82℃，所述加热回流的时间为10h。

优选地，所述洗脱液为体积比为10∶1的乙酸乙酯和甲醇。

一种接力型多功能荧光探针的用途，所述用途是对水环境体系中锌离子、焦磷酸根以及硫离子的检测及示踪中的应用。

有益效果：

本发明提供的接力型多功能荧光探针合成方法简单，产物分离提纯过程容易，具有优良的水溶性，可在水溶液中接力型多功能识别锌离子(Zn²⁺)、焦磷酸根(PPi)以及硫离子(S^2-)，对目标离子的测定具有良好的灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针的核磁共振氢谱(¹HNMR)图；

图2是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针的核磁共振碳谱(¹³C NMR)图；

图3是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针及其与各种金属离子作用后的荧光发射光谱变化图；

图4是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针在不同浓度锌离子存在下荧光发射光谱变化图；

图5是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针对锌离子的检测限计算图；

图6是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针-锌离子与其它阴离子作用前后的荧光发射光谱变化图；

图7是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针-锌离子与0μmol/L～30μmol/L的硫离子作用后的荧光发射光谱变化图；

图8是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针-锌离子对硫离子的检测限计算图；

图9是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针-锌离子与0μmol/L～50μmol/L的焦磷酸根作用后的荧光发射光谱变化图；

图10是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针-锌离子对焦磷酸根的检测限计算图；

图11是本发明实施例提供的接力型多功能荧光探针及其与锌离子作用后，荧光探针-锌离子与焦磷酸根及硫离子作用后的荧光发射光谱变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的阐明，以便更好的理解本发明。

实施例1：一种接力型多功能荧光探针的制备

(1)合成接力型多功能荧光探针的反应式：

(2)合成接力型多功能荧光探针的具体步骤：

称取0.400g的N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-氯乙酰胺)、0.391g二-(吡啶亚甲基)胺、1.5mL N，N-二异丙基乙胺和0.104g碘化钾，溶于140mL干燥的乙腈中，在氮气保护下搅拌加热回流10h，其中加热回流温度为82℃；反应结束减压蒸除溶剂，用体积比为10∶1的乙酸乙酯和甲醇的洗脱液将残留物经柱层析分离，得到接力型多功能荧光探针N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)，得率为68％。

实施例2：一种接力型多功能荧光探针的制备

称取0.400g的N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-氯乙酰胺)、0.391g二-(吡啶亚甲基)胺、1.8mL N，N-二异丙基乙胺和0.104g碘化钾，溶于140mL干燥的乙腈中，在氮气保护下搅拌加热回流6h，其中加热回流温度为82℃；反应结束减压蒸除溶剂，用体积比为10∶1的乙酸乙酯和甲醇的洗脱液将残留物经柱层析分离，得到接力型多功能荧光探针N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)，得率为65％。

实施例3：一种接力型多功能荧光探针的制备

称取0.400g的N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-氯乙酰胺)、0.391g二-(吡啶亚甲基)胺、1.8mL N，N-二异丙基乙胺和0.104g碘化钾，溶于140mL干燥的乙腈中，在氮气保护下搅拌加热回流10h，其中加热回流温度为82℃；反应结束减压蒸除溶剂，用体积比为10∶1的乙酸乙酯和甲醇的洗脱液将残留物经柱层析分离，得到接力型多功能荧光探针N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)，得率为72％。

实施例1～实施例3制备的接力型多功能荧光探针N-(2-(1H-苯并咪唑基)苯基)-2-二(2-吡啶亚甲氨基)乙酰胺的基本数据如下：

熔点：101-102℃；

核磁分析：¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ11.56(s，2H)，8.67(d，J＝8.4Hz，2H)，8.42(d，J＝4.0Hz，4H)，8.04(d，J＝7.6Hz，2H)，7.61(d，J＝8.0Hz，4H)，7.54(t，J＝7.6Hz，6H)，7.24(d，J＝8.4Hz，2H)，7.07(t，J＝6.0Hz，4H)，3.97(s，8H)，3.64(s，4H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ170.48，162.92，157.24，148.54，137.20，133.09，128.36，123.79，122.57，121.91，60.24，58.56.

