CN107253932A - 一种快速高选择性超灵敏镍离子比率荧光探针及其制备方法 - Google Patents

一种快速高选择性超灵敏镍离子比率荧光探针及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速高选择性超灵敏镍离子比率荧光探针及其制备方法。具体地，本发明的探针为烯丙基醚类化合物，其可作为镍离子比率荧光探针用于镍离子的检测。这种探针可实现如下的技术效果中的至少一个：高选择性地识别镍离子；可以快速对镍离子实现响应；可以实现对镍离子的高灵敏分析；可以实现对镍离子的比率分析；性质稳定，可以长期保存使用；以及具有较强的抗干扰能力。

Description

一种快速高选择性超灵敏镍离子比率荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明涉及烯丙基醚类化合物作为镍离子比率荧光探针，能够迅速对镍离子进行超灵敏选择性识别，或者其可测定样品中镍离子的浓度。
背景技术
镍离子作为过渡金属之一，是人体和某些作物的必需元素，在人体内的含量极为敏感，镍离子缺乏时肝内6种脱氢酶减少，包括葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶。这些酶参与生成NADH、无氧糖酵解、三羧循环和由氨基酸释放氮。而且镍离子缺乏时显示肝细胞和线粒体结构有变化，特别是内网质不规整，线粒体氧化功能降低。但过量的镍离子对动植物及人体又具有很强的毒性，已证实镍离子及其某些络合物具有致癌作用和许多代谢症状，每天摄入可溶性镍250mg会引起中毒。有些人比较敏感，摄入600μg即可引起中毒。依据动物实验，慢性超量摄取或超量暴露，可导致心肌、脑、肺、肝和肾退行衰竭性变。
鉴于此，发展能够有效检测特别是能够在生理水平条件下检测镍离子的分析方法是极其重要和有意义的。现如今已报导的检测镍离子的分析方法包括容量分析法、光学分析法、离子色谱法(ICP)、镍离子选择电极法和在线分析法等方法。在这些众多的检测方法中比率荧光探针由于其特有的优点而成为研究人员关注的焦点。然而，目前报道的比率和荧光探针仍存在一些问题，包括选择性不够好、灵敏度不够高、响应速度不够快、合成复杂。总之，发展快速、高选择性、高灵敏度、合成简单的镍离子比率荧光双通道探针是本领域技术人员急需解决的。
发明内容
本领域急需一种制备简单的快速高选择超灵敏的镍离子比率荧光探针，从而能够有效检测镍离子。为此，本发明合成了一类新颖的镍离子比率荧光探针，其合成简单、选择性好、灵敏度高、能够快速识别镍离子。具体而言，本发明提供了一种镍离子比率荧光探针，其为烯丙基醚类化合物，其结构如下：
优选的，本发明的比率荧光探针是：
本发明还提供了镍离子比率荧光探针的制备方法，其是通过将对应于本发明探针的相应荧光团化合物与氯丙烯在二氯甲烷(或乙腈或四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜或它们的混合物)溶液中反应制得。
本发明还提供了用于检测样本中镍离子浓度的检测制剂，其包含本发明的探针。
本发明还提供了检测样本中镍离子浓度的方法，其包括将本发明的探针与待测样本接触的步骤。
本发明还提供了在制备用于检测样本中镍离子浓度的制剂中的用途。
本发明的镍离子比率荧光探针可与镍离子进行作用，产生荧光光谱的变化，从而实现对镍离子的定量检测。
具体而言，本发明的镍离子比率荧光探针分别与钾离子、钙离子、钠离子、镁离子、铝离子、铅离子、亚铁离子、汞离子等金属离子和人体内常见物质进行作用均不能导致探针荧光光谱的明显改变，从而实现对镍离子的选择性识别，进而可任选地用于排除钾离子、钙离子、钠离子、镁离子、铝离子、铅离子、亚铁离子、汞离子等金属离子以及人体内其他常见物质的存在对镍离子定量测定的干扰。
本发明的镍离子比率荧光探针与镍离子反应迅速，从而有利于对镍离子的即时检测。
