CN105085404A

CN105085404A - 组氨酸甲酯修饰的芘化合物及其合成方法和应用

Info

Publication number: CN105085404A
Application number: CN201510478085.9A
Authority: CN
Inventors: 马立军; 唐健; 陈志�; 龙镇涛; 李宛珊; 李煦田
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: CN105085404B

Abstract

本发明公开了组氨酸甲酯修饰的芘化合物及合成方法、应用、回收方法以及检测汞离子浓度的方法。该化合物结构式为：

Description

组氨酸甲酯修饰的芘化合物及其合成方法和应用

技术领域

本发明涉及组氨酸甲酯修饰的芘化合物及合成方法、应用、回收方法以及检测汞离子浓度的方法。

背景技术

汞是一种有毒的重金属元素，广泛存在于环境介质和食物链中，其对人体的危害性极大。汞一旦进入人体后可与蛋白质及酶系统中的巯基结合，抑制其功能，甚至使其失活。另外汞对大脑、泌尿系统和骨骼也有重大的损伤，尤其当青少年体内含有较高浓度的汞，会对日后的生长发育造成严重且不可逆的伤害。长期以来，由汞所带来的环境污染事件累见不鲜，从最著名的日本水俣事件，到中国贵州铜仁汞污染事件，无一不提示我们汞污染的危害正日益扩大。汞的检测方法有冷原子吸收光谱法、分光光度法、电化学法以及荧光探针法等。然而，与传统方法相比，荧光探针法具有操作简便、对仪器设备要求不高、能够实时原位检测的优点，并且其高灵敏度、高选择性更是日益受到人们的关注。由于汞大多数存在于环境水体系中，因此设计合成一种能够在水溶液中高效灵敏地检测汞离子的荧光探针显得尤其重要。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种新的化合物，命名为组氨酸甲酯修饰的芘化合物。

本发明的另一个目的在于提供组氨酸甲酯修饰的芘化合物作为检测汞离子荧光离子探针的应用。

本发明的再一个目的在于提供一种基于组氨酸甲酯修饰的芘化合物的汞离子浓度的检测方法。

本发明的另一个目的在于提供一种组氨酸甲酯修饰的芘化合物的回收方法。

本发明所采取的技术方案是：

组氨酸甲酯修饰的芘化合物，其结构式如式Ⅰ所示：

组氨酸甲酯修饰的芘化合物的合成方法，包括以下步骤：

1)冰盐浴下，将甲醇、二氯亚砜、组氨酸三者搅拌混和10-20min；再于室温下搅拌混和2-4h；再于70-80℃下回流30-40min，冷却至室温，除甲醇，加乙醚析出固体物质，再于0-6℃下冷却2-4h，析出沉淀，过滤取滤渣、干燥，得到组氨酸甲酯盐酸盐；

2)将芘甲酸溶于二氯甲烷中，加入二氯亚砜，加热搅拌回流6～8h，反应完全后，减压蒸去溶剂，得到芘甲酰氯；

3)将组氨酸甲酯盐酸盐溶液和缚酸剂混合，再将芘甲酰氯溶液滴入其中，在室温下反应完全，抽滤并除去溶剂得到粗产物，用二氯甲烷溶解粗产物，水洗涤至水层呈中性，除去缚酸剂，有机层用干燥剂干燥，抽滤，蒸干滤液，将得到的粗产品进行柱层析分离提纯，即得组氨酸甲酯修饰的芘化合物，也称为芘甲酰组氨酸甲酯。

进一步的，上述缚酸剂为胺类缚酸剂。

进一步的，上述步骤3)中柱层析所用的展开剂为乙酸乙酯和甲醇按体积比40：(0～2)的的混合物。

组氨酸甲酯修饰的芘化合物在汞离子检测中的应用。

一种检测汞离子浓度的方法，步骤为：

1)制作标准曲线：将不同标准浓度的汞离子溶液分别加入到权利要求1所述的组氨酸甲酯修饰的芘化合物制成的溶液中，记录汞离子浓度与溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；

