CN108484582A - 一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱Al3+荧光探针制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及荧光探针领域，特别涉及一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱Al³⁺荧光探针制备及应用，具体结构式如下：该荧光探针可在EtOH‑H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.20)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

一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱Al3+荧光探针制备及应用

技术领域

本发明设计一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱Al³⁺荧光探针及其应用

技术背景

铝是地壳中第三大丰富的金属元素，它广泛应用于航空领域，自动化，计算机，包装材料，电子设备，自动化，食品厨具，建筑材料，药品包装，自来水水龙头等领域。铝元素不仅在以上领域广泛的应用，而且还参加了生理反应，比如酶催化反应，生物传输反应。然而，现代医学表明吸收过量的铝会危害人类的健康，严重者会导致各种各样的疾病，例如阿尔茨海默病，帕金森病，骨质疏松症和骨软化疾病。因此开发一种能在饮用水中检测铝离子的方法是十分重要的。到目前为止，已经有许多方法用来检测铝离子，比如原子吸收光谱法，原子发射光谱法，伏安法，电化学方法等。这些测试方法大多费时费力，而且测试比较昂贵。相对于以上几种检测铝离子的方法而言，荧光探针因其快速反应与其测试比较便宜等优点受到了广泛的关注。极少数的荧光探针已经被合成出来用于检测铝离子，然而，这些荧光探针绝大多数需要复杂的合成而且它们的灵敏度不高。因此，设计并合成一个能在实际水样中检测铝离子比较灵敏的荧光探针是十分重要的。

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：

一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针在溶剂中识别Al³⁺。

进一步地，所述香豆素烟酸酰肼类荧光探针识别Al³⁺的溶剂是：EtOH与H₂O体积比为95：5的EtOH-H₂O溶液。

进一步地，所述香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针识别Al₃₊的pH范围为2-10。

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-8-香豆素醛和六次甲基四胺置于冰乙酸中，温度保持在90℃—100℃后搅拌反应，然后向体系中加入盐酸(conc.HCl/H₂O＝84:100.v/v)，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；用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛；

反应式如下：

(2)合成烟酸酰肼：将烟酸甲酯和水合肼溶解于的无水甲醇中，室温下搅拌反应；薄层色谱分析反应完全后减压旋蒸除去溶剂，残留物用无水乙醇重结晶，得白色固体；

反应式如下：

(3)合成香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针：将7-羟基8-香豆素醛和烟酸酰肼置于反应容器中，加入无水乙醇，N₂保护下85℃搅拌回流，薄层色谱分析反应完全；冷却至室温，抽滤得深黄色固体，无水乙醇重结晶得黄色固体；

反应式如下：

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)该荧光探针具有香豆素类荧光团，分子中碳氮双键上的N原子和羟基上的O原子以及烟酸酰肼上的O原子与Al³⁺配位络合，实现了PET阻断，出现了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，与其它常见离子作用荧光信号基本没有变化，具有较高的抗干扰能力，较低的检测限。

(3)该荧光探针具有很宽广的pH适用范围2-10。

附图说明：

图1是本发明香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的¹HNMR谱图；

图2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3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铝离子及其他金属离子存在下的荧光发射光谱强度变化图；

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-8-香豆素醛和20g六次甲基四胺于75mL冰乙酸中，温度保持在90℃后搅拌反应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。用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛。收率为18％。

(3)、合成烟酸酰肼的反应式：

(4)、合成烟酸酰肼的具体步骤：

称取4g烟酸甲酯和25mL水合肼溶解于5mL的无水甲醇中。室温下搅拌12小时。薄层色谱分析反应完全后减压旋蒸除去溶剂，残留物用无水乙醇重结晶，得白色固体。收率为67％。

(5)、合成香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的反应式：

(6)、合成香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的具体步骤：

称取0.5g 7-羟基8-香豆素醛和0.4g烟酸酰肼于50mL三口烧瓶中，加入15mL无水乙醇，N₂保护下85℃搅拌回流4h，薄层色谱分析反应完全。冷却至室温，抽滤得深黄色固体，无水乙醇重结晶得黄色固体。收率83％。本发明香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的¹HNMR谱图如图1所示。

