CN104370848B - 以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针的合成方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针的合成方法及应用。该荧光探针是以羟基尼罗红(NR‑OH)、2,4‑二硝基苯磺酰氯为原料,以N,N‑二异丙基乙胺(DIEA)为缚酸剂,以二氯甲烷为溶剂,室温下经一步反应制备而成。该探针能对硫离子实行高灵敏度、高选择性的荧光检测。与现有的有机小分子荧光探针相比,本发明得到的荧光探针具有较长的发射波长,变色明显,可在THF‑H2O溶剂体系中实现对微量硫离子的高灵敏度、高选择性检测;且合成路线简单,易于纯化,适于放大合成和实际生产应用,在生物和环境检测领域有着巨大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及荧光传感材料制备及生物和环境离子检测技术领域,具体地说,涉及具有识别硫离子(S2-)功能的以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针的合成方法以及在硫离子检测中的应用。
背景技术
硫离子是一种公认的环境污染物,在生物体内参与一系列生理功能的调控。生物体内的硫离子一旦不能维持正常的浓度水平,就会引发如动脉和肺动脉高压、胃粘膜损伤、肝硬化等各种疾病。因此硫离子的检测在环境监测、生物医学等领域具有极其重要的意义。传统的检测方法有比色法、电化学分析法和色谱分析法等。这些方法通常要对样品进行复杂的预处理,还可能带来其它影响因素。荧光探针检测法因其具有操作简单、快速,便于实现实时原位检测等优点而受到广泛关注。因此设计新型荧光探针应用于硫离子检测具有重要意义。
设计荧光探针的机理一般包括光诱导电子转移(PET),光诱导电荷转移(ICT),激发单体-激基缔合物(ME)和荧光共振能量转移(FRET)等几类。其中,典型PET机理设计的荧光探针原理明确,该类探针由一个包含电子给体的识别基团通过间隔基与荧光团相连而构成,与被检测物结合前后,荧光强度差别非常大,呈明显的“关”,“开”状态。合成荧光探针的常用母体有尼罗红类,罗丹明类,荧光素类,苯并噻唑类等。其中,尼罗红类荧光探针具有较长的荧光发射波长(λem>600nm),这一特征可以有效地减小复杂样品中背景荧光和散射干扰,提高检测的灵敏度和准确性。因此,设计合成尼罗红类硫离子荧光探针具有重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针的合成方法,进一步应用表明,该荧光探针能在四氢呋喃-水(THF-H2O)溶剂体系中实现对硫离子的高灵敏度、高选择性的识别功能。
本发明的目的是通过下述方式实现的:
一种以羟基尼罗红(NR-OH)为母体的硫离子荧光探针的合成方法,具体包括以下步骤:
(1)称取一定量的羟基尼罗红溶于二氯甲烷,然后加入N,N-二异丙基乙胺(DIEA),再称取一定量的2,4-二硝基磺酰氯溶于二氯甲烷,充N2保护15min后用恒压滴液漏斗将2,4-二硝基磺酰氯溶液滴入羟基尼罗红溶液中,室温搅拌48~72小时,得到羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯的二氯甲烷溶液,羟基尼罗红、N,N-二异丙基乙胺及2,4-二硝基磺酰氯的摩尔比为1.0:1.5~3.0:1.2~2.4。
(2)将羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯的二氯甲烷溶液用饱和氯化钠溶液洗涤3~5次,有机层再用无水硫酸钠干燥(搅拌30~60min),再减压除去大部分的二氯甲烷(体积约5~10ml),点板层析过柱(石油醚、乙酸乙酯体积比为2:1的混合物),过柱后的滤液旋干,所得固体用二氯甲烷溶解,再加入无水乙醇至晶体刚好析出,放置12~24小时,离心,真空干燥,即得一种以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针即羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯。合成路线如下式:
一种根据上述的的合成方法制备的硫离子荧光探针。
一种根据上述的合成方法制备的硫离子荧光探针在硫离子检测中的应用。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明制备的探针,其C-S键能在THF-H2O介质中,被硫离子选择性地打开,从而PET过程被抑制,荧光团母体结构恢复,发出荧光,并且该探针能在1min内对S2-产生快速的荧光响应,10分钟即达到最大荧光值,体系颜色变化明显(蓝→红)。随着S2-浓度的增加,荧光强度逐渐增强,红色逐渐加深,而加入其它阴离子和半胱氨酸,荧光强度和体系颜色几乎没有变化,从而可实现对S2-的高灵敏度、高选择性、高时效性的识别和检测。
(2)本发明的探针合成路线简单,条件温和,易于纯化,适合放大合成和实际生产应用。
附图说明
图1为硫离子荧光探针对硫离子的识别机理示意图。
图2为探针(羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯)的质谱图。
图3为不同浓度的硫离子与探针反应后的荧光发射光谱图:
溶剂体系THF:H2O=1:1(v:v),pH为7.4,探针浓度3μmol·L-1,S2-浓度:0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.4,1.8,2.2,2.6,3.0μmol·L-1,λex=560nm。
图4硫离子浓度与荧光强度(λem=630nm)的线性关系图:
F为反应体系加入S2-反应后的荧光强度(λem=630nm),F0为空白在相同时刻的荧光强度(λem=630nm)。
图5为探针与不同的阴离子反应后的荧光发射光谱图:
溶剂体系THF:H2O=1:1(v:v),pH为7.4,探针浓度3μmol·L-1,S2-浓度3μmol·L-1,其中blank为空白试样,其它阴离子浓度15μmol·L-1,λex=560nm.
