CN105294539A - 一种铝离子荧光探针化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有式I结构的铝离子荧光探针化合物及其制备方法。制备方法包括：将咔唑乙基化得到N-乙基咔唑，然后将N-乙基咔唑硝化得到3，6-二硝基-9-乙基咔唑，进一步还原得到3,6-二氨基-9-乙基咔唑。将3,6-二氨基-9-乙基咔唑与水杨醛按摩尔比1:2.2进行席夫碱反应，并经过沉淀、过滤、冲洗得到最终产物荧光探针。该化合物加入铝离子后，和其它金属离子相比，荧光得到大大的增强，因而可以实现对铝离子特一性识别，有望用于检测人体细胞、环境中的铝离子含量。？
Description
技术领域
本发明涉及一种铝离子荧光探针化合物及其制备方法，属于荧光探针技术领域。
技术背景
铝的广泛应用增加了铝离子对人体与环境的潜在影响，过量的铝离子将对人体和环境产生威胁。如脑组织对铝离子有亲和性，脑组织中的铝沉积过多，可使人记忆力减退、智力低下。铝在肾衰竭病患体内长期蓄积下严重将会威胁病患骨骼、脑、及神经系统。铝离子电池的商业化应用使得环境中的铝离子增多，增加了铝离子的危害性。因此对其能够灵敏的识别和检测是很重要的。
有机小分子荧光探针体积小，合成简单具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、可直接观察等优点。因此，近年来，有关重金属离子和过渡金属离子检测的荧光传感器的研究受到了科学家的广泛关注—。各种对金属离子灵敏度高、选择性好的有机小荧光分子探针相继被报道。但是其中以小分子荧光化合物居多。因此，建立高效的铝离子的检测方法对生命、环境和医学都具有重要的意义。近年来，通过荧光光谱分析，实现高速、高灵敏性检测铝的荧光传感器备受关注。
目前常用的铝离子荧光探针是一些染料罗丹明B类、香豆素类、奈甲醛等探针，该类探针大多数在有机溶剂或有机溶剂－水混合体系中实现对Al3+的检测，他们的荧光性能一般，而具有生物相容性可以用作活体细胞内成像研究的铝离子荧光探针更是少数，因此开发研究具有高灵敏度、高选择性以及生物相容性较好的Al3+的荧光探针是本领域的重要技术课题。
发明内容
本发明针对目前现有的荧光探针的存在的局限性，提供一种简单、快捷、高灵敏性的铝离子荧光探针化合物，可以检测铝离子。本发明还提供所述化合物的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种铝离子荧光探针化合物，具有如下式I结构：
I
本发明所述的铝离子荧光探针化合物是由3,6-二氨基-9-乙基咔唑与水杨醛席夫碱反应制备的。
一种具有式I结构的铝离子荧光探针化合物的制备方法，步骤如下：
（1）N-乙基咔唑化合物的制备
N,N-二甲基甲酰胺倒入到三口瓶，然后加入研磨精细的氢氧化钾，在室温下搅拌35-45分钟后，将咔唑加入混合液中搅拌35-45分钟，然后将溶于N,N-二甲基甲酰胺的溴乙烷缓慢滴加到三口瓶中，室温下反应15-18小时，将反应液倒入水中得浅黄白色沉淀，过滤，重结晶，得白色针状晶体；
所述加入的氢氧化钾使用之前要必须研磨精细，咔唑与氢氧化钾的摩尔比为1:2-4；使用的水为超纯水；
（2）3,6-二硝基-9-乙基咔唑化合物的制备
将无水硝酸铜加入到醋酸和乙酸酐的混合液中，室温下搅拌8-13分钟后，缓慢加入N-乙基咔唑，搅拌10-15分钟后，向混合液中加入弱酸，在室温下搅拌40-45分钟，将反应液倒入水中，过滤得到绿色沉淀物，水洗，真空干燥，然后柱层析分离得到产物；