2)检测记录：将含有汞离子的待测溶液加入到组氨酸甲酯修饰的芘化合物制成的溶液中，记录溶液的荧光变化量；

3)计算：根据标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度。

进一步的，上述步骤2)的具体为：将含有汞离子的待测溶液加入到已知浓度的组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液中，待测溶液的加入量为使得组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液的荧光达到最大的淬灭值，记录该荧光变化量。

组氨酸甲酯修饰的芘化合物的回收方法，包括以下步骤：将含有汞离子的组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液中加入络合剂水溶液，搅拌均匀，用有机溶剂萃取，收集有机相并去除有机溶剂即可。

进一步的，上述有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、苯中至少一种。

进一步的，上述络合剂为EDTA。

本发明的有益效果是：

本发明的组氨酸甲酯修饰的芘化合物可以在水溶液中特异性检测汞离子，制成探针，且抗干扰性强，灵敏度高，可以回收，绿色环保。

具体来说：

本发明的组氨酸甲酯修饰的芘化合物—芘甲酰组氨酸甲酯可以很容易地配制成水溶液，并能方便检测汞离子浓度，而且灵敏性较高，操作也很方便。

用芘甲酰组氨酸甲酯进行检测汞离子时，荧光表现出很强的淬灭，并且其他常见的碱金属、碱土金属、重金属对它的检测没有影响，表现出检测汞离子的特异性。

芘甲酰组氨酸甲酯进行检测汞离子时，可以利用EDTA进行回收，这样可以循环利用此荧光离子探针，有利于环保，这对芘甲酰组氨酸甲酯检测汞离子的推广应用具有重要的意义。

附图说明

图1是2.0×10^-5mol/L的芘甲酰组氨酸甲酯溶液中加入不同物质的量浓度的汞离子荧光图(激发波长为340nm)；

图2是2.0×10^-5mol/L的芘甲酰组氨酸甲酯溶液加入各种不同的常见金属离子的荧光变化图(激发波长为340nm)；

图3是2.0×10^-5mol/L的芘甲酰组氨酸甲酯溶液与汞离子产生荧光猝灭前后及加入EDTA溶液后的荧光光谱图(激发波长为340nm)，a曲线为未加入汞离子的荧光曲线，b曲线为加入汞离子后的荧光曲线，c曲线为加入EDTA溶液后的荧光曲线。

具体实施方式

组氨酸甲酯修饰的芘化合物，其结构式如式Ⅰ所示：

其化学名称为：芘甲酰组氨酸甲酯。

如上式Ⅰ结构式所示的化合物的合成方法，步骤如下：

1)冰盐浴下，将甲醇、二氯亚砜、组氨酸三者搅拌混和10-20min；再于室温下搅拌混合2-4h；再于70-80℃下回流30-40min，冷却至室温，除甲醇，加乙醚析出固体物质，再于0-6℃下冷却2-4h，析出沉淀，过滤、干燥，得到组氨酸甲酯盐酸盐；

2)将芘甲酸溶于二氯甲烷中，加入二氯亚砜，40℃加热搅拌回流7h，反应完全后，减压蒸去溶剂，得到芘甲酰氯；

3)将组氨酸甲酯盐酸盐制成溶液并和缚酸剂混合，再滴入芘甲酰氯的溶液，在室温下充分反应，TLC监测反应进程，反应结束，抽滤并除去溶剂得到粗产物，用二氯甲烷溶解粗产物，水洗涤至水层呈中性，除去缚酸剂，有机层用干燥剂干燥，抽滤，蒸干滤液，将得到的粗产品进行柱层析分离提纯。

