CN109053750A - 罗丹明肼希夫碱衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种罗丹明肼希夫碱衍生物及其制备方法和应用。所述的罗丹明肼希夫碱衍生物具有如(Ⅰ)所示的结构通式。制备方法包括如下步骤：取罗丹明类化合物、乙醇胺和无水乙醇，于75‑85℃下反应8‑12h后，冷却至室温，过滤，所得固体溶于四氢呋喃溶液中，加入还原剂，室温下搅拌1‑8小时，加水淬灭，二氯甲烷萃取，向经柱层析得到的醛基罗丹明类化合物中加入水合肼和乙醇，反应得到罗丹明肼希夫碱衍生物。本发明的罗丹明肼希夫碱衍生物对次氯酸根具有选择性，可定性和定量进行检测。

Description

罗丹明肼希夫碱衍生物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种荧光探针，具体的涉及一种利用罗丹明经还原后再与水合肼反应生成罗丹明肼希夫碱衍生物及其作为荧光探针在检测次氯酸根中的应用。

背景技术

罗丹明是一类具有优异光学性质的染料，与其他常用的荧光染料相比，罗丹明类荧光染料具有光稳定性好、长波长吸收、吸收系数大、开环形式的高光稳定性、对pH不敏感、较宽的波长范围和较高的荧光量子产率和荧光寿命长等优点，因此被广泛应用在药理学、生理学、分子生物学、细胞生物学、分子遗传学、环境化学、单个分子检测、信息科学、荧光标记、激光染料等方面，是分析化学和生物医药科学在生物技术领域中最常用的荧光染料。近年来罗丹明被广泛用于金属离子和小分子荧光探针的设计合成，这要归功于2-羧基罗丹明与伯胺发生酰胺化后可以生成稳定的隐色体螺酰亚胺，再遇到金属离子或小分子后颜色和荧光得以恢复，从而实现对金属离子和有机小分子的变色和荧光检测。

次氯酸是一种强氧化剂，因其强效的杀菌能力而被广泛用于家用漂白剂及饮用水消毒剂。目前自来水厂普遍采用加氯消毒的方法(即添加漂白粉的方法)，而在氯化过程中，氯同天然有机物、腐殖质相结合，可以形成潜在的致癌三卤甲烷(THMS)。三卤甲烷包括诸如氯仿、四氯化碳、三氯甲烷之类的致癌物，是癌症和心脏病的主要诱因。含氯消毒剂的过量使用可能会导致水体的二次污染，水体消毒后的余氯量必须控制在合理范围内(0.5mg/L)。此外，高浓度的次氯酸溶液往往导致眼睛和胃部不适，其强刺激性也会潜在性地损害人类的呼吸系统。因此，对环境水体中的次氯酸根离子的浓度必须进行实时定量的监测。目前检测次氯酸根离子的方法很多，主要包括：化学滴定法、电位测定法、电解分析法、紫外吸收和荧光发射光谱法。尽管上述方法使用较多，但均未能实现既快速方便又高灵敏高选择性的检测水体中的次氯酸根离子。罗丹明发色团作为一类重要的荧光探针设计母体，具有检测前后颜色变化明显，荧光增强的特点，因而备受人们的青睐。因此，急需研发基于罗丹明的兼具高灵敏、高选择性和快速检测的次氯酸荧光探针。

发明内容

本发明目的是提供一系列罗丹明肼希夫碱衍生物，其可作为荧光探针高效准确的定性和定量检测次氯酸根。

本发明采用的技术方案是：罗丹明肼希夫碱衍生物，具有罗丹明希夫碱六元环结构，结构通式如(Ⅰ)所示：

其中，R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝H；

或R₁＝R₄＝H，R₂＝-CH₂CH₃，R₃＝-CH₃；

或R₁＝R₂＝-CH₃，R₃＝R₄＝H；

或R₁＝R₂＝-CH₂CH₃，R₃＝R₄＝H；

或R₁和R₄一起形成-(CH₂)₃-，R₂和R₃一起形成-(CH₂)₃-。

上述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，制备方法包括如下步骤：

1)取罗丹明类化合物、乙醇胺和无水乙醇，于75～85℃下反应8～12h后，冷却至室温，过滤，所得固体溶于四氢呋喃溶液中，加入还原剂，室温下搅拌1～8小时，加水淬灭，二氯甲烷萃取，经柱层析得到醛基罗丹明类化合物；

