CN109593078A - N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成及铁离子检测技术领域,具体涉及一种N‑丁基‑4‑羟基‑1,8‑萘二甲酰亚胺‑3‑甲醛‑(2‑吡啶)腙及应用;所述制备方法为,将N‑丁基‑4‑羟基‑1,8‑萘二甲酰亚胺‑3‑甲醛和2‑肼吡啶溶于甲醇中,加热回流,冷却至反应结束后,通过抽滤,甲醇洗涤得到;本发明还提供了N‑丁基‑4‑羟基‑1,8‑萘二甲酰亚胺‑3‑甲醛‑(2‑吡啶)腙在Fe3+定性及定量的检测方法以及在细胞内实现Fe3+的荧光成像应用;本发明N‑丁基‑4‑羟基‑1,8‑萘二甲酰亚胺‑3‑甲醛‑(2‑吡啶)腙的合成方法简单;将其作为荧光探针用于Fe3+检测,对Fe3+选择性好,不受其它共存阳离子的干扰,检测灵敏度高,同时颜色从粉色变为浅黄色,可实现裸眼识别,操作方法简单,成本低,快捷便利;并且在细胞内实现Fe3+的荧光成像,因此在传感器研制方面具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于有机合成及铁离子检测技术领域,具体涉及一种N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙及应用。
背景技术
铁是人体必需元素之一,对于人体中血红蛋白和肌红蛋白中的氧的运输是十分重要的。然而,人体内铁的缺乏或过量摄入与心脏和肝脏疾病、癌症等密切相关,也会导致一些神经行为障碍疾病,如帕金森和阿尔茨海默病等。因此,建立一种可靠的、高选择性的、高灵敏的分析方法用于测定和检测生物及环境样品中的Fe含量是必要的。许多分析方法已经被用于测定环境和生物样品中的铁,包括离子对色谱,电热雾化原子吸收光谱法(ETAAS),伏安法,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和原子吸收光谱法,但是这些方法存在不能实时监测、操作较为复杂等问题。与之相比,荧光法是一种操作简便、选择性高、灵敏度高,可以实现实时快速检测的分析方法,并且生物损伤小,因此在离子检测方面受到广泛的关注。尽管已经有许多用于检测Fe3+的荧光探针已经被报道,然而由于Fe3+的顺磁性往往会引起探针荧光猝灭,为了克服turn-off型探针灵敏度低,生物样品检测时易受背景干扰等问题,开发turn-on型荧光探针用于Fe3+的高选择高灵敏检测是被渴望的。所以设计合成一种turn-on型荧光探针用于生物及环境样品中Fe3+的检测仍是一项具有挑战性的工作。
发明内容
本发明为解决现有Fe3+的检测方法操作较为复杂或是选择性低、检测灵敏度低的技术问题,提供一种新的化合物即N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙及其制备方法与应用,将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙作为荧光探针用于Fe3+的检测,可以避免多种金属离子的干扰,高灵敏性地检测水溶液中的铁离子,且操作简单、方便、快捷,结果清晰易辩。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙,其结构式为
所述的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)的制备方法为,将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛和2-肼吡啶溶于甲醇中,加热回流,冷却至反应结束后,通过抽滤,甲醇洗涤得到N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)。
反应式为:
进一步的,所述N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛与2-肼吡啶的用量摩尔比为5:6,加热温度为65℃,回流时间为1h。
N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)在Fe3+检测中的应用。
所述N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)作为探针在Fe3+定性检测中的方法,包括以下步骤:
a、将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)溶于甲醇中,配置成1×10-3M的L储备液;配置0.05mol/L的Tris-盐酸缓冲溶液;
b、进行紫外吸收滴定:移取50μL的L储备液于比色管中,加入相应体积的1×10-3M的Fe3+储备液,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀。随着Fe3+浓度的增加,溶液颜色由粉色变为浅黄色,同时伴随紫外光谱的变化。
或直接裸眼观察:移取50μL的L储备液于比色管中,加入待测样品溶液,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀;若比色管中溶液的颜色由粉色变为淡黄色,则表明待测溶液中存在Fe3+,实现对Fe3+的裸眼识别。
所述N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)作为荧光探针在Fe3+定量检测中的方法,包括以下步骤:
a、将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)溶于甲醇中,配置成1×10-3M的L储备液;配置1×10-3M的Fe3+储备液,配置0.05mol/L的Tris-盐酸缓冲溶液;
b、取25μL的L储备液于比色管中,加入相应体积的1×10-3M的Fe3+储备液,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀后用于荧光光谱的测定,随着Fe3+的加入,体系在530nm处的荧光强度显著增强,荧光强度I530nm与Fe3+的浓度在0.2-4.0×10-6M的范围内呈现良好的线性关系,R2=0.9972;以Fe3+浓度为横坐标,以荧光强度I530nm为纵坐标作图,得到Fe3+浓度与荧光强度的线性方程;
