CN108864159B - 一种可用于检测酸性环境下Fe3+的吡咯-苯硼氟荧光化合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机化合物制备领域，公开了一种可用于检测酸性环境下Fe³⁺的吡咯‑苯硼氟荧光化合物，其是以2，4‑二甲基吡咯和8‑羟基久洛尼定醛为反应原料，通过一锅两步的“聚合‑络合”化学反应制备。该荧光化合物在酸性环境下对Fe³⁺表现出显著的荧光识别性能、灵敏度高、具有较好的实际应用价值，且其制备方法具有反应条件温和、易于实施、产率高等优点，适合工业化实施，为本吡咯‑苯硼氟荧光化合物的推广应用创造了有利条件。

Description

一种可用于检测酸性环境下Fe3+的吡咯-苯硼氟荧光化合物及 其制备方法

技术领域

本发明属于有机化合物制备技术领域，具体涉及一种在酸性环境下对Fe³⁺具有分析检测功能的吡咯-苯硼氟荧光化合物及其制备方法。

背景技术

铁是动物体内必需的微量元素之一，在机体造血、新陈代谢、生长繁殖、增强机体抵抗力等方面具有不可替代的作用。但细胞内铁离子浓度变化会导致机体免疫力低下，智力降低和机体抗感染能力降低，神经机能紊乱等各种疾病。因此，与铁离子检测相关的研究逐渐引起人们的重视，如何有效地检测铁离子已成为生物化学、环境科学及医学等研究领域的热点。

荧光检测技术因其高度的灵敏性、良好的选择性、较短的晌应时间、操作简单等优点，已被广泛用于化学、生物、医学等领域，特别是检测铁离子的新型荧光分子探针的设计与制备已受到越来越多的关注。荧光分子探针就是在分子识别和荧光技术两者有机结合的基础上，由荧光信号基团与目标受体通过特定的方式连接而成。检测过程包括分子/离子识别过程和光学信号传输过程。识别过程是指特定受体与待测目标间通过共价或非共价作用选择性的结合并产生某种特定功能的过程，此过程将导致受体的结构、构型或其他微观化学环境的变化，是荧光探针实现其功能的化学基础。但识别过程中分子间相互作用发生在微观世界，且受体与待测目标间的选择性结合经常呈动态平衡而具有环境依赖性，对直接结构研究造成了一定的困难。荧光分子探针通过巧妙设计的信号传导机制将分子识别信息转换为易于检测的光学信号（如荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命变化等），在分子水平上进行原位、实时的检测，实现了研究者对分子水平微观世界的光学信号读取。因此，在制备高效、灵敏的荧光分子探针时荧光信号基团的选择是非常重要的。

硼氟-二吡咯亚甲基共轭单元是通过硼桥键和甲川桥键固定两个吡咯环而成的刚性平面结构，具有良好的光稳定性、较高的摩尔吸光系数和荧光量子产率、可调的激发和发射波长、分子结构易于修饰等优点，已成为目前最常用的荧光信号基团之一。近年来，人们在对传统的“一锅三步（聚合-氧化-络合）”制备硼氟-二吡咯亚甲基化合物的方法改进基础上，利用“一锅两步（聚合-络合）”方法，合成了非对称的硼氟-吡咯-苯亚甲基荧光团。该荧光团中部独特的七元环结构以及一侧的共轭苯环赋予其更优异的光物理性质和更灵活结构调控性能，是一种理想的荧光信号基团 [Yuting Chen, Jianzhuang Jiang, etc.Chem. Eur. J. 2013, 19: 7342-7347]。但到目前位置，硼氟-吡咯-苯亚甲基荧光团作为信号基团在荧光检测领域应用较少，特别是在酸性环境下识别Fe³⁺的硼氟-吡咯-苯亚甲基荧光化合物从没被报道过。

发明内容

本发明的技术目的在于提供一种在酸性环境中对Fe³⁺具有高度的灵敏度性，良好的选择性，且易于制备的吡咯-苯硼氟荧光化合物。

本发明的另一技术目的在于提供一种以2，4-二甲基吡咯和8-羟基久洛尼定醛为反应原料，通过一锅两步的“聚合-络合”化学反应制备前述吡咯-苯硼氟荧光化合物的方法，该制备方法具有工艺简单、易于实施、产率高等优势。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种可用于检测酸性环境下Fe³⁺的吡咯-苯硼氟荧光化合物，其分子结构为：

