CN109721592A - 一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用，其中所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的化学结构式如下：本发明的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物在生理条件下能选择性的与锌离子作用，溶液黄色荧光减弱，同时近红外荧光显著增强，具有比率荧光效应，特别是作为荧光探针在细胞内锌离子的方便检测的应用。

Description

一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针及其制备方 法和应用

技术领域

本发明属于有机合成领域，具体涉及含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

Zn²⁺在各种基本的生物代谢过程和疾病中发挥着不同的作用，如阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫等，这些病例都可以归因于Zn²⁺的代谢紊乱。因此，生物样品中Zn²⁺检测的选择性和敏感性工具的开发愈发显得重要。

近年来，荧光分子探针技术由于具有灵敏度高、操作简单、成本低等特点，已经成为检测金属离子污染的重要手段。近红外(NIR)区(650-900nm)的传感器具有特殊的优势，包括最小生物背景干扰，低散射和强的组织穿透能力。而比率荧光信号能有效消除环境干扰，对复杂体系检测准确。但现有锌离子探针难以同时达到上述两种要求。此外，绝大多数锌离子探针需要大量有机助溶剂(>10％)，限制了其进一步实际应用。

发明内容

本发明考虑到香豆素荧光团在Zn²⁺荧光识别中的优异性能和酰腙传感器强配位能力，以含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物为荧光探针，实现了生理条件下对锌离子的近红外比率荧光检测，为生物系统中锌离子的含量检测提供了一种简单、经济、高效的方法。

本发明的主要目的在于提供一种可检测锌离子的灵敏度高、选择性好的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针；另一目的是提供该荧光探针的制备方法和应用。

本发明的技术方案是，一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针，所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物具有如下结构式：

本发明还提供了一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针的制备方法，具体制备方法如下：

S1：将3-氨基吡嗪-2-甲酰肼和7-二乙胺基香豆素-3-甲醛首先用有机溶剂溶解；

S2：将S1所得溶液在80℃下回流3-4h，滴两滴乙酸作催化剂；

S3：将S2所得溶液冷却至室温，减压抽滤，所得固体残渣用乙醇清洗，再用乙醇重结晶，得到所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

更进一步地，步骤S1中所述有机溶剂为乙醇。

更进一步地，所述乙醇为无水乙醇或体积浓度为95％的乙醇溶液。

更进一步地，步骤S2中所述回流搅拌反应的时间为3h。

更进一步地，步骤S1中加入的3-氨基吡嗪-2-甲酰肼和7-二乙胺基香豆素-3-甲醛的摩尔比为1:1。

更进一步地，具体制备方法为，将1.53g 3-氨基吡嗪-2-甲酰肼和2.45g 7-二乙胺基香豆素-3-甲醛溶于0.05L乙醇中，油浴下滴加2滴乙酸作催化剂，80℃下回流搅拌3-4h，冷却静置至室温，减压抽滤，所得固体用乙醇清洗，继而用乙醇重结晶得到所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

本发明还提供了上述一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针一种用途，即在作为锌离子荧光探针方面的应用，特别是在作为检测HeLa活细胞内锌离子的荧光探针中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明通过缩合反应制备含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物生物荧光探针，合成方法简单，原料易得。在多种常见金属离子中，对锌离子表现出较高的近红外比率荧光识别性能。探针工作环境中有机溶剂比例极低(0.5％DMSO)，具有广泛的潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针的¹H NMR谱图；

图2为本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针的¹³C NMR谱图；

图3为本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针的质谱谱图；

图4为本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针的单晶结构图；

图5为本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针的DMSO/H₂O(体积比0.5:99.5)溶液(1×10^-5mol/L)分别加入Ag⁺，Al³⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Fe^{3 +}，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，Pb²⁺，Zn²⁺等阳离子(1×10^-5mol/L))的荧光光谱图；

图6为本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针的DMSO/H₂O(体积比0.5:99.5)溶液(1×10^-5mol/L)滴定不同浓度Zn²⁺的荧光光谱光图,插图表示F₆₂₈/F₅₅₅随锌离子浓度的线性变化趋势图；

图7为在HeLa细胞中，含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针与Zn²⁺的荧光成像图；HeLa细胞用1×10^-5mol/L荧光探针培育30分钟后加入1×10^-5mol/L Zn²⁺，继续培育30分钟后，使用Olympus FV500-IX70激光共聚焦显微镜进行荧光成像。

其中：a为上述荧光探针绿色通道荧光成像图；b为上述荧光探针红色通道荧光成像图；c为上述荧光探针明场图；d为上述荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；e为上述荧光探针+Zn²⁺绿色通道荧光成像图；f为上述荧光探针+Zn²⁺红色通道荧光成像图；g为上述荧光探针+Zn²⁺明场下的成像图；h为上述荧光探针+Zn²⁺明场图和荧光图叠加后的图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明，但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。本发明实施例采用的试剂和原料为常规市场购买得到。

