CN106588968A - 一种氟硼荧基的氯磷酸二乙酯荧光探针的制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于氟硼荧（BODIPY）的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物及其制备与应用，所述检测DCP荧光探针化合物具有式I的结构。制备方法是：在氮气保护下，将加热回流含有氰基联苯酚、无水氯化镁、多聚甲醛、三乙胺的乙腈溶液得到白色固体III，将得到的固体III和吡咯混合溶于二氯甲烷 在三氟乙酸催化下得到灰白色固体II，将得到的灰白色固体II经DDQ氧化脱氢和三氟化硼乙醚耦合得到橘红色固体I。该探针化合物对DCP具有很好的选择性和灵敏性，检测限低，可应用于DCP的含量的测定。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟硼荧（BODIPY）基的检测氯磷酸二乙酯荧光探针化合物的制备与应用，属于荧光探针技术领域。
技术背景
氯磷酸二乙酯（DCP）是一种具有刺激性恶臭气味的无色液体，能够与空气中的水分发生剧烈反应，之后转变为无毒化合物。DCP的结构与神经毒剂沙林相似，是一种优良的低毒的神经毒剂模拟分子。其毒理为：当DCP被生物体吸收之后，会攻击乙酰胆碱酯酶的活性位点。而乙酰胆碱酯酶是中枢神经系统的一个关键的酶，主要负责神经递质乙酰胆碱的水解。当乙酰胆碱酯酶活性位点被亲核进攻之后，其活性被抑制，就会引起致命的效果。过去在日本地铁上的毒气事故以及叙利亚国内战争内用到的毒气给人类造成巨大伤害，DCP之类的有机磷化合物常被用作化学武器。
目前检测DCP的方法主要有电位法、比色法、表面声波谱法、毛细管电泳法、气质联用色谱法等。这些方法的样品制备过程复杂，反应慢，选择性和灵敏度不高，操作复杂，不便于携带，不能实现实时检测。而荧光探针具有灵敏度高，选择性好，响应速度快，能够实现实时检测的优点，这正好解决了传统的检测方法无法解决的难题，得到了广泛的关注。
在现有的荧光探针技术中，存在一些检测DCP的荧光探针，但是这些荧光探针还存在一些不足，其中有一些DCP荧光探针选择性比较低，检测不够灵敏，检测时间比较长。比如Fluorescein是检测DCP的荧光探针，此荧光探针是一种荧光淬灭的探针，并且此荧光探针的检测限比较高，这些都限制了此荧光探针的使用。因此设计合成一种荧光增强、检测限低、灵敏度高的DCP荧光探针就变得十分有意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）的荧光探针化合物，既可以识别DCP，并且能够检测DCP含量。
本发明还提供所述基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法与应用。
本发明的技术方案如下：
一种基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物，具有式I所示的结构：
本发明所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）在氮气保护下将多聚甲醛加入到含有氰基联苯酚、无水氯化镁、三乙胺的乙腈溶液中加热到70oC反应，反应结束经柱层析纯化得到白色固体III。
（2）氮气保护下，将得到的白色固体III溶于二氯甲烷，在三氟乙酸催化下和吡咯室温下反应，混合物经柱层析纯化得到灰白色的固体II。
（3）将得到的灰白色固体II溶于二氯甲烷中，DDQ脱氢，之后再加入三乙胺和三氟化硼-乙醚溶液，并在室温下搅拌，反应结束经柱层析得到纯的橘红色固体的化合物I 。
根据本发明，优选的，步骤（1）所述多聚甲醛、氰基联苯酚的摩尔比为14:1；
根据本发明，优选的，步骤（2）所述III和吡咯的摩尔比为1:20；
根据本发明，优选的，步骤（3）所述II和三氟化硼乙醚的摩尔比为1:15；
根据本发明，优选的，步骤（1）（2）（3）全程在氮气保护下进行；
根据本发明，优选的，步骤（1）反应温度为70℃；
根据本发明，优选的，步骤（2）反应温度为室温；
根据本发明，优选的，步骤（3）反应温度为室温；
更为详细的，所述的基于BODIPY的氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，步骤如下：
(a) 氮气保护下，将6.24g（约32mmol）的氰基联苯酚和4.56g（约48mmol）的无水MgCl2溶于含有80mL的无水乙腈圆底烧瓶中，之后加入16.32mL（约122mmol）三乙胺，和干燥的多聚甲醛12.3g（约440mmol）（过量）。混合物回流5小时。反应完成后，用水淬灭。盐酸酸化。将粗产物用CH2Cl2进行萃取三次，分液。然后减压去溶剂。柱层析分离得白色固体III 3.5 g，产率约为50%。