一种可用于检测酸性环境下Fe³⁺的吡咯-苯硼氟荧光化合物，制备方法如下：

在N₂保护、避光条件下，将αmmol的2,4-二甲基吡咯和βmmol的8-羟基久洛尼定醛放入反应器中，用无水二氯甲烷将其溶解，并加入γmL三氟乙酸作为催化剂，室温下搅拌5～12小时；将δmL N,N-二异丙基乙氨(DIEA)加入反应混合液，5 min后加入εmL三氟化硼乙醚(BF₃·OEt₂)，继续室温搅拌1小时；将反应所得混合物用水洗涤、分离，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、蒸发得黑红色固体。将黑红色固体用二氯甲烷作为洗脱剂、进行硅胶色谱分离，用二氯甲烷/正己烷重结晶，得到紫红色晶状吡咯-苯硼氟荧光化合物；α:β:γ:δ:ε为2:2:0.2:2:2。

吡咯-苯硼氟荧光化合物的合成反应式为：

本发明具有如下技术效果：本吡咯-苯硼氟荧光化合物在酸性环境下对Fe³⁺具有良好的检测性能，选择性好，灵敏度高，具有较高的应用价值；而本发明提供的吡咯-苯硼氟荧光化合物的制备方法，具有合成条件温和，制备工艺简单，易于实施，产率高等优点，适合工业化实施，为本吡咯-苯硼氟荧光化合物的推广应用创造了有利条件。

附图说明

图 1为实施例1-3所得化合物的核磁氢谱图。

图 2为实施例1-3所得化合物的实验质谱图与吡咯-苯硼氟荧光化合物理论质谱图。

图3 为吡咯-苯硼氟荧光化合物在甲醇中加入10倍不同金属离子时的荧光发射光谱。

图4 为吡咯-苯硼氟荧光化合物在甲醇中加入100倍盐酸和10倍不同金属离子时的荧光发射光谱。

具体实施方式

本发明所公开的可用于检测酸性环境下Fe³⁺的吡咯-苯硼氟荧光化合物，其分子结构为：

；

其可采用2,4-二甲基吡咯和8-羟基久洛尼定醛为反应原料，通过一锅两步的“聚合-络合”反应来制得，合成反应式为：

。

实施例1

在避光条件下，将2 mmol的2，4-二甲基吡咯和2 mmol的8-羟基久洛尼定醛放入装有氮气通口的250 mL双颈圆底烧瓶中，用150 mL无水二氯甲烷将其溶解，并加入0.2 mL三氟乙酸（TFA）作为催化剂，在氮气保护条件下室温磁力搅拌5小时；将2 mL N，N-二异丙基乙氨(DIEA)加入反应混合液5分钟后，随后加入2 mL三氟化硼乙醚(BF₃·OEt₂)，继续搅拌1小时；将得到的黑红色反应混合液用150 mL水洗涤、分液漏斗分离，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、蒸发得黑红色固体。将该黑红色固体用二氯甲烷作为洗脱剂、进行硅胶色谱分离，用二氯甲烷/正己烷重结晶，得到紫红色晶状化合物A，396 mg，产率为58%。

实施例2

在避光条件下，将2 mmol的2，4-二甲基吡咯和2 mmol的8-羟基久洛尼定醛放入装有氮气通口的250 mL双颈圆底烧瓶中，用150 mL无水二氯甲烷将其溶解，并加入0.2 mL三氟乙酸（TFA）作为催化剂，在氮气保护条件下室温磁力搅拌8小时；将2 mL N，N-二异丙基乙氨(DIEA)加入反应混合液5分钟后，随后加入2 mL三氟化硼乙醚(BF₃·OEt₂)，继续搅拌1小时；将得到的黑红色反应混合液用150 mL水洗涤、分液漏斗分离，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、蒸发得黑红色固体。将该黑红色固体用二氯甲烷作为洗脱剂、进行硅胶色谱分离，用二氯甲烷/正己烷重结晶，得到紫红色晶状化合物B，403 mg，产率为59%。

