CN108467364A - 一种快速高选择性超灵敏一氧化碳比率荧光探针 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速高选择性超灵敏一氧化碳比率荧光探针。具体地，本发明的探针为烯丙基醚类化合物，其可作为一氧化碳比率荧光探针用于一氧化碳的检测。这种探针可实现如下的技术效果中的至少一个：高选择性地识别一氧化碳；可以快速对一氧化碳实现响应；可以实现对一氧化碳的高灵敏分析；可以实现对一氧化碳的比率分析；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一氧化碳比率荧光探针
技术领域
本发明涉及烯丙基醚类化合物作为一氧化碳比率荧光探针，能够迅速对一氧化碳进行超灵敏选择性识别，或者其可测定样品中一氧化碳的浓度。
背景技术
一氧化碳(CO)是一种致命的气体，它是由汽车尾气排放和各种碳基燃料的不完全燃烧产生的。当CO被吸入哺乳动物时，它会导致疲劳、眩晕和记忆丧失，即使在较低浓度(30-50ppm)和高浓度CO(2000ppm)可能会在几分钟后导致死亡。由于其无嗅、无味、不可见的特性，CO有一个特殊的名字叫“沉默杀手”。然而，最近的研究表明，一氧化碳在生物系统中也扮演着重要的角色，可以在生物系统中产生。CO之所以可能对人体的安全性造成危害，主要是由于CO对血红蛋白的亲合力较O2高约240倍，从而干扰体内氧气的正常供给。一般来讲健康的成年人COHb的浓度小于5％时，并不会造成身体不适。由于血红蛋白的分解，机体自身可产生少量的CO，其中COHb的浓度约为0.5％，不吸烟人体内COHb的浓度1.2％～1.5％，吸烟者体内COHb的浓度可达3％～4％。只有那些对CO高度敏感的病人，在COHb浓度约为2.5％时才可能出现心脏功能异常、缺氧及胸痛等现象。考虑到社会上高敏感病人的特殊情况，有关专家根据不同人群推荐了其允许接触的CO时间及最大CO浓度，以确保人体内的COHb含量低于1.5％，其中以包含了机体内源性CO的形成。结合水产品发色产品市场调查结果，分析比较人体摄入CO的量的安全性。
一个成年人24h吸入空气10～20m3，相当于0.42～0.84m3/h。为防止血液中COHb最高浓度不超过1.5％，中等体力劳动强度的人，30min内工作空间最大允许CO浓度为42mg/m3，期间吸入气体量为8.82～17.6mg。根据日本及我国上海市对发色罗非鱼片及金枪鱼等产品的调查结果中显示罗非鱼体内的CO含量最高为775μg/kg，而金枪鱼体内CO含量最高约为1000μg/kg。那么我们再将这个数字扩大1倍，假设鱼肉中CO含量为2000μg/kg，而人体在30min内摄入CO处理后的鱼肉500g，假设全部被机体吸收的话，摄入的CO也只有1mg，明显低于允许的安全限量。况且经一氧化碳处理后的肉制品在不含有CO的环境下贮存，其内部的CO也在不断减少，半衰期约为3d。
此外美国也曾对发色肉制品的安全性进行过相应的安全评估。根据美国的规定，其工人工作环境允许CO浓度为57mg/m3。有分析表明在这种环境条件下工作，人体内CO浓度会保持在某一水平，该水平为摄食肌红蛋白CO达饱和状态为100％的肉类225g可达到水平的14倍。
急性一氧化碳中毒是我国发病和死亡人数最多的急性职业中毒。CO也是许多国家引起意外生活性中毒。
一氧化碳中毒事件中致死人数最多的毒物。临床上以急性脑缺氧的症状与体征为主要表现。接触CO后如出现头痛、头昏、心悸、恶心等症状，于吸入新鲜空气后症状即可迅速消失者，属一般接触反应。
轻度中毒者出现剧烈的头痛、头昏、心跳、眼花、四肢无力、恶心、呕吐、烦躁、步态不稳、轻度至中度意识障碍(如意识模糊、朦胧状态)，但无昏迷。于离开中毒场所吸入新鲜空气或氧气数小时后，症状逐渐完全恢复。中度中毒者除上述症状外，面色潮红，多汗、脉快、意识障碍表现为浅至中度昏迷。及时移离中毒场所并经抢救后可渐恢复，一般无明显并发症或后遗症。
重度中毒时，意识障碍严重，呈深度昏迷或植物状态。常见瞳孔缩小，对光反射正常或迟钝，四肢肌张力增高，牙关紧闭，或有阵发性去大脑强直，腱壁反射及提睾反射一般消失，腱反射存在或迟钝，并可出现大小便失禁。脑水肿继续加重时，表现持续深度昏迷，连续去脑强直发作，瞳孔对光反应及角膜反射迟钝，体温升高达39～40℃，脉快而弱，血压下降，面色苍白或发绀，四肢发凉，出现潮式呼吸。有的患者眼底检查见视网膜动脉不规则痉挛，静脉充盈，或见乳头水肿，提示颅内压增高并有脑疝形成的可能。但不少患者眼底检查阴性，甚至脑脊液检查压力正常，而病理解剖最后仍证实有严重的脑水肿。
重度中毒患者经过救治从昏迷中苏醒的过程中，常出现躁动、意识混浊、定向力丧失，或失去远、近记忆力。部分患者神志恢复后，可发现皮层功能障碍如失用(apraxia)、失认(agnosia)、失写(agraphia)、失语(aphasia)、皮层性失明或一过性失聪等异常；还可出现以智能障碍为主的精神症状。此外，短暂的轻度偏瘫、帕金森综合征、舞蹈症、手足徐动症或癫痫大发作等均有人报道。经过积极抢救治疗，多数重度中毒患者仍可完全恢复。少数出现植物状态的患者，表现为意识丧失、睁眼不语、去脑强直，预后不良。
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一氧化碳的分析方法是极其重要和有意义的。现如今已报导的检测一氧化碳的分析方法包括容量分析法、光学分析法、离子色谱法(ICP)、一氧化碳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、合成简单的一氧化碳比率荧光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一氧化碳比率荧光探针，从而能够有效检测一氧化碳。为此，本发明合成了一类新颖的一氧化碳比率荧光探针，其合成简单、选择性好、灵敏度高、能够快速识别一氧化碳。具体而言，本发明提供了一种一氧化碳比率荧光探针，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：
本发明还提供了一氧化碳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一氧化碳浓度的检测制剂，其包含本发明的探针。
本发明还提供了检测样本中一氧化碳浓度的方法，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一氧化碳浓度的制剂中的用途。
本发明的一氧化碳比率荧光探针可与一氧化碳进行作用，产生荧光光谱的变化，从而实现对一氧化碳的比率定量检测。
具体而言，本发明的一氧化碳比率荧光探针分别与氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、高碘酸根离子、醋酸根离子、硫氰酸根离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、硫离子、亚硫酸氢根离子、亚硫酸根离子、超氧化钾、过氧化叔丁醇、过氧化氢、次氯酸根、过氧化叔丁醇自由基、氢氧自由基、甘氨酸、苏氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丙氨酸、组氨酸、亮氨酸、缬氨酸、同型半胱胺酸、半胱氨酸、谷胱甘肽(5mM)等阴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，从而实现对一氧化碳的选择性识别。
