CN107699234A - 一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用，其结构式如下：所述荧光探针在体积比为50:1～60:1的二甲基亚砜‑水溶剂体系中，利用荧光光谱去分别检测识别Fe³⁺与Hg²⁺，其优点是：对Fe³⁺和Hg²⁺的识别都有良好的选择性，抗干扰能力强，具有较好的传感性质，检测限低，检测灵敏度高；该探针分子在溶液中具有较强的荧光，加入Fe³⁺之后，溶液颜色由黄色变成无色；加入Hg²⁺后，溶液颜色由黄色变成淡黄色；同时加入Fe³⁺和Hg²⁺后，溶液颜色由黄色变为浅黄色；可达到裸眼识别的效果；所述荧光探针可以很好的应用于环境污染或生物体内铁离子及汞离子的检测。

Description

一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用，属于离子识别技术领域。

背景技术

荧光分子探针在环境化学、分析化学和生命科学领域具有重要应用，它具有好的选择性、高的灵敏度、价格低廉和操作简便，并且能够快速、实时、原位定量检测和分析等优点，引起了化学领域研究者的广泛关注，而席夫碱类探针更是研究的重点。

铁是生物系统中最重要的金属之一,特别是三价铁是构成蛋白、细胞色素和多种酶的基本元素，对细胞的新陈代谢起着至关重要的作用；对血液、生物组织等样品中微量铁离子的精确测定是研究生物体吸收代谢机制的基础。因此，探针的合成对生物体的生命活动检测，以及人体健康有着十分重要的意义，应用前景广阔。汞离子被认为是地球上毒性最大的重金属离子之一。特别是Hg²⁺对人体的危害累及中枢神经系统、消化系统及肾脏，此外对呼吸系统、皮肤、血液及眼睛也有一定的影响；无机汞离子可以轻易的通过细胞膜,从而严重破坏神经系统和内分泌系统。因此，合成及运用荧光探针去检测Hg²⁺对人体的健康具有十分重大的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用，该荧光探针具有良好的灵敏度、较强的抗干扰能力、可在同一溶剂体系中分别识别Fe³⁺和Hg²⁺。

技术方案：本发明提供了一种席夫碱类多功能荧光探针，所述的荧光探针的结构式如下：

本发明还提供了一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，制备反应式如下：

具体步骤如下：

1)将3-氨基-4-氰基吡唑加入无水乙醇中，搅拌加热至50～80℃使之回流溶解，得到溶液Ⅰ；

2)将2,5-二羟基苯甲醛溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到得到溶液Ⅱ；

3)将溶液Ⅱ滴加至溶液Ⅰ中得到混合溶液，之后加入体积为混合溶液体积1/20～1/15的冰乙酸，搅拌回流3～5h，冷却抽滤，得到结晶；

4)将步骤3)得到的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤，再用无水乙醇重结晶得到纯品，即所述的席夫碱类多功能荧光探针。

其中：

步骤1)所述的3-氨基-4-氰基吡唑与无水乙醇的质量体积比为1:1～1:20g/ml。

步骤2)所述的2,5-二羟基苯甲醛与无水乙醇的质量体积比为1:2～1:20g/ml。

步骤4)所述的将结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤，洗涤的次数为3～5次。

所述的3-氨基-4-氰基吡唑与2,5-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:1～1:1.2。

所述的制备方法制备席夫碱类多功能荧光探针的产率为75～79wt％。

本发明还提供了一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，所述的席夫碱类多功能荧光探针在溶剂体系中，利用光谱检测识别Fe³⁺和Hg²⁺。

所述的溶剂体系为二甲基亚砜与水的混合溶剂，其中二甲基亚砜与水的体积比为50:1～60:1。

所述的光谱检测采用的光谱为荧光发射光谱。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)该荧光探针是席夫碱类化合物，具有亚胺键和氨基基团，Fe³⁺和Hg²⁺都易于通过配位键与其结合，作用之后荧光光谱蓝移，荧光增强，实现了对Fe³⁺和Hg²⁺荧光增强识别，检测灵敏度高。

