CN109053626B - 一种荧光探针及其制备方法和其在二价钯检测中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有式I所示结构的荧光探针，属于分析化学技术领域，本发明提供的具有式I所示结构的荧光探针可快速检测二价钯物质，且不受其它价态钯物质的干扰，灵敏度高，抗干扰能力强，且实现了二价钯物质的定量检测。
Figure DDA0001818352780000011

Description

一种荧光探针及其制备方法和其在二价钯检测中的应用
技术领域
本发明涉及分析化学技术领域，特别涉及一种荧光探针及其制备方法和其在二价钯检测中的应用。
背景技术
钯是一种特殊的过渡金属，在合成化学和材料科学中扮演着重要的角色。然而，钯的频繁使用对环境造成污染，对人体健康构成威胁，作为可以结合含硫蛋白质和其他生物分子的过渡金属，钯可能会影响细胞代谢过程并对人类构成健康威胁。因此，有必要开发检测钯的工具。
传统的分析技术，如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，原子吸收光谱法(AAS)和X射线荧光(XRF)等测试技术均需长时间制备钯或需要昂贵的设备。相比之下，荧光探针提供了一种简便灵敏的检测方法。近年来，基于Pd催化的裂解反应，Pd与配合物配位的几种荧光探针已被开发用于探测钯。但是，这些探针都不能区分二价的钯物质与其他钯物质，而在钯物质中二价钯物质的毒性最大。如T.Gao等人在《A water-soluble ESIPT fluorescentprobe with high quantum yield and red emission for ratiometric detection ofinorganic and organic palladium》(an Asian journal，Chemistry，2015，10：1142～1145)发表的文章公开了结构为
Figure BDA0001818352760000011
的探针，但是该探针容易受到其它价态的钯物质的干扰，不能将二价钯物质与其他钯物质区分开。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种二价钯荧光探针及其制备方法和其在二价钯检测中的应用，本发明提供的荧光探针用于二价钯物质荧光检测，特异性地识别二价钯，检测灵敏度高，抗干扰能力强。
本发明提供了一种具有式I所示结构的荧光探针：
Figure BDA0001818352760000021
本发明还提供了上述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
将具有式II所示结构的化合物、苯并噻唑-2-乙腈、催化剂和有机溶剂混合后在无氧环境下进行缩合反应，得到具有式I所示结构的荧光探针；
Figure BDA0001818352760000022
优选地，所述具有式II所示结构的化合物与苯并噻唑-2-乙腈的摩尔比为1：0.3～3。
优选地，所述催化剂为哌啶。
优选地，所述催化剂与具有式II所示结构的化合物的物质的量比为1：10～50。
优选地，所述有机溶剂为乙醇。
本发明还提供了上述荧光探针在二价钯物质荧光检测中的应用。
优选地，所述二价钯物质荧光检测包括水环境和生物体系中二价钯物质的传感检测。
有益技术效果：本发明提供的具有式I所示结构的荧光探针。该荧光探针合成方法简单；可快速检测二价钯物质，且不受其它价态钯物质的干扰，灵敏度高，抗干扰能力强，且实现了二价钯物质的定量检测。
附图说明
图1为实施例1中得到的红色固体的氢核磁谱图；
图2为实施例1中得到的红色固体的碳核磁谱图；
图3为实施例1中得到的荧光探针在不同浓度Pd(OAc)2中的荧光发射图谱；
图4为实施例1中得到的荧光探针在不同价态钯物质溶液中的荧光发射图谱；
图5为实施例1中得到的荧光探针在不同金属离子溶液中的荧光发射图谱。
具体实施方式
本发明提供了一种具有式I所示结构的荧光探针：
Figure BDA0001818352760000031
本发明还提供了上述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
将具有式II所示结构的化合物、苯并噻唑-2-乙腈、催化剂和有机溶剂混合后在无氧环境下进行缩合反应，得到具有式I所示结构的荧光探针；
Figure BDA0001818352760000032
在本发明中，所述具有式II所示结构的化合物与苯并噻唑-2-乙腈的摩尔比优选为1：0.3～3，更优选为1：1.5～2.5，最优选为1：2。
在本发明中，所述催化剂优选为哌啶。
在本发明中，所述催化剂与具有式II所示结构的化合物的物质的量比优选为1：10～50，更优选为1：20～40，最优选为1：25～30。
在本发明中，所述有机溶剂优选为乙醇。
在本发明中，所述有机溶剂的用量优选为15～30ml，更优选为25ml。
在本发明中，所述缩合反应优选在室温下进行。
在本发明中，所述缩合反应的时间优选为12～24h，更优选为16～20h。
在本发明中，所述无氧环境优选为充入氮气提供无氧环境。
