CN106243036A - 一种基于硫代碳酸酯快速高选择性识别汞离子的荧光探针 - Google Patents

一种基于硫代碳酸酯快速高选择性识别汞离子的荧光探针 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于硫代碳酸酯快速高选择性识别汞离子的荧光探针。具体地，本发明的探针为一类以硫代碳酸酯作为识别受体的萘酰亚胺类化合物，其可作为汞离子荧光探针用于汞离子的检测。这类探针可实现如下的技术效果中的至少一个：高选择性地识别汞离子；可以快速对汞离子实现响应；可以实现对汞离子的即时检测；性质稳定，可以长期保存使用；有利于在实际样本中对汞离子进行检测；以及具有较强的抗干扰能力。

Description

一种基于硫代碳酸酯快速高选择性识别汞离子的荧光探针
技术领域
本发明涉及硫代碳酸酯作为识别受体的萘酰亚胺类化合物作为汞离子比色荧光探针，其可在特定条件下对汞离子快速高选择性识别中应用，或者其可测定样品中汞离子的浓度。
背景技术
汞是一种易挥发的元素，可以在大气层以及土壤、海洋等中聚集，并可以不断的在生物体内累积，尤其是可食用的鱼类体内累积，最后经食物链被人类吸收。汞会毒害神经，可导致感知、行为紊乱和神经损伤，对机体造成以神经毒性和肾脏毒性为主的多系统损害从而对人类健康构成巨大威胁。
当前，常见的汞元素检测手段主要是原子吸收/发射光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体-质谱、核磁共振、比色法(如传统的双硫腙法)、电化学方法(如阳极溶出伏安法、氧化还原电位法等)。但这些分析手段在实际应用中既昂贵又繁琐，且常常需要特殊的实验仪器。因此，高效、廉价、简捷的汞检测手段成为重要的研究课题。
在各种离子/分子的检测方法中，荧光探针检测法由于操作简单，选择性和灵敏度高，检测范围广，响应时间快速，检测过程对样品没有破坏而极为引人注目。但是目前报道的荧光探针仍存在一些问题，包括选择性差、pH稳定性差以及合成复杂等。总之，发展选择性高、合成简单的荧光探针是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本领域急需一种制备简单的快速高选择性识别汞离子的比色荧光探针，从而能够有效检测汞离子。为此，本发明合成了一类新颖的汞离子的荧光探针，其合成简单、稳定性高、和/或选择性高，和/或能够快速识别汞离子。
具体而言，本发明提供了一种汞离子比色荧光探针，其为萘酰亚胺类化合物，其结构如下：
优选的，本发明的荧光探针是：
在本发明的汞离子比色荧光探针的制备方法中，反应温度是20－80℃；反应时间是1－24h；和/或4-羟基萘酰亚胺类化合物与硫代氯甲酸苯酯的摩尔比为约1：1至1：2，优选为1：1.5或1：1.6。
本发明还提供了用于检测样本(例如河水样本)中汞离子浓度的检测制剂或试剂盒，其包含本发明的探针。优选地，本发明的检测制剂或试剂盒还包含产品的使用说明书。还优选地，本发明的试剂盒还包含用于测定样本中的汞离子浓度的缓冲剂。
本发明还提供了检测样本(例如河水样本)中汞离子浓度的方法，其包括将本发明的探针与待测样本接触的步骤。
本发明还提供了本发明的探针在制备用于检测样本(例如河水样本)中汞离子浓度的制剂中的用途。
本发明还提供了本发明的探针在制备用于检测样本(例如河水样本)中汞离子浓度的试剂盒中的用途。
本发明的汞离子荧光探针可与汞离子进行作用，产生荧光光谱的变化，从而实现对汞离子的定量检测。
具体而言，本发明的汞离子荧光探针分别与钾离子、钠离子、银离子以及其他金属离子进行作用均不能导致荧光光谱的明显改变，从而实现对汞离子的选择性识别，进而可任选地用于排除这些钾离子、钠离子、银离子以及其他离子的存在对汞离子的定量测定的干扰。
可选择地，本发明的汞离子荧光探针的稳定性好，进而能够长期保存使用。
进一步的，本发明的汞离子荧光探针是快速高选择性汞离子比色探针，且合成简单，有利于商业化的推广应用。
附图说明
图1a是Hg2+(10μM)对探针(5μM)荧光光谱的影响。
图1b是Hg2+(40μM)对探针(20μM)紫外光谱的影响。
图2是探针(5μM)对Hg2+(10μM)响应时间的测试结果。
图3是不同浓度Hg2+(0－10μM)对探针(5μM)荧光光谱的影响。
图4a是不同分析物对探针(5μM)荧光光谱的影响。
图4b是不同分析物对探针(5μM)荧光光谱法定量分析Hg2+(10μM)的影响。其中：a:探针和Hg2+，b:钾离子K+和Hg2+，c:钠离子Na+和Hg2+，d:钙离子Ca2+和Hg2+，e:镁离子Mg2+和Hg2 +，f:亚铁离子Fe2+和Hg2+，g:铁离子Fe3+和Hg2+，h:铝离子Al3+和Hg2+，i:银离子Ag+和Hg2+，j:铜离子Cu2+和Hg2+，k:镉离子Cd2+和Hg2+，l:氟离子F-和Hg2+，m:氯离子Cl-和Hg2+,n:硝酸根离子NO3 -和Hg2+，o:亚硝酸根离子NO2 -和Hg2+，p:碳酸根CO3 2-和Hg2+，q:碳酸氢根HCO3 -和Hg2+。
具体实施方式：
本发明提供了上述快速高选择性汞离子荧光探针的合成路线、方法及其光谱性能。
本发明的汞离子荧光探针是一类萘酰亚胺类化合物，其具有以下结构通式