2)将所得醛基罗丹明类化合物、水合肼和乙醇，混合均匀，回流反应2～3h，所得产物减压蒸馏浓缩后得到罗丹明肼希夫碱衍生物。

进一步的，上述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，步骤1)中，所述的罗丹明类化合物为罗丹明B，罗丹明6G，四甲基罗丹明TMR，罗丹明110或罗丹明101。

进一步的，上述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，步骤1)中，所述的还原剂为氢化铝锂、三叔丁氧基氢化铝锂、三乙氧基氢化铝锂、二乙氧基氢化铝锂或硼烷。

进一步的，上述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，步骤1)中，按摩尔比，罗丹明类化合物:乙醇胺:还原剂＝1:(3～6):(1～10)。

进一步的，上述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，步骤2)中，按摩尔比，罗丹明类化合物:水合肼＝1:(5～10)。

上述的罗丹明肼希夫碱衍生物作为荧光探针在次氯酸根检测中的应用。本发明的罗丹明肼希夫碱检测次氯酸根的机理为次氯酸氧化水解，使六元螺环开环生成亮红色和强荧光罗丹明，从而实现了次氯酸根的快速检测。

进一步的，罗丹明肼希夫碱衍生物作为荧光探针定性检测次氯酸根，方法如下：将上述的罗丹明肼希夫碱衍生物溶解于乙醇水溶液(按体积比，乙醇:水＝1:1)中，配制浓度为2×10^-5～3×10^-5mol/L、pH为7.4的测试液，将待测溶液加入到测试液中，观察溶液颜色的变化，溶液由无色变为红色即可定性该待测溶液中含有次氯酸根离子。

进一步的，罗丹明肼希夫碱衍生物作为荧光探针定量检测次氯酸根，方法如下：

1)配制测试液：将上述的罗丹明肼希夫碱衍生物溶解于乙醇水溶液(按体积比，乙醇:水＝1:1)中，配制浓度为2×10^-5～3×10^-5mol/L、pH为7.4的测试液；

2)绘制标准曲线：取测试液和已知浓度的次氯酸根溶液，混合均匀后，分别进行紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试。以紫外-可见吸收光谱中最高吸收峰处的吸光度为纵坐标，次氯酸根浓度为横坐标，绘制次氯酸根在紫外-可见吸收光谱中的标准曲线。以荧光光谱中最大荧光发射峰的强度为纵坐标，次氯酸根浓度为横坐标，绘制次氯酸根在荧光光谱中的标准曲线。

3)测试：取测试液和含有次氯酸根的待测溶液，混合均匀后分别进行紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试，利用次氯酸根的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的标准曲线计算含有次氯酸根的待测溶液中次氯酸根离子的浓度。

本发明的有益效果是：本发明构建的罗丹明肼希夫碱衍生物，首先，其六元环结构具有较高的稳定性，能够使希夫碱的结构更加稳定，该结构的探针在室温放置60天，经薄层板监测未见结构发生改变；其次，罗丹明肼希夫碱六元环结构的探针在遇到次氯酸根离子后即可发生氧化水解反应，生成的强荧光亮红色的罗丹明，溶液由无颜色无荧光变成肉眼可见的亮红色和强荧光，从而实现对次氯酸根的紫外-可见分光光度法和荧光分光光度法检测。