(b) 氮气保护，取2.00g（8.96 mmol）产物III、12.0mL（174.4mmol）的吡咯、0.03ml的三氟乙酸作溶于50 mL干燥的二氯甲烷。改混合物室温搅拌1小时，之后粗产物用饱和碳酸钠溶液洗涤，二氯甲烷萃取，柱层析纯化，得到1.42g灰白色固体产物II，产率为46%。
(c) 氮气保护，取0.71g（2.06mmol）化合物II溶于50mL干燥的二氯甲烷，然后加入0.51g（2.237mmol）DDQ，室温反应1.5h。再加入2.9mL（20.61mmol）三乙胺，最后缓慢加入3.9mL（30.86mmol）三氟化硼乙醚，室温下搅拌反应22h。反应结束后，粗产品经柱层析纯化，得0.3 g橘红色固体产物I，产率约为42%。
本发明所述的基于BODIPY的氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的应用，可用于测试DCP的含量。
进一步优选的，将所述荧光探针配置成含有探针（10μM）、三乙胺（20μM）和DMAP（10μM）的DMF溶液，然后用于DCP的快速检测。在DMF溶液中最低可探测的DCP浓度为1.3×10-8 mol/L。
本发明通过实验验证，所述含三乙胺（20μM）和DMAP（10μM）和探针（10μM）的DMF溶液在波长480nm的光作为激发波长激发下，没有检测到荧光发射，加入DCP后1分钟，溶液在530 nm处的荧光迅速增强，而其他检测物质加入后溶液的荧光没有明显变化，说明该探针对DCP具有很高的选择性，如图3所示。
将本发明的荧光探针化合物配制成含有三乙胺（20μM）、DMAP（10μM）和探针10μM的DMF溶液，然后加入不同浓度的DCP，在波长为480nm的光激发发，可见530nm处的荧光依次增强，据此得出工作曲线如图4所示。根据该工作曲线，通过测定待测样品的荧光强度，就可以定量的计算出DCP的浓度。
将本发明的荧光探针化合物配制成三乙胺（20μM）、DMAP（10μM）和探针（10μM）的DMF溶液，加入100μM的DCP，用波长480nm的光激发，每分钟测试荧光，取波长530nm处的荧光强度作图，得到荧光强度随时间变化的工作曲线，如图5所示，可见该探针响应较快。
与现有的检测技术相比，本发明的荧光探针设计新颖，选择性好，灵敏度比较高，在制备方面，均使用常用试剂，合成步骤简单。本发明的优良效果如下：
1、本发明的荧光探针化合物可用于DCP的定量检测且检测限较低；
2、本发明的荧光探针化合物具有良好的灵敏度和选择性，测试样品前处理简单；
3、本发明的荧光探针化合物为固体粉末，便于储存使用，并且合成方法简单、收率高、成本低、具有良好的应用前景；
4、与现有的技术相比，本发明的荧光探针的选择性高，灵敏度高，检测限低。
附图说明
图1为本发明荧光探针I的结构示意图。
图2本发明荧光探针I的核磁图。
图3为含本发明荧光探针（20μM）、三乙胺（20μM）和DMAP（10μM）的DMF溶液与不同检测物质的选择性曲线图。
图4为含本发明荧光探针（20μM）、三乙胺（20μM）和DMAP（10μM）的DMF溶液与不同浓度的DCP作用在480nm下激发的荧光浓度的工作曲线图。
图5为含本发明荧光探针（20μM）、三乙胺（20μM）和DMAP（10μM）的DMF溶液与DCP作用后在480nm激发下的530nm处荧光强度与响应时间的工作曲线图。
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。实施例中的各种原料均来自于市场购买。
实施例1、探针分子I的合成
（a）氮气保护，取6.24g（约32mmol）的氰基联苯酚和4.56g（约48mmol）的无水MgCl2，加入80mL无水乙腈，然后加入16.32mL（约122mmol）三乙胺和多聚甲醛12.3g（约440mmol）（过量）。混合物70oC加热5小时。反应完成后，用水淬灭，6M盐酸酸化。粗产物用CH2Cl2萃取，分液，减压去溶剂，柱层析分离得白色固体III 3.5 g，产率约为50%。
（b）氮气保护下，取2.00g（8.96mmol）化合物III加入溶于50mL干燥的二氯甲烷，室温下搅拌。加入12.0mL（174.4mmol）的吡咯，在0.03mL的三氟乙酸催化下反应1小时。之后粗产品经柱层析纯化，得到1.42g灰白色固体产物II，产率为46%。
（c）氮气保护下，取0.71g（2.06mmol）产物II溶于50mL干燥的二氯甲烷，经DDQ（0.51g，2.237mmol）氧化脱氢，室温下搅拌1.5h。然后加入2.9mL（20.61mmol）三乙胺和3.9mL（30.86mmol）三氟化硼乙醚，搅拌反应22h。粗产物用经柱层析纯化，得0.3g橘红色固体产物I，产率约为42%，核磁如图2所示。
