CN108409726B

CN108409726B - 一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱Cd2+荧光探针的制备及应用

Info

Publication number: CN108409726B
Application number: CN201810046394.2A
Authority: CN
Inventors: 汤艳峰; 黄洋; 朱金丽; 孙同明; 王淼; 万永兴; 施安霁
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: CN108409726A

Abstract

本发明涉及荧光探针领域，特别涉及一种香豆素2‑肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针及其应用，具体结构如下：

该荧光探针可在EtOH‑H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L)溶液中识别Cd²⁺，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

一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱Cd2+荧光探针的制备及应用

技术领域

本发明涉及荧光探针领域，特别涉及一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针及其应用。

背景技术

传统的对于Cd²⁺的检测方法有原子吸收法、等离子体发射光谱法、电化学分析法等。近年来荧光探针技术由于具有的操作方便、成本低、高选择性以及高灵敏度等显著优点，在金属离子检测方面研究受到了广泛关注。荧光探针分析法在 Cd²⁺检测方面也得到了广大分析工作者的青睐，但在对于Cd²⁺识别的荧光识别往往会受到Zn²⁺的干扰，而存在选择性差的缺陷。因此设计并合成出一种对Cd²⁺有专一识别性的小分子荧光探针具有重要的实践价值。

席夫碱类荧光探针作为荧光探针最重要的一个分支，相对于其他一些荧光探针而言，它较高的荧光量子产率、优越的结构性能以及独特的发光特性，它的结构简单并利于合成等优点引起了人们的广泛关注，因此设计合成席夫碱类Cd²⁺荧光探针具有重要的实践价值。

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Cd²⁺有专一识别性的荧光探针及其应用。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针，其特征在于：具体结构式如下：

一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的应用，其特征在于：所述香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针在溶剂中识别Cd²⁺。

进一步地，所述香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针识别Cd²⁺的溶剂是 EtOH与H₂O体积比为95：5的EtOH-H₂O溶液。

进一步地，所述香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针识别Cd²⁺的pH范围为4-8。

一种香豆素2-肼基苯并噻唑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7-羟基-8-香豆素醛：将7-羟基香豆素和六次甲基四胺溶于冰乙酸中，搅拌加热至70-100℃后反应，然后向体系加入盐酸并在50-90℃下搅拌；冷却，加入冰水，用乙酸乙酯萃取，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，得黄色固体；然后用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛；

反应式如下：

(2)合成2-肼基苯并噻唑：

在反应容器中加入2-氨基苯并噻唑、80％水合肼、浓盐酸、无水乙醇，此混合溶液在氮气的保护下加热至110-140℃，回流；然后加入蒸馏水，减压抽滤；重结晶，得2-肼基苯并噻唑；

反应式如下：

(3)合成香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针：

在反应容器中加入7-羟基8-醛基香豆素、2-肼基苯并噻唑、乙醇，将此混合物加热至回流，回流；冷却至室温，过滤得黄色固体，然后以无水乙醇为溶剂重结晶，然后减压抽滤，放入烘箱干燥，得产品香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针；

反应式如下：

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)该荧光探针具有香豆素类荧光团，分子中席夫碱中N和O原子与Cd²⁺配位络合，实现了PET阻断，出现荧光off-on信号，实现了对Cd²⁺的荧光识别，检测灵敏度高。

(2)该荧光探针对Cd²⁺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)该荧光探针具有较宽的pH适用范围4-8。

附图说明

图1是本发明香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的¹H NMR谱图；

图2是本发明荧光探针对镉离子选择性识别的荧光发射光谱图；

图3是本发明荧光探针在不同浓度镉离子存在下荧光发射光谱变化图；

图4是本发明荧光探针在不同pH溶液中的荧光发射光谱变化图；

图5是本发明荧光探针在镉离子及其他金属离子存在下的荧光发射强度变化图；

图6是本发明荧光探针对镉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7-羟基-8-香豆素醛的反应式：

(2)、合成7-羟基-8-香豆素醛的具体步骤：

称取10g 7-羟基香豆素和20g六次甲基四胺溶于75mL冰乙酸中，搅拌加热至90℃后反应8h,然后向体系加入盐酸(150mL，conc.HCl/H₂O＝84:100,v/v) 并在70℃下搅拌30min。冷却，加入冰水，用乙酸乙酯萃取，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，得黄色固体。然后用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛。收率为18％。

(3)、合成2-肼基苯并噻唑的反应式：

(4)、合成2-肼基苯并噻唑的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入2.00g的2-氨基苯并噻唑、2.50g的80％水合肼、 2.66mL浓盐酸、20.00mL无水乙醇，此混合溶液在氮气的保护下加热至140℃，回流12h。然后加入30.00mL蒸馏水，减压抽滤。重结晶，得2-肼基苯并噻唑 1.20g，产率为55％。

(5)、合成香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的反应式：

(6)、合成香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入0.50g(2.62mmol)的7-羟基8-醛基香豆素,0.40g(1.20mmol)的2-肼基苯并噻唑,50.00mL乙醇，将此混合物加热至回流，回流 12h。冷却至室温，过滤得黄色固体，然后以无水乙醇为溶剂重结晶，然后减压抽滤，放入烘箱干燥，测得产品为0.30g,产率为34％。香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的¹H NMR谱图如图1所示。