(2)该荧光探针对Fe³⁺和Hg²⁺的识别都有优良的选择性，与其它常见金属离子作用荧光信号基本没有变化，抗干扰能力强，具有较好的传感性质，检测限低。

(3)在同一离子检测的溶剂环境中，使荧光探针实现多功能化，达到对Fe³⁺和Hg²⁺的识别检测，这种多功能探针既节约了检测成本，也节省了检测的时间。

附图说明

图1是本发明荧光探针的质谱谱图；

图2是本发明荧光探针对Fe³⁺和Hg²⁺选择性识别的荧光发射光谱图，图中1代表荧光探针；

图3是本发明荧光探针对Fe³⁺干扰性识别的荧光发射光谱图；

图4是本发明荧光探针对Hg²⁺干扰性识别的荧光发射光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐明本发明，但实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1:

1、席夫碱类多功能荧光探针制备的反应式如下：

具体步骤如下：

1)按质量体积比1:15g/ml将3-氨基-4-氰基吡唑加入无水乙醇中，搅拌加热至70℃使之回流溶解，得到溶液Ⅰ；

2)按质量体积比1:5g/ml将2,5-二羟基苯甲醛溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到得到溶液Ⅱ；

3)将溶液Ⅱ滴加至溶液Ⅰ中得到混合溶液，且混合溶液中3-氨基-4-氰基吡唑与2,5-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:1.4，之后加入体积为混合溶液体积1/6的冰乙酸，搅拌回流3～5h，冷却抽滤，得到结晶；

4)将步骤3)得到的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤5次，再用无水乙醇重结晶得到纯品，即所述的席夫碱类多功能荧光探针，其产率75wt％。

经红外光谱、质谱、核磁共振氢谱确认其结构式为：

分析席夫碱类多功能荧光探针的基本数据：

高分辨质谱(电喷雾，正模式)表征：该荧光探针的分子式为C₁₁H₈N₄O₂，相对分子质量为228.21；实测值为[M+H]⁺：227.2(如图1)。

2、席夫碱类多功能荧光探针的应用

将荧光探针溶解在体积比为60:1的二甲基亚砜-水中，使得荧光探针最终浓度为20μmol/L，然后分别加入200μmol/L的金属离子(Mg²⁺，Na⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Mn²⁺，Fe³⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，Ag⁺，Hg²⁺，Pb²⁺，Al³⁺，Cr³⁺)，0.5h后检测溶液的荧光发射光谱变化，当加入Fe³⁺或者Hg²⁺后，荧光探针在451nm时都出现强的发射峰，其中前者较后者强一些。然而当加入其它金属离子时，荧光探针发射峰无明显增强；实验结果表明，只有加入Fe³⁺和Hg²⁺时，荧光探针溶液在451nm处出现强的发射峰，对Fe³⁺和Hg²⁺都具有良好的选择性。

实施例2：

1、席夫碱类多功能荧光探针制备的反应式如下：

具体步骤如下：

1)按质量体积比1:1g/ml将3-氨基-4-氰基吡唑加入无水乙醇中，搅拌加热至80℃使之回流溶解，得到溶液Ⅰ；

2)按质量体积比1:2g/ml将2,5-二羟基苯甲醛溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到得到溶液Ⅱ；

3)将溶液Ⅱ滴加至溶液Ⅰ中得到混合溶液，且混合溶液中3-氨基-4-氰基吡唑与2,5-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:1，之后加入体积为混合溶液体积1/20的冰乙酸，搅拌回流3～5h，冷却抽滤，得到结晶；

4)将步骤3)得到的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤3次，再用无水乙醇重结晶得到纯品，即所述的席夫碱类多功能荧光探针，其产率79wt％。