所述N-乙基咔唑与无水硝酸铜的摩尔比为1:1.6-2；柱层析使用的展开剂为乙酸乙酯与石油醚；
（3）3,6-二氨基-9-乙基咔唑的制备
将钯碳加入到溶于醇的3,6-二硝基-9-乙基咔唑溶液中，然后加热回流5-10分钟，将水合肼溶于醇溶液中缓慢加入到反应液中，混合液在50-55℃下反应20-24小时，过滤，旋蒸，溶于水中滴加酸成盐，过滤，然后有机溶剂中滴加碱得到产物；
所述3,6-二硝基-9-乙基咔唑与钯碳的质量比为1:0.12-0.17；3,6-二硝基-9-乙基咔唑与水合肼的摩尔比为1:0.016-0.02；
（4）荧光探针化合物的制备
取步骤3合成的3,6-二氨基-9-乙基咔唑和水杨醛以摩尔比1:2.1-2.5混合均匀后加入到无水甲醇中，在磁力搅拌下升温至65-70℃，在升温过程中加入少量冰乙酸，回流4-6h，冷却至室温，得到黄色固体，过滤，用无水甲醇冲洗，真空干燥后得铝离子荧光探针化合物。
本发明所述的铝离子荧光探针化合物合成路线如下：
。
根据本发明，优选的，步骤（1）中N,N-二甲基甲酰胺使用前均经过减压蒸馏处理，并且经过干燥。
根据本发明，优选的，步骤（2）中柱层析采用石油醚/乙酸乙酯3:1（v:v）作为淋洗液。
根据本发明，优选的，步骤（3）中选用的酸为盐酸，选用的有机溶剂为二氯甲烷。
根据本发明，优选的，步骤（4）中选用的酸为冰醋酸或者对甲苯磺酸。
本发明所述的铝离子荧光探针化合物的应用，可广泛用于检测人体细胞与环境中的铝含量。本发明所述的铝离子荧光探针化合物在缓冲溶液中对铝离子表现出选择性，加入金属铝离子后荧光强度迅速增强。详细试验将在实施例2中加以说明。本发明的铝离子荧光探针化合物可应用到实际的细胞染色成像，具有广泛的应用前景。
本发明的优良效果如下：
1、本发明的荧光离子探针化合物由于具有A-π-D-π-A结构，因而具有对称分子内能量转移的性质，具备非常高的荧光强度。
2、本发明的荧光离子探针化合物具有良好的生物相容性。并且对铝离子具有良好的选择性和灵敏度，测试样品无需前处理或前处理非常简单。
3、本发明的荧光离子探针化合物为固体粉末，无毒安全，便于使用储存，并且合成方法简单、收率高、成本低、具有良好的推广前景。
4、本发明的荧光铝离子探针化合物的制备方法简单易行、产率高。
附图说明
图1为实施例1中制得的探针化合物I的1HNMR。
图2是实施例1中制得的探针化合物I的红外光谱谱图IR。
图3是实施例2铝离子荧光探针与不同金属离子作用后的荧光光谱图；横坐标是波长（nm），纵坐标是荧光强度（a.u.）。
图4是实施例2不同摩尔量的铝离子与荧光探针作用后的荧光谱图；横坐标是铝离子与探针的摩尔比，纵坐标是荧光强度（a.u）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不限于此。
实施例1、
铝离子荧光探针化合物，分子结构式如前述的式I。制备方法步骤如下：
（1）N-乙基咔唑化合物的制备
N,N-二甲基甲酰胺倒入到三口瓶，然后将研磨精细的氢氧化钾加入，在室温下搅拌35分钟后，将咔唑加入混合液中搅拌45分钟，然后将溶于N,N-二甲基甲酰胺的溴乙烷缓慢滴加到三口瓶中，室温下反应16小时，将反应液倒入水中得浅黄白色沉淀，过滤，重结晶，得白色针状晶体；1HNMR(CDC13,400Hz)δ(ppm):8.1(d,J=7.78Hz,2H)，7.44（m,2H）,7.41(d,J=10.5Hz,2H),7.22(m,2H),4.38(m,2H),1.43(t,J=11.5Hz,3H)；