可选择地，本发明的镍离子比率荧光探针的稳定性好，进而能够长期保存使用。
进一步的，本发明的镍离子比率荧光探针是快速高灵敏性镍离子比率荧光探针，且合成简单，有利于商业化的推广应用。
附图说明
图1是探针(20μM)加入镍离子(0-5μM)后的荧光光谱及线性关系；
图2是探针(20μM)加入镍离子(2μM)后荧光光谱随时间的变化图。
图3a是不同金属离子(50μM)对探针(20μM)荧光强度的影响，其中(1)空白、(2)钾离子、(3)钙离子、(4)钠离子、(5)镁离子、(6)铅离子、(7)铝离子、(8)亚铁离子、(9)汞离子，白色柱状图代表的是单一离子存在下探针在645nm处的荧光强度值，黑色柱状图代表的是镍离子(2μM)与对应离子共同存在下探针在645nm处的荧光强度值；图3b编号1-24分别是人体内和环境里常见的物质(50μM)对探针(20μM)荧光强度的影响，分别为空白、镍离子、钾离子、钙离子、钠离子、镁离子、铝离子、铅离子、亚铁离子、汞离子、锌离子、铜离子、锡离子、镉离子、铬离子、铁离子、超氧化钾、过氧化氢、过氧化叔丁醇、次氯酸钠、氢氧自由基、过氧化叔丁醇自由基、谷胱甘肽，半胱氨酸，柱状图代表的是不同分析物存在下探针在555nm与455nm的比率关系的荧光强度值。
具体实施方式：
本发明提供了上述快速高选择性超灵敏镍离子比率荧光探针的合成路线、方法及其光谱性能。
本发明的镍离子比率荧光探针是一类4-氯-1,8-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可以相同或不同。
该类镍离子比率荧光探针的合成路线和方法如下：
具体地，本发明的比率荧光探针可以通过如下方法制备，将一定摩尔比(例如1:1～1:5)的荧光团化合物4-氯-1,8-萘酰亚胺溶于二氯甲烷(或乙腈或四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜或它们的混合物)中，加入一定比例的氯丙烯(例如1:1～1:5)与碳酸钾(例如1:1～1:5)然后在合适的温度(例如25℃)下搅拌反应一段时间(例如6h)，减压条件下旋蒸干溶剂。如果要得到较纯的产品，可以将固体用二氯甲烷和石油醚的混合体系(例如2:1,v/v)进行柱色谱分离得到纯品。
因此，本发明还提供了4-羟基-1,8-萘酰亚胺在制备用于检测镍离子的比率荧光探针中的用途。
本发明的快速高选择性超灵敏识别镍离子比率荧光探针的显著特征是能够快速高选择性灵敏识别镍离子以及在人体内的其他离子的存在下能够准确对镍离子进行定量分析。
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265mg(1毫摩尔)4-羟基-1,8-萘酰亚胺荧光团化合物溶于15mL乙腈中，再加入77mg(1毫摩尔)氯丙烯与138mg(1毫摩尔)碳酸钾，然后25℃下搅拌反应3h，反应结束后旋蒸干二氯甲烷，即获得粗产品。最终使用二氯甲烷和石油醚的混合体系(3:1,v/v)进行柱色谱分离，得到黄色纯净产品300.6mg，产率为62％。
(方案2)将265mg(1毫摩尔)4-羟基-1,8-萘酰亚胺荧光团化合物溶于15mL乙腈中，再加入85mg(1.2毫摩尔)氯丙烯与138mg(1毫摩尔)碳酸钾，然后25℃下搅拌反应3h，反应结束后旋蒸干二氯甲烷，即获得粗产品。最终使用二氯甲烷和石油醚的混合体系(3:1,v/v)进行柱色谱分离，得到黄色纯净产品315.7mg，产率为70％。
(方案3)将265mg(1毫摩尔)4-羟基-1,8-萘酰亚胺荧光团化合物溶于15mL乙腈中，再加入120mg(1.5毫摩尔)氯丙烯与200mg(1.5毫摩尔)碳酸钾，然后25℃下搅拌反应3h，反应结束后旋蒸干二氯甲烷，即获得粗产品。最终使用二氯甲烷和石油醚的混合体系(3:1,v/v)进行柱色谱分离，得到黄色纯净产品330.5mg，产率为81％。
