CN107129512B - 一种含硒原子的荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含硒原子的荧光探针及其制备方法与应用，属于功能材料领域。该类材料的结构通式如（Ⅰ）所示：（Ⅰ）其中Ar为咔唑或二苯胺基团，Ph是苯基。所述材料的具体制备方法首先是咔唑/二苯胺与苯基二氯化膦/二苯基氯化膦反应形成含N‑P结构的衍生物，进一步通过化学修饰引入硒原子，形成一种含硒原子的荧光探针，其优点是合成步骤简单、条件温和、生产成本低、热稳定性高等。利用硒原子与次氯酸根离子作用，从而形成Se=O双键，产生荧光变化。本发明所述的含硒原子的荧光探针，具有高灵敏度和高选择性。

Description

一种含硒原子的荧光探针及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种含硒原子的荧光探针及其制备方法与应用。
背景技术
荧光探针主要是通过其颜色或者荧光变化来实现对特定目标的定性或定量分析，其具有高灵敏度、高选择性、反应时间短和操作快捷等一系列优点，在环境污染源的检测，生命科学等领域有着越来越重要的应用。
荧光分子探针是一类能将被分析物的识别事件通过荧光信号有效表达而实现对被分析物定性或者定量分析的分子。荧光分子探针通常由三个部分组成：(1)荧光基团，探针识别基团与被分析物相互作用后将荧光信号向外传输的信号器部分。选取荧光基团的时候一般会考虑到以下几个方面：较高的荧光量子产率、较大的斯托克位移、发射光谱最好位于长波长区。(2)连接基团，简称荧光基团和识别基团之间的连接臂。(3)识别基团，是选择性的与被分析物结合或进行特定化学作用(配位键、氢键、静电作用或化学反应等)的部分，是引发荧光基团信号变化的开关。
次氯酸钠作为一种典型的活性氧基团，广泛应用于我们的日常生活中，如饮用水消毒、冷水处理、家用漂白剂和抗菌剂。然而当其使用浓度不能维持在10-5-10-2之间时，高浓度的次氯酸钠溶液对植物和动物有潜在的健康危害，甚至危害人类。另一方面，内生的次氯酸钠对于生物体是必需的，具有重要的抗菌性能。因此，合适的次氯酸钠浓度对于生物系统是非常重要的。
现有技术中对次氯酸根离子的荧光检测包括化学发光、电子自旋共振等方法，存在灵敏度差、检测手段实用性不强以及传感器结构复杂导致合成难度高等问题。因此，提出一种新的含有硒原子荧光探针的设计策略，将能解决难合成、灵敏度差等问题，有望制备出成本低、易合成、灵敏度高的荧光探针分子。
发明内容
解决的技术问题：针对传统的化学发光、电子自旋共振等荧光检测方法中存在灵敏度差、检测手段实用性不强、传感器结构复杂导致合成难度高等问题，本发明提供一种含硒原子的荧光探针及其制备方法与应用，能够达到灵敏与高选择性、易用性以及检测极限低的有益效果。
技术方案：一种含硒原子的荧光探针，结构如式(I)所示：
其中，Ph是苯基，Ar为咔唑或二苯胺基团，如(Ⅱ)所示：
x＝1或2，y＝3-x。
本发明的另一个技术方案是上述含硒原子的荧光探针的制备方法，所述制备方法步骤如下：
步骤一.在氮气的保护下，以四氢呋喃为溶剂，将正丁基锂与咔唑或者二苯胺反应形成有机锂化合物体系；
步骤二.在氮气的保护下，向步骤一所述有机锂化合物体系中加入苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦，得到含N-P结构的衍生物；
步骤三.在将含N-P结构的衍生物溶解于三氯甲烷中，加入硒粉进行反应，过滤后提纯，最终制备所述含硒原子的荧光探针。
作为优选，所述步骤一中咔唑或者二苯胺与正丁基锂的摩尔比为1～2：1，-78℃的条件下搅拌反应1～2h。
作为优选，所述步骤一中咔唑或者二苯胺与正丁基锂的摩尔比为1.5：1，-78℃的条件下搅拌反应1h。
作为优选，所述步骤二中苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为1～2:1，室温下反应4～12h。
作为优选，所述步骤二中苯基二氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为0.5：1，二苯基氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为1：1，室温下反应8h。