（2）3,6-二硝基-9-乙基咔唑化合物的制备
将无水硝酸铜加入到醋酸和乙酸酐的混合液中，室温下搅拌8分钟后，缓慢加入N-乙基咔唑，搅拌12分钟后，向混合液中加入弱酸，在室温下搅拌40分钟，将反应液倒入水中，过滤得到绿色沉淀物，水洗，真空干燥，然后柱层析分离得到产物；1HNMR(400MHz,CDCl3),9.18(s,2H）,8.59(d,J=8.8Hz,2H),7.61(d,J=12Hz,2H),4.41(t,J=10Hz,2H),1.2(d,J=8Hz,3H)；
（3）3,6-二氨基-9-乙基咔唑的制备
将钯碳加入到溶于醇的3,6-二硝基-9-乙基咔唑溶液中，然后加热回流10分钟，将水合肼溶于醇溶液中缓慢加入到反应液中，混合液在55℃下反应22小时，过滤，旋蒸，溶于水中滴加酸成盐，过滤，然后有机溶剂中滴加碱得到产物；1HNMR（DMSO，400Hz），7.15(d,J=8Hz,2H),7.08(d,J=4Hz,2H),6.72(m,2H),4.58(s,4H),4.18(m,4H),1.18(t,J=12.5Hz,3H)；
（4）荧光探针化合物的制备
取步骤3合成的3,6-二氨基-9-乙基咔唑和水杨醛以摩尔比1:2.3混合均匀后加入到无水甲醇中，在磁力搅拌下升温至65℃，在升温过程中加入少量冰乙酸，回流4h，冷却至室温，得到黄色固体，过滤，用无水甲醇冲洗，真空干燥后得铝离子荧光探针化合物。；1HNMR（DMSO，400Hz），13.58(s,2H),9.14(s,2H),8.40(s2H),7.63(m,4H),7.40(t,J=7.4Hz,2H),6.94(t,J=8.4Hz,4H),4.45(d,J=6.6Hz,2H),1.34(m,3H);IR（KBr,cm-1）：2966,1612,1479,1281,1141,747,581;CalcdforC28H23N3O2:C,77.59;H,5.31;N,9.70;O,7.40.FoundC,77.62;H,5.29;N,9.75,O,7.34。
实施例2、铝离子荧光探针化合物性能实验
将实施例1合成的铝离子荧光探针化合物配成溶液。然后对其性能进行测试，确定其选择性；
常见的金属离子对铝离子的检测可能存在干扰，因而要确定合成的铝离子探针在识别铝离子时能否具备良好的选择性。在1×10-5mol/L铝离子探针的乙醇溶液中分别加入AgNO3，Al(NO3)3·9H2O，Ca(NO3)2·4H2O，Cd(NO3)2·4H2O，Co(NO3)2·6H2O，Cu(NO3)2·3H20，KNO3，NaNO3，Ni(NO3)2·6H2O，Pd(NO3)2等离子溶液，使金属离子与化合物的摩尔比为10:1，金属离子的浓度为探针的10倍。超声五分钟使其充分混匀然后进行测试，分别测试混合液的紫外吸收光谱和荧光发射光谱，先进行紫外吸收光谱测试，获得最大吸收波长再作为荧光激发波长测试其单光子荧光性能，扫描波长范围为400~700，激发波长360nm，扫描波长和激发强度关系参见图3，图中谱线分别对应的是Ag+、Al3+、Ca2+、Cd2+、Co2+、Cu2+、K+、Na+、Ni2+、Pd2+与探针混合后的荧光发射谱线以及一条不含金属离子的探针溶液光谱谱线，可见荧光探针中加入Ag+、Ca2+、Cd2+、Co2+、Cu2+、K+、Na+、Ni2+、Pd2+和等金属离子后荧光强度变化很小，只有加入金属Al3+后荧光强度迅速增强。因此本发明的探针对铝离子有着非常高的选择性。随后我们又测试了铝离子浓度与探针溶液荧光强度的变化关系图，向探针溶液中依次加入铝离子的浓度为0、1.6×10-6、3.2×10-6、4.8×10-6、8×10-6、1.6×10-5、2.4×10-5、4.8×10-5、8×10-5、1.6×10-4，从图中可以看到随着铝离子浓度的增加荧光强度逐渐增加，根据检测的荧光强度通过线性关系计算铝离子的浓度，从而可以实现对铝离子含量的检测。