附图说明

图1是实施例2制备的Rh6G-ClO对次氯酸根的吸收和荧光颜色响应；

其中，加入次氯酸根离子前后，a:紫外可见吸收颜色变化；b:荧光颜色的变化。

图2是实施例2制备的Rh6G-ClO对阴离子的紫外可见吸收光谱的选择性。

图3是实施例2制备的Rh6G-ClO对阴离子荧光光谱的选择性。

图4是实施例2制备的Rh6G-ClO对次氯酸根离子浓度滴定中紫外可见吸收峰随次氯酸根离子浓度的变化趋势(吸收--标准曲线)。

图5是实施例2制备的Rh6G-ClO对次氯酸根离子浓度滴定中荧光峰随次氯酸根离子浓度的变化趋势(荧光--标准曲线)。

具体实施方式

本发明，罗丹明肼希夫碱衍生物的反应通式如下：

其中，R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝H；

或R₁＝R₄＝H，R₂＝-CH₂CH₃，R₃＝-CH₃；

或R₁＝R₂＝-CH₃，R₃＝R₄＝H；

或R₁＝R₂＝-CH₂CH₃，R₃＝R₄＝H；

或R₁和R₄一起形成-(CH₂)₃-，R₂和R₃一起形成-(CH₂)₃-。

罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，包括如下步骤：

1)称取罗丹明类化合物于圆底烧瓶中，加入无水乙醇和乙醇胺，75～85℃下加热反应8～12h后，冷却至室温，过滤，得到浅粉色固体；将浅粉色固体溶于四氢呋喃溶液中，加入还原剂，室温下搅拌1～8小时，加水淬灭，二氯甲烷萃取，经柱层析得到醛基罗丹明类化合物；按摩尔比，罗丹明类化合物:乙醇胺:还原剂＝1:(3～6):(1～10)；

2)将所得醛基罗丹明类化合物和水合肼，溶于乙醇中，加热回流反应2小时，产物减压蒸馏浓缩后，得到浅黄色固体，即为罗丹明肼希夫碱衍生物。按摩尔比，罗丹明类化合物:水合肼＝1:(5～10)。

所述还原剂为氢化铝锂、三叔丁氧基氢化铝锂、三乙氧基氢化铝锂、二乙氧基氢化铝锂或硼烷。

所述罗丹明类化合物为罗丹明B、罗丹明6G、四甲基罗丹明TMR、罗丹明110或罗丹明101。

实施例1罗丹明B肼希夫碱(RhB-ClO)

于圆底烧瓶中，将1mol的罗丹明B和3mol的乙醇胺加入到干燥的20mL无水乙醇中，80℃油浴反应8～12h，冷却至室温后，过滤，固体物用乙醇洗涤数次，得到浅粉色固体；将浅粉色固体溶于50mL四氢呋喃溶液中，加入10mol氢化铝锂，室温下搅拌1～8小时，将反应液用水淬灭，用二氯甲烷萃取，取有机相，加入无水硫酸镁干燥，经柱层析得到醛基罗丹明B化合物。于所得醛基罗丹明B化合物中，加入10摩尔水合肼，溶于20mL乙醇中，加热回流反应2小时，所得产物减压蒸馏浓缩后，得到浅黄色固体，为罗丹明B肼希夫碱RhB-ClO。HRMS：440.2586。

实施例2罗丹明6G肼希夫碱(Rh6G-ClO)

于圆底烧瓶中，将1mol的罗丹明6G与4mol的乙醇胺加入到干燥的20mL无水乙醇中，80℃油浴反应8～12h，冷却至室温后，过滤，固体物用乙醇洗涤数次，得到粉色固体；将粉色固体溶于50mL四氢呋喃溶液中，加入10mol三叔丁氧基氢化铝锂，室温下搅拌1～8小时，将反应液用水淬灭，用二氯甲烷萃取，取有机相，加入无水硫酸镁干燥，经柱层析得到醛基罗丹明6G化合物。于所得醛基罗丹明6G化合物中，加入8摩尔水合肼，溶于20mL乙醇中，加热回流反应2小时，所得产物减压蒸馏浓缩后，得到浅黄色固体，为罗丹明6G肼希夫碱Rh6G-ClO。HRMS：412.2233。

实施例3四甲基罗丹明TMR肼希夫碱(TMR-ClO)

于圆底烧瓶中，将1mol的四甲基罗丹明TMR与5mol的乙醇胺加入到干燥的20mL无水乙醇中，80℃油浴反应8～12h，冷却至室温后，过滤，固体物用乙醇洗涤数次，得到粉色固体；将粉色固体溶于50mL四氢呋喃溶液中，加入8mol三乙氧基氢化铝锂，室温下搅拌1～8小时，将反应液用水淬灭，用二氯甲烷萃取，取有机相，加入无水硫酸镁干燥，经柱层析得到醛基罗丹明TMR化合物。于所得醛基罗丹明TMR化合物中，加入7摩尔水合肼，溶于20mL乙醇中，加热回流反应2小时，所得产物减压蒸馏浓缩后，得到浅黄色固体，为罗丹明TMR肼希夫碱TMR-ClO。HRMS：384.1962。