实施例3

在避光条件下，将2 mmol的2，4-二甲基吡咯和2 mmol的8-羟基久洛尼定醛放入装有氮气通口的250 mL双颈圆底烧瓶中，用150 mL无水二氯甲烷将其溶解，并加入0.2 mL三氟乙酸（TFA）作为催化剂，在氮气保护条件下室温磁力搅拌12小时；将2 mL N，N-二异丙基乙氨(DIEA)加入反应混合液5分钟后，随后加入2 mL三氟化硼乙醚(BF₃·OEt₂)，继续搅拌1小时；将得到的黑红色反应混合液用150 mL水洗涤、分液漏斗分离，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、蒸发得黑红色固体。将该黑红色固体用二氯甲烷作为洗脱剂、进行硅胶色谱分离，用二氯甲烷/正己烷重结晶，得到紫红色晶状化合物C，400 mg，产率为58.5%。

实施例4

在N₂保护、避光条件下，将2 mmol的2，4-二甲基吡咯和2 mmol的8-羟基久洛尼定醛放入装有氮气通口的250 mL双颈圆底烧瓶中，加入150 mL无水二氯甲烷进行溶解，室温下磁力搅拌8小时；将2 mL N,N-二异丙基乙氨(DIEA)加入反应混合液后，室温反应5分钟，随后加入2 mL三氟化硼乙醚(BF₃·OEt₂)，继续搅拌1小时；将得到的反应混合液用150 mL水洗涤、分液漏斗分离，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、蒸干、二氯甲烷作为洗脱剂进行硅胶色谱分离，没有得到紫红色晶状化合物。

对实施例1-3分别获得的化合物A、B及C进行分析测定，三者的核磁氢谱图一致，数据如下：在¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz)中，包含3个芳香环质子信号峰：7.10 (s, 1H), 6.83(s, 1H ), 6.18 (s, 1H )；2个吡咯环上的CH₃-质子信号峰：2.57 (s, 3H)，2.29 (s,3H)；12个环氨基团的CH₂-质子信号峰：3.38 (m, 4H), 2.90 (t, 2H), 2.70 (t, 2H),1.97 (t, 4H)。三者质谱图一致，化合物离子峰（m/e）为342.14，与吡咯-苯硼氟荧光化合物理论值基本一致。由此可确认化合物A、B及C的分子结构为：

，即吡咯-苯硼氟荧光分子。

实施例5

吡咯-苯硼氟荧光化合物在中性条件下对不同金属离子的荧光检测性能：在吡咯-苯硼氟荧光化合物的甲醇溶液中分别加入10倍摩尔量的不同金属离子，由其荧光发射光谱的变化可知： K⁺、Na⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺等金属离子加入后，该荧光化合物在570 nm位置处最大荧光发射峰荧光发射强度基本没有变化； Fe³⁺加入后，该化合物在570 nm位置荧光发射强度降低了24%，表明吡咯-苯硼氟荧光化合物对Fe³⁺离子具有一定的荧光谱学响应。

实施例6

吡咯-苯硼氟荧光分子探针在酸性环境下对不同金属离子的荧光检测性能：在吡咯-苯硼氟荧光化合物的甲醇溶液中加入100倍的盐酸后，再分别加入10倍摩尔量的不同金属离子，由其荧光发射光谱的变化可发现： K⁺、Na⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Zn^{2 +}、Co²⁺、Cu²⁺等金属离子加入后，该荧光化合物在570 nm位置处最大荧光发射峰荧光发射强度基本没有变化； Fe³⁺加入后，该化合物在570 nm位置荧光发射强度显著减弱，降低了74%，表明吡咯-苯硼氟荧光化合物在酸性环境下对Fe³⁺离子具有灵敏的荧光谱学响应，具有荧光识别Fe³⁺的潜能。

Claims (2)

1.一种可用于检测酸性环境下Fe³⁺的吡咯-苯硼氟荧光化合物，其分子结构为：

2.权利要求1所述的吡咯-苯硼氟荧光化合物的制备方法，包括如下步骤：

在N₂保护、避光条件下，将αmmol的2，4-二甲基吡咯和βmmol的8-羟基久洛尼定醛放入反应器中，用无水二氯甲烷将其溶解，并加入γmL三氟乙酸作为催化剂，室温下搅拌5～12小时；将δmL N，N-二异丙基乙氨(DIEA)加入反应混合液，5min后加入εmL三氟化硼乙醚(BF₃·OEt₂)，继续室温搅拌1小时；将反应所得混合物用水洗涤、分离，有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、蒸发得黑红色固体，所述的α、β、Y、δ和ε比例为2∶2∶0.2∶2∶2；所述黑红色固体用二氯甲烷作为洗脱剂、进行硅胶色谱分离，用二氯甲烷/正己烷重结晶，得到紫红色晶状吡咯-苯硼氟荧光化合物。

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