CN109320520A - 一种基于吡啶－3－磺酰氯的罗丹明B类Hg2+荧光传感器的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种罗丹明类荧光传感器应用于水相中高选择性、高灵敏度检测Hg²⁺的方法。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罗丹明类探针的特征峰的强度变化，进而确定Hg²⁺的存在。本发明以罗丹明B(Rhodanmine B)为前体合成基于吡啶‑3‑磺酰氯的新型荧光传感器。本发明提供了该荧光传感器在Hg²⁺检测中的应用，发现其对Hg²⁺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Hg²⁺方面有很大的应用前景。

Description

一种基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg2+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，具体涉及一种基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器的制备及应用。

背景技术

汞作为一种非常典型和普遍的重金属，是一种有毒的非放射性元素，对环境和人体健康已经造成了非常严重的危害。汞在水环境中的污染尤其严重，20世纪初在日本发生的水俣事件更是给人们敲响了警钟，让人们深刻地认识到汞对环境和人体健康所带来的破坏性和治理汞污染的迫切需要。汞单质及汞的二价阳离子(Hg²⁺)在排入环境后，可被微生物转化为甲基汞，它可以通过食物链在生物体内富集，当汞离子或者有机汞被人体吸收后容易使人产生恶心、呕吐、腹痛以及肾功能的损伤，同时对脑部也有很大的伤害。因此，高选择性、高灵敏度地在活细胞中检测汞显得极其重要。鉴于汞对环境以及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Hg²⁺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Hg²⁺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。大多数检测Hg²⁺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Hg²⁺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荧光传感器，例如：Al³⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cr³⁺等。

发明内容

本发明目的是提供一种基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg²⁺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：

一种基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器S-TC，该荧光传感器S-TC的结构如下：

本发明中基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器S-TC的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将化合物2(157mg，0.31mmol)与吡啶-3-磺酰氯(70mg，0.39mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，随后逐滴加入三乙胺(40uL，0.39mmol)，在室温下搅拌3h。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CH₂Cl₂/Ethyl acetate(97∶3， 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的Hg²⁺荧光传感器S-TC。其中化合物2的结构如下：

本发明中，化合物2与吡啶-3-磺酰氯的摩尔比为1∶1。

本发明中，硅胶柱分离纯化采用的洗脱液为CH₂Cl₂/Ethyl acetate＝97∶3。

本发明中，化合物2与吡啶-3-磺酰氯的反应时间为3h。

本发明中所述的基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类荧光传感器S-TC用于检测Hg²⁺。

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Hg²⁺荧光传感器S-TC，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)本发明采用吡啶-3-磺酰氯与与伯胺缩合反应方式，合成方法简单，反应条件温和，且产率较高。(4)本发明所涉及荧光传感器能选择性检测Hg²⁺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2 ¹H NMR。

图3为本发明的化合物荧光传感器S-TC ¹H NMR。

图4为本发明的化合物荧光传感器S-TC的荧光选择性。

图5为本发明的化合物荧光传感器S-TC的紫外选择性。

具体实施方式

(一)荧光传感器S-TC的合成

本发明提供了目标产物S-TC在Hg²⁺检测中的应用，发现其对Hg²⁺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S-TC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S-TC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1 ¹H NMR如图1所示。

2.化合物2的合成

在100mL的圆底烧瓶中将化合物1(380mg，0.78mmol)和劳森试剂(315mg，0.78mmol) 依次加入到40mL的甲苯中，将反应温度升到80℃，回流反应24h。反应完成之后，旋转浓缩除去甲苯。然后在室温下加入40mL的K₂CO₃饱和溶液搅拌2h。然后用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(245mg，48％)。化合物2 ¹H NMR如图2所示。

2.化合物S-TC的合成

在50mL的圆底烧瓶中将化合物2(157mg，0.31mmol)与吡啶-3-磺酰氯(70mg，0.39mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，随后逐滴加入三乙胺(40uL，0.39mmol)，在室温下搅拌3h。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CH₂Cl₂/Ethyl acetate(97∶3，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的Hg²⁺荧光传感器S-TC。化合物S-TC的¹H NMR如图3所示。

实施例2

荧光选择性能测试

荧光传感器S-TC在乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物S-TC可以溶解在EtOH/HEPES(1∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.38)混合液中，配制400mL该溶液作为储备液。

精确配置荧光传感器S-TC为1×10^-3mol/L EtOH/H₂O混合液(1∶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^{- 3}mol/L水溶液，以及EtOH/HEPES(1∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.38)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S-TC，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4可知，化合物S-TC对Hg²⁺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S-TC对Hg²⁺有很好的选择性。

实施例3

紫外选择性能测试

荧光传感器S-TC在乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物S-TC可以溶解在EtOH/HEPES(1∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.38)混合液中，配制400mL该溶液作为储备液。

精确配置荧光传感器S-TC为1×10^-3mol/L的EtOH/H2O混合液(1∶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^{- 3}mol/L水溶液，以及EtOH/HEPES(1∶1，v/v，0.5mM，pH＝7.38)溶液。

紫外选择性实验如图5所示，取3mL储备液置于液体池中，加入60uL荧光传感器S-TC，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5可知，化合物S-TC对Hg²⁺有明显响应效果，在558nm处出现一个新峰，也即化合物 S-TC对Hg²⁺有很好的选择性。

Claims (5)

1.一种基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器，其结构如下：

2.一种基于吡啶-3-磺酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将化合物2(157mg，0.31mmol)与吡啶-3-磺酰氯(70mg，0.39mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，随后逐滴加入三乙胺(40uL，0.39mmol)，在室温下搅拌3h。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CH₂Cl₂/Ethyl acetate(97∶3，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的Hg²⁺荧光传感器。其中化合物2的结构如下：

3.如权利要求2所述的Hg²⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，化合物2与吡啶-3-磺酰氯的摩尔比为1∶1。

4.如权利要求2所述的Hg²⁺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CH₂Cl₂/Ethyl acetate＝97∶3。

5.基于吡啶-3-磺酰氯的Hg²⁺荧光传感器的应用，其特征在于：将权利要求1中所述的基于吡啶-3-磺酰氯的荧光传感器用于检测水相中的Hg²⁺。