优选的，所述的缚酸剂为胺类缚酸剂；

最优选的，所述胺类缚酸剂为三乙胺。

优选的步骤3)中，柱层析采用的方式为梯度洗脱，洗脱所用的展开剂为乙酸乙酯、或者为乙酸乙酯和甲醇的混合物。

更优选的，梯度洗脱所用的展开剂为乙酸乙酯与甲醇体积比依次为40:0、40:1、40:2的混合物。

一种检测汞离子浓度的方法，步骤为：

1)制作标准曲线：将浓度为4～6mmol/L(优选为5mmol/L)的汞离子溶液加入到浓度为1.5×10^-5mol/L～2.5×10^-5mol/L(优选为2.0×10^-5mol/L)芘甲酰组氨酸甲酯溶液中，配置汞离子浓度成梯度变化的芘甲酰组氨酸甲酯溶液，记录汞离子浓度与芘甲酰组氨酸甲酯溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；

2)检测记录：再将含有汞离子的待测溶液加入到芘甲酰组氨酸甲酯溶液中(芘甲酰组氨酸甲酯的浓度与步骤1)中的芘甲酰组氨酸甲酯溶液相同)，记录该溶液的荧光变化量；

3)计算：根据标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度。

步骤2)的具体为：将含有汞离子的待测溶液加入到已知浓度的芘甲酰组氨酸甲酯溶液中，待测溶液的加入量为以使得芘甲酰组氨酸甲酯溶液的荧光达到最大的淬灭值，记录该荧光变化量。

组氨酸甲酯修饰的芘化合物的回收方法，步骤为：按照上述方法检测汞离子浓度后，收集含有汞离子的组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液，向其中加入络合剂水溶液，搅拌均匀，用有机溶剂萃取，收集有机相并去除有机溶剂即可。

优选的，所述的有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、苯中至少一种。

优选的，所述的络合剂为EDTA。

优选的，EDTA水溶液的浓度和含有汞离子的芘甲酰组氨酸甲酯溶液中芘甲酰组氨酸甲酯的浓度比值为(28-32)：1；EDTA水溶液的用量为使得芘甲酰组氨酸甲酯溶液中的荧光强度恢复到最大值。

芘甲酰组氨酸甲酯在制备汞离子荧光探针中的应用；优选的，芘甲酰组氨酸甲酯在制备汞离子特异性荧光探针中的应用。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：

芘甲酰组氨酸甲酯的合成

芘甲酰组氨酸甲酯的合成路线如下所示：

芘甲酰组氨酸甲酯如合成路线中的式Ⅰ所示，其具体合成步骤如下：

1)在圆底烧瓶中加入5.0ml无水甲醇，冰盐浴中冷却5min，向其中滴加1.0ml二氯亚砜。滴加完毕后，将组氨酸固体1.0g(6.45mmol)一次性加入到上述混合体系中，再将此体系先在冰盐浴中搅拌10.0min，然后室温下搅拌2h，然后，在70-80℃水浴加热下回流30min后，冷却至室温；

蒸干此溶液中大部分(60-80vol％)甲醇后，体系中加入40.0ml无水乙醚，有固体物质析出。再将此体系置于4℃下冷却2h小时，有大量沉淀析出。过滤出沉淀经干燥后，得到米白色固体——组氨酸甲酯盐酸盐。

2)将0.2g芘甲酸溶于20ml二氯甲烷中，缓慢滴加1.0ml二氯亚砜，40℃下加热搅拌回流7h。反应完全后，减压蒸去溶剂，得到芘甲酰氯；

3)在圆底烧瓶中用20ml二氯甲烷溶解0.18g(0.74mmol)组氨酸甲酯盐酸盐，并滴加0.5ml三乙胺。将溶解在10ml二氯甲烷的0.16g(0.65mmol)芘甲酰氯缓慢滴加到上述组氨酸甲酯盐酸盐溶液中，在室温下充分反应，TLC监测反应进程。反应结束，抽滤并除去溶剂得到粗产物，用二氯甲烷溶解粗产物，水洗涤至水层呈中性，除去三乙胺，有机层用无水硫酸镁干燥，过滤，蒸干滤液，再将此粗产物用乙酸乙酯和甲醇作展开剂进行硅胶柱层析分离提纯(住层析的方式为梯度淋洗，梯度洗脱的展开剂为乙酸乙酯和甲醇的体积比依次为40:0、40:1、40:2的混合物，即分别用以上体积比的混合物进行逐次洗脱提纯)，得到黄褐色的固体——芘甲酰组氨酸甲酯。