实施例4罗丹明110肼希夫碱(Rh110-ClO)

于圆底烧瓶中，将1mol的罗丹明110与6mol的乙醇胺加入到干燥的20mL无水乙醇中，80℃油浴反应8～12h，冷却至室温后，过滤，固体物用乙醇洗涤数次，得到粉色固体；将粉色固体溶于50mL四氢呋喃溶液中，加入5mol二乙氧基氢化铝锂，室温下搅拌1～8小时，将反应液用水淬灭，用二氯甲烷萃取，取有机相，加入无水硫酸镁干燥，经柱层析得到醛基罗丹明110化合物。于所得醛基罗丹明110化合物中，加入9摩尔水合肼，溶于20mL乙醇中，加热回流反应2小时，所得产物减压蒸馏浓缩后，得到浅黄色固体，为罗丹明110肼希夫碱Rh110-ClO。HRMS：328.1321。

实施例5罗丹明101肼希夫碱(Rh101-ClO)

于圆底烧瓶中，将1mol的罗丹明101与5mol的乙醇胺加入到干燥的20mL无水乙醇中，80℃油浴反应8～12h，冷却至室温后，过滤，固体物用乙醇洗涤数次，得到粉色固体；将粉色固体溶于50mL四氢呋喃溶液中，加入6mol氢化铝锂，室温下搅拌1～8小时，将反应液用水淬灭，用二氯甲烷萃取，取有机相，加入无水硫酸镁干燥，经柱层析得到醛基罗丹明101化合物。于所得醛基罗丹明101化合物中，加入6摩尔水合肼，溶于20mL乙醇中，加热回流反应2小时，所得产物加压蒸馏浓缩后，得到浅黄色固体，为罗丹明101肼希夫碱Rh101-ClO。HRMS：488.2586。

实施例6罗丹明肼希夫碱衍生物对次氯酸根的检测

由于罗丹明肼希夫碱类衍生物具有相同的希夫碱六元环结构，对次氯酸的检测机理完全相同，在此以Rh6G-ClO为例说明罗丹明肼希夫碱衍生物对次氯酸根的定性和定量检测。

(一)定性检测

1、配制Rh6G-ClO测试液：将Rh6G-ClO溶解于乙醇水溶液(按体积比，乙醇:水＝1:1)中，得浓度为2×10^-5mol/L，pH＝7.4的Rh6G-ClO测试液。

2、分别取Rh6G-ClO测试液3.5mL，分别加入35uL浓度为2×10^-2mol/L的不同阴离子和活性小分子F^-，Cl^-，Br^-，I^-，CO₃ ^2-，H₂PO₄ ^-，HPO₄ ^2-，CN^-，SO₄ ^2-，NO₂ ^-，ClO^-，NO₃ ^-，NO，H₂O₂，ONOO^-，SO₃ ^2-，分别进行紫外可见光谱和荧光光谱检测。

如图1(a)所示，只有当Rh6G-ClO遇到次氯酸根后溶液颜色由无色变为红色，其他阴离子对紫外可见吸收光谱无影响，如图2所示。

如图1(b)所示，只有当Rh6G-ClO遇到次氯酸根后溶液荧光颜色由无色变为红色，其他阴离子对荧光光谱无影响，如图3所示。

本发明的罗丹明肼希夫碱检测次氯酸根的机理为次氯酸氧化水解，使六元螺环开环生成亮红色和强荧光罗丹明，从而实现了次氯酸根的快速检测。Rh6G-ClO能够对次氯酸根实现肉眼可见的、快速的和高灵敏的检测。其他阴离子和活性小分子均未引起紫外可见光谱和荧光光谱的变化。

(二)定量检测

1、配制Rh6G-ClO测试液：将Rh6G-ClO溶解于乙醇水溶液(按体积比，乙醇:水＝1:1)中，得浓度为2×10^-5mol/L，pH＝7.4的Rh6G-ClO测试液。

2、绘制标准曲线：取3.5mL Rh6G-ClO测试液和35uL 0-5×10^-2mol/L浓度范围内已知浓度的次氯酸根溶液，混合均匀后，分别进行紫外可见光谱和荧光光谱检测。