本发明的一氧化碳比率荧光探针与一氧化碳反应迅速，从而有利于对一氧化碳的即时检测。
可选择地，本发明的一氧化碳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，本发明的一氧化碳比率荧光探针是快速高灵敏性一氧化碳比率荧光探针，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(5μM)加入一氧化碳(0-50μM)后的荧光光谱及线性关系；
图2是探针(5μM)加入一氧化碳(30μM)后荧光光谱随时间的变化图；
图3是不同金属离子(50μM)对探针(5μM)荧光强度的影响，其中依次为氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、高碘酸根离子、醋酸根离子、硫氰酸根离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、硫离子、亚硫酸氢根离子、亚硫酸根离子、超氧化钾、过氧化叔丁醇、过氧化氢、次氯酸根、过氧化叔丁醇自由基、氢氧自由基、甘氨酸、苏氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丙氨酸、组氨酸、亮氨酸、缬氨酸、同型半胱胺酸、半胱氨酸、谷胱甘肽(5mM)和一氧化碳。柱状图代表的是不同分析物存在下探针在555nm与455nm处荧光强度的比值。
具体实施方式：
本发明提供了上述快速高选择性超灵敏一氧化碳比率荧光探针的合成路线、方法及其光谱性能。
本发明的一氧化碳比率荧光探针是一类烯丙基醚类化合物，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。
该类一氧化碳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-羟基-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一氧化碳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一氧化碳比率荧光探针的显著特征是能够快速高选择性灵敏识别一氧化碳以及在人体内的其他离子的存在下能够准确对一氧化碳进行定量分析。
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265(1mmol)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(1mmol)氯丙烯与138mg(1mmol)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265(1mmol)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(1.2mmol)氯丙烯与138mg(1mmol)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265(1mmol)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(1.5mmol)氯丙烯与200mg(1.5mmol)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265(1mmol)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(2mmol)氯丙烯与278mg(2mmol)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％。
经过NMR氢谱和碳谱的表征，确认了上述所制备化合物的结构。
实施例2
图1是一氧化碳比率荧光探针(20μM)加入一氧化碳(0-50μM)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(包含5μM Pd2+，PBS 7.4，5mM)中，配置多个平行样品。然后将不同浓度的一氧化碳(从1毫摩尔的一氧化碳母液中移取不同体积)加入到测试体系中，摇晃均匀后静置20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，随着加入一氧化碳浓度的增加，溶液455nm处的荧光强度逐渐降低，545nm处的荧光强度逐渐增强。并且，b图可以看出，545nm处的荧光强度与455nm处的比率关系与加入的一氧化碳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一氧化碳进行定量分析。
实施例3
图2是一氧化碳比率荧光探针(5μM)加入一氧化碳(30μM)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(包含5μM Pd2+，PBS 7.4，5mM)中，。然后将30μM的一氧化碳(从1mM的一氧化碳母液中移取250μL)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，当一氧化碳加入后，经检测30min后荧光强度达到最大值并保持不变，这说明该探针与一氧化碳反应迅速，能够为一氧化碳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(包含5μM Pd2+，PBS 7.4，5mM)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30分钟。最后用荧光分光光度计测试其荧光强度变化。由图3所示，相对于一氧化碳，氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、高碘酸根离子、醋酸根离子、硫氰酸根离子、亚硝酸根离子、硝酸根离子、硫离子、亚硫酸氢根离子、亚硫酸根离子、超氧化钾、过氧化叔丁醇、过氧化氢、次氯酸根、过氧化叔丁醇自由基、氢氧自由基、甘氨酸、苏氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丙氨酸、组氨酸、亮氨酸、缬氨酸、同型半胱胺酸、半胱氨酸、谷胱甘肽(5mM)。此外，在定量分析一氧化碳时也不受这些金属离子的干扰。
综上表明，该探针对一氧化碳具有较高的选择性。
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 (5)

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.用于检测样本中一氧化碳含量的制剂，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。
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