Claims (7)
1.一种铝离子荧光探针化合物，具有如下式I结构：
I。
2.权利要求1所述的铝离子荧光探针化合物的制备方法，步骤如下：
（1）N-乙基咔唑化合物的制备
N,N-二甲基甲酰胺倒入到三口瓶，然后加入研磨精细的氢氧化钾，在室温下搅拌35-45分钟后，将咔唑加入混合液中再搅拌35-45分钟，然后将溶于N,N-二甲基甲酰胺的溴乙烷缓慢滴加到三口瓶中，室温下反应15-18小时，将反应液倒入水中得浅黄白色沉淀，过滤，重结晶，得白色针状晶体；
所述加入的氢氧化钾使用之前要必须研磨精细，咔唑与氢氧化钾的摩尔比为1:2-4；使用的水为超纯水；
（2）3,6-二硝基-9-乙基咔唑化合物的制备
将无水硝酸铜加入到醋酸和乙酸酐的混合液中，室温下搅拌8-13分钟后，缓慢加入N-乙基咔唑，搅拌10-15分钟后，向混合液中加入弱酸，在室温下搅拌40-45分钟，将反应液倒入水中，过滤得到绿色沉淀物，水洗，真空干燥，然后柱层析分离得到产物；
所述N-乙基咔唑与无水硝酸铜的摩尔比为1:1.6-2；柱层析使用的展开剂为乙酸乙酯与石油醚；
（3）3,6-二氨基-9-乙基咔唑的制备
将钯碳加入到溶于醇的3,6-二硝基-9-乙基咔唑溶液中，然后加热回流5-10分钟，将水合肼溶于醇溶液中缓慢加入到反应液中，混合液在50-55℃下反应20-24小时，过滤，旋蒸，溶于水中滴加酸成盐，过滤，然后有机溶剂中滴加碱得到产物；
所述3,6-二硝基-9-乙基咔唑与钯碳的质量比为1:0.12-0.17；3,6-二硝基-9-乙基咔唑与水合肼的摩尔比为1:0.016-0.02；
（4）荧光探针化合物的制备
取步骤3合成的3,6-二氨基-9-乙基咔唑和水杨醛摩尔比1:2.1-2.5混合均匀后加入到无水甲醇中，在磁力搅拌下升温至65-70℃，在升温过程中加入少量弱酸，回流4-6h，冷却至室温，得到黄色固体，过滤，用无水甲醇冲洗，真空干燥后得铝离子荧光探针化合物。
3.如权利要求2所述的荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（1）中N,N-二甲基甲酰胺使用前均经过减压蒸馏处理，并且经过干燥。
4.如权利要求2所述的荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（2）中柱层析使用的展开剂为乙酸乙酯与石油醚比例为1:3。
5.如权利要求2所述的荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（3）中滴加的酸为盐酸，使用的有机溶剂为二氯甲烷。
6.如权利要求2所述的荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（4）中滴加的酸为冰醋酸或者对苯甲磺酸。
7.如权利要求1所述的铝离子荧光探针化合物为新的化合物，其主要用于检测人体细胞或者环境中的铝的含量。
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