选取紫外可见光谱中最大吸收峰533nm处的吸光度为纵坐标，次氯酸根离子浓度为横坐标绘制标准曲线。如图4所示，在吸收标准曲线中次氯酸根离子浓度在0-2×10^-5mol/L范围内呈现线性关系。

选取荧光光谱中最大荧光发射峰558nm处的强度为纵坐标，次氯酸根离子浓度为横坐标绘制标准曲线。如图5所示，在荧光标准曲线中次氯酸根离子浓度在0-1×10^-5mol/L范围内呈线性关系。

3、取3.5mL Rh6G-ClO测试液和20uL未知浓度的含有次氯酸根离子的待测溶液，混合均匀后，分别测试紫外可见光谱和荧光光谱，分别测定紫外可见光谱中最大吸收峰533nm处的吸光度和荧光光谱中最大荧光发射峰558nm处的强度，然后通过标准曲线计算待测溶液中次氯酸根离子的浓度。

Claims (10)

1.罗丹明肼希夫碱衍生物，其特征在于，所述的罗丹明肼希夫碱衍生物具有希夫碱六元环结构，结构通式如(Ⅰ)所示：

其中，

R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝H；

或R₁＝R₄＝H，R₂＝-CH₂CH₃，R₃＝-CH₃；

或R₁＝R₂＝-CH₃，R₃＝R₄＝H；

或R₁＝R₂＝-CH₂CH₃，R₃＝R₄＝H；

或R₁和R₄一起形成-(CH₂)₃-，R₂和R₃一起形成-(CH₂)₃-。

2.权利要求1所述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

1)取罗丹明类化合物、乙醇胺和无水乙醇，于75～85℃下反应8～12h后，冷却至室温，过滤，所得固体溶于四氢呋喃溶液中，加入还原剂，室温下搅拌1～8小时，加水淬灭，二氯甲烷萃取，经柱层析得到醛基罗丹明类化合物；

2)将所得醛基罗丹明类化合物、水合肼和乙醇，混合均匀，回流反应2～3h，所得产物减压蒸馏浓缩后得到罗丹明肼希夫碱衍生物。

3.如权利要求2所述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的罗丹明类化合物为罗丹明B，罗丹明6G，四甲基罗丹明TMR，罗丹明110或罗丹明101。

4.如权利要求2所述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的还原剂为氢化铝锂、三叔丁氧基氢化铝锂、三乙氧基氢化铝锂、二乙氧基氢化铝锂或硼烷。

5.如权利要求2所述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，按摩尔比，罗丹明类化合物:乙醇胺:还原剂＝1:(3～6):(1～10)。

6.如权利要求2所述的罗丹明肼希夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤2)中，按摩尔比，罗丹明类化合物:水合肼＝1:(5～10)。

7.权利要求1所述的罗丹明肼希夫碱衍生物作为荧光探针在次氯酸根检测中的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，罗丹明肼希夫碱衍生物作为荧光探针定性检测次氯酸根，方法如下：将权利要求1所述的罗丹明肼希夫碱衍生物溶解于乙醇水溶液中，配制浓度为2×10^-5～3×10^-5mol/L、pH为7.4的测试液，将待测溶液加入到测试液中，观察溶液颜色的变化，溶液由无色变为红色即可定性该待测溶液中含有次氯酸根离子。

9.如权利要求7所述的应用，其特征在于，罗丹明肼希夫碱衍生物作为荧光探针定量检测次氯酸根，方法如下：

1)配制测试液：将权利要求1所述的罗丹明肼希夫碱衍生物溶解于乙醇水溶液中，配制浓度为2×10^-5～3×10^-5mol/L、pH为7.4的测试液；

2)绘制标准曲线：取测试液和已知浓度的次氯酸根溶液，混合均匀后，分别进行紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试，并绘制次氯酸根的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的标准曲线。

3)测试：取测试液和含有次氯酸根的待测溶液，混合均匀后分别进行紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试，利用次氯酸根的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的标准曲线计算含有次氯酸根的待测溶液中次氯酸根离子的浓度。

10.如权利要求8或9所述的应用，其特征在于，乙醇水溶液中，按体积比，乙醇:水＝1:1。