CN108218748A - 一种芘类巯基乙胺席夫碱Al3+荧光探针的制备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及荧光探针领域，特别涉及一种芘类巯基乙胺席夫碱Al³⁺荧光探针的制备及应用，具体结构式如下：该荧光探针可在CH₃OH‑H₂O(95:5，v/v，TRIS 10mmol/L，pH＝7.40)溶液中识别Al³⁺,优点是：在与其他离子竞争中呈现出优异的选择性；具有较高的荧光传感性质；检测限低；检测灵敏度高，荧光量子产率高。

Description

一种芘类巯基乙胺席夫碱Al3+荧光探针的制备及其应用

技术领域

本发明涉及荧光探针领域，特别涉及一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的制备及其应用。

背景技术

铝在地壳中的含量仅次于氧元素和硅元素，是地壳中含量最多的金属元素，被广泛应用于各种产品的制造中，如食品包装、餐饮器具、制酸剂、除臭剂及汽车制造业等。然而，过量的铝会抑制植物的生长，人体内铝含量过高可能会损伤人体神经系统，引起阿尔兹海默症、帕金森、肌萎缩性脊髓侧索硬化症等疾病。因此，在自然环境及生物体中定性及定量检测Al³⁺是十分必要的。

由于荧光分子探针具有操作方便、成本低、高选择性以及高灵敏度等显著优点，荧光分子探针在金属离子的检测方面研究受到了普遍关注。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高灵敏度、较高的抗干扰能力且对Al³⁺有专一识别性的荧光探针及其应用。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针，其特征在于：具体结构式为：

进一步地，所述芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针识别Al³⁺的溶剂是CH₃OH与H₂O 体积比为95:5的CH₃OH-H₂O溶液。

进一步地，所述芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针识别Al³⁺的pH范围为3-8。

一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，所述方法如下：

(1)合成1-溴芘：将芘和NBS溶于氯仿中，N₂保护下搅拌加热至65-70℃后反应，TLC检测反应完全，减压旋蒸，然后以石油醚和乙酸乙酯作为洗脱剂柱层析，得1-溴芘；

反应式如下：

(2)合成1-甲氧基芘：首先将钠与CH₃OH反应至完全，再将1-溴芘及CuI 加入到反应体系中，加入DMF，充N₂保护，加热回流至85-95℃反应，反应完成后冷却，加入冰水，用二氯甲烷萃取，水洗，之后用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去溶剂，以石油醚作为洗脱剂柱层析，得1-甲氧基芘；

反应式如下：

(3)合成甲氧基芘甲醛：将1-甲氧基芘置于反应容器中，加入正己烷，充 N₂保护，在冰浴下缓慢注射2.5mol/L正丁基锂，再注射四甲基乙二胺，颜色瞬间变红，继续反应一段时间后转移至室温，注射DMF，继续反应；然后加入0.5 mol/L HCl淬灭反应，旋蒸得黄色固体，水洗，二氯甲烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得甲氧基芘甲醛；

反应式如下：

(4)合成羟基芘甲醛：将AlCl₃置于反应容器中，加入二氯甲烷，再将甲氧基芘甲醛溶于二氯甲烷中，0℃加入到反应体系，转移至室温反应，然后加入0.1 mol/L HCl至体系呈红色，用二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得羟基芘甲醛；

反应式如下：

(5)合成芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针：在反应容器中加入用乙醇溶解的巯基乙胺盐酸盐,并加入氢氧化钠,常温搅拌,过滤，得滤液，将此滤液，加入羟基芘甲醛的乙醇溶液,加热至回流，回流至TLC检测反应完全，趁热过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，得土黄色固体；

反应式如下：

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)该荧光探针具有芘类荧光团，分子中席夫碱中N、O和S原子与Al³⁺配位络合，实现了PET阻断，出现荧光off-on信号，实现了对Al³⁺的荧光识别，检测灵敏度高。

