CN109810692B - 一种基于3-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

本发明提供了一种基于3‑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3‑氨基吡嗪酰腙衍生物的化学结构式如下，

本发明的3‑氨基吡嗪酰腙衍生物能选择性的与铝离子作用，由弱荧光变为黄绿色荧光，具有荧光增强效应，可实现裸眼辨别检测，特别是作为荧光探针在细胞内铝离子的方便检测的应用。

Description

一种基于3-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3-氨基吡嗪酰腙衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

铝是地壳中含量最高的金属元素,在航空航天,汽车工业,冶金化工,农业生产,日常生活中大量被使用。但近些年来,越来越多的证据证明铝离子能引起人体神经系统的病变。因此,研究高选择性高灵敏度检测铝离子的传感器具有重要意义。

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。荧光增强传感材料可减少检测错误，对复杂体系检测准确。酰腙衍生物作为开/关形式的荧光探针，具有合成简便，响应时间短等特点，在铝离子识别领域得到越来越广泛的重视。

发明内容

基于酰腙衍生物通常情况下能与金属铝离子能够形成稳定的配合物，从而导致亚胺键自由旋转受阻，产生强荧光发射，故含3-氨基吡嗪酰腙衍生物具有较好的铝离子识别性能。本发明主要目的在于提供一种可检测铝离子的灵敏度高、选择性好的金属离子荧光探针；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，本发明提供一种基于3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针，其中，3-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基于3-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4-(二乙胺)水杨醛首先用无水乙醇溶解，再加入3-氨基吡嗪-2-碳酰肼；

S2：将S1所得混合物在醋酸催化的条件下，常压回流，反应时间3h；

S3：将S2所得溶液冷却至室温后，有固体析出，减压过滤，取滤渣；

S4：将S3所得滤渣用乙醇溶液洗涤，得到基于所述3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

优选地，上述方法中4-(二乙胺)水杨醛和3-氨基吡嗪-2-碳酰肼的摩尔比为1:1。

优选地，将0.01mol的4-(二乙胺)水杨醛溶于0.05L醇溶液中，再加入0.01mol的3-氨基吡嗪-2-碳酰肼，醋酸催化的条件下，常压回流搅拌3h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用无水乙醇洗涤得到所述3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针

本发明还提供了上述3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针一种用途，即在作为铝离子荧光探针方面的应用，特别是在作为检测细胞内铝离子的荧光探针中的应用。

本发明还提供了一种用于检测细胞内铝离子的荧光探针，所述荧光探针主要由上述3-氨基吡嗪酰腙衍生物组成。

本发明通过用缩合反应制备3-氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针，合成简单，原料易得，在多种常见金属离子中，对铝离子表现出较高的选择性荧光识别性能，使含有铝离子的溶液由由弱荧光变为黄绿色荧光，具有荧光增强效应，可实现裸眼辨别检测。更为重要的是也可用于生物组织，来检测细胞微环境中铝离子的荧光成像检测，具有快速、简便、灵敏度高、选择性强的特点，以及广泛的潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的荧光探针的¹H NMR谱图；

图2为本发明实施例1制得的荧光探针的质谱谱图；

图3为本发明实施例1制得的荧光探针(1×10^-5mol/L)的DMSO/H₂O(8/2, v/v)对不同金属离子(Al³⁺，Ag⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，K⁺，Mg²⁺， Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，Pb²⁺，Zn^{2 +}，1×10^-5mol/L)的荧光光谱图；

图4为本发明实施例1制得的荧光探针的DMSO/H₂O(8/2,v/v)溶液(1×10^-5 mol/L)滴定不同浓度Al³⁺的荧光光谱光图；

图5为本发明实施例1制得-氨基吡嗪酰腙衍生物的结构图；

图6在Hela细胞中，荧光探针与Al³⁺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 Al³⁺，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。

图7为荧光探针荧光成像图，其中：a为荧光探针荧光成像图；b为荧光探针明场成像图；c为荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；d为荧光探针+Al³⁺荧光成像图；e为荧光探针+Al³⁺明场下的成像图；f为荧光探针+Al³⁺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，本发明实施例采用的试剂和原料为常规市场购买或参考文献合成得到。

实施例1：

3-氨基吡嗪酰腙衍生物的合成

将0.01mol的4-(二乙胺)水杨醛溶于0.05L醇溶液中，再加入0.01mol的 3-氨基吡嗪-2-碳酰肼，醋酸催化的条件下，常压回流搅拌3h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用无水乙醇洗涤得到目标产物，目标产物的产率为88％。