上式中：R1，R2，R3，R4，R5和R6为氢原子，直链或支链烷基，直链或支链烷氧基，磺酸基，酯基，羧基；R1，R2，R3，R4，R5和R6可以相同或不同。
该类汞离子荧光探针的合成路线和方法如下：
具体地，本发明的荧光探针可以通过如下方法制备，将一定摩尔比(例如1：1－1：2)的萘酰亚胺类化合物(例如4-羟基-1,8-萘酰亚胺)和硫代氯甲酸苯酯溶于二氯甲烷中，再加入N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)，然后室温下搅拌一段时间(例如10h)，然后旋蒸得到粗产品。使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到黄色纯净产品736mg，产率为91﹪。
因此，本发明还提供了硫代氯甲酸苯酯在制备用于检测汞离子的荧光探针中的用途。
本发明还提供了萘酰亚胺类化合物(例如4-羟基-1,8-萘酰亚胺)在制备用于检测汞离子的荧光探针中的用途。
本发明的快速高选择性识别汞离子荧光探针的显著特征是能够快速高选择性地识别汞离子，和/或在其他高浓度钾离子、钠离子、银离子和其他离子的存在下能够准确对汞离子进行定量分析。
下面将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受下述实施例的限制。
实施例1
(方案1)将538mg(2.0mmol)4-羟基-1,8-萘酰亚胺、513mg(3.0mmol)硫代氯甲酸苯酯和(350μL)N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)溶于15mL二氯甲烷中，然后常温搅拌10h，之后旋蒸得到粗产品，最后使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到纯净产品736mg，产率为91﹪。
(方案2)将538mg(2.0mmol)4-羟基-1,8-萘酰亚胺、547mg(3.2mmol)硫代氯甲酸苯酯和(350μL)N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)溶于15mL二氯甲烷中，然后常温搅拌10h，之后旋蒸得到粗产品，最后使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到纯净产品745mg，产率为92﹪。
(方案3)将538mg(2.0mmol)4-羟基-1,8-萘酰亚胺、684mg(4.0mmol)硫代氯甲酸苯酯和(350μL)N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)溶于15mL二氯甲烷中，然后常温搅拌10h，之后旋蒸得到粗产品，最后使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到纯净产品752mg，产率为93﹪。
(方案4)将538mg(2.0mmol)4-羟基-1,8-萘酰亚胺、513mg(3.0mmol)硫代氯甲酸苯酯和(350μL)N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)溶于15mL二氯甲烷中，然后常温搅拌15h，之后旋蒸得到粗产品，最后使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到纯净产品754mg，产率为93﹪。
(方案5)将538mg(2.0mmol)4-羟基-1,8-萘酰亚胺、516mg(3.0mmol)硫代氯甲酸苯酯和(350μL)N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)溶于15mL二氯甲烷中，然后常温搅拌20h，之后旋蒸得到粗产品，最后使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到纯净产品755mg，产率为93﹪。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(*10-6):0.94(t,J＝6Hz,3H),1.32-1.41(m,2H),1.59-1.67(m,2H),4.05(t,J＝8Hz,2H),7.41(t,J＝8Hz,1H),7.49(d,J＝8Hz,2H),7.54-7.59(m,2H),7.91(d,J＝8Hz,1H),7.98(t,J＝8Hz,1H),8.50(d,J＝8Hz,1H),8.57(d,J＝8Hz,1H),8.59(d,J＝8Hz,1H).13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ(*10-6):14.16,20.27,30.05,39.25,121.20,121.63,122.20,123.15,124.84,127.70,128.15,128.79,129.17,130.45,131.80,131.86,153.45,153.72,163.05,163.61,193.89.ESI-MS calcd for C23H20NO4S[M+H]+406.1113,found 406.1098.