(2)该荧光探针对Al³⁺有专一的选择性，与其他常见离子作用荧光信号基本没有变化，较高的抗干扰能力，高灵敏度，检测限低。

(3)该荧光探针的pH适用范围为3-8。

附图说明

图1是溴芘的¹H NMR谱图；

图2是甲氧基芘的¹H NMR谱图；

图3是甲氧基芘甲醛的¹H NMR谱图；

图4是羟基芘甲醛的¹H NMR谱图；

图5是本发明芘类荧光探针的¹H NMR谱图；

图6是本发明荧光探针对铝离子选择性识别的荧光发射光谱图；

图7是本发明荧光探针在不同浓度铝离子存在下荧光发射光谱变化图；

图8是本发明荧光探针在不同pH下的荧光发射光谱强度变化图；

图9是本发明荧光探针在铝离子及其他金属离子存在下的荧光发射强度变化图；

图10是本发明荧光探针对铝离子的检测限计算图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。这些具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。

实施例1

(1)、合成1-溴芘的反应式：

(2)、合成1-溴芘的具体步骤：

称取10g芘和9g NBS溶于100mL氯仿中，N₂保护下搅拌加热至65℃后反应10 h，TLC检测反应完全，减压旋蒸，然后以石油醚比乙酸乙酯作为洗脱剂柱层析，得1-溴芘。收率为75％。1-溴芘的¹H NMR谱图如图1所示。

(3)、合成1-甲氧基芘的反应式：

(4)、合成1-甲氧基芘的具体步骤：

称取4g钠，与100mLCH₃OH反应完全，称取4g 1-溴芘及1.2g CuI加入到反应体系中，加入30mL DMF，充N₂保护，加热回流至85℃，反应30h，冷却，加入冰水，用二氯甲烷萃取，水洗，之后用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去溶剂，以石油醚作为洗脱剂柱层析，得1-甲氧基芘。收率为50％。1-甲氧基芘的¹H NMR谱图如图2所示。

(5)、合成甲氧基芘甲醛的结构式：

(6)、合成甲氧基芘甲醛的具体步骤：

称取4g 1-甲氧基芘于250mL三口烧瓶中，加入70mL正己烷，充N₂保护，在冰浴下缓慢注射7mL 2.5mol/L正丁基锂，再注射2.66mL四甲基乙二胺，颜色瞬间变红，4h后，转移至室温，注射1.63mL DMF，反应22h。然后加入0.5mol/L HCl淬灭反应，旋蒸得黄色固体，水洗，二氯甲烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得甲氧基芘甲醛。产率为30％。甲氧基芘甲醛的¹H NMR谱图如图3所示。

(7)、合成羟基芘甲醛的结构式：

(8)、合成羟基芘甲醛的具体步骤：

称取2.4g AlCl₃于100mL三口烧瓶，加入20mL二氯甲烷，称取1.2g甲氧基芘甲醛溶于15mL二氯甲烷中，0℃加入到反应体系，转移至室温反应4h。然后加入0.1mol/L HCl至体系呈红色，用二氯甲烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得羟基芘甲醛。产率为50％。羟基芘甲醛的¹H NMR谱图如图4所示。

(9)、合成芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的结构式：

(10)、合成芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入用15mL乙醇溶解的巯基乙胺盐酸盐(0.11g, 1mmol),并加入氢氧化钠(0.04g,1mmol),常温搅拌1h,过滤，得滤液，将此滤液，加入羟基芘甲醛(0.25g,1mmol)的乙醇溶液(10ml),加热至回流，回流3h后，TLC检测反应完全，趁热过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，得土黄色固体。产率为15％。本发明芘类荧光探针的¹H NMR谱图如图5所示。