(7)、香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针对Cd²⁺的选择性检测：

10μmol/L的香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱的EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.32)溶液，分别加入100μmol/L的金属离子(Zn²⁺，Pb²⁺，Ni⁺，Na⁺， Mn²⁺，Mg²⁺，Li⁺，K⁺，Hg²⁺，Fe³⁺，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2所示。由图2所知，荧光探针在458nm处几乎没有发射峰，当加入Cd²⁺后，荧光探针溶液在468nm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⁺，Ca²⁺，Ba²⁺， Al³⁺，Ag⁺后，荧光探针溶液在458nm的发射峰没有出现明显增强，故实验结果表明，只有加入Cd²⁺，才能引起荧光探针溶液在468nm处出现明显的荧光增强，该香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针在EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20 mmol/L,pH＝7.32)溶液中对Cd²⁺有良好的选择性。

(8)、香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针对Cd²⁺的荧光滴定实验：

10μmol/L的香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱的EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.32)溶液，逐步增加Cd²⁺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3所示。由图3所知，随着Cd²⁺浓度的逐步增大，探针溶液在468nm处的荧光强度也逐步增大，当Cd²⁺的浓度达到探针浓度的0.65倍，即6.5μmol/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，该香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针对Cd²⁺具有良好的传感性质。

(9)、香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针对Cd²⁺的pH荧光实验：

10μmol/L的香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱的EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,)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Cd²⁺，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468nm处的荧光发射强度，作图结果如图4所示。由图4所知，该荧光探针具有较宽的pH适用范围4-8。

(10)、香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针对Cd²⁺识别的竞争实验：

10μmol/L的香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱的EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.32)溶液，分别加入100μmol/L的其他金属离子(Zn²⁺，Pb²⁺，Ni⁺， Na⁺，Mn²⁺，Mg² ⁺，Li⁺，K⁺，Hg²⁺，Fe³⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cr³⁺，Co²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺， Al³⁺，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Cd²⁺，搅拌均匀后15s内检测溶液的荧光发射光谱。分别取468nm处的荧光发射强度，作图结果如图5所示。由图5所知，共存的其他金属离子对Cd²⁺的荧光识别没有显著干扰。

(11)、香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针对Cd²⁺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，Cd²⁺的浓度作为横坐标作图，如图6所示。在Cd²⁺浓度在1μmol/L到4.5μmol/L的浓度范围内，线性关系较好(R＝0.99185)，直线方程为y＝1626.78571x+236.14643。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6.57×10^-8M。

实施例2：

(1)、合成7-羟基-8-香豆素醛的具体步骤：

称取10g 7-羟基香豆素和20g六次甲基四胺溶于75mL冰乙酸中，搅拌加热至70℃后反应8h,然后向体系加入盐酸(150mL，conc.HCl/H₂O＝84:100,v/v) 并在50℃下搅拌30min。冷却，加入冰水，用乙酸乙酯萃取，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，得黄色固体。然后用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛。收率为13％。

(2)、合成2-肼基苯并噻唑的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入2.00g的2-氨基苯并噻唑、2.50g的80％水合肼、 2.66mL浓盐酸、20.00mL无水乙醇，此混合溶液在氮气的保护下加热至120℃，回流12h。然后加入30.00mL蒸馏水，减压抽滤。重结晶，得2-肼基苯并噻唑，产率为50％。

(3)、合成香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入0.50g(2.62mmol)的7-羟基8-醛基香豆素,0.40g(1.20mmol)的2-肼基苯并噻唑,50.00mL乙醇，将此混合物加热至回流，回流 12h。冷却至室温，过滤得黄色固体，然后以无水乙醇为溶剂重结晶，然后减压抽滤，放入烘箱干燥，得产品,产率为34％。

实施例3：

(1)、合成7-羟基-8-香豆素醛的具体步骤：

称取10g 7-羟基香豆素和20g六次甲基四胺溶于75mL冰乙酸中，搅拌加热至100℃后反应8h,然后向体系加入盐酸(150mL，conc.HCl/H₂O＝84:100,v/v) 并在90℃下搅拌30min。冷却，加入冰水，用乙酸乙酯萃取，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，得黄色固体。然后用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛。收率为15％。

(2)、合成2-肼基苯并噻唑的具体步骤：

在50mL三口烧瓶中加入2.00g的2-氨基苯并噻唑、2.50g的80％水合肼、 2.66mL浓盐酸、20.00mL无水乙醇，此混合溶液在氮气的保护下加热至110℃，回流12h。然后加入30.00mL蒸馏水，减压抽滤。重结晶，得2-肼基苯并噻唑，产率为45％。

Claims

1.一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针，其特征在于：具体结构式如下：

2.根据权利要求1所述的一种香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，所述方法如下：

反应式如下：

(2)合成2-肼基苯并噻唑：

在反应容器中加入2-氨基苯并噻唑、80％水合肼、浓盐酸、乙二醇，此混合溶液在氮气的保护下加热至110-140℃，回流；然后加入蒸馏水，减压抽滤；重结晶，得2-肼基苯并噻唑；

反应式如下：

(3)合成香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针：

在反应容器中加入7-羟基- 8-香豆素醛、2-肼基苯并噻唑、乙醇，将此混合物加热至回流，回流；冷却至室温，过滤得黄色固体，然后以无水乙醇为溶剂重结晶，然后减压抽滤，放入烘箱干燥，得产品香豆素2-肼基苯并噻唑席夫碱荧光探针；

反应式如下：