CN110078750A - 非对称三联吡啶络合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品安全检测技术领域，公开了一种非对称三联吡啶络合物，结构如化学通式(1)所示：
Description
技术领域
本发明属于食品检测技术领域，具体地说，是关于一种非对称三联吡啶络合物及其制备方法和应用。
背景技术
食品安全问题已经是一个全球话题，国际上食品安全恶性事件不断发生，造成了巨大的经济损失。食品安全检测即是按照国家指标来检测食品中的有害物质，主要是一些有害有毒的指标的检测。
乳制品中的蛋白质含量的检测是依据样品中的含N量决定的。三聚氰胺的含氮量高达66％，不法商家为了提高乳制品中蛋白质检测含量，违法地向乳制品中添加三聚氰胺，而过量的三聚氰胺将对人体尤其是肾脏系统造成严重损伤。目前对于三聚氰胺的检测主要有原子吸收光谱法等，这些检测手段需要依赖大型的仪器设备，耗时长、成本高、无法做到现场检测。因此，研发出一种对乳制品中三聚氰胺的快速检测方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于克服上述不足，提供一种非对称三联吡啶络合物。本发明的第二个目的在于提供一种所述非对称三联吡啶络合物的制备方法。本发明的第三个目的在于提供一种非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液。本发明的第四个目的在于提供一种非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液的制备方法。本发明的第五个目的在于提供一种三聚氰胺检测试剂。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
作为本发明的第一个方案，一种非对称三联吡啶络合物，所述非对称三联吡啶络合物具有如化学通式(1)所示的结构：
其中，
M为金属离子，所述金属离子选自Zn、Cu、Mn、Co、Ni、Eu、Tb或Ir；
R选自甲基、乙基、正丙基、正丁基等；n选自1、4或8；
m选自2或3；
X选自氯离子、乙酸根、硝酸根或三氟甲磺酸根。
作为本发明的第二个方案，一种上述所述的非对称三联吡啶络合物的制备方法，通过以下路径合成：
其中，
M为金属离子，所述金属离子选自Zn、Cu、Mn、Co、Ni、Eu、Tb或Ir；
R选自甲基、乙基、正丙基、正丁基等；
n选自1、4或8；
m选自2或3；
X选自氯离子、乙酸根、硝酸根或三氟甲磺酸根。
作为本发明的第三个方面，一种非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，所述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液由化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物与金纳米颗粒混合获得，所述金纳米颗粒能与化学通式(1)结构中的季铵基团结合。
根据本发明，所述金纳米颗粒与化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物的摩尔比为1:10～1:40。
根据本发明，所述金纳米颗粒的直径为12～40nm(低于或超出该范围的金纳米颗粒的颜色可能达不到可视检测的要求)。
根据本发明，所述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液在所述检测试剂中的浓度为1～2nM(低于或超出该浓度范围的金纳米颗粒的颜色可能达不到可视检测的要求)。
作为本发明的第四个方面，一种非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液的制备方法，包括如下步骤：
将化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物加入DMSO水溶液中，在40～70℃下搅拌至完全溶解，降至室温后得到澄清透明溶液；向所述澄清透明溶液中加入金纳米颗粒，搅拌后得到非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液。
根据本发明，化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物的浓度为1～10μM。