实施例2
本发明的发明人进行了如下测试：(a)Hg2+(10μM)对探针(5μM)荧光光谱的影响；(b)Hg2+(40μM)对探针(20μM)紫外光谱的影响。上述测定是在5mM HEPES,pH 7.4的水溶液中进行的，所使用的探针是实施例1中所制备的探针，且所有光谱测试都是在25℃下Hg2+加入作用10min后测得的。结果参见图1。
从图1(a)可以看出，Hg2+使得荧光强度发生极大增强；从图1(b)可以看出，Hg2+使得吸收峰发生明显的红移，并且溶液颜色由无色变为黄绿色。
实施例3
探针(5μM)对Hg2+(10μM)响应时间的测试结果。上述测定是在5mM HEPES,pH 7.4的水溶液中进行的，所使用的探针是实施例1中所制备的探针，且所有光谱测试都是在25℃下测得的。结果参见图2。
从图2可以看出，伴随着时间的增长，荧光强度逐渐升高，并且在10分钟之后保持最大值。
实施例4
不同浓度Hg2+(0－10μM)对探针(5μM)荧光光谱的影响。上述测定是在5mM HEPES,pH 7.4的水溶液中进行的，所使用的探针是实施例1中所制备的探针，且所有光谱测试都是在25℃下作用10min后测得的。结果参见图3。
从图3可以看出，伴随着探针溶液中Hg2+浓度的增加，荧光光谱逐渐升高，且在0-10μM的Hg2+浓度范围内，Hg2+的浓度和荧光强度显现线性关系。因此，本发明的探针能较精确地确定待测样本中汞离子的含量。
实施例5
(a)不同分析物对探针(5μM)荧光光谱的影响。(b)不同分析物对探针(5μM)荧光光谱法定量分析Hg2+(10μM)的影响。分析物包括：钾离子K+、钠离子Na+、钙离子Ca2+、镁离子Mg2 +、亚铁离子Fe2+、铁离子Fe3+、铝离子Al3+、银离子Ag+、铜离子Cu2+、镉离子Cd2+、氟离子F-、硝酸根离子NO3 -、亚硝酸根离子NO2 -、碳酸根CO3 2-、碳酸氢根HCO3 -,它们的浓度均为50μM。所有测试条件是5mM HEPES,pH 7.4的水溶液中进行的，所使用的探针是实施例1中所制备的探针，且所有光谱测试都是在25℃下作用10min后测得的。结果参见图4。具体地，移取50μL的探针储备液(1mM)放进10mL比色管中，然后加入5mL超纯水，再移取50μL上述分析物储备液(10mM)加入比色管内，然后移取1mL的HEPES溶液(pH 7.4,50mM)，最后用超纯水定容至10mL。摇匀，静置10min，即可测定。结果如图4所示。
从图4可以看出，探针对汞离子具有很高的选择性，能够专一性地和汞离子进行反应，反应前后，荧光光谱有明显变化，而其他离子与探针作用后荧光强度并不发生明显变化。而且其他离子不会明显干扰探针对汞离子的定性与定量检测。
虽然用上述实施方式描述了本发明，应当理解的是，在不背离本发明的精神的前提下，本发明可进行进一步的修饰和变动，且这些修饰和变动均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.化合物，其具有以下结构
其中：R1，R2，R3，R4，R5和R6为独立地选自由氢原子、直链或支链烷基、直链或支链烷氧基、磺酸基、酯基和羟基组成的组；且其中的R1，R2，R3，R4，R5和R6可以相同或不同。
2.根据权利要求1所述的化合物，其为如下结构的化合物：
。
3.用于检测样本中汞离子含量的制剂，其包含具有以下结构的化合物：
其中：R1，R2，R3，R4，R5和R6为独立地选自由氢原子、直链或支链烷基、直链或支链烷氧基、磺酸基、酯基和羟基组成的组；且其中的R1，R2，R3，R4，R5和R6可以相同或不同。
4.根据权利要求3所述的制剂，其中所述的化合物是：
。
5.根据权利要求3所述的制剂，其中所述的样本是河水样本。
6.用于检测样本中汞离子含量的试剂盒，其包含具有以下结构的化合物：
其中：R1，R2，R3，R4，R5和R6为独立地选自由氢原子、直链或支链烷基、直链或支链烷氧基、磺酸基、酯基和羟基组成的组； 且其中的R1，R2，R3，R4，R5和R6可以相同或不同。
7.根据权利要求6所述的试剂盒，其中所述的化合物是：
。
8.根据权利要求6所述的试剂盒，其中所述的样本是河水样本。
9.根据权利要求6－8中任一项所述的试剂盒，其还包括使用说明书。
10.根据权利要求6－8中任一项所述的试剂盒，其还包括用于检测样本中汞离子含量的缓冲剂。
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