2、使用席夫碱类多功能荧光探针针对Fe³⁺和Hg²⁺的选择性检测：

将荧光探针溶解在体积比为50:1的二甲基亚砜-水中，使得荧光探针最终浓度为20μmol/L，然后分别加入200μmol/L的金属离子(Mg²⁺，Na⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Mn²⁺，Fe³⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，Ag⁺，Hg²⁺，Pb²⁺，Al³⁺，Cr³⁺)，0.5h后检测溶液的荧光发射光谱变化，荧光发射光谱变化结果如图2所示，由图2可知，当加入Fe³⁺或者Hg²⁺后，荧光探针在451nm时都出现强的发射峰，其中前者较后者强一些。然而当加入其它金属离子时，荧光探针发射峰无明显增强；实验结果表明，只有加入Fe³⁺和Hg²⁺时，荧光探针溶液在451nm处出现强的发射峰，对Fe³⁺和Hg²⁺都具有良好的选择性。

实施例3：

1、席夫碱类多功能荧光探针制备的反应式如下：

具体步骤如下：

1)按质量体积比1:10g/ml将3-氨基-4-氰基吡唑加入无水乙醇中，搅拌加热至70℃使之回流溶解，得到溶液Ⅰ；

2)按质量体积比1:10g/ml将2,5-二羟基苯甲醛溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到得到溶液Ⅱ；

3)将溶液Ⅱ滴加至溶液Ⅰ中得到混合溶液，且混合溶液中3-氨基-4-氰基吡唑与2,5-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:1.2，之后加入体积为混合溶液体积1/18的冰乙酸，搅拌回流3～5h，冷却抽滤，得到结晶；

4)将步骤3)得到的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤5次，再用无水乙醇重结晶得到纯品，即所述的席夫碱类多功能荧光探针，其产率78wt％。

2、席夫碱类多功能荧光探针对Fe³⁺识别的竞争实验：

将荧光探针溶解在体积比为60:1的二甲基亚砜-水中，使得荧光探针最终浓度为20μmol/L，再分别加入200μmol/L的其它金属离子(Mg²⁺，Al³⁺，Ca²⁺，Mn²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，Ag⁺，Cd²⁺，Hg²⁺，Pb²⁺，Na⁺)，0.5h后测试各溶液的荧光光谱；然后向以上含有金属离子的溶液中分别加入200μmol/L的Fe³⁺，放置0.5h后再分别测试各个溶液的荧光光谱，荧光光谱结果如图3所示，结果表明荧光探针溶液在451nm时仍然出现强发射峰，所以共存的其它金属离子对Fe³⁺的荧光识别没有显著干扰。

席夫碱类多功能荧光探针对Fe³⁺检测限的计算：

检测限根据荧光光谱或紫外可见吸收光谱滴定数据计算：以F/F₀(F为各试样的荧光强度，F₀为不加铁离子时探针溶液的荧光强度)为纵坐标、Fe³⁺浓度为横坐标作图。铜离子在0.000004mol/L到0.00002mol/L的浓度范围内，线性关系较好(R＝0.98735)，直线方程为y＝3.04096*10⁵[Fe³⁺]+0.33498。利用公式DL＝3σ/S(σ为空白实验标准方差，S为直线斜率)，经计算检测限为1.7*10^-7mol/L，该荧光探针对Fe³⁺具有较低的检测限。

实施例4

1、席夫碱类多功能荧光探针制备的反应式如下：

具体步骤如下：

1)按质量体积比1:20g/ml将3-氨基-4-氰基吡唑加入无水乙醇中，搅拌加热至70℃使之回流溶解，得到溶液Ⅰ；

2)按质量体积比1:20g/ml将2,5-二羟基苯甲醛溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到得到溶液Ⅱ；

