CN107698612B - 一种鸟嘌呤荧光探针及其制备方法 - Google Patents
一种鸟嘌呤荧光探针及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于鸟嘌呤荧光探针及其制备方法，该荧光探针分子式为C48H54B2F4N6O4,是一种带双酰胺基的双取代BODIPY的结构。该荧光探针的制备是通过己二胺先后与氯乙酰氯和含羟基BODIPY缩合得到双取代BODIPY，其在溶液中显橘黄色，在507nm处有很强的荧光发射。该双取代BODIPY荧光量子产率达0.96，水溶性好，毒性低，其对鸟嘌呤能高灵敏识别，最低检测限达到3.64μM，其它化合物干扰小，是一种理想的鸟嘌呤快速检测传感器。
Description
技术领域
本发明属于有机合成与分析化学技术领域，具体涉及一种用于检测鸟嘌呤的荧光探针及其制备方法与应用。
背景技术
BODIPY荧光探针是一种高荧光染料，因为其高荧光性、光化学稳定性和能量和电子传递能力，吸引了越来越多的关注。而BODIPY作为检测生命遗传物质的荧光探针，还是鲜有报道。
鸟嘌呤是嘌呤类有机化合物，是由一个嘧啶环和一个咪唑环稠和而成的，是嘌呤的一种，由碳和氮原子组成具有特征性双环结构，鸟嘌呤，同腺嘌呤和胞嘧啶一样，在DNA和RNA中同时出现。在生物体内起着重要的作用，鸟嘌呤具有4种DNA碱基中最小的绝热电离势，以游离或结合态存在于海鸟粪中，是五种不同核碱中的其中之一，并同时存在于脱氧核醣核酸及核醣核酸中。鸟嘌呤在DNA双螺旋结构中与胞嘧啶配对。
关于BODIPY类荧光探针，相关的文献有：
1·一种铜离子荧光探针及其合成方法，CN 103013495B；本文献通过将三苯胺与BODIPY相连接，制备了能识别铜离子的探针。
2.Improved Synthesis of the Triazacryptand(TAC)and its Application intheConstruction of a Fluorescent TAC-BODIPY Conjugate for K+Sensing inLiveCells，Binglin Sui,Xiling Yue,Michael G.Tichy,Taihong Liu,andKevin D.Belfield，Eur.J.Org.Chem.2015,1189–1192，中通过三氮穴醚与BODIPY桥联制备了能在活体细胞中识别钾离子的探针。
3.BODIPY Appended Crown Ethers:Selective Fluorescence Changes for Hg2+Binding，Hyun Jung Kim,Sang Hoon Kim,Ja Hyung Kim,Eil-Hee Lee,Kwang-Wook Kim,and Jong Seung Kim，Bull.Korean Chem.Soc.2008,Vol.29,1831-1834),设计了一种能响应汞离子的冠醚BODIPY的荧光探针。
但是，这些探针都是单BODIPY结构，没有双取代的BODIPY结构，也没有对碱基对有识别能力的BODIPY探针报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鸟嘌呤荧光探针及其制备方法，该鸟嘌呤荧光探针通过荧光增强可以灵敏地检测到鸟嘌呤的存在，具有很好的应用前景。
本发明所述的一种用于检测鸟嘌呤的荧光探针，其分子式为C48H54B2F4N6O4,是一种带双酰胺基的双取代BODIPY的结构，其具体结构为：
本发明所述鸟嘌呤荧光探针-双取代BODIPY的制备方法，其合成路线如下：
该双取代BODIPY的制备方法，具体包括以下步骤：
1)将己二胺与氯乙酰氯以摩尔比1:2～50比例，较佳的是1:2～10，在干燥二氯甲烷中冰浴下搅拌1～30小时，加水沉淀得到反应产物1，6-二酰氯己二胺，标注为化合物1，其结构式如下：