在本发明中，所述缩合反应完成后还优选包括依次对反应液进行减压蒸发、硅胶住色谱法纯化，得到有式I所示结构的荧光探针。
在本发明中，优选使用薄板层析法测缩合反应是否完成。
在本发明中，所述减压蒸发的温度优选为30～50℃，更优选为40～45℃；所述减压蒸发的时间优选为5～25分钟，更优选为15～20分钟。
在本发明中，所述硅胶色谱柱的洗脱剂优选为己烷和二氯甲烷的混合物，所述己烷和二氯甲烷的体积比优选为1：1～5，更优选为1：2～3。
本发明还提供了上述荧光探针在二价钯物质荧光检测中的应用。
在本发明中，所述二价钯物质荧光检测优选包括水环境和生物体系中二价钯物质的传感检测。
在本发明中，所述传感检测优选包括荧光检测、细胞成像检测和组织成像检测。
在本发明中，所述式I结构中含有炔基和氰基，在对钯金属检测过程中，首先，不同价态金属钯可与探针中的炔基和氰基配位，随后三苯基膦加入，不同价态金属钯被原位还原成零价钯，最后，原位产生的零价钯催化消除炔丙基，成环产生荧光响应产物。由于零价钯本身(Pd(PPh3)4)含有四个配体，但是，探针氰基和炔基之间空间有限，导致零价钯同探针配位能力有限，产生弱荧光，此外，虽然四价钯能配位，但是，四价钯被三苯基膦还原成零价钯的效率弱于二价。因此，二价钯能被选择性检测。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
Figure BDA0001818352760000041
将0.5mmol具有式II所示结构的化合物和0.5mmol苯并噻唑-2-乙腈在氮气氛围下加入到反应瓶中，然后将25mL乙醇一次性加入至上述反应瓶中，氮气下加入两滴哌啶，于室温下搅拌12小时，点板检测反应完全，减压蒸发溶剂，得到粗产物，然后通过硅胶柱色谱法纯化，洗脱剂配比为己烷：二氯甲烷＝1：1，得到红色固体，对得到的红色固体的核磁表征，其氢谱图和碳谱图分别如图1和图2所示，其具体数据如下所示：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.53(s,1H),8.44(d,J＝8.0Hz,1H),8.02(d,J＝8.0Hz,1H),7.83(d,J＝8.0Hz,1H),7.48-7.44(m,1H),7.36-7.32(m,1H),6.42(dd,1H),6.31(s,1H),4.84(d,J＝2Hz,2H),3.49-3.43(q,J＝7.2Hz,4H),2.59(t,J＝2Hz,1H),1.25(t,J＝7.2Hz,6H)；13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):165.8,159.4,154.0,152.4,141.0,134.6,130.9,126.5125.0,123.0,121.5118.8,110.3,105.9,96.9,94.9,78.3,76.5,56.3,45.2,12.9。
由上述数据可知，实施例1中得到的红色固体为具有式I所示结构的化合物，产率为65％，纯度为100％。
实施例2
将实施例1中得到的探针在磷酸缓冲盐溶液(以下简称为PBS缓冲液)中加入不同浓度Pd(OAc)2的光谱测试
将实施例1中制备的探针分子溶于DMF中，制备成10mM的储备液。从储备液中取出3μL加到5mL的离心管中，用PBS缓冲溶液(PBS,20mM,pH 7.4)稀释至3mL，加入不同浓度Pd(OAc)2在37℃孵育30分钟，然后加入100μM PPh3在37℃保温3h。在激发波长为478nm下测量其荧光性质，结果如图3所示，图3中曲线由下到上，Pd(OAc)2的浓度逐渐升高，荧光探针在522nm处的荧光强度随Pd(OAc)2浓度的增强而增加，其中在Pd(OAc)2的浓度为5μM时探针荧光增加达到平台。由此可说明在检测限范围内，该探针可对Pd(OAc)2定量检测。
实施例3
将实施例1中得到的探针在磷酸缓冲盐溶液(以下简称为PBS缓冲液)中加入不同价态钯的光谱测试
将实施例1中制备的探针分子溶于DMF中，制备成10mM的储备液。从储备液中取出3μL加到5mL的离心管中，用PBS缓冲溶液(PBS,20mM,pH 7.4)稀释至3mL，分别加入不同价态钯包括PdCl2、Pd(OAc)2、PbCl2(CH3CN)2、Na2PdCl4、Pd(PPh3)4和(NH4)2PdCl6在37℃孵育30分钟，然后加入100μM PPh3在37℃保温3h。在激发波长为478nm，最大发射波长522nm下测量其荧光性质，其结果如图4所示。由图4可知探针在不同价态钯物质中选择性和抗干扰性好，对二价钯物质具有很好的选择响应性。
将实施例1中得到的探针在磷酸缓冲盐溶液(以下简称为PBS缓冲液)中加入不同金属种类的光谱测试