实施例1：

含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的合成：

将1.53g,10mmol 3-氨基吡嗪-2-甲酰肼和2.45g,10mmol7-二乙胺基香豆素-3-甲醛溶于0.05L乙醇中，油浴下滴加2滴乙酸作催化剂，80℃下回流搅拌3-4h，冷却静置至室温，减压抽滤，所得固体用乙醇清洗，随后用乙醇重结晶即为目标产物，目标产物的产率为77％。

采用核磁共振仪对制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物进行核磁共振分析，结果如下：

¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆),δ(ppm):12.23(s,1H,NH),8.62(s,1H,CH＝N),8.32,7.89-7.90(2H,CH_pyrazine),8.27-8.27,7.64-7.66,6.75-6.78,6.58(4H,CH_coumarin),7.61(s,NH₂),3.45-3.50(q,4H,2CH₂),1.13-1.16(t,6H,2CH₃).具体核磁共振氢图谱见图1；

¹³C NMR(400MHz,DMSO-d₆),δ(ppm):162.69,161.16,157.05,155.90,151.83,147.65,143.80,139.21,131.51,131.34,125.62,113.31,110.20,108.55,96.89,44.72,12.84.具体核磁共振碳图谱见图2；

质谱：ESI-MS:m/z＝381.1630for[M+H]⁺(Calc.381.16)；403.1595for[M+Na]⁺(Calc.403.15)；783.3200for[2M+Na]⁺(Calc.783.31)。具体质谱谱图见图3。

本发明制得的荧光探针的单晶结构图见图4。

实施例2

含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物对锌离子的光学性质测定

将上述实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物作为荧光探针在DMSO/H₂O(体积比0.5:99.5)介质中配制成摩尔浓度为1×10^-5mol/L的溶液，分别在含摩尔浓度为1×10^-5mol/L的Ag⁺，Al³⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，Pb²⁺，Zn²⁺等金属离子的溶液中加入等量的上述荧光探针溶液，采用荧光光谱仪进行分析(激发波长为470nm)，所得荧光光谱图见图5。通过图5可以看出，本发明制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物作为荧光探针只对锌离子具有明显响应，荧光比率信号F₆₂₈/F₅₅₅可用于锌离子的快速鉴别，而其它离子无变化。通过图6荧光滴定光谱计算可以得到Zn²⁺检出限为3.52×10^-6mol/L，线性范围为1.5×10^-5-1.0×10^-4mol/L,因此本发明制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物可用于锌离子的荧光定量检测。

实施例3

含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针在细胞内锌离子的检测实验

HeLa细胞用1×10^-5M的上述实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针在37℃下培育0.5小时，加入Zn²⁺后再培育0.5小时，获得在HeLa细胞的荧光成像图，具体如图6所示，其中a为上述荧光探针绿色通道荧光成像图；b为上述荧光探针红色通道荧光成像图；c为上述荧光探针明场图；d为上述荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；e为上述荧光探针+Zn²⁺绿色通道荧光成像图；f为上述荧光探针+Zn²⁺红色通道荧光成像图；g为上述荧光探针+Zn²⁺明场下的成像图；h为上述荧光探针+Zn²⁺明场图和荧光图叠加后的图片。HeLa细胞中加入含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针出现较弱的荧光发射，而再加入Zn²⁺后荧光明显增强。故本发明实施例1制得的含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物可用于细胞中Zn²⁺的定性检测。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针，其特征在于，其中，所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物具有如下结构式：

。

2.制备权利要求1所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将3-氨基吡嗪-2-甲酰肼和7-二乙胺基香豆素-3-甲醛首先用有机溶剂溶解；

S2：将S1所得溶液在80℃下回流3-4h，并滴加乙酸作催化剂；

S3：将S2所得溶液冷却至室温，减压抽滤，所得固体残渣用乙醇清洗，再用乙醇重结晶，得到所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

3.根据权利要求2所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述有机溶剂为乙醇。

4.根据权利要求3所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的制备方法，其特征在于，所述乙醇为无水乙醇或体积浓度为95％的乙醇溶液。

5.根据权利要求2所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中回流搅拌反应的时间为3h。

6.根据权利要求2所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中加入的3-氨基吡嗪-2-甲酰肼和7-二乙胺基香豆素-3-甲醛的摩尔比为1:1。

7.根据权利要求2所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针的制备方法，其特征在于，将1.53g,3-氨基吡嗪-2-甲酰肼(10mmol)和2.45g7-二乙胺基香豆素-3-甲醛(10mmol)溶于0.05L乙醇中，滴加2滴乙酸作催化剂，80℃下回流搅拌3-4h，冷却静置至室温，减压抽滤，所得固体用乙醇清洗得到所述含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

8.如权利要求1所述的一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针在作为锌离子荧光探针方面的应用。