根据本发明，所述金纳米颗粒和所述非对称三联吡啶络合物的摩尔比为1：10～1:40。
根据本发明，所述DMSO水溶液的质量分数为0.5～2％(低于该浓度络合物未能完全溶解，超出该浓度范围的金纳米颗粒的颜色可能达不到可视检测的要求)。
作为本发明的第五个方面，一种三聚氰胺检测试剂，包括如化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物，所述的非对称三联吡啶络合物在水中与三聚氰胺选择性成胶，成胶浓度为1.0～4.0wt％。
作为本发明的第六个方面，一种三聚氰胺检测试剂，包括非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，所述非对称三联吡啶络合物具有如化学通式(1)所示的结构。
本发明的非对称三联吡啶络合物，其有益效果是：
(1)化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物遇三聚氰胺选择性形成凝胶，由此，利用化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物即可实现对乳制品中微量三聚氰胺的裸眼可视识别；
(2)非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，可实现对乳制品中微量三聚氰胺的凝胶和比色的双重可视识别快速检测。
附图说明
图1是实施例1中制备得到的对羟基苯基三联吡啶的核磁共振氢谱谱图；
图2是实施例1中制备得到的末端含有溴长链三联吡啶的核磁共振氢谱谱图；
图3是实施例1中制备得到的三联吡啶胸腺嘧啶的核磁共振氢谱谱图；
图4是实施例1中制备得到的三联吡啶季铵盐的核磁共振氢谱谱图；
图5是实施例1中制备得到的三联吡啶锌络合物的核磁共振氢谱谱图；
图6是实施例1中制备得到的非对称三联吡啶络合物的核磁共振氢谱谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。以下为本发明的具体实施方式的举例，其中的原料均为已知化合物，可以由商业途径获得，或可按本领域已知方法制备。
本发明基于三联吡啶配体能与多种金属离子发生配位作用的特点，将两种分别修饰了季铵基团和胸腺嘧啶结构的三联吡啶配体通过与不同金属离子络合设计和制备出了一系列非对称三联吡啶络合物(1)，该络合物的一端连接季铵基团，能够和金纳米颗粒结合，另一端连接胸腺嘧啶结构，可以与三聚氰胺结合。一方面，非对称三联吡啶络合物(1)与三聚氰胺通过超分子自组装选择性形成三维空间网络胶体，从而使测试体系发生由液态到固态相的转变达到可视识别的目的；另一方面，非对称三联吡啶络合物(1)还能通过季铵盐基团与金纳米颗粒结合形成非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，该金纳米颗粒溶液的另一端的胸腺嘧啶片段通过三重氢键与三聚氰胺发生作用，导致金纳米颗粒聚集状态发生改变，使检测体系颜色发生明显变化达到通过比色法检测的目的。在此基础上，将本发明所提供的含非对称三联吡啶络合物(1)加入乳制品样品，如该乳制品样品中含有三聚氰胺，乳品会直接由液体转变为凝胶，从而实现通过凝胶的方式对乳制品中三聚氰胺的可视识别。进一步，向本发明所提供的含非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液中加入简单预处理后的乳制品样品，如该乳制品样品中含有三聚氰胺，三聚氰胺能与络合物的胸腺嘧啶通过氢键作用影响金纳米颗粒的聚集状态，使得检测体系的颜色由粉红色转变为蓝紫色，从而实现通过比色法的方式对乳制品中三聚氰胺的裸眼可视识别。非对称三联吡啶络合物及其修饰的金纳米颗粒溶液对三聚氰胺的检测限可低至0.2ppm。
本发明的非对称三联吡啶络合物的通用合成路线和方法如下：
1、制备式(1)所示的非对称三联吡啶络合物：
(1)将对羟基苯甲醛、氢氧化钾、乙醇、氨水、乙酰基吡啶加入反应瓶中反应，获得对羟基苯基三联吡啶；
(2)将对羟基苯基三联吡啶、2，6-二溴己烷加入反应瓶中反应，获得末端含有溴长链三联吡啶；
n选自1、4或8。
(3)将末端含有溴长链三联吡啶、胸腺嘧啶、碳酸钾、DMSO加入反应瓶中反应制备三联吡啶胸腺嘧啶；
(4)将末端含有溴长链三联吡啶、三烷基胺(NR3)、EtOH加入反应瓶中反应制备三联吡啶季铵盐；