产物的¹HNMR谱(400MHz，DMSO-d₆)中化学位移(ppm)和对应的质子类型归属为：11.95(s,1H,-NH-),9.11(d,1H,-CONH-),8.40-8.01(m,9H,pyrene(H)),7.62(s,1H,imidazole(H)),6.94(s,1H,imidazole(H)),4.90(m,1H,-CH),3.75(s,3H,-CH₃),3.11(m,2H,-CH₂-)。

产物的质谱结果：ESI-MS(m/z)：398.22，理论分子量为397.14。

实施例2：汞离子浓度的检测方法：

配制浓度为2.0×10^-5mol/L的芘甲酰组氨酸甲酯溶液，将汞离子的浓溶液(浓度为5mmol/l)滴加进去，使得汞离子的浓度分别为0.0，0.1，0.25，0.5，1，3，5，8，10，15，20，30，40，60，80，100μmol/L，以340nm为激发波长，测得它们的荧光光谱，荧光光谱图如图1所示。从图1可以看到，随着汞离子浓度的不断增大，荧光发射峰的强度逐渐减弱。

特异性检测：

按上述同样的步骤检测其他的金属，包括一些重金属、碱金属、碱土金属以及过渡金属，结果这些金属并没有产生和汞离子同样的现象，荧光强度并没有显著减弱，对芘甲酰组氨酸甲酯的荧光发射性质几乎没有影响，取不同浓度金属离子存在时芘甲酰组氨酸甲酯荧光发射峰峰值的变化值(I-I₀)/I₀作图(图2)。其中I₀代表金属离子浓度为0.0μM时芘甲酰组氨酸甲酯的荧光发射峰的强度值，I代表不同浓度的金属离子存在时芘甲酰组氨酸甲酯的荧光发射峰的强度值。

由图2可知，Al³⁺、Pb²⁺、Co²⁺等11种重金属离子对芘甲酰组氨酸甲酯的荧光发射性质没有显著影响，只有汞离子可以使芘甲酰组氨酸甲酯表现出强烈的荧光淬灭效应，芘甲酰组氨酸甲酯对汞离子表现出非常高的选择性识别作用。

汞离子浓度的检测:

1)制作标准曲线：将标准浓度(5mmol/L)的汞离子溶液加入到芘甲酰组氨酸甲酯溶液(浓度为2.0×10^-5mol/L)中，配置汞离子浓度成梯度变化的芘甲酰组氨酸甲酯溶液，记录汞离子浓度与芘甲酰组氨酸甲酯溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；

2)再将含有汞离子的待测溶液加入到芘甲酰组氨酸甲酯溶液(溶液中芘甲酰组氨酸甲酯的浓度与步骤1)中的芘甲酰组氨酸甲酯溶液相同)中，记录该溶液的荧光变化量；

3)根据标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度。

实施例3

芘甲酰组氨酸甲酯回收

经过实验探索，发现芘甲酰组氨酸甲酯与汞离子相互作用后，加入一定量的EDTA溶液，芘甲酰组氨酸甲酯的荧光强度可以得到很大程度的荧光恢复，如图3所示，针对实施例2中汞离子浓度检测的步骤2)中的得到的含有汞离子的芘甲酰组氨酸甲酯溶液，当加入EDTA的物质的量为汞离子的10倍时，芘甲酰组氨酸甲酯的荧光强度恢复到初始状态的88.2％。这说明芘甲酰组氨酸甲酯对汞离子的识别是可逆的，能有效的回收芘甲酰组氨酸甲酯，便于循环利用。

图3中a是代表芘甲酰组氨酸甲酯溶液的荧光光谱，b是代表加入汞离子后芘甲酰组氨酸甲酯溶液的荧光光谱，c是代表在b溶液中再加入10倍于汞离子物质的量的EDTA溶液后的荧光光谱图。