2)在氮气保护下，将对羟基苯甲醛与2,4-二甲基吡咯以摩尔比1:1～5比例混合，再加入干燥的CH2Cl2,常温反应3～12小时；
再加入2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，其中2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌与对羟基苯甲醛的摩尔比为4:1～1:4，常温反应2～12小时；
然后向混合体系中依次加入三乙胺和三氟化硼乙醚，其中，三乙胺与对羟基苯甲醛的摩尔比为50:1～10:1,三氟化硼乙醚与对羟基苯甲醛的摩尔比为50:1～10:1，室温反应2～12个小时；
反应结束后，产物经过处理得到含羟基的氟硼荧光染料，标注为化合物2，其结构式如下：
3)将化合物1与化合物2以摩尔比为2:1～1:2比例，在干燥丙酮中搅拌，加热回流3～20小时,反应结束后，产物经过提纯处理，得到双取代BODIPY，标注为化合物3，其分子式为C48H54B2F4N6O4，其在溶液中显橘黄色。
表征结果显示其在507nm处有较强荧光发射，荧光量子产率0.96，水溶性好，毒性低，该荧光探针在溶液中与鸟嘌呤形成1:1络合物，并导致荧光发生明显增强，可用于环境中鸟嘌呤的灵敏检测，其它化合物干扰小，是一种理想的鸟嘌呤快速检测传感器。
图1为双取代BODIPY的红外光谱图，确定了双取代BODIPY的各官能团，确定了双取代BODIPY的结构。
图2为双取代BODIPY的核磁共振氢谱图，确定了双取代BODIPY的结构。
图3为双取代BODIPY的核磁共振碳谱图，确定了双取代BODIPY的结构。
图4为双取代BODIPY的高分辨质谱图。
图5为在二甲亚砜溶液中，10-6mol/LR双取代BODIPY与10-5mol/L鸟嘌呤，10-5mol/L腺嘌呤，10-5mol/L胞嘧啶，10-5mol/L胸腺嘧啶的紫外吸收图谱,横坐标为波长、纵坐标为吸光度。紫外光谱吸光度对鸟嘌呤的变化最为明显，表明双取代BODIPY对鸟嘌呤有较强的识别响应能力。
图6在二甲亚砜的溶液中，10-6mol/L双取代BODIPY与不同浓度的鸟嘌呤的紫外吸收图谱，横坐标为波长、纵坐标为吸光度。鸟嘌呤浓度依次为双取代BODIPY浓度的0、0.1、0.3、0.5、0.7、1、3、5、7、10、30、50、70、100、300倍。图6表明，双取代BODIPY的吸光度随着鸟嘌呤浓度的升高，成明显上升趋势。
图7为在二甲亚砜的溶液中，10-6mol/L双取代BODIPY与10-5mol/L鸟嘌呤，10-5mol/L腺嘌呤，10-5mol/L胞嘧啶，10-5mol/L胸腺嘧啶的荧光发射图谱，横坐标为波长、纵坐标为相对荧光强度。荧光强度上升越大，表示双取代BODIPY对化合物识别响应越高。在测试化合物中对鸟嘌呤响应最为明显，说明双取代BODIPY对鸟嘌呤能选择性识别。
图8为在二甲亚砜溶液中，10-6mol/L双取代BODIPY与不同浓度的鸟嘌呤的荧光图谱，横坐标为波长、纵坐标为相对荧光强度。鸟嘌呤浓度依次为双取代BODIPY浓度的0、0.1、0.3、0.5、0.7、1、3、5、7、10、30、50、70、100、300倍。表示双取代BODIPY随着鸟嘌呤浓度的升高，荧光发射强度逐渐上升。
图9为在二甲亚砜溶液中，10-6mol/L双取代BODIPY与10-5mol/L鸟嘌呤和10-5mol/L干扰化合物的荧光差值比值图，纵坐标为荧光差值的比值，比值越接近1说明干扰化合物的干扰能力越小。从图9看出，所有比值均接近1，说明其它化合物基本不干扰本发明荧光探针对鸟嘌呤的高灵敏检测。
本发明的有益效果：所制备的双取代BODIPY在鸟嘌呤存在下荧光发生显著改变，其它化合物的存在不干扰鸟嘌呤的检测，检测的最低响应浓度为3.64μM，可用于高选择性高灵敏性地检测鸟嘌呤，这对于复杂环境中鸟嘌呤的检测有重要的现实应用价值。
附图说明
图1为双取代BODIPY的红外光谱图
图2为的双取代BODIPY的核磁共振氢谱图，