(方案4)将265mg(1毫摩尔)4-羟基-1,8-萘酰亚胺荧光团化合物溶于15mL乙腈中，再加入154mg(2毫摩尔)氯丙烯与278mg(2毫摩尔)碳酸钾，然后25℃下搅拌反应3h，反应结束后旋蒸干二氯甲烷，即获得粗产品。最终使用二氯甲烷和石油醚的混合体系(3:1,v/v)进行柱色谱分离，得到黄色纯净产品350.2mg，产率为84％。
实施例2
图1是镍离子比率荧光探针(20μM)加入镍离子(0-5μM)后的荧光光谱变化图。从探针母液中取出50μL置于10mL的测试体系(乙腈：水＝3：7，包含50μM三苯基膦与200μM硼氢化钠)中，配置多个平行样品。然后将不同浓度的镍离子(从10毫摩尔的镍离子母液中移取不同体积)加入到测试体系中，摇晃均匀后静置10分钟。用荧光分光光度计测试其荧光强度变化。从图中可以清晰的看出，随着加入镍离子浓度的增加，溶液455nm处的荧光强度逐渐降低，555nm处的荧光强度逐渐增强。并且，由插图可以看出，555nm处的荧光强度与455nm处的比率关系与加入的镍离子浓度呈现了良好的线性关系，这证明借助于该荧光探针能够对镍离子进行定量分析。
实施例3
图2是镍离子比率荧光探针(20μM)加入镍离子(2μM)后荧光光谱随时间的变化图。从探针母液中取出50μL置于10mL的测试体系(乙腈：水＝3：7，包含50μM三苯基膦与200μM硼氢化钠)中，然后将2μM的镍离子(从50μM的镍离子母液中移取200μL)加入到测试体系中，摇晃均匀后立即用荧光分光光度计测试其荧光强度变化。由图可以清楚地看到，当镍离子加入后，经检测5min后荧光强度达到最大值并保持不变，这说明该探针与镍离子反应迅速，能够为镍离子的测定提供快速的分析方法。
实施例4
从探针母液中取出50μL置于10mL的测试体系(乙腈：水＝3：7，包含50μM三苯基膦与200μM硼氢化钠)中，配置多个平行样品。然后将不同的相关离子50μM分别(从10毫摩尔的相关离子母液中移取25μL)加入到测试体系中，摇晃均匀后静置10分钟。最后用荧光分光光度计测试其荧光强度变化。由图3a所示，相对于镍离子，钾离子、钙离子、钠离子、镁离子、铅离子、铝离子、亚铁离子和汞离子等金属离子均不能引起探针溶液荧光光谱的显著变化。此外，在定量分析镍离子时也不受这些金属离子的干扰。
由图3b所示，相对于镍离子，人体内其他常见物质均不能引起探针溶液荧光光谱的明显变化，因此，该探针能够高选择性地检测环境里的镍离子。
综上表明，该探针对镍离子具有较高的选择性。
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 (9)

1.化合物，其具有以下结构
其中：R1、R2、R3、R4、R5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.用于检测样本中镍离子含量的制剂，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，其中所述的样本是水或血液。
6.制备权利要求1或2的化合物的方法，其包括如下步骤：
将一定摩尔比的荧光团化合物4-羟基-1，8-萘酰亚胺溶于15mL二氯甲烷(或乙腈或四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜或它们的混合物)溶液中加入一定比例的氯丙烯和碳酸钾，在合适的温度下(例如25℃)搅拌反应直至反应进行完全，然后减压条件下旋蒸干有机溶剂，即得粗产品。最终采用柱色谱方法进行分离获得纯品。
7.根据权利要求6的方法，其中反应温度是15℃～80℃。
8.根据权利要求6的方法，其中荧光团化合物4-羟基-1，8-萘酰亚胺和氯丙烯的摩尔比为1∶1至1∶2。
9.荧光团化合物4-羟基-1，8-萘酰亚胺在制备权利要求1或2的镍离子比率荧光探针化合物中的用途。
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