回收的具体操作：

取含有汞离子的芘甲酰组氨酸甲酯溶液，加入EDTA水溶液，搅拌混合均匀，再用10陪体积的乙酸乙酯溶液萃取此水溶液，收集乙酸乙酯层并旋蒸除去乙酸乙酯，得到固体，经质谱分析证明，所得固体即为本发明的芘甲酰组氨酸甲酯。

在本实施例中，含有汞离子的芘甲酰组氨酸甲酯溶液中的汞的摩尔浓度、EDTA溶液的摩尔浓度比为1：10。

优选的，在除此以外的实际操作中，可适当提高EDTA溶液的用量，EDTA溶液的用量以使得芘甲酰组氨酸甲酯在溶液中的荧光强度恢复到最大值为佳；也可根据不同的实际情况再作相应调整。

另外，除了使用乙酸乙酯作为萃取剂外，还可使用二氯甲烷、三氯甲烷及苯等其他有机溶剂。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.组氨酸甲酯修饰的芘化合物，其结构式如式Ⅰ所示：

（Ⅰ）。

2.权利要求1所述组氨酸甲酯修饰的芘化合物的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）冰盐浴下，将甲醇、二氯亚砜、组氨酸三者搅拌混和10-20min；再于室温下搅拌混和2-4h；再于70-80℃下回流30-40min，冷却至室温，除甲醇，加乙醚析出固体物质，再于0-6℃下冷却2-4h，析出沉淀，过滤取滤渣、干燥，得到组氨酸甲酯盐酸盐；

2）将芘甲酸溶于二氯甲烷中，加入二氯亚砜，加热搅拌回流6～8h，反应完全后，减压蒸去溶剂，得到芘甲酰氯；

3）将组氨酸甲酯盐酸盐溶液和缚酸剂混合，再将芘甲酰氯溶液滴入其中，在室温下反应完全，抽滤并除去溶剂得到粗产物，用二氯甲烷溶解粗产物，水洗涤至水层呈中性，除去缚酸剂，有机层用干燥剂干燥，抽滤，蒸干滤液，将得到的粗产品进行柱层析分离提纯，即得组氨酸甲酯修饰的芘化合物，也称为芘甲酰组氨酸甲酯。

3.根据权利要求2所述的组氨酸甲酯修饰的芘化合物的合成方法，其特征在于：所述的缚酸剂为胺类缚酸剂。

4.根据权利要求2所述的组氨酸甲酯修饰的芘化合物的合成方法，其特征在于：步骤3）中柱层析所用的展开剂为乙酸乙酯和甲醇按体积比40：（0～2）的的混合物。

5.权利要求1所述组氨酸甲酯修饰的芘化合物在汞离子检测中的应用。

6.一种检测汞离子浓度的方法，其特征在于：步骤为：

1）制作标准曲线：将不同标准浓度的汞离子溶液分别加入到权利要求1所述的组氨酸甲酯修饰的芘化合物制成的溶液中，记录汞离子浓度与溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；

2）检测记录：将含有汞离子的待测溶液加入到组氨酸甲酯修饰的芘化合物制成的溶液中，记录溶液的荧光变化量；

3）计算：根据标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度。

7.根据权利要求6所述的一种检测汞离子浓度的方法，其特征在于：步骤2）的具体为：将含有汞离子的待测溶液加入到已知浓度的组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液中，待测溶液的加入量为使得组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液的荧光达到最大的淬灭值，记录该荧光变化量。

8.组氨酸甲酯修饰的芘化合物的回收方法，其特征在于：包括以下步骤：将含有汞离子的组氨酸甲酯修饰的芘化合物溶液中加入络合剂水溶液，搅拌均匀，用有机溶剂萃取，收集有机相并去除有机溶剂即可。

9.根据权利要求8所述的组氨酸甲酯修饰的芘化合物的回收方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷、苯中至少一种。

10.根据权利要求8所述的组氨酸甲酯修饰的芘化合物的回收方法，其特征在于：所述的络合剂为EDTA。