图6为不同的阴离子与硫离子共存时对反应体系荧光强度的影响的柱状图:
溶剂体系THF:H2O=1:1(v:v),pH为7.4,探针浓度3μmol·L-1,S2-浓度3μmol·L-1,其它阴离子浓度15μmol·L-1,λex=560nm。S2-+阴离子序号从1到17分别为S2-,S2-+F-,S2-+Cl-,S2-+Br-,S2-+I-,S2-+SO4 2-,S2-+HSO3 2-,S2-+SO3 2-,S2-+S2O3 2-,S2-+C2O4 2-,S2-+Ac-,S2-+SCN-,S2-+NO3 -,S2-+NO2 -,S2-+CO3 2-,S2-+HCO3 -,S2-+Cys。F为反应体系加入硫离子反应后的荧光强度(λem=630nm),F0为空白在相同时刻的荧光强度(λem=630nm)。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针(羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺 酰酯)的合成方法,具体包括以下步骤:
(1)称取A(NR-OH(50mg,0.15mmol))溶于10ml精制二氯甲烷,然后加入DIEA(45mg,0.35mmol),再称取B(2,4-二硝基磺酰氯(60mg,0.21mmol))溶于10ml精制二氯甲烷,充N2保护15min后用恒压滴液漏斗将B的溶液滴入A中,室温搅拌72小时,得到羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯的二氯甲烷溶液;
(2)将羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯的二氯甲烷溶液用20ml饱和氯化钠溶液洗涤3次,有机层再用无水硫酸钠干燥(搅拌30min),再减压除去大部分的二氯甲烷(体积约5~10ml),点板层析过柱(石油醚:乙酸乙酯=2:1),过柱后的滤液旋干,所得固体用5ml二氯甲烷溶解,再加入无水乙醇至晶体刚好析出,放置24小时,离心,真空干燥,即得一种以羟基尼罗红为母体的硫离子荧光探针(羟基尼罗红-2,4-二硝基苯磺酰酯)。
实施例2
硫离子的检测实验。
(1)标准测试液的配制:在10ml容量瓶中加入5.0ml的THF、0.43mmol·L-1的探针溶液70μl,0.2mol·L-1的pH值为7.4的磷酸盐缓冲溶液0.5ml,用二次蒸馏水稀释至10ml,此时探针浓度为3μmol·L-1。
(2)硫离子的检测:取3.0ml标准测试液置于4ml比色皿中,逐渐加入S2-,使其浓度为(0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.4,1.8,2.2,2.6,3.0μmol·L-1)。常温下搅拌反应10min测其荧光强度(λex=560nm,λem=585nm)。得到探针与不同浓度硫离子反应的荧光光谱图(见图3)。由图3可知,随着硫离子浓度增大,荧光强度增大,说明探针对硫离子有很好的响应性。
(3)硫离子浓度与荧光强度的线性关系:以F-F0为纵坐标(F为最大发射波长λem=630nm处的荧光强度,F0为一个不加S2-的标准测试液做为空白,相同反 应条件下的荧光强度),以S2-的浓度(μmol·L-1)为横坐标得到硫离子浓度与荧光强度(λem=630nm)的线性关系图(见图4)。由图4可知,反应体系的荧光强度与硫离子的浓度有很好的线性关系。
实施例3
硫离子的选择性实验。
(1)标准测试液的配制:在10ml容量瓶中加入5.0ml THF、70μl0.43mmol.L-1的探针溶液,0.5ml 0.2mol.L-1的磷酸盐缓冲溶液,用二次蒸馏水稀释至10ml,此时探针浓度为3μmol·L-1。
(2)取3.0ml标准测试液置于4ml比色皿中,分别加入阴离子:S2-,F-,Cl-,Br-,I-,SO4 2-,HSO3 -,SO3 2-,S2O3 2-,C2O4 2-,Ac-,SCN-,NO3 -,NO2 -,CO3 -,HCO3 -,Cys,使其浓度分别为3μmol.L-1,常温下搅拌反应10min后测其荧光强度(λex=560nm;λem=585nm),得到探针与不同阴离子反应后的荧光发射光谱图(见图5)。由图5可知,加入S2-后,荧光强度显著增强,而加入等量的其它阴离子后荧光强度没有明显变化,这说明反应体系对S2-有很高的选择性。
(3)在盛有3ml标准测试液的4ml比色皿中,加入3μmol.L-1S2-和15μmol.L-1阴离子,S2-+阴离子序号从1到17分别为S2-,S2-+F-,S2-+Cl-,S2-+Br-,S2-+I-,S2-+SO4 2-,S2-+HSO3 2-,S2-+SO3 2-,S2-+S2O3 2-,S2-+C2O4 2-,S2-+Ac-,S2-+SCN-,S2-+NO3 -,S2-+NO2 -,S2-+CO3 2-,S2-+HCO3 -,S2-+Cys。常温搅拌10min后,测其荧光(λex=560nm,λem=585nm),记录最大发射波长λex=630nm处的荧光强度F,同时以一个不加阴离子的标准测试液作为空白对照,相同反应条件下测其荧光强度F0,以F-F0为纵坐标,阴离子为横坐标,得到不同的阴离子与S2-共存时对反应体系荧光强度的影响的柱状图。结果如图6所示。由图6可知,当阴离子与S2-共存时,对S2-与探针反应产生的荧光强度几乎没有影响,进一步说明探针 对S2-具有很高的选择性。
上述实施例仅用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明所作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种硫离子荧光探针在硫离子检测中的应用,其特征在于,所述的硫离子荧光探针的结构式为:
。
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