图3为双取代BODIPY的核磁共振碳谱图，
图4为双取代BODIPY的高分辨质谱图。
图5为双取代BODIPY与不同物种混合后的紫外光谱图
图6为双取代BODIPY与不同浓度鸟嘌呤混合后的紫外光谱图
图7为双取代BODIPY与不同物种混合后的荧光光谱图
图8为双取代BODIPY与不同浓度鸟嘌呤混合后的荧光光谱图
图9为双取代BODIPY与鸟嘌呤混合后抗干扰能力图
具体实施方式
为了进一步说明本发明，给出以下实施例，但本发明并不受这些实施例的限制。
实施例1
1、合成1，6-二酰氯己二胺(化合物1)
向装有150mL干燥二氯甲烷的冰浴250mL三口烧瓶中，加入0.55ml(8.33mmol)己二胺，搅拌均匀后，再缓慢加入1.88mL(16.66mmol)氯乙酰氯，反应6小时，TLC检测至原料完全消失，停止反应。加蒸馏水洗涤，至氯乙酰氯洗净，分出有机层，用甲醇重结晶，过滤，浓缩滤液，得2.2g1，6-二酰氯己二胺。
2、合成羟基BODIPY(化合物2)
在氮气保护下，向装有80mL干燥二氯甲烷的三口烧瓶中加入0.25g(2mmol)的对羟基苯甲醛和0.4mL(4mol)2,4-二甲基吡咯，搅拌均匀后，再滴加3-4滴三氟乙酸，室温下搅拌反应一夜，TLC检测至原料基本消失；再将0.4g(2mmol)DDQ(2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌)溶于10mL干燥二氯甲烷中，并加入上述反应体系中，得到的反应液继续在室温下搅拌反应6小时，TLC检测DDQ基本消失，此时加入4mL(30mmol)三乙胺，搅拌半个小时后，缓慢加入10mL(20mmol)三氟化硼乙醚，室温搅拌5-6个小时，结束反应，用3×30ml蒸馏水洗涤，萃取，硫酸镁干燥，过滤，浓缩滤液，经硅胶柱层析分离产物，减压旋干后得枣红色固体0.2g化合物2，即羟基BODIPY，产率为30％。
3、合成双取代BODIPY(化合物3)：
向装有50ml干燥丙酮的冰浴100mL三口烧瓶中，加入0.5g(1.88mmol)化合物1和6.9g(5mmol)碳酸钾，搅拌均匀后，再加入1.27g(3.72mmol)羟基BODIPY，少量KI，电磁搅拌，加热回流8小时，TLC检测至原料完全消失，停止反应。冷却至室温，用稀盐酸水洗至碳酸钾消失，分出有机层，硫酸镁干燥，过滤，浓缩滤液，经硅胶柱层析分离产物，减压旋去溶剂后得1.48g枣红色固体双取代BODIPY，产率90％。
实施例2
1、合成1，6-二酰氯己二胺(化合物1)
向装有150mL干燥二氯甲烷的冰浴250mL三口烧瓶中，加入0.1mol己二胺，搅拌均匀后，再缓慢加入0.2mol氯乙酰氯，反应1小时，TLC检测至原料完全消失，停止反应。加蒸馏水洗涤，至氯乙酰氯洗净，分出有机层，用甲醇重结晶，过滤，浓缩滤液，得1，6-二酰氯己二胺，即1，6-二酰氯己二胺。
2、合成羟基BODIPY(化合物2)
在氮气保护下，向装有80mL干燥二氯甲烷的三口烧瓶中加入0.1mol的对羟基苯甲醛和0.1mol2,4-二甲基吡咯，搅拌均匀后，再滴加3-4滴三氟乙酸，室温下搅拌反应3小时，TLC检测至原料基本消失；再将0.4molDDQ(2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌)溶于10mL干燥二氯甲烷中，并加入上述反应体系中，得到的反应液继续在室温下搅拌反应2小时，TLC检测DDQ基本消失，此时加入5mol三乙胺，搅拌半个小时后，缓慢加入5mol三氟化硼乙醚，室温搅拌2个小时，结束反应，用3×30ml蒸馏水洗涤，萃取，硫酸镁干燥，过滤，浓缩滤液，经硅胶柱层析分离产物，减压旋去溶剂后得枣红色固体羟基BODIPY，即羟基BODIPY。
3、合成双取代BODIPY(化合物3)：