将实施例1中制备的探针分子溶于DMF中，制备成10mM的储备液。从储备液中取出3μL加到5mL的离心管中，用PBS缓冲溶液(PBS,20mM,pH 7.4)稀释至3mL，分别加入不同金属种类包括Pb(NO3)2、CrCl2、HgCl2、NiSO4、CuCl2·2H2O、ZnCl2、CdCl2·2.5H2O、CaCl2、CoCl2·6H2O、MgCl2·6H2O、BaCl2·2H2O、MnCl2、FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、CrCl3·6H2O,PtCl2,AuCl3,RhCl3和RuCl3，在激发波长为478nm，最大发射波长522nm下测量其荧光性质，其结果如图5所示，由图5可知，探针在不同金属离子中对二价钯物质的的选择性非常好，灵敏度高。
实施例4
将0.5mmol具有式II所示结构的化合物和1mmol苯并噻唑-2-乙腈在氮气氛围下加入到反应瓶中，然后将25mL乙醇一次性加入至上述反应瓶中，氮气下加入0.02mmol哌啶，于室温下搅拌16小时，点板检测反应完全，减压蒸发溶剂，得到粗产物，然后通过硅胶柱色谱法纯化，洗脱剂配比为己烷：二氯甲烷＝1：2，得到红色固体，其核磁表征数据如下所示：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.53(s,1H),8.44(d,J＝8.0Hz,1H),8.02(d,J＝8.0Hz,1H),7.83(d,J＝8.0Hz,1H),7.48-7.44(m,1H),7.36-7.32(m,1H),6.42(dd,1H),6.31(s,1H),4.84(d,J＝2Hz,2H),3.49-3.43(q,J＝7.2Hz,4H),2.59(t,J＝2Hz,1H),1.25(t,J＝7.2Hz,6H)；13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):165.8,159.4,154.0,152.4,141.0,134.6,130.9,126.5125.0,123.0,121.5118.8,110.3,105.9,96.9,94.9,78.3,76.5,56.3,45.2,12.9。
由上述数据可知，上述得到的红色固体为具有式I所示结构的荧光探针，产率为70％，纯度为100％。
实施例5
将0.5mmol具有式II所示结构的化合物和1.25mmol苯并噻唑-2-乙腈在氮气氛围下加入到反应瓶中，然后将25mL乙醇一次性加入至上述反应瓶中，氮气下加入0.02mmol哌啶，于室温下搅拌20小时，点板检测反应完全，减压蒸发溶剂，得到粗产物，然后通过硅胶柱色谱法纯化，洗脱剂配比为己烷：二氯甲烷＝1：2.5，得到红色固体，其核磁表征数据如下所示：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.53(s,1H),8.44(d,J＝8.0Hz,1H),8.02(d,J＝8.0Hz,1H),7.83(d,J＝8.0Hz,1H),7.48-7.44(m,1H),7.36-7.32(m,1H),6.42(dd,1H),6.31(s,1H),4.84(d,J＝2Hz,2H),3.49-3.43(q,J＝7.2Hz,4H),2.59(t,J＝2Hz,1H),1.25(t,J＝7.2Hz,6H)；13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):165.8,159.4,154.0,152.4,141.0,134.6,130.9,126.5125.0,123.0,121.5118.8,110.3,105.9,96.9,94.9,78.3,76.5,56.3,45.2,12.9。
由上述数据可知，上述得到的红色固体为具有式I所示结构的荧光探针，产率为75％，纯度为100％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有式I所示结构的荧光探针：
Figure FDA0002359633120000011
2.一种权利要求1所述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
将具有式II所示结构的化合物、苯并噻唑-2-乙腈、催化剂和有机溶剂混合后在无氧环境下进行缩合反应，得到具有式I所示结构的荧光探针；
Figure FDA0002359633120000012
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述具有式II所示结构的化合物与苯并噻唑-2-乙腈的摩尔比为1：0.3～3。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为哌啶。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂与具有式II所示结构的化合物物质的量比为1：10～50。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇。
7.一种权利要求1所述荧光探针在制备二价钯物质荧光检测的试剂盒中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述二价钯物质荧光检测包括水环境中二价钯物质的传感检测。
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