c、取25μL的L储备液于比色管中,取待测样品xμL溶液加入,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀后用于荧光光谱的测定,根据测得的荧光强度带入步骤b所得的线性方程中,即可求得Fe3+的浓度[Fe3+],待测样品[Fe3+]待测=5000μL×[Fe3+]/xμL。
所述N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)在Fe3+定量检测的检测限为3.83×10-8M,信噪比为3:1。
N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)在细胞内Fe3+荧光成像的应用。
进一步的,在细胞内Fe3+荧光成像的应用为在细胞中加入10μM的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)培养20min后,有微弱的绿色荧光,继续加入0.5和1.0当量的Fe3+培养20min,绿色荧光逐渐增强。
N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)在传感器研制中的应用。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果:
本发明N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙的合成方法简单。将其作为荧光探针用于Fe3+检测,对Fe3+选择性好,不受其它共存阳离子的干扰,检测灵敏度高,同时颜色从粉色变为浅黄色,可实现裸眼识别,不仅实现Fe3+的定性检测,还可实现Fe3+定量检测,操作方法简单,成本低,快捷便利。并且N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙能在细胞内实现Fe3+的荧光成像,因此在传感器研制方面具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为实施例2中Fe3+浓度对探针L荧光光谱的影响,内插图为Fe3+浓度对体系530nm处荧光强度的影响。
图2为实施例2中530nm处荧光强度与Fe3+浓度的线性关系图。
图3为实施例2中Fe3+浓度对探针L紫外吸收光谱的影响图。
图4为实施例3中不同金属离子对L荧光光谱的影响图。
图5为实施例3中共存离子干扰实验图。
图6为实施例4中N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙与N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙-Fe3+在BEL-7402细胞中的荧光成像图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)的合成及表征:
将0.045g(0.15mmol)N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛和0.02g(0.18mmol)2-肼吡啶溶于8mL甲醇中,加热至65℃回流1h后,冷却至室温有固体析出,抽滤,用少量甲醇洗涤后得到黄色固体L(0.054g,产率92.7%),L即为N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙。1H NMR(DMSO-d6)δ:11.48(s,1H),8.68(d,1H),8.63(s,1H),8.55(s,1H),8.49(d,1H),8.23(d,1H),7.83(t,1H),7.75(t,1H),6.99(d,1H),6.89(t,1H),4.05(t,2H),1.61(m,2H),1.35(m,2H),0.93(t,3H).HRMS(ESI):calcd.for C22H21N4O3389.1614(L+H),found:389.1615。
实施例2
N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)的光谱性质的测定方法
将实施例1制备的L溶于甲醇中,制得1×10-3M的储备液,配置10-2M的金属离子储备液用于金属离子选择性测定。将储备液进一步稀释至合适的浓度,用于荧光检测。检测体系用0.05mol/L的Tris-盐酸缓冲溶液调节pH,用盐酸将缓冲溶液pH调至7.4。检测体系为DMSO:H2O=7:3(v/v,pH=7.4)。荧光滴定实验过程为:取25μL的L储备液于比色管中,加入相应体积的1×10-3M的Fe3+储备液,加入1mL缓冲,并加入二次水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀后用于荧光光谱的测定。
紫外吸收滴定实验:移取50μL的L储备液于比色管中,加入相应体积的10-3M的Fe3+储备液,加入1mL缓冲,并加入二次水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀后用于紫外可见光谱的测定。
荧光测定结果如图1所示,由于探针L本身存在C=N异构化,造成能量损失,同时存在由C=N双键上的N原子到萘二甲酰亚胺部分的电子转移(PET)过程,所以在DMSO:H2O=7:3(v/v,pH=7.4)体系中荧光微弱。但是随着Fe3+的加入,PET过程受到抑制,体系在530nm处的荧光强度显著增强。
如图2所示,体系在530nm处的荧光强度I530nm与Fe3+的浓度在0.2-4.0×10-6M的范围内呈现良好的线性关系(R2=0.9972),以Fe3+的浓度为横坐标,以荧光强度I530nm为纵坐标作图,得到Fe3+浓度与荧光强度的线性方程为F=200.6714[Fe3+]+357.7032,[Fe3+]的单位为10-6mol/L。由此可以实现探针L对Fe3+的定量检测,检测限为3.83×10-8M(信噪比为3:1)。
如图3所示,在DMSO:H2O=7:3(v/v,pH=7.4)体系中测定了不同浓度Fe3+对探针L的紫外吸收光谱的影响。探针L在484nm处有一个明显的吸收峰。随着Fe3+的加入,370nm处的吸收峰强度逐渐降低,而在426nm处逐渐出现一个新的吸收峰,同时在286nm,350nm,476nm,550nm处出现一个明显的等吸收点,表明探针L与Fe3+形成了络合物。伴随着吸收光谱的变化,加入Fe3+后,溶液的颜色由粉色变为淡黄色,从而可以实现对Fe3+的裸眼识别。实现Fe3+的定性检测。