(11)、芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针对Al³⁺的选择性检测：

10μmol/的芘类巯基乙胺席夫碱的CH₃OH-H₂O(95:5,v/v,TRIS10 mmol/L,pH＝7.40)溶液，分别加入10μmol/L的金属离子(Zn²⁺，Pb²⁺，Ni⁺，Na⁺， Mn²⁺，Mg²⁺，Li⁺，K⁺，Hg²⁺，Fe^{3 +}，Fe²⁺，Cu²⁺，Cr³⁺，Co²⁺，Cd²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺， Al³⁺，Ag⁺)，搅拌均匀后15s内检测溶液的荧光发射光谱变化，结果如图6所示。由图6所知，荧光探针在531nm处几乎没有发射峰，当加入Al³⁺后，荧光探针溶液在531nm处出现了强的发射峰，然而加入其他离子，如Zn²⁺，Pb²⁺，Ni⁺，Na⁺， Mn²⁺，Mg²⁺，Li⁺，K⁺，Hg²⁺，Fe³⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cr³⁺，Co²⁺，Cd²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺， Ag⁺后，荧光探针溶液在531nm的发射峰没有出现明显增强，故实验结果表明，只有加入Al³⁺，才能引起荧光探针溶液在531nm出出现明显的荧光增强，该芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针在CH₃OH-H₂O(95:5,v/v,TRIS10mmol/L，pH＝7.40)溶液中对Al³⁺有良好的选择性。

(12)、芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针对Al³⁺的荧光滴定实验：

10μmol/L的芘类巯基乙胺席夫碱的 CH₃OH-H₂O(95:5,v/v,TRIS10mmol/L,pH＝7.40)溶液，逐步增加Al³⁺的浓度，搅拌均匀15s内检测各试样的荧光发射光谱，结果如图7所示。由图7所知，随着 Al³⁺浓度的逐步增大，探针溶液在531nm处的荧光强度也逐步增大，当Al³⁺的浓度达到探针浓度的4倍，即40μmol/L时，此时荧光强度不再增大，滴定达到饱和，故实验结果表明，该芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针对Al³⁺具有良好的传感性质。

(13)、芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针对Al³⁺的pH实验：

10μmol/L的芘类巯基乙胺席夫碱的 CH₃OH-H₂O(95:5,v/v,TRIS10mmol/L,pH＝7.40)溶液，搅拌均匀15s内检测各试样的荧光发射光谱，然后加入100μmol/L的Al³⁺，搅拌均匀15s内检测各试样的荧光发射光谱。然后只改变溶液的pH,依次测试它们的荧光发射光谱。分别取531nm 处的荧光发射强度，作图结果如图8所示。由图8所知，该荧光探针的pH适用范围为3-8。

(14)、芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针对Al³⁺识别的竞争实验：

10μmol/L的芘类巯基乙胺席夫碱的CH₃OH-H₂O(95:5,v/v,TRIS 10 mmol/L,pH＝7.40)溶液，分别加入100μmol/L的其他金属离子(Zn²⁺，Pb²⁺，Ni⁺， Na⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，Li⁺，K⁺，Hg^{2 +}，Fe³⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cr³⁺，Co²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺， Cd²⁺，Ag⁺)，搅拌均匀后15s内检测溶液的荧光发射光谱，然后向以上各个含有金属离子的溶液中加入100μmol/L的Al³⁺，搅拌均匀后15s内检测溶液的荧光发射光谱。分别取531nm处的荧光发射强度，作图结果如图9所示。由图9所知，共存的其他金属离子对Al³⁺的荧光识别没有显著干扰。

(15)、芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针对Al³⁺检测限的计算：

检测限根据荧光光谱滴定数据计算。以荧光滴定强度为纵坐标，Al³⁺的浓度作为横坐标作图，如图10所示。在Al³⁺浓度在20μmol/L到30μmol/L的浓度范围内，运用公式DL＝K×S_b1/S，其中DL为检测限，K＝3，S_b1＝空白溶液的标准偏差，S是校准曲线的斜率。经计算检测限为5.98×10^-8M。

实施例2

(1)合成1-溴芘的具体步骤：

称取10g芘和9g NBS溶于100mL氯仿中，N₂保护下搅拌加热至70℃后反应 10h，TLC检测反应完全，减压旋蒸，然后以石油醚比乙酸乙酯作为洗脱剂柱层析，得1-溴芘。收率为77％。

(2)、合成1-甲氧基芘的具体步骤：

称取4g钠，与100mLCH₃OH反应完全，称取4g 1-溴芘及1.2g CuI加入到反应体系中，加入30mL DMF，充N₂保护，加热回流至95℃，反应30h，冷却，加入冰水，用二氯甲烷萃取，水洗，之后用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去溶剂，以石油醚作为洗脱剂柱层析，得1-甲氧基芘。收率为53％。