采用核磁共振仪对制得的3-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):12.16(s,1H,NH),11.66(s,1H, OH),8.62(s,1H,CH＝N),8.32(s,1H,CH-pyrazine),8.31-8.32(d,1H, pyrazine-H),7.94-7.94(d,1H,pyrazine-H),7.66(s,2H,NH₂),7.15-7.17 (d,1H,Aryl-H),6.30-6.33(dd,1H,Aryl-H),6.17-6.17(d,1H,Aryl-H), 3.38-3.44(q,4H,2CH₂),1.14-1.17(t,6H,2CH₃)，具体核磁氢谱见图1；

¹³C NMR(400MHz,DMSO-d₆),δ(ppm):161.94,160.30,155.81,151.47, 150.63,147.59,123.33,131.42,125.43,106.92,104.13,97.99,44.27, 13.01.具体核磁碳谱见图2；

质谱：ESI-MS:m/z＝329.1617for[M+H]⁺.具体质谱谱图见图3。

3-氨基吡嗪酰腙衍生物的单晶结构见图4。

实施例2

3-氨基吡嗪酰腙衍生物对铝离子的光学性质测定

将上述实施例1制得的3-氨基吡嗪酰腙衍生物作为荧光探针在 CH₃CN/H₂O(8/2,v/v)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，采用荧光光谱仪对其分别进行荧光光谱分析(激发波长为440 nm)，记录550nm处的荧光强度值，所得的荧光光谱图见图3。通过图5可以看出，本发明实施例1制得的3-氨基吡嗪酰腙衍生物作为荧光探针对铝离子的响应时间短，强度高，可用于铝离子的快速检测。365nm紫外灯激发下，铝离子反应液中快速出现明显的黄绿色荧光，而本发明实施例1制得的3-氨基吡嗪酰腙衍生物对其它金属离子如Ag⁺，Ca²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，K⁺， Mg²⁺,Mn²⁺,Na⁺，Ni²⁺,Pb²，Zn²⁺等无明显荧光响应。

CH₃CN/H₂O(8/2,v/v)溶液中，摩尔浓度为1×10^-5mol/L的3-氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针对铝离子具有较高的选择性响应。通过图6荧光滴定光谱可以计算得到Al³⁺检出限达3.38×10^-8mol/L，线性范围为0.5-9×10^-6mol/L，因此本发明实施例1制得的3-氨基吡嗪酰腙衍生物可用于铝离子的荧光定量检测。

实施例3

三氮唑酰腙衍生物荧光探针在细胞内铝离子的检测实验

Hela细胞用1×10^-5mol/L的上述实施例1制得的3-氨基吡嗪酰腙衍生物荧光探针培育0.5小时后加入Al³⁺，继续培育0.5小时后使用Olympus FV500-IX70激光共聚焦显微镜进行荧光成像，获得在Hela细胞的荧光成像图，具体如图7所示，其中a为荧光探针荧光成像图；b为荧光探针明场成像图；c 为荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；d为荧光探针+Al³⁺荧光成像图；e 为荧光探针+Al³⁺明场下的成像图；f为荧光探针+Al³⁺明场图和荧光图叠加后的图片。Hela细胞中加入上述3-氨基吡嗪酰腙衍生物有弱荧光，而再加入铝离子后，荧光强度明显增加，故本发明实施例1制得的3-氨基吡嗪酰腙衍生物可用于细胞中铝离子的荧光探针。

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)

1.一种基于3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针，其特征在于，所述3-氨基吡嗪酰腙衍生物具有如下结构式：

2.根据权利要求1所述的一种基于3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将4-(二乙胺)水杨醛首先用无水乙醇溶解，再加入3-氨基吡嗪-2-碳酰肼；

S2：将S1所得混合物在醋酸催化的条件下，常压回流，反应时间3h；

S3：将S2所得溶液冷却至室温后，有固体析出，减压过滤，取滤渣；

S4：将S3所得滤渣用乙醇溶液洗涤，得到基于所述3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

3.根据权利要求2所述的基于3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针的制备方法，其特征在于，S1中，所述4-(二乙胺)水杨醛和所述3-氨基吡嗪-2-碳酰肼摩尔比为1：1。

4.根据权利要求2所述的基于3-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0.01mol的4-(二乙胺)水杨醛溶于0.05L醇溶液中，再加入0.01mol的3-氨基吡嗪-2-碳酰肼，醋酸催化的条件下，常压回流搅拌3h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用无水乙醇洗涤得到所述3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针。

5.根据权利要求2所述的基于3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液为无水乙醇。

6.如权利要求1所述的3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针在作为铝离子荧光探针方面的应用。

7.如权利要求1所述的3-氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针在作为检测细胞内铝离子的荧光探针中的应用。

8.一种用于检测细胞内铝离子的荧光探针，其特征在于，所述荧光探针主要由权利要求1所述的3-氨基吡嗪酰腙衍生物组成。

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