实施例4：对锌离子(Zn²⁺)和其它金属离子的选择性检测

向2mL 10μmol/L N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)(接力型多功能荧光探针)的水溶液(N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸HEPES 10mmol/L，pH＝7.4)，分别加入10μmol/L的其它金属离子(Ni²⁺，Hg²⁺，Ba²⁺，Mg²⁺，K⁺，Al³⁺，Mn²⁺，Pb²⁺，Na⁺，Sr²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Ag⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Cu²⁺，Cd²⁺)和锌离子(Zn²⁺)，15min后检测溶液的荧光光谱变化如图3所示。由图3可以看出，其它金属离子(Ni²⁺，Hg²⁺，Ba²⁺，Mg²⁺，K⁺，Al³⁺，Mn²⁺，pb²⁺，Na⁺，Sr²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Ag⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Cu²⁺，Cd²⁺)对接力型多功能荧光探针的荧光光谱几乎没有影响。

10μmol/L N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)(接力型多功能荧光探针)的水溶液(N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸HEPES 10mmol/L，pH＝7.4)，加入0μmol/L～20μmol/L的锌离子(Zn²⁺)，测试出的荧光图谱变化情况如图4所示。由图4可以看出，随着锌离子(Zn²⁺)的量的不断加入，378nm处的发射峰荧光强度不断减弱，而在445nm处出现新的发射峰，且荧光强度不断增强，在加入20μmol/L的锌离子(Zn²⁺)时达到饱和。

实施例5：接力识别焦磷酸根(PPi)和硫离子(S^2-)的选择性检测

向2mL 10μmol/L N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)与锌离子(Zn²⁺)作用后形成的配合物(接力型多功能荧光探针-锌离子)的水溶液(N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸HEPES10mmol/L，pH＝7.4)，分别加入30μmol/L的阴离子(F^-，Cl^-，Br^-，I^-，SCN^-，PO₄ ^3-，PPi，S₂O₃ ^2-，H₂PO₄ ^-，HPO₄ ^2-，NO₂ ^-，NO₃ ^-，AcO^-，ClO₄ ^-，SO₄ ^2-，HSO₄ ^-，CO₃ ^2-，HCO₃ ^-，S^2-)，15min后检测出的荧光图谱变化情况如图6所示。由图6可以看出，硫离子(S^2-)可以使接力型多功能荧光探针-锌离子(Zn²⁺)的荧光恢复到荧光探针自身的状态，焦磷酸根(PPi)可使接力型多功能荧光探针-锌离子(Zn²⁺)的荧光发射发生蓝移，说明该接力型多功能荧光探针-锌离子(Zn²⁺)体系对硫离子(S^2-)和焦磷酸根(PPi)的高度选择性。

10μmol/L N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)与锌离子(Zn²⁺)作用后形成的配合物(接力型多功能荧光探针-锌离子)的水溶液(N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸HEPES 10mmol/L，pH＝7.4)，加入0μmol/L～30μmol/L的硫离子(S^2-)后，测试出的荧光图谱变化情况如图7所示。由图7可以看出，随着硫离子(S^2-)的量的不断加入，445nm处的发射峰不断减弱，而在378nm处的发射峰荧光强度不断增强，在加入30μmol/L的硫离子(S^2-)时达到饱和。

10μmol/L N，N′-((1，3，4-噁二唑-2，5-基)双(2，1-苯基))双(2-(二(吡啶-2-亚甲基)氨基)乙酰胺)与Zn²⁺作用后形成的配合物(接力型多功能荧光探针-锌离子)的水溶液(N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸HEPES 10mmol/L，pH＝7.4)，加入0μmol/L～50μmol/L的焦磷酸根(PPi)后，测试出的荧光图谱变化情况如图9所示。由图9可以看出，随着焦磷酸根(PPi)的量的不断加入，在445nm处的发射峰不断减弱，而在397nm处的发射峰荧光强度不断增强，加入50μmol/L的焦磷酸根(PPi)时达到饱和。

以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，本发明不仅限于此，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种接力型多功能荧光探针，其特征在于，所述接力型多功能荧光探针具有激发态分子内质子转移性质，其结构式如下：

2.一种权利要求1所述的接力型多功能荧光探针的制备方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：

称取0.400g的N-[2-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]-2-氯乙酰胺、0.391g的二-(吡啶亚甲基)胺、1～2mL的N，N-二异丙基乙胺和0.104g碘化钾，加入140mL干燥的乙腈中，在氮气保护下搅拌加热回流6～10h；反应结束后减压蒸除溶剂，用洗脱液将残留物经柱层析分离，即得。

3.根据权利要求2所述的接力型多功能荧光探针的制备方法，其特征在于，所述N，N-二异丙基乙胺为1.72mL。

4.根据权利要求2所述的接力型多功能荧光探针的制备方法，其特征在于，所述加热回流的温度为82℃，所述加热回流的时间为10h。

5.根据权利要求2所述的接力型多功能荧光探针的制备方法，其特征在于，所述洗脱液为体积比为10∶1的乙酸乙酯和甲醇。

6.一种权利要求1所述的接力型多功能荧光探针的用途，其特征在于，对水环境体系中锌离子、焦磷酸根以及硫离子的检测及示踪中的应用。