实施例2、探针选择性实验
取实施例1制备的荧光探针化合物，制备成含有探针、三乙胺（20μM）和DMAP（10μM）的DMF溶液，备用。
取荧光探针DMF溶液，分6组，每组10毫升，其中1组不加检测物种，其余5组分别加入含有HCl , TFA , triphosgene , Phosgene , DCP的溶液，使得每组溶液中含有探针I的浓度为10μΜ，检测物种浓度为100μM，使得检测物种与探针化合物的摩尔比为10:1；在波长为480nm的光激发下，测试荧光其荧光强度。如图3所示，本发明探针溶液本身没有荧光，一旦加入DCP，溶液在530nm荧光迅速增强，而其他物质加入后溶液的荧光没有变化，说明，改探针对DCP具有很高的选择性。
实施例3、探针灵敏度实验
取实施例2中制备好的荧光探针溶液，分12组，每组10毫升，分别加入不同浓度的DCP溶液，调节到溶液中含有探针化合物的浓度为10μM，DCP的浓度分别为0、5、10、15、20、25……60μM。在波长为480nm的光的激发下，测试其荧光强度，如图4所示。结果显示：溶液在530nm荧光迅速增强，其荧光强度与浓度成线性关系。根据计算，本探针化合物的最低检测限为1.3×10-8 mol/L。
实施例4、探针的时间响应实验
取实施例1中的荧光探针溶液，加入100μM的DCP后每分钟测试荧光强度，取530nm处的荧光强度作图，如图5所示，结果显示：探针在9分钟的时候达到饱和。
Claims (7)
1.一种基于氟硼荧（BODIPY）的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物，具有式I所示的结构。
2.一种权利要求1所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）在氮气保护下，将含有多聚甲醛、氰基联苯酚、无水氯化镁和三乙胺的乙腈溶液加热回流，反应结束经柱层析纯化得到白色固体III；
（2）氮气保护下，将得到的白色固体III和吡咯溶于二氯甲烷，三氟乙酸催化，反应结束经柱层析纯化得到灰白色的固体II；
（3）氮气保护下，将化合物II溶于二氯甲烷，用适量DDQ氧化脱氢，之后加入三乙胺和三氟化硼-乙醚溶液，并在室温下搅拌，反应结束经柱层析得到纯的橘红色固体化合物I。
3.如权利要求2所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（1）所述多聚甲醛、氰基联苯酚的摩尔比为14:1，步骤（2）所述III和吡咯的摩尔比为1:20，步骤（3）所述所述II和三氟化硼乙醚的摩尔比为1:15。
4.如权利要求2所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（1）、（2）、（3）全程在氮气保护下进行。
5.如权利要求2所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（1）反应温度为70℃。
6.如权利要求2所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(a) 氮气保护下，将6.24g（约32 mmol）的氰基联苯酚和4.56g（约48mmol）的无水MgCl2溶于含有80mL的无水乙腈圆底烧瓶中，之后加入16.32mL（约122mmol）三乙胺，和干燥的多聚甲醛12.3g（约440mmol）（过量），混合物回流5小时，反应完成后，用水淬灭，盐酸酸化，将粗产物用CH2Cl2进行萃取三次，分液，然后减压去除溶剂，柱层析分离得白色固体III 3.5g，产率约为50%；
(b) 氮气保护下，取2.00g（8.96mmol）产物III、12.0mL（174.4mmol）的吡咯、0.03mL的三氟乙酸作溶于50mL干燥的二氯甲烷，该混合物室温搅拌1小时，之后粗产物用饱和碳酸钠溶液洗涤，二氯甲烷萃取，柱层析纯化，得到1.42g灰白色固体产物II，产率为46%；
(c) 氮气保护下，取0.71g（2.06mmol）化合物II溶于50mL干燥的二氯甲烷，然后加入0.51g（2.237mmol）DDQ，室温反应1.5h，再加入2.9mL（20.61mmol）三乙胺，最后缓慢加入3.9mL（30.86 mmol）三氟化硼乙醚，室温下搅拌反应22h，反应结束后，粗产品经柱层析纯化，得0.3g橘红色固体产物I，产率约为42%。
7.权利要求1所述的基于BODIPY的检测氯磷酸二乙酯（DCP）荧光探针化合物的应用，可以用于检测溶液中DCP的含量。
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