CN104449675B - 一种基于罗丹明B的Cr3+传感器、制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于罗丹明B的Cr³⁺传感器、制备及应用。采用紫外‑可见分光光度计以及荧光分光光度计测定水相中罗丹明类探针的特征峰的强度变化，进而确定Cr³⁺的存在。本发明以罗丹明B(Rhodanmine B)为前体合成目标产物2,2'‑硫代双(N‑(2‑(3'，6'‑双(二乙氨基)‑3‑氧代螺[异二氢吲哚‑1,9'‑呫吨]‑2‑基)乙基)乙酰胺)。本发明提供了目标产物在Cr³⁺检测中的应用，发现其对Cr³⁺有很好的检测效果，与现有技术相比，本发明采用的原料易得，合成步骤简单，后处理亦很方便，较易实现大规模生产，在检测Cr³⁺方面有很大的应用前景。

Description

一种基于罗丹明B的Cr3+传感器、制备及应用

技术领域

本发明属于生物化学领域，具体涉及一种基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器、制备及应用。

背景技术

铬是人体必需的微量元素，在人体内的重要功能是作为胰岛素的协助因子,它能改善胰岛素的敏感性,提高其活性,促进组织摄取循环中的葡萄糖,维持血糖稳定,此外Cr³⁺还具有抗应激反应的作用。三价铬是对人体有益的元素，但含量过高会引起重金属中毒。鉴于铬中毒对人体的严重影响，研究一种能够快速方便检测Cr³⁺的方法具有十分重要的意义。

目前，检测Cr³⁺离子的方法主要有：原子吸收光谱法、原子荧光光度法、可见分光光度法、离子色谱-电感耦合等离子体质谱法、高效液相色谱法等，然而这些方法存在很多缺点，如所需仪器价格较为昂贵费时，携带不便，敏感性差，所测定的Cr³⁺浓度范围不大，对于含铬量较小的细胞中测量则更是困难等。与此相反，由于化学发光不需要任何光源，因而在对荧光探针进行化学发光成像检测时，不存在荧光检测或者荧光成像时不可避免的光学背景的干扰，从而可以获得更低的检出限。

罗丹明类染料由于其摩尔吸光系数较大，荧光量子产率高、光谱性能优越、结构简单、易于修饰、吸收波长范围广等优势，已经被广泛应用与分子探针设计，目前，罗丹明类分子探针多用于检测Fe³⁺，Cr³⁺，Zn²⁺等。

文献1(Weerasinghe A J,Schmiesing C,Sinn E.Highly sensitive and selective reversible sensor for the detection of Cr³⁺[J].Tetrahedron Letters,2009,50(46):6407-6410.)报道了一种利用罗丹明类衍生物和2-甲醛噻吩物进行缩合，合成出一种新型的Cr³⁺传感器的方法，产率81％。

文献2(Huang K,Yang H,Zhou Z,et al.Multisignal chemosensor for Cr³⁺and its application in bioimaging[J].Organic Letters,2008,10(12):2557-2560.)报道了一种利用罗丹明酰肼和8-羟基喹啉衍生物缩合反应后再与二茂铁反应合成出一种新型的Cr³⁺传感器的方法，产率60％。

上述文献所报道的合成方法存在以下缺陷

(1)如文献1中，选择性不是特别好，对Hg²⁺也有响应，而且效果和Cr³⁺相当。

(2)如文献2中，合成步骤多，且反应产率不高。

上述缺陷造成至今为止，应用现有工艺方法难以得到合成简单，产率高而且选择性较好的Cr³⁺传感器制备方法。

发明内容

本发明目的是提供一种基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器、制备及应用。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器，该荧光传感器的结构如下：

本发明中基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将罗丹明B与过量的乙二胺在无水乙醇中回流过夜，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，最后得到淡黄色粉末，即化合物2；

第二步，将第一步中得到的化合物2与DCC(N,N'-二环己基碳二亚胺)、HOBT(1-羟基苯并三唑)、TEA(N,N-二乙基乙胺)常温混合，然后加入硫代二甘酸，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，得到粉红色粉末即为所述Cr³⁺荧光传感器。

本发明第一步反应中，罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1：5，反应时间为12h。

本发明第一步反应中，反应得到的粗产物使用硅胶柱进行分离纯化，洗脱液为 MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

本发明第二步反应中，化合物2为1eq，N,N'-二环己基碳二亚胺：1-羟基苯并三唑：N,N-二乙基乙胺＝1.2eq：1.2eq：1.5eq，硫代二甘酸为0.5eq，反应时间4-6h。

本发明第二步反应中，得到的粗产物使用硅胶柱进行分离纯化，洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

本发明中所述的基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器用于检测Cr³⁺。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)本发明以罗丹明为主体合成了一种新型Cr³⁺荧光传感器，具有良好的光稳定性，长波长发射以及量子产率高等优点。(2)本发明所选用原料成本低，合成步骤简单，后处理亦很方便，较易实现大规模生产。(3)本发明采用酸铵缩合反应方式，合成方法简单，反应条件温和，且产率较高。(4)本发明所涉及传感器能选择性检测Cr³⁺，且敏感度较高，在检测环境中的Cr³⁺方面具有很大的应用前景。

