CN109134482A - 一种基于2－吡啶甲酸的罗丹明B类Fe3+荧光传感器的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种罗丹明B类荧光传感器应用于水相中高选择性、高灵敏度检测Fe³⁺的方法。本发明以罗丹明B(Rhodanmine B)为前体合成基于2‑吡啶甲酸的新型荧光传感器。采用紫外‑可见分光光度计以及荧光分光光度计测定水相中该罗丹明B类荧光传感器的特征峰的强度变化，进而确定Fe³⁺的存在。本发明提供了该荧光传感器在Fe³⁺检测中的应用，发现其对Fe³⁺有很好的检测效果，与现有技术相比，本发明采用的原料易得，合成步骤简单，后处理亦很方便，较易实现大规模生产，在检测Fe³⁺方面有很大的应用前景。

Description

一种基于2-吡啶甲酸的罗丹明B类Fe3+荧光传感器的制备及 应用

技术领域

本发明属于生物化学领域，具体涉及一种基于2-吡啶甲酸的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备及其应用。

背景技术

铁是人体内必须的过渡金属之一，它在体内分布广泛，几乎存在于所有的组织。铁作为人体新陈代谢所必需的微量元素之一，在生物体诸多的生理活动中，如肌肉收缩、神经传导、酶催化、DNA和RNA的合成、细胞内渗透压调节以及酸碱平衡维持等方面，既有宏观铁元素的参与，也有一些微量甚至痕量金属铁离子的作用。细胞内铁含量的缺失会导致生命体系的紊乱，而摄入过量的铁同样对机体是有害甚至是致命的。因此，高选择性、高灵敏度地在活细胞中检测铁显得极其重要。鉴于铁对人体的正常生理活动发挥着如此至关重要的作用，寻求一种可以快速方便检测生物体内Fe³⁺的方法受到了越来越多的重视。

目前，已经有许多文献记载了各种各样的检测Fe³⁺的方法，包括原子吸收分光光度法、伏安法、比色法、电感耦合等离子体质谱法、流动注射法、电感耦合等离子体原子发射光谱法。然而上述的这些方法却存在成本高、检出限高、灵敏度低等缺点。近几年，由于荧光分子探针具有灵敏度高、选择性好、操作简单等优点而被广泛用来检测金属离子。因为Fe³⁺具有顺磁性，大多数检测Fe³⁺的荧光分子探针是基于荧光淬灭机制，这与荧光增强型探针相比灵敏度较低。因此，设计出高选择性、高灵敏度检测Fe³⁺的荧光分子探针具有一定的挑战性。

罗丹明B是一种常见的有机染料，因其具有摩尔吸光系数大，荧光量子产率高，结构简单，易于修饰，细胞渗透性好等优势而备受青睐。已被设计出了大量检测金属阳离子的荧光分子探针，例如：Al³⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cr³⁺等。

发明内容

本发明目的是提供一种基于2-吡啶甲酸的新型罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备及其应用。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种基于2-吡啶甲酸的新型罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器RBPO，该荧光传感器RBPO的结构如下：

本发明中基于2-吡啶甲酸的新型罗丹明B类Fe3+荧光传感器RBPO的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将2-吡啶甲酸90mg加入到30mL无水二氯甲烷中，随后加入N，N’-二环己基碳二亚胺(DCC)430mg、1-羟基苯并三唑(HOBt)280mg、N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)2.17mmol，在室温下搅拌1h。然后将330mg的化合物1加入到上述混合物中，室温下继续搅拌2h。反应结束后，减压除去溶剂，用CH₂Cl₂/饱和食盐水萃取三次，反向萃取一次，有机相用无水硫酸镁干燥后，过滤，减压蒸馏除去溶剂，最后使用石油醚/乙酸乙酯(4∶6，v/v)作为洗脱液，经硅胶柱快速分离提纯化合物。得到橙黄色固体即为所述罗丹明B荧光传感器。其中化合物1的结构如下：

本发明中，化合物1与2-吡啶甲酸的摩尔比为1∶1。

本发明中，硅胶柱分离纯化采用的洗脱液为石油醚∶乙酸乙酯＝4∶6。

本发明中，反应时间为3h。

本发明中所述的基于罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器RBPO用于检测Fe³⁺。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)本发明以罗丹明为主体合成了一种新型Fe³⁺荧光传感器RBPO，具有较大的摩尔吸光系数，荧光量子产率高，光谱性能优越，结构简单，易于修饰，吸收波长范围广等优点。(2)本发明所选用原料成本低，合成步骤简单，后处理亦很方便，较易实现大规模生产。(3)本发明采用2-吡啶甲酸与三种催化剂反应活化羧酸的方式，合成方法简单，反应条件温和，且产率较高。(4)本发明所涉及传感器能选择性检测Fe³⁺变化，且灵敏度较高，在环境化学、生命科学等诸多领域具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的化合物1 ¹H NMR。

图2为本发明的化合物1 ¹³C NMR。

图3为本发明的化合物荧光传感器RBPO ¹H NMR。

图4为本发明的化合物荧光传感器RBPO ¹³C NMR。

图5为本发明的化合物荧光传感器RBPO ESI-MS。

图6为本发明的化合物荧光传感器RBPO的荧光选择性。

图7为本发明的化合物荧光传感器RBPO的紫外选择性。

具体实施方式

(一)荧光传感器RBPO的合成

本发明提供了目标产物RBPO在Fe³⁺检测中的应用，发现其对Fe³⁺有很好的检测效果。本发明合成路线如下：

(二)荧光性能测试

将Al³⁺，Ba²⁺，Ca²⁺，Co²⁺，Cd²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，pb²⁺，zn²⁺，Fe³⁺等不同重金属离子加入化合物RBPO的溶液中，进行荧光选择性能测试。