作为优选，所述步骤三中硒粉与所述含N-P结构的衍生物的摩尔比为1～5：1，室温条件下反应4～12h。
作为优选，所述步骤三中硒粉与所述含N-P结构的衍生物的摩尔比为5：1，室温条件下反应12h。
所述荧光探针在检测次氯酸根离子中的应用。
有益效果：1、本发明所述含硒原子的荧光探针的制备工艺简单、条件温和、易纯化；并可通过连接不同基团，研究材料结构与性能的关系；
2、本发明涉及的含硒原子的荧光探针的结构通过核磁、单晶得到证实；该种材料还具有较高的热分解温度和玻璃化转变温度；
3、本发明涉及的含硒原子的荧光探针，通过引入硒原子，利用硒原子与次氯酸根离子作用，从而形成Se＝O双键，产生荧光变化，达到较低的检测极限。
附图说明
图1为所述含硒原子的荧光探针的合成路线图；
图2为荧光探针NCzPSe和DNCzPSe的红外吸收光谱图；
图3为荧光探针DNCzPSe随NaClO浓度增加的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体技术或条件的部分，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种含硒原子的荧光探针，结构如式(I)所示：
其中，Ph是苯基，Ar为咔唑或二苯胺基团，如(Ⅱ)所示：
x＝1或2，y＝3-x。
所述含硒原子的荧光探针的合成路线见图1。
具体合成步骤如下：
步骤一.在氮气的保护下，以四氢呋喃为溶剂，将正丁基锂与咔唑或者二苯胺在-78℃温度下反应1h形成有机锂化合物体系，其中咔唑或者二苯胺与正丁基锂的摩尔比为1:1；
步骤二.在氮气的保护下，向步骤一所述有机锂化合物体系中加入苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦室温下反应4h，得到含N-P结构的衍生物，其中苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为1：1；
步骤三.在将含N-P结构的衍生物溶解于三氯甲烷中，加入硒粉室温下反应4h，硒粉与所述N-P结构的衍生物的摩尔比为1：1，过滤后提纯，最终制备所述含硒原子的荧光探针。
制备的含硒原子的荧光探针在检测次氯酸根离子中的应用。
实施例2
一种含硒原子的荧光探针，结构如式(I)所示：
其中，Ph是苯基，Ar为咔唑或二苯胺基团，如(Ⅱ)所示：
x＝1或2，y＝3-x。
所述含硒原子的荧光探针的合成路线见图1。
具体合成步骤如下：
步骤一.在氮气的保护下，以四氢呋喃为溶剂，将正丁基锂与咔唑或者二苯胺在-78℃温度下反应2h形成有机锂化合物体系，其中咔唑或者二苯胺与正丁基锂的摩尔比为2:1；
步骤二.在氮气的保护下，向步骤一所述有机锂化合物体系中加入苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦室温下反应12h，得到含N-P结构的衍生物，其中苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为2:1；
步骤三.在将含N-P结构的衍生物溶解于三氯甲烷中，加入硒粉室温下反应12h，硒粉与所述N-P结构的衍生物的摩尔比为5：1，过滤后提纯，最终制备所述含硒原子的荧光探针。
制备的含硒原子的荧光探针在检测次氯酸根离子中的应用。
实施例3
一种含硒原子的荧光探针，结构如式(I)所示：
其中，Ph是苯基，Ar为咔唑或二苯胺基团，如(Ⅱ)所示：
x＝1或2，y＝3-x。
所述含硒原子的荧光探针的合成路线见图1。
具体合成步骤如下：
步骤一.在氮气的保护下，以四氢呋喃为溶剂，将正丁基锂与咔唑或者二苯胺在-78℃温度下反应1h形成有机锂化合物体系，其中咔唑或者二苯胺与正丁基锂的摩尔比为1.5:1；
步骤二.在氮气的保护下，向步骤一所述有机锂化合物体系中加入苯基二氯化膦或者二苯基氯化膦室温下反应8h，得到含N-P结构的衍生物，其中苯基二氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为0.5：1，二苯基氯化膦与步骤一中所述有机锂化合物体系的摩尔比为1：1；