附图说明

图1为本发明的化合物2¹H NMR。

图2为本发明的化合物2¹³C NMR。

图3为本发明的化合物3¹H NMR。

图4为本发明的化合物3¹³C NMR。

图5为本发明的化合物3的紫外选择性。

图6为本发明的化合物3的荧光选择性。

具体实施方式

(一)传感器化合物的合成

本发明提供了目标产物在Cr³⁺检测中的应用，发现其对Cr³⁺有很好的检测效果。本发明合成路线如下：

(二)荧光性能测试

将CdCl₂·2.5H₂O,CuCl₂·2H₂O,AlCl₃,KCl,FeCl₃·6H₂O,PbCl₂,AgNO₃,HgCl₂,NiCl₂·6H₂O,FeCl₂·4H₂O,MgCl₂·6H₂O,NaCl,ZnCl₂,CrCl₃·6H₂O,Ba(NO₃)₂,CuCl,LiCl·H₂O,MnCl₂·4H₂O,CoCl₂·6H₂O,CaCl₂等不同重金属离子以及HCl加入化合物3的溶液中，进行荧光响应测试。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

荧光化学传感器的合成

1.化合物2的合成

将罗丹明B(960mg，2mmol)与乙二胺(1.3ml，20mmol)在无水乙醇(40ml)中，控制反应温度在80℃，反应时间为12h，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，经硅胶柱分离得到淡黄色固体(880mg，92％)。化合物2¹H NMR，¹³C NMR分别如图1，图2所示。

2.化合物3的合成

将化合物2(121mg，0.25mmol)溶解于二氯甲烷(5ml)中，加入DCC(N,N'-二环己基碳二亚胺，62mg，0.3mmol)、HOBT(1-羟基苯并三唑，40mg，0.3mmol)、TEA(N,N-二乙基乙胺，52uL，0.375mmol)，然后加入硫代二甘酸(19mg，0.125 mmol)，待反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，经柱分离之后最终得到淡红色固体(105mg，80％)。化合物3¹H NMR，¹³C NMR分别如图3，图4所示。

实施例2

紫外选择性能测试

Cr³⁺荧光传感器3在甲醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物3可以溶解在MeOH：HEPES(10mM，pH＝7.2)＝3：1混合液中，配制500ml该溶液作为储备液(pH＝7.2)。

精确配置Cr³⁺荧光传感器3为1×10^-3mol/L MeOH-H₂O混合液(3/1，V/V)，金属离子Cr³⁺，Ca²⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，Ba²⁺，Co²⁺，Zn²⁺，Li⁺，Cd²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cu⁺，Mn²⁺，Pb²⁺，Hg²⁺，Cs²⁺，Al³⁺，Ni²⁺，Fe³⁺等浓度为5×10^-3mol/L水溶液,以及用MeOH：HEPES(10mM,pH＝2.1，3/1,V/V)溶液。

紫外选择性实验如图5所示，取3ml储备液置于液体池中，加入60uL Cr³⁺荧光传感器3溶液，测其初始紫外吸收值，然后分别加入配置好的各种金属离子溶液60uL，测量其稳定时的紫外吸收强度。观察图5可知，化合物3对Cr³⁺有明显响应效果，并且在556nm处紫外吸收强度达到最大值，也即化合物3对Cr³⁺有很好的选择性。

实施例3

荧光选择性能测试

Cr³⁺荧光传感器3在甲醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物3可以溶解在MeOH：HEPES(10mM，pH＝7.2)＝3：1混合液中，配制500ml该溶液作为储备液(pH＝7.2)。

精确配置Cr³⁺荧光传感器3为1×10^-3mol/L MeOH-H₂O混合液(3/1，V/V)，金属离子Cr³⁺，Ca²⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，Ba²⁺，Co²⁺，Zn²⁺，Li⁺，Cd²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cu⁺，Mn²⁺，Pb²⁺，Hg²⁺，Cs²⁺，Al³⁺，Ni²⁺，Fe³⁺等浓度为5×10^-3mol/L水溶液,以及用MeOH：HEPES(10mM,pH＝2.1，3/1,V/V)溶液。

荧光选择性实验如图6所示，取3ml储备液置于液体池中，加入60uL Cr³⁺荧光传感器3溶液，测其初始荧光强度值，然后分别加入配置好的各种金属离子溶液60uL，测量其稳定时的荧光强度。观察图6可知，化合物3对Cr³⁺有明显响应效果，并且在580nm处荧光强度达到最大值，也即化合物3对Cr³⁺有很好的选择性。

Claims (5)

1.一种基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将罗丹明B与过量的乙二胺在无水乙醇中回流过夜，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，最后得到如下结构的化合物2，

第二步，将第一步中得到的化合物2与N,N'-二环己基碳二亚胺、1-羟基苯并三唑、N,N-二乙基乙胺常温混合，然后加入硫代二甘酸，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，得到所述Cr³⁺荧光传感器，其结构式如下：

2.如权利要求1所述的基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，第一步反应中，罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1：5，反应时间为12h。

3.如权利要求1所述的基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，第一步反应中的硅胶柱分离采用MeOH：CH₂Cl₂＝1：50的洗脱液。

4.如权利要求1所述的基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，第二步反应中，化合物2为1eq，N,N'-二环己基碳二亚胺：1-羟基苯并三唑：N,N-二乙基乙胺＝1.2eq：1.2eq：1.5eq，硫代二甘酸为0.5eq，反应时间4-6h。

5.如权利要求1所述的基于罗丹明B的Cr³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，第二步反应中的硅胶柱分离采用MeOH：CH₂Cl₂＝1：50的洗脱液。