(3)、合成甲氧基芘甲醛的具体步骤：

称取4g 1-甲氧基芘于250mL三口烧瓶中，加入70mL正己烷，充N₂保护，在冰浴下缓慢注射7mL 2.5mol/L正丁基锂，再注射2.66mL四甲基乙二胺，颜色瞬间变红，4h后，转移至室温，注射1.63mL DMF，反应22h。然后加入0.5mol/L HCl淬灭反应，旋蒸得黄色固体，水洗，二氯甲烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得甲氧基芘甲醛。产率为30％。

(4)、合成羟基芘甲醛的具体步骤：

称取2.4g AlCl₃于100mL三口烧瓶，加入20mL二氯甲烷，称取1.2g甲氧基芘甲醛溶于15mL二氯甲烷中，0℃加入到反应体系，转移至室温反应4h。然后加入0.1mol/L HCl至体系呈红色，用二氯甲烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得羟基芘甲醛。产率为50％。

(5)、合成芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入用15mL乙醇溶解的巯基乙胺盐酸盐(0.11g, 1mmol),并加入氢氧化钠(0.04g,1mmol),常温搅拌1h,过滤，得滤液，将此滤液，加入羟基芘甲醛(0.25g,1mmol)的乙醇溶液(10ml),加热至回流，回流3h后，TLC检测反应完全，趁热过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，得土黄色固体。产率为15％。

Claims (5)

1.一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的制备及应用，其特征：具体结构式如下：

。

2.根据权利要求1所述的一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述芘类巯基乙胺席夫碱Al³⁺荧光探针在溶剂中识别Al³⁺。

3.根据权利要求2所述的一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针识别Al³⁺的溶剂是CH₃OH与H₂O体积比为95:5的CH₃OH-H₂O溶液。

4.根据权利要求2所述的一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针识别Al³⁺的pH范围为3-8。

5.根据权利要求1所述的一种芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，所述方法如下：

(1)合成1-溴芘：将芘和NBS溶于氯仿中，N₂保护下搅拌加热至65-70℃后反应，TLC检测反应完全，减压旋蒸，然后以石油醚和乙酸乙酯作为洗脱剂柱层析，得1-溴芘；

反应式如下：

(2)合成1-甲氧基芘：首先将钠与CH₃OH反应至完全，再将1-溴芘及CuI加入到反应体系中，加入DMF，充N₂保护，加热回流至85-95℃反应，反应完成后冷却，加入冰水，用二氯甲烷萃取，水洗，之后用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去溶剂，以石油醚作为洗脱剂柱层析，得1-甲氧基芘；

反应式如下：

(3)合成甲氧基芘甲醛：将1-甲氧基芘置于反应容器中，加入正己烷，充N₂保护，在冰浴下缓慢注射2.5mol/L正丁基锂，再注射四甲基乙二胺，颜色瞬间变红，继续反应一段时间后转移至室温，注射DMF，继续反应；然后加入0.5mol/L HCl淬灭反应，旋蒸得黄色固体，水洗，二氯甲烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得甲氧基芘甲醛；

反应式如下：

(4)合成羟基芘甲醛：将AlCl₃置于反应容器中，加入二氯甲烷，再将甲氧基芘甲醛溶于二氯甲烷中，0℃加入到反应体系，转移至室温反应，然后加入0.1mol/L HCl至体系呈红色，用二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，减压抽滤，旋蒸，用二氯甲烷作为洗脱剂柱层析，得羟基芘甲醛；

反应式如下：

(5)合成芘类巯基乙胺席夫碱荧光探针：在反应容器中加入用乙醇溶解的巯基乙胺盐酸盐,并加入氢氧化钠,常温搅拌,过滤，得滤液，将此滤液，加入羟基芘甲醛的乙醇溶液,加热至回流，回流至TLC检测反应完全，趁热过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，得土黄色固体；

反应式如下：

。