CN109824683B - 一种基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明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B类荧光传感器应用于水相中选择性强、响应时间快、灵敏度高检测Hg²⁺的方法。采用荧光分光光度计以及紫外‑可见分光光度计测定水相中罗丹明B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(RhodanmineB)为原料合成基于2‑噻吩乙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，本发明研制成本低、易实现、操作简便，在Hg²⁺的检测方面有很光明的应用前景。

Description

一种基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明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2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器的制备及应用。

背景技术

汞是典型的一种稀有重金属，也是常温常压下唯一能以液态存在的金属。汞是自然生成的元素，在自然中主要以单质和离子的形式广泛存在于各类环境介质和食物链(尤其是鱼类)中。在微生物的作用下，金属汞和二价汞离子等无机汞会转化为甲基汞或二甲基汞。Hg²⁺是一种极具毒性的化学物质，它易于渗透皮肤和呼吸道中的细胞膜，继而对人类的内脏器官、中枢神经系统、消化系统，呼吸系统及血液产生不可逆的危害。另外，一旦被生物吸入它会沉积在脑、肝和其他器官中，产生慢性中毒、损害重要器官，甚至引起死亡。Hg²⁺对人体含有 S原子的配合基显现出了很强的亲和力，可与人体内蛋白质中的某些基团(如巯基)结合，使细胞内许多代谢受到影响，从而影响细胞的生长和功能。对于人类而言，微量的汞就可能会导致汞中毒等一系列的各种严重疾病，包括头痛，帕金森综合症和水俣病等。因此，开发出一种成本低、易实现、响应快、能适用于自然环境以及生物体系的新型Hg²⁺检测手段就显得尤为重要。

目前，广泛使用的检测技术主要包括元素汞原子吸收/发射光谱法，X射线荧光光谱法，电感耦合等离子体质谱法，核磁共振法，比色和电化学方法。然而，这些方法中的大多数都受到步骤繁琐或仪器昂贵等短板限制，这也制约着它们的进一步发展和应用。这些方法的另一个缺点是高能量激发，高能激发会严重的损伤生物样本。因此，开发适用于自然环境和生物系统的新型汞离子(Hg²⁺)检测手段是非常重要的，尤其是一些低成本和快速响应的检查手段的研发。近年来，运用光学手段检测重金属离子的分子探针凭借其研制成本低、易实现、响应快、能适用于自然环境以及生物体系、操作简便、检测限低、灵敏度高等优点得到了较多的关注。因此，开发出一种各方面性能都比较优秀的分子探针还是有一定难度的。

罗丹明B具有溶解性好、量子产率高、摩尔吸收系数大、激发波长长、发射波长延伸到可见区域等优良的光物理性质，是一种典型的荧光基团，可用于构建用于检测多种分析物的荧光化学传感器。基于罗丹明衍生物用于检测金属离子、阴离子、硫醇等的荧光探针相继被开发出来。

发明内容

本发明目的是提供一种基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明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2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器RBST，该荧光传感器RBST 的结构如下：

本发明中基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器RBST的制备方法，包括以下步骤：

在50mL的圆底烧瓶中将化合物1(193.6mg，0.4mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，搅拌至完全溶解，随后逐滴加入2-噻吩乙酰氯(50uL，0.4mmol)与三乙胺(56uL，0.6mmol)，在室温下搅拌4h，TLC薄层色谱法监测反应进程。待反应结束后，减压除去溶剂，随后烧瓶中加入30mL的甲苯，搅拌至完全溶解后加入劳森试剂(161.8mg，0.4mmol)80℃回流24h，TLC薄层色谱法监测反应进程。待反应完全后，加入饱和的K₂CO₃溶液处理2～3h。溶液由紫色变为黄色后用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/石油醚(3∶2，v/v)作为洗脱液，经硅胶柱快速分离提纯化合物。得到橙黄色粉末即为所述的Hg²⁺荧光传感器。其中化合物2的结构如下：