步骤三.在将含N-P结构的衍生物溶解于三氯甲烷中，加入硒粉室温下反应12h，硒粉与所述N-P结构的衍生物的摩尔比为5：1，过滤后提纯，最终制备所述含硒原子的荧光探针。
制备的含硒原子的荧光探针在检测次氯酸根离子中的应用。
实施例4
一种含硒原子的荧光探针，结构如式(I)所示：
其中，Ph是苯基，Ar为咔唑或二苯胺基团，如(Ⅱ)所示：
x＝1或2，y＝3-x。
当x＝2、y＝1、Ar为咔唑时，含硒原子的荧光探针为NCzPSe，其结构式为：
当x＝1、y＝2、Ar为二苯胺时，含硒原子的荧光探针为NDPhPSe，其结构式为：
当x＝1、y＝2、Ar为咔唑时，含硒原子的荧光探针为DNCzPSe，其结构式为：
当x＝2、y＝1、Ar为二苯胺时，含硒原子的荧光探针为DNDPhPSe，其结构式为：
所述含硒原子的荧光探针的合成路线见图1。
具体合成步骤如下：
1、含硒原子的荧光探针NCzPSe的合成
取100mL两口瓶，加入1g咔唑(5.98mmol)，抽真空，鼓氮气，反复重复3次。在氮气保护下，加入无水四氢呋喃(THF)直至溶解，然后将反应体系在-78℃的干冰/丙酮浴冷却10分钟。逐滴加入4.7mL的正丁基锂的正己烷溶液，维持-78℃反应1h，然后快速加入1.5mL的二苯基氯化膦，室温下反应8h。反应结束后，用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥。二氯甲烷溶液用旋转蒸发仪旋出。然后将粗产物溶解到50mL三氯甲烷中，加入0.47g硒粉搅拌8h。过滤收集滤液，浓缩得粗产物，石油醚/二氯甲烷为洗脱剂柱层析分离得到白色固体，产率：40％。红外吸收光谱图参照图1，核磁共振氢谱图如下：1H NMR(400MHz，d-DMSO，ppm)：δ8.20-8.18(d，J＝8.0Hz，2H)，8.11-8.05(m，4H)，7.74-7.70(m，2H)，7.67-7.61(m，4H)，7.28-7.24(t，J＝15.2Hz，2H)，7.12-7.08(m，2H)，6.47-6.45(d，J＝8.4Hz，2H)。结构如下：
2、含硒原子的荧光探针NDPhPSe的合成
取100mL两口瓶，加入1g二苯胺(5.9mmol)，抽真空，鼓氮气，反复重复3次。在氮气保护下，加入无水四氢呋喃(THF)直至溶解，然后将反应体系在-78℃的干冰/丙酮浴冷却10分钟。逐滴加入4.7mL的正丁基锂的正己烷溶液，维持-78℃反应1h，然后快速加入1.5mL的二苯基氯化膦，室温下反应8h。反应结束后，用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，二氯甲烷溶液用旋转蒸发仪旋出。然后将粗产物溶解到50mL三氯甲烷中，加入0.47g硒粉搅拌8h。过滤收集滤液，浓缩得粗产物，石油醚/二氯甲烷为洗脱剂柱层析分离得到白色固体，产率：42％。核磁共振氢谱图如下：1H NMR(400MHz，d-DMSO，ppm)：δ8.03-7.98(m，4H)，7.45-7.34(m，10H)，7.16-7.12(t，J＝15.6Hz，4H)，7.03-7.00(t，J＝14.4Hz，2H)。结构如下：
3、含硒原子的荧光探针DNCzPSe的合成
取100mL两口瓶，加入1g咔唑(5.98mmol)，抽真空，鼓氮气，反复重复3次。在氮气保护下，加入无水四氢呋喃(THF)直至溶解，然后将反应体系在-78℃的干冰/丙酮浴冷却10分钟。逐滴加入4.7mL的正丁基锂的正己烷溶液，维持-78℃反应1h，然后快速加入0.4mL的二苯基氯化膦，室温下反应8小时。反应结束后，用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，二氯甲烷溶液用旋转蒸发仪旋出。然后将粗产物溶解到50mL三氯甲烷中，加入0.46g硒粉搅拌8h。过滤收集滤液，浓缩得粗产物，石油醚/二氯甲烷为洗脱剂柱层析分离得到白色固体，产率40％。红外吸收光谱图参照图1，核磁共振氢谱图如下：1H NMR(400MHz,d-DMSO,ppm)：δ8.24-8.22(d，J＝8.0Hz，4H)，8.08-7.98(m，2H)，7.92-7.86(m，1H)，7.77-7.71(m，2H)，7.32-7.28(t，J＝15.2Hz，4H)，7.16-7.12(m，4H)，7.08-7.06(d，J＝8.4Hz，4H)。结构如下：
