CN109776552B - 一种基于1-萘甲酰氯的罗丹明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。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。本发明以罗丹明B(Rhodanmine B)为前体合成基于1‑萘甲酰氯的新型荧光传感器。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1-萘甲酰氯的罗丹明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1-萘甲酰氯的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备及应用。

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，在生物转化，细胞繁殖等方面发挥着重要的作用。因此，通过铁的代谢水平可以初步衡量人体的健康状况。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，发展金属离子的高度选择性和可靠的化学检测技术是研究的热点。可用于金属离子检测的极速手段主要有分光光度法、原子吸收光谱法、伏安法。由于荧光探针具有本身无毒无害，检测快速且直观性强、成本低等特点，一直是非常可靠的离子检测手段。铁元素作为地壳中第二多的金属元素，在人体和环境中广泛存在。研究表明，人体机体健康运转与铁元素有直接关系，Fe³⁺含量降低会导致疲劳、免疫力下降、线粒体DNA突变，肾脏损伤和心脏病；而过多的Fe³⁺会使核酸，脂质、蛋白质变质。因此，发展一种安全可靠的Fe³⁺检测手段对于生物化学、环境科学和生物化学检测病理变化具有重要的意义。

近年来，很多专一性检测Fe³⁺的荧光探针先后被开发出来。由于Fe³⁺外层电子分布为 5个顺磁性电子结构，对荧光具有很强的淬灭作用，最早开发出的Fe³⁺荧光探针大部分为“开 -关”类型。随着罗丹明类荧光染料技术的发展，大量罗丹明类Fe³⁺荧光探针被开发。罗丹明结构具有荧光量子产率高、生物活性好等优点，同时，分子开关环的转变，使得探针体系由无色、无荧光发射转变为红色、强荧光发射。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1-萘甲酰氯的罗丹明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1-萘甲酰氯的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器RBNC，该荧光传感器RBNC的结构如下：

本发明中基于1-萘甲酰氯的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器RBNC的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将化合物1与1-萘甲酰氯加入到10mL无水二氯甲烷中，随后逐滴加入三乙胺，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MeOH/CH₂Cl₂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类Fe³⁺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1-萘甲酰氯的摩尔比为1∶1.5。

本发明中，硅胶柱分离纯化采用的洗脱液为MeOH∶CH₂Cl₂＝3∶97。

本发明中，反应时间为3h。

本发明中所述的基于1-萘甲酰氯的罗丹明B类荧光传感器RBNC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RBNC，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1-萘甲酰氯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RBNC ¹H NMR。

图4为本发明的化合物荧光传感器RBNC ¹³C NMR。

图5为本发明的化合物荧光传感器RBNC的荧光选择性。

图6为本发明的化合物荧光传感器RBNC的紫外选择性。

具体实施方式

(一)荧光传感器RBNC的合成

本发明提供了目标产物RBNC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RBNC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⁺，Fe^{3 +}等不同重金属离子加入化合物RBNC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1¹H NMR，¹³C NMR分别如图1，图2所示。

2.化合物RBNC的合成

在50mL的圆底烧瓶中将化合物1(151mg，0.31mmol)与1-萘甲酰氯(90mg，0.47mmol) 加入到10mL无水二氯甲烷中，随后逐滴加入三乙胺(50μL，0.49mmol)，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MeOH/CH₂Cl₂作为洗脱液，经硅胶柱快速分离提纯化合物。得到粉红色固体(104mg，52％)，即为荧光传感器RBNC。化合物RBNC的¹H NMR，¹³C NMR分别如图3，图4所示。

实施例2

荧光选择性能测试

荧光传感器RBNC在甲醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物RBNC可以溶解在MeOH/H₂O(1∶1，v/v)混合液中，配制400mL该溶液作为储备液。

精确配置荧光传感器RBNC为1×10^-3mol/L，MeOH/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。

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60μL荧光传感器RBNC，测其初始荧光强度值，然后分别加入配置好的各种阳离子60μL，测量其稳定时的荧光强度。观察图5可知，化合物RBNC对Fe³⁺有明显的响应效果，并且在582nm处荧光强度达到最大值，也即化合物RBNC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RBNC在甲醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物RBNC可以溶解在MeOH/H₂O(1∶1，v/v)混合液中，配制500mL该溶液作为储备液。

精确配置荧光传感器RBNC为1×10^-3mol/L的MeOH/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^-3mol/L水溶液。

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60μL荧光传感器RBNC，测其初始吸光度，然后分别加入配置好的各种阳离子60μL，测量其稳定时的吸光度。观察图6可知，化合物RBNC对Fe³⁺有明显响应效果，在558nm处出现一个新峰，也即化合物RBNC对Fe³⁺有很好的选择性。

Claims (5)

1.一种基于1-萘甲酰氯的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器，其结构如下

2.一种基于1-萘甲酰氯的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将化合物1与1-萘甲酰氯加入到10mL无水二氯甲烷中，随后逐滴加入三乙胺，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MeOH/CH₂Cl₂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类Fe^{3 +}荧光传感器；其中化合物1的结构如下

罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器的结构如下

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1-萘甲酰氯的摩尔比为1∶1.5。

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MeOH∶CH₂Cl₂＝3∶97。

5.基于1-萘甲酰氯的罗丹明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1-萘甲酰氯的罗丹明B类Fe³⁺荧光传感器用于检测水相中的Fe³⁺离子。

Images