(7)、香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针对Al³⁺的选择性检测：

10μmol/L的香豆素烟酸酰肼类席夫碱的EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.20)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464nm处几乎没有发射峰，当加入Al³⁺后，荧光探针溶液在464nm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⁺，Cd²⁺，Ag⁺后，荧光探针溶液在464nm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464nm出出现明显的荧光增强，该香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针在EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.20)溶液中对Al³⁺有良好的选择性。(8)、香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针对Al³⁺的荧光滴定实验：

10μmol/L的香豆素烟酸酰肼类席夫碱的EtOH-H2O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.20)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3所示。由图3所知，随着Al³⁺浓度的逐步增大，探针溶液在464nm处的荧光强度也逐步增大，当Al³⁺的浓度达到探针浓度的54倍，即540μmol/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，该香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针对Al³⁺具有良好的传感性质。

(9)、香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针对Al³⁺的pH荧光实验：

10μmol/L的香豆素烟酸酰肼类席夫碱的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464nm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2-10。(10)、香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针对Al³⁺识别的竞争实验：

10μmol/L的香豆素烟酸酰肼类席夫碱的EtOH-H₂O(95:5,v/v,HEPES 20mmol/L,pH＝7.20)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⁺，Cd²⁺，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Al³⁺，搅拌均匀后15s内检测溶液的荧光发射光谱。分别取464nm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Al³⁺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6所示。在Al³⁺浓度在160μmol/L到260μmol/L的浓度范围内，线性关系较好(R＝0.98705)，直线方程为y＝134.08571x-375.46667。运用公式DL＝K×Sb1/S，其中DL为检测限，K＝3，Sb1＝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1.686×10^{- 7}M。

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-8-香豆素醛和20g六次甲基四胺于75mL冰乙酸中，温度保持在100℃后搅拌反应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。用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛。收率为20％。

(2)、合成烟酸酰肼的具体步骤：

称取4g烟酸甲酯和25mL水合肼溶解于5mL的无水甲醇中。室温下搅拌12小时。薄层色谱分析反应完全后减压旋蒸除去溶剂，残留物用无水乙醇重结晶，得白色固体。收率为67％。

(3)、合成香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的具体步骤：

称取0.5g 7-羟基8-香豆素醛和0.4g烟酸酰肼于50mL三口烧瓶中，加入15mL无水乙醇，N₂保护下85℃搅拌回流4h，薄层色谱分析反应完全。冷却至室温，抽滤得深黄色固体，无水乙醇重结晶得黄色固体。收率83％。

Claims (5)

1.一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针，其特征：具体结构式如下：

2.根据权利要求书1所述的一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针在溶剂中识别Al³⁺。

3.根据权利要求书2所述的一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述香豆素烟酸酰肼类荧光探针识别Al³⁺的溶剂是：EtOH与H₂O体积比为95：5的EtOH-H₂O溶液。

4.根据权利要求书2所述的一种香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针的应用，其特征是：所述香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针识别Al³⁺的pH范围为2-10。

5.根据权利要求书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：

(1)合成7-羟基-8-香豆素醛：将7-羟基-8-香豆素醛和六次甲基四胺置于冰乙酸中，温度保持在90℃—100℃后搅拌反应，然后向体系中加入盐酸(conc.HCl/H₂O＝84:100.v/v)，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；用无水乙醇重结晶，得7-羟基-8-香豆素醛；

反应式如下：

(2)合成烟酸酰肼：将烟酸甲酯和水合肼溶解于的无水甲醇中，室温下搅拌反应；薄层色谱分析反应完全后减压旋蒸除去溶剂，残留物用无水乙醇重结晶，得白色固体；

反应式如下：

(3)合成香豆素烟酸酰肼类席夫碱荧光探针：将7-羟基8-香豆素醛和烟酸酰肼置于反应容器中，加入无水乙醇，N₂保护下85℃搅拌回流，薄层色谱分析反应完全；冷却至室温，抽滤得深黄色固体，无水乙醇重结晶得黄色固体；

反应式如下：