(三)紫外测试

将Al³⁺，Ba²⁺，Ca²⁺，Co²⁺，Cd²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，pb²⁺，Zn²⁺，Fe³⁺等不同重金属离子加入化合物RBPO的溶液中，进行紫外选择性能测试。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

荧光化学传感器的合成

1.化合物1的合成

在100mL的圆底烧瓶中加入罗丹明B(960mg，2mmol)加入无水乙醇40mL，随后慢慢滴加乙二胺(1.3mL，20mmol)于上述溶液中。滴加完毕后，将反应温度升到80℃，回流反应12h。反应完成之后，旋转浓缩除去乙醇。然后在室温下用CH₂Cl₂/饱和食盐水萃取三次，反向萃取一次。用无水硫酸镁干燥有机相后，过滤，减压蒸馏除去溶剂，萃取，经硅胶柱分离得到淡黄色固体(880mg，92％)。化合物1H NMR，¹³CNMR分别如图1，图2所示。

2.化合物RBPO的合成

在50mL的圆底烧瓶中将2-吡啶甲酸(90mg，0.73mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，随后加入N，N′-二环己基碳二亚胺(DCC)(430mg，2.09mmol)、1-羟基苯并三唑(HOBt)(280mg，2.07mmol)、N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)(2.17mmol)，在室温下搅拌1h。然后将化合物1(330mg，0.68mmol)，加入到上述混合物中，室温下搅拌2h。反应结束后，减压除去溶剂，用CH₂Cl₂/饱和食盐水萃取三次，反向萃取一次，有机相用无水硫酸镁干燥后，过滤，减压蒸馏除去溶剂，最后使用石油醚/乙酸乙酯(4∶6，v/v)作为洗脱液，经硅胶柱快速分离提纯化合物。得到橙黄色固体(235mg，61％)，即为荧光传感器RBPO。化合物RBPO的¹H NMR，¹³C NMR，ESI-MS分别如图3，图4，图5所示。

实施例2

荧光选择性能测试

荧光传感器RBPO在乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物RBPO可以溶解在EtOH/HEPES(3∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.33)混合液中，配制400mL该溶液作为储备液。

精确配置荧光传感器RBPO为1×10^-3mol/L EtOH/H₂O混合液(3∶1，V/V)，CdCl₂·2.5H₂O，CuCl₂·2H₂O，AlCl₃，KNO₃，FeCl₃·6H₂O，HgCl₂，NiCl₂·6H₂O，MgCl₂·6H₂O，NaCl，ZnCl₂，CrCl₃·6H₂O，Ba(NO₃)₂，MnCl₂·4H₂O，CoCl₂·6H₂O，CaCl₂，PbCl₂等浓度为5×10^-3mol/L水溶液，以及EtOH/HEPES(3∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.33)溶液。

荧光选择性实验如图5所示，取3mL储备液置于液体池中，加入60uL荧光传感器RBPO，测其初始荧光强度值，然后分别加入配置好的各种阳离子60uL，测量其稳定时的荧光强度。观察图5可知，化合物RBPO对Fe³⁺有明显响应效果，并且在582nm处荧光强度达到最大值，也即化合物RBPO对Fe³⁺有很好的选择性。

实施例3

紫外选择性能测试

荧光传感器RBPO在乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物RBPO可以溶解在EtOH/HEPES(3∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.33)混合液中，配制400mL该溶液作为储备液。

精确配置荧光传感器RBPO为1×10^-3mol/L的EtOH/H₂O混合液(3∶1，V/V)，CdCl₂·2.5H₂O，CuCl₂·2H₂O，AlCl₃，KNO₃，FeCl₃·6H₂O，HgCl₂，NiCl₂·6H₂O，MgCl₂·6H2O，NaCl，ZnCl₂，CrCl₃·6H₂O，Ba(NO₃)₂，MnCl₂·4H₂O，CoCl₂·6H₂O，CaCl₂，PbCl₂等浓度为5×10^-3mol/L水溶液，以及EtOH/HEPES(3∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.33)溶液。

紫外选择性实验如图6所示，取3mL储备液置于液体池中，加入60uL荧光传感器RBPO，测其初始吸光度，然后分别加入配置好的各种阳离子60uL，测量其稳定时的吸光度。观察图6可知，化合物RBPO对Fe³⁺有明显响应效果，在558nm处出现一个新峰，也即化合物RBPO对Fe³⁺有很好的选择性。

Claims (5)

1.一种基于2-吡啶甲酸的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器，其结构如下：

2.一种基于2-吡啶甲酸的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将2-吡啶甲酸90mg加入到30mL无水二氯甲烷中，随后加入N，N′-二环己基碳二亚胺(DCC)430mg、1-羟基苯并三唑(HOBt)280mg、N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)2.17mmol，在室温下搅拌1h。然后将330mg的化合物1加入到上述混合物中，室温下继续搅拌2h。反应结束后，减压除去溶剂，用CH₂Cl₂/饱和食盐水萃取三次，反向萃取一次，有机相用无水硫酸镁干燥后，过滤，减压蒸馏除去溶剂，最后使用石油醚/乙酸乙酯(4∶6，v/v)作为洗脱液，经硅胶柱快速分离提纯化合物。得到橙黄色固体即为所述罗丹明B荧光传感器。其中化合物1的结构如下：

3.如权利要求2所述的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，化合物1与2-吡啶甲酸的摩尔比为1∶1。

4.如权利要求2所述的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，硅胶柱分离采用的洗脱液为石油醚∶乙酸乙酯＝4∶6(v/v)。

5.基于2-吡啶甲酸的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的应用，其特征在于：将权利要求1中所述的基于2-吡啶甲酸的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器用于检测水相中的Fe³⁺。