实施例3
实施例1制备的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)对Fe3+测定的选择性实验
在含有5μM实施例1制备的探针L的DMSO:H2O=7:3(v/v,pH=7.4)溶液中加入等量的K+,Ca2+,Na+,Mg2+,Al3+,Zn2+,Ag+,Hg2+,Pb2+,Cu2+,Fe3+,Fe2+,Cd2+,Ni2+,Cr3+,Co2+离子,只有Fe3+使体系的荧光显著增强,说明探针L对Fe3+具有很好地选择性,如图4所示。共存离子干扰性实验表明,常见的金属离子对Fe3+的检测干扰性很小,说明L检测Fe3+具有较强的抗干扰能力,如图5所示。
实施例4
实施例1制备的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙(L)在细胞内Fe3+荧光成像
以肝癌细胞BEL-7402为细胞模型,利用荧光共聚焦成像技术考察了L与Fe3+在细胞环境中的相互作用,结果如图6所示。在细胞中加入L(10μM)培养20min后,有微弱的绿色荧光。继续加入0.5和1.0当量的Fe3+培养20min,可以观察到绿色荧光逐渐增强。在同时,整个实验过程中细胞形态较好,说明探针L的细胞毒性较小。因此,探针L具有细胞内Fe3+荧光成像的潜在应用价值。
Claims (10)
1.N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙,其特征在于,其结构式为
2.如权利要求1所述的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙的制备方法,其特征在于,将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛和2-肼吡啶溶于甲醇中,加热回流,冷却至反应结束后,通过抽滤,甲醇洗涤得到N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙。
3.如权利要求2所述的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙的制备方法,其特征在于,所述N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛与2-肼吡啶的用量摩尔比为5:6,加热温度为65℃,回流时间为1h。
4.N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙在Fe3+检测中的应用。
5.如权利要求4所述的应用,其特征在于,N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙作为探针在Fe3+定性检测中的方法,包括以下步骤:
a、将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙溶于甲醇中,配置成1×10-3M的L储备液;配置0.05mol/L的Tris-盐酸缓冲溶液;
b、进行紫外吸收滴定:移取50μL的L储备液于比色管中,加入相应体积的1×10-3M的Fe3+储备液,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀;随着Fe3+浓度的增加,溶液颜色由粉色变为浅黄色,同时伴随紫外光谱的变化;
或直接裸眼观察:移取50μL的L储备液于比色管中,加入待测样品溶液,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀;若比色管中溶液的颜色由粉色变为淡黄色,则表明待测溶液中存在Fe3+,实现对Fe3+的裸眼识别。
6.如权利要求4所述的应用,其特征在于,N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙作为荧光探针在Fe3+定量检测中的方法,包括以下步骤:
a、将N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙溶于甲醇中,配置成1×10-3M的L储备液;配置1×10-3M的Fe3+储备液,配置0.05mol/L的Tris-盐酸缓冲溶液;
b、取25μL的L储备液于比色管中,加入相应体积的1×10-3M的Fe3+储备液,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀后用于荧光光谱的测定,随着Fe3+的加入,体系在530nm处的荧光强度显著增强,530nm处的荧光强度I530nm与Fe3+的浓度在0.2-4.0×10-6M的范围内呈现良好的线性关系,R2=0.9972;以Fe3+浓度为横坐标,以荧光强度I530nm为纵坐标作图,得到Fe3+浓度与荧光强度的线性方程;
c、取25μL的L储备液于比色管中,取待测样品xμL溶液加入,加入1mL缓冲溶液,并加入双蒸水,使水的总体积为1500μL,然后用DMSO定容至5mL,摇匀后用于荧光光谱的测定,根据测得的荧光强度带入步骤b所得的线性方程中,即可求得Fe3+的浓度[Fe3+],待测样品[Fe3 +]待测=5000μL×[Fe3+]/xμL。
7.如权利要求6所述的应用,其特征在于,N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙在Fe3+定量检测的检测限为3.83×10-8M,信噪比为3:1。
8.N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙在细胞内Fe3+荧光成像的应用。
9.如权利要求8所述的应用,其特征在于,所述应用为在细胞中加入10μM的N-丁基-4-羟基-1,8-萘二甲酰亚胺-3-甲醛-(2-吡啶)腙培养20min后,有微弱的绿色荧光,继续加入0.5和1.0当量的Fe3+培养20min,绿色荧光逐渐增强。
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