本发明中，化合物2与2-噻吩乙酰氯的摩尔比为1∶1。

本发明中，化合物2与劳森试剂的摩尔比为1∶1。

本发明中，硅胶柱分离纯化采用的洗脱液为CH₂Cl₂/石油醚＝3∶2。

本发明中，化合物2与2-噻吩乙酰氯的反应时间为4h。

本发明中，加入劳森试剂后反应时间为24h。

本发明中所述的基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类荧光传感器RBST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RBST，具有选择性强，检出限较低，灵敏度高，可逆，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，易于修饰等优点。(2)本发明所选用原料成本低，合成步骤简单，后处理步骤少，易实现大规模生产。(3)本发明采用2-噻吩乙酰氯与伯胺缩合反应再进行硫化，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，在自然环境以及生物体系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RBST ¹H NMR。

图4为本发明的化合物荧光传感器RBST的荧光选择性。

图5为本发明的化合物荧光传感器RBST的紫外选择性。

具体实施方式

(一)荧光传感器RBST的合成

本发明提供了目标产物RBST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Fe³⁺，Al³⁺，Ba²⁺，Cd²⁺，Ca²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，K⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，Ni⁺，Na²⁺，Pb²⁺，Zn²⁺等不同重金属离子加入化合物RBST的溶液中，进行荧光选择性能测试。

(三)紫外测试

将Fe³⁺，Al³⁺，Ba²⁺，Cd²⁺，Ca²⁺，Co²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，K⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，Ni⁺，Na²⁺，Pb²⁺， Zn²⁺等不同重金属离子加入化合物RBST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10h。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(887.7mg，92.8％)。化合物1 ¹H NMR如图1所示。

2.化合物2的合成

在50mL的圆底烧瓶中将化合物1(193.6mg，0.4mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，搅拌至完全溶解，随后逐滴加入2-噻吩乙酰氯(50uL，0.4mmol)与三乙胺(56uL，0.6mmol)，在室温下搅拌4h，TLC薄层色谱法监测反应进程。化合物2 ¹H NMR如图2所示。

2.化合物RBST的合成

在50mL的圆底烧瓶中将化合物2加入到30mL的甲苯中，搅拌至完全溶解后加入劳森试剂(161.8mg，0.4mmol)升温到80℃回流24h，TLC薄层色谱法监测反应进程。待反应完全后，加入饱和的K₂CO₃溶液处理2～3h。溶液由紫色变为黄色后用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/石油醚(3∶2，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(164mg，64％) 即为所述的Hg²⁺荧光传感器RBST。化合物RBST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RBST在乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物RBST可以溶解在EtOH/H₂O(2∶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RBST为1×10^-3mol/LEtOH/H₂O混合液(2∶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/H₂O(2∶1，v/v)溶液。

荧光选择性实验如图4 所示，取3mL储备液置于液体池中，加入60uL荧光传感器RBST，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RBST对Hg²⁺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RBST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RBST在乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物RBST可以溶解在EtOH/H₂O(2∶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RBST为1×10^-3mol/L的EtOH/H₂O混合液(2∶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/H₂O(2∶1，v/v)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RBST，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RBST对Hg²⁺有明显的响应效果，在558nm处出现一个新峰，也即化合物RBST对Hg²⁺有很好的选择性。

Claims (5)

1.一种基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器，其结构如下

2.一种基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明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193.6mg化合物1加入到30mL无水二氯甲烷中，搅拌至完全溶解，随后逐滴加入50uL 2-噻吩乙酰氯与56uL三乙胺，在室温下搅拌4h，TLC薄层色谱法监测反应进程；待反应结束后，减压除去溶剂，随后烧瓶中加入30mL甲苯，搅拌至完全溶解后加入161.8mg劳森试剂，80℃回流24h，TLC薄层色谱法监测反应进程；待反应完全后，加入饱和的K₂CO₃溶液处理2～3h，溶液由紫色变为黄色后用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/石油醚作为洗脱液，经硅胶柱快速分离提纯化合物，得到橙黄色粉末即为权利要求1中所述的基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器；其中化合物1的结构如下

3.如权利要求2所述的基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器的制备方法，其特征在于，化合物1与2-噻吩乙酰氯的摩尔比为1∶1。

4.如权利要求2所述的基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类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/石油醚，两者体积比为3∶2。

5.如权利要求1中所述的基于2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类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2-噻吩乙酰氯的罗丹明B类Hg²⁺荧光传感器用于检测水相中的Hg²⁺。

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