向装有50ml干燥丙酮的冰浴100mL三口烧瓶中，加入0.2mol化合物1和6.9g(5mmol)碳酸钾，搅拌均匀后，再加入0.1mol羟基BODIPY，少量KI，电磁搅拌，加热回流3小时，TLC检测至原料完全消失，停止反应。冷却至室温，用稀盐酸水洗至碳酸钾消失，分出有机层，硫酸镁干燥，过滤，浓缩滤液，经硅胶柱层析分离产物，减压旋去溶剂后得0.42g枣红色固体双取代BODIPY，产率85％。
实施例3
1、合成1，6-二酰氯己二胺(化合物1)
向装有150mL干燥二氯甲烷的冰浴250mL三口烧瓶中，加入0.1mol己二胺，搅拌均匀后，再缓慢加入5mol氯乙酰氯，反应30小时，TLC检测至原料完全消失，停止反应。加蒸馏水洗涤，至氯乙酰氯洗净，分出有机层，用甲醇重结晶，过滤，浓缩滤液，得化合物1，即1，6-二酰氯己二胺。
2、合成羟基BODIPY(化合物2)
在氮气保护下，向装有80mL干燥二氯甲烷的三口烧瓶中加入0.1mol的对羟基苯甲醛和0.5mol 2,4-二甲基吡咯，搅拌均匀后，再滴加3-4滴三氟乙酸，室温下搅拌反应12小时，TLC检测至原料基本消失；再将0.025mol DDQ(2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌)溶于10mL干燥二氯甲烷中，并加入上述反应体系中，得到的反应液继续在室温下搅拌反应12小时，TLC检测DDQ基本消失，此时加入1mol三乙胺，搅拌半个小时后，缓慢加入1mol三氟化硼乙醚，室温搅拌12个小时，结束反应，用3×30ml蒸馏水洗涤，萃取，硫酸镁干燥，过滤，浓缩滤液，经硅胶柱层析分离产物，减压旋去溶剂后得枣红色固体化合物2，即羟基BODIPY。
3、合成双取代BODIPY(化合物3)
向装有50ml干燥丙酮的冰浴100mL三口烧瓶中，加入0.1mol化合物1和6.9g(5mmol)碳酸钾，搅拌均匀后，再加入0.2mol羟基BODIPY，少量KI，电磁搅拌，加热回流20小时，TLC检测至原料完全消失，停止反应。冷却至室温，用稀盐酸水洗至碳酸钾消失，分出有机层，硫酸镁干燥，过滤，浓缩滤液，经硅胶柱层析分离产物，减压旋去溶剂后得0.18g枣红色固体双取代BODIPY，产率82％。
Claims (3)
1.一种鸟嘌呤荧光探针，是一种带双酰胺基的双取代BODIPY的结构，其具体结构为：
其分子式为C48H54B2F4N6O4，在溶液中显橘黄色。
2.一种制备权利要求1所述的鸟嘌呤荧光探针的制备方法，其合成路线如下：
具体步骤如下：
1)将己二胺与氯乙酰氯以摩尔比1:2～50比例，在干燥二氯甲烷中冰浴下搅拌1～30小时，加水沉淀得到1，6-二酰氯己二胺，标注为化合物1，其结构式如下：
2)在氮气保护下，将对羟基苯甲醛与2,4-二甲基吡咯以摩尔比1:1～5比例混合，再加入干燥的CH2Cl2,滴加三氟乙酸，常温反应3～12小时；
再加入2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，其中2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌与对羟基苯甲醛的摩尔比为4:1～1:4，常温反应2～12小时；
然后向混合体系中依次加入三乙胺和三氟化硼乙醚，其中，三乙胺与对羟基苯甲醛的摩尔比为50:1～10:1,三氟化硼乙醚与对羟基苯甲醛的摩尔比为50:1～10:1，室温反应2～12个小时；
反应结束后，产物经过处理得到含羟基的氟硼荧光染料，标注为化合物2，其结构式如下：
3)将化合物1与化合物2以摩尔比为2:1～1:2比例，加入碳酸钾和碘化钾，在干燥丙酮中搅拌，加热回流3～20小时,反应结束后，产物经过提纯处理，得到双取代BODIPY，标注为化合物3，其分子式为C48H54B2F4N6O4，其在溶液中显橘黄色。
3.根据权利要求2所述鸟嘌呤荧光探针的制备方法，其特征是步骤1)所述的己二胺与氯乙酰氯的摩尔比例是1:2～10。
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