4、含硒原子的荧光探针DNDPhPSe的合成
取100mL两口瓶，加入1g二苯胺(5.9mmol)，抽真空，鼓氮气，反复重复3次。在氮气保护下，加入无水四氢呋喃(THF)直至溶解，然后将反应体系在-78℃的干冰/丙酮浴冷却10分钟。逐滴加入4.7mL的正丁基锂的正己烷溶液，维持-78℃反应1h，然后快速加入0.4mL的二苯基氯化膦，室温下反应8小时。反应结束后，用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，二氯甲烷溶液用旋转蒸发仪旋出。然后将粗产物溶解到50mL三氯甲烷中，加入0.46g硒粉搅拌8h。过滤收集滤液，浓缩得粗产物，石油醚/二氯甲烷为洗脱剂柱层析分离得到白色固体，产率50％。核磁共振氢谱图如下：1H NMR(400MHz,d-DMSO,ppm)：δ7.71-7.65(m，2H)，7.37-7.32(m，1H)，7.26-7.20(m，18H)，7.15-7.11(m，4H)。结构如下：
5、为了更好的说明本发明含硒原子的荧光探针的性能，对1-4合成的目标产物进行了性能测试，主要考察了热性能和发光性能，其结果如表1所示。
表1所述荧光探针的热性能和发光性能分析
注：Td为热分解温度；Tg为玻璃化转变温度；λabs为最大吸收波长；λPL为最大发射波长。
从表1中可以得出以下结论：本发明含硒原子的荧光探针具有较高的热分解温度和玻璃化转变温度，高达303和221℃；且发射峰在307-359nm，呈现蓝紫光发射，并均具有次氯酸根离子检测性能。
实施例5
采取实施例4中制备的含硒原子的荧光探针，对ClO-进行荧光检测：在PBS缓冲溶液(pH 7.4)，探针分子的浓度为100μM，每次等量加入10μL次氯酸钠溶液(0.01μM)，测定荧光强度的变化。
本实施例以DNCzPSe为探针分子得到的荧光强度-次氯酸钠浓度变化的荧光光谱如图2所示。
从图中可以看出，随次氯酸钠溶液的加入，以DNCzPSe为探针分子的荧光强度逐渐增加。通过线性拟合分析，其相关系数达到0.9533，说明本发明公开的含硒原子的荧光探针具有非常好的离子检测性能。将本发明公开的含硒原子的荧光探针与中国专利发明(池州学院.一种荧光探针及其制备方法.中国发明专利，CN 105647514 A，2016-06-08)进行对比，结果如表2所示：
从表2可以看出，本发明公开的含硒原子的荧光探针的制备方法非常温和、简便，优于对照材料，并可达到与对照材料相同的检测效果。

Claims (1)

1.一种用于检测次氯酸根离子的荧光探针，其特征在于，结构式如下所示：或
NDPhPSe制备方法如下：取100mL两口瓶，加入1g二苯胺，抽真空，鼓氮气，反复重复3次；在氮气保护下，加入无水四氢呋喃直至溶解，然后将反应体系在-78℃的干冰/丙酮浴冷却10分钟；逐滴加入4.7mL的正丁基锂的正己烷溶液，维持-78℃反应1h，然后快速加入1.5mL的二苯基氯化膦，室温下反应8h；反应结束后，用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，二氯甲烷溶液用旋转蒸发仪旋出；然后将粗产物溶解到50mL三氯甲烷中，加入0.47g硒粉搅拌8h；过滤收集滤液，浓缩得粗产物，石油醚/二氯甲烷为洗脱剂柱层析分离得到白色固体，即为NDPhPSe；
DNDPhPSe制备方法如下：取100mL两口瓶，加入1g二苯胺，抽真空，鼓氮气，反复重复3次；在氮气保护下，加入无水四氢呋喃直至溶解，然后将反应体系在-78℃的干冰/丙酮浴冷却10分钟；逐滴加入4.7mL的正丁基锂的正己烷溶液，维持-78℃反应1h，然后快速加入0.4mL的二苯基氯化膦，室温下反应8小时；反应结束后，用二氯甲烷萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，二氯甲烷溶液用旋转蒸发仪旋出；然后将粗产物溶解到50mL三氯甲烷中，加入0.46g硒粉搅拌8h；过滤收集滤液，浓缩得粗产物，石油醚/二氯甲烷为洗脱剂柱层析分离得到白色固体，即为DNDPhPSe。
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