3)将溶液Ⅱ滴加至溶液Ⅰ中得到混合溶液，且混合溶液中3-氨基-4-氰基吡唑与2,5-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:1.5，之后加入体积为混合溶液体积1/15的冰乙酸，搅拌回流3～5h，冷却抽滤，得到结晶；

4)将步骤3)得到的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤4次，再用无水乙醇重结晶得到纯品，即所述的席夫碱类多功能荧光探针，其产率79wt％。

2、席夫碱类多功能荧光探针对Hg²⁺识别的竞争实验：

将荧光探针溶解在体积比为55:1的二甲基亚砜-水中，使得最终浓度为20μmol/L，然后分别加入200μmol/L的其它金属离子(Ni²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Zn²⁺，Ag⁺，Fe³⁺，Co²⁺，Ca²⁺，Al³⁺，Mn^{2 +}，Mg²⁺，Na⁺)，0.5h后测试各溶液的荧光光谱；然后向以上含有金属离子的溶液中分别加入200μmol/L的Hg²⁺，放置0.5h后再分别测试各个溶液的荧光光谱，荧光光谱测试结果如图4所示，结果所示荧光探针溶液在451nm时仍然出现强发射峰，所以共存的其它金属离子对Hg²⁺的荧光识别没有显著干扰。

席夫碱类多功能荧光探针对Hg²⁺检测限的计算：

检测限根据荧光光谱或紫外可见吸收光谱滴定数据计算。以F/F₀(F为各试样的荧光强度，F₀为不加汞离子时探针溶液的荧光强度)为坐标、Hg²⁺浓度为横坐标作图。在汞离子0.000002mol/L到0.00002mol/L的浓度范围内，线性关系较好(R＝0.98761)，直线方程为y＝4.0536*10⁵[Hg²⁺]+0.87813。利用公式DL＝3σ/S(σ为空白实验标准方差，S为直线斜率)，经计算检测限为1.3*10^-7mol/L，该荧光探针对Hg²⁺都具有较低的检测限。

Claims (10)

1.一种席夫碱类多功能荧光探针，其特征在于：所述的荧光探针的结构式如下：

2.一种如权利要求1所述的席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于:该席夫碱类多功能荧光探针的制备反应式如下：

具体步骤如下：

1)将3-氨基-4-氰基吡唑加入无水乙醇中，搅拌加热至50～80℃使之回流溶解，得到溶液Ⅰ；

2)将2,5-二羟基苯甲醛溶于无水乙醇中，搅拌均匀得到得到溶液Ⅱ；

3)将溶液Ⅱ滴加至溶液Ⅰ中得到混合溶液，之后加入体积为混合溶液体积1/20～1/15的冰乙酸，搅拌回流3～5h，冷却抽滤，得到结晶；

4)将步骤3)得到的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤，再用无水乙醇重结晶得到纯品，即所述的席夫碱类多功能荧光探针。

3.如权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于:步骤1)所述的3-氨基-4-氰基吡唑与无水乙醇的质量体积比为1:1～1:20g/ml。

4.如权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于:步骤2)所述的2,5-二羟基苯甲醛与无水乙醇的质量体积比为1:2～1:20g/ml。

5.如权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于:步骤4)将所述的结晶冷却后依次用冷的无水乙醇和乙醚洗涤，洗涤的次数为3～5次。

6.如权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于:所述的3-氨基-4-氰基吡唑与2,5-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:1～1:1.2。

7.如权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于:所述的制备方法得到的席夫碱类多功能荧光探针的产率为75～79wt％。

8.一种如权利要求1所述的席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征是：在席夫碱类多功能荧光探针在溶剂体系中，利用光谱检测分别识别Fe³⁺和Hg²⁺。

9.如权利要求8所述的席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征是：所述的溶剂体系为二甲基亚砜与水的混合溶剂，其中二甲基亚砜与水的体积比为50:1～60:1。

10.如权利要求8所述的席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征是：所述的光谱检测采用的光谱为荧光发射光谱。