其中，R选自甲基、乙基、正丙基、正丁基等；
(5)将三联吡啶季铵盐、MXm、MeOH加入反应瓶中反应制备获得三联吡啶金属络合物；
其中，M为金属离子，所述金属离子选自Zn、Cu、Mn、Co、Ni、Eu、Tb或Ir；X选自乙酸根、硝酸根或三氟甲磺酸根；m为2或3。
(6)将三联吡啶锌络合物、三联吡啶胸腺嘧啶、DMF加入反应瓶中反应制备获得最终的非对称三联吡啶络合物。
2、制备非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒(1)：
将上述制得的式(1)所示的非对称三联吡啶络合物加入DMSO水溶液中，在40～70℃下搅拌至完全溶解，降至室温后得到澄清透明溶液；向所述澄清透明溶液中加入金纳米颗粒，搅拌后得到非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒(1)。
实施例1M为Zn、R为乙基的非对称三联吡啶络合物的制备方法
步骤1：
在1L圆底烧瓶中加入12.2g对羟基苯甲醛和21g氢氧化钾，然后加入300mL乙醇，之后加入80mL氨水，最后加入22.4mL 2-乙酰基吡啶。50℃过夜。反应后冷却至室温，加乙酸调pH至4，反应体系大量放热并析出大量黄色固体。抽滤，然后用3×30mL乙醇洗涤，干燥。产率44％。图1是制备得到的对羟基苯基三联吡啶的核磁共振氢谱谱图。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ9.92(s,1H),8.75(s,2H),8.65(t,J＝3.9Hz,4H),8.02(t,J＝7.7Hz,2H),7.79(d,J＝8.5Hz,2H),7.56–7.46(m,2H),6.97(d,J＝8.5Hz,2H)。
步骤2：
将步骤1中合成的6.5g对羟基苯基三联吡啶加入到500mL圆底烧瓶中，再加入5.4g碳酸钾，160mL乙腈，最后加入20mL 2，6-二溴己烷。80℃回流12h。反应后抽滤，将滤液旋干至只有二溴己烷，加甲烷使产物析出，过滤，然后用乙醇重结晶，产物为白色固体。产率60％。图2是制备得到的末端含有溴长链三联吡啶的核磁共振氢谱谱图。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.73(d,J＝4.6Hz,2H),8.71(s,2H),8.67(d,J＝7.9Hz,2H),7.91–7.83(m,4H),7.40–7.30(m,2H),7.02(d,J＝8.7Hz,2H),4.04(t,J＝6.4Hz,2H),3.44(t,J＝6.8Hz,2H),1.96–1.88(m,2H),1.87–1.80(m,2H),1.54(t,J＝3.5Hz,4H)。
步骤3：
50mL圆底烧瓶中加入0.5g胸腺嘧啶，再加入步骤2中合成的0.98g末端含有溴长链三联吡啶，然后加入1.2g碳酸钾，最后加入30mL DMSO，50℃搅拌过夜。反应完后抽滤，滤液旋干后伴样过柱纯化。产率80％。图3是制备得到的三联吡啶胸腺嘧啶的核磁共振氢谱谱图。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.73(d,J＝4.0Hz,2H),8.71(s,2H),8.67(d,J＝7.9Hz,2H),8.22(s,1H),7.91–7.83(m,4H),7.35(dd,J＝6.9,5.3Hz,2H),7.04–6.96(m,3H),4.04(t,J＝6.3Hz,2H),3.71(t,J＝7.4Hz,2H),1.92(s,3H),1.86–1.79(m,2H),1.77–1.69(m,2H),1.59–1.54(m,2H),1.48–1.40(m,2H)。
步骤4
在50mL圆底烧瓶中，加入1.96g步骤2中合成的末端含有溴长链三联吡啶原料，再加入20mL EtOH和10mmol N(CH2CH3)3，85℃回流过夜。反应后旋干，使用乙酸乙酯洗涤掉原料，然后抽干。图4是制备得到的三联吡啶季铵盐的核磁共振氢谱谱图。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.72(d,J＝4.1Hz,2H),8.69(s,2H),8.66(d,J＝7.9Hz,2H),7.88(t,J＝8.5Hz,4H),7.40–7.31(m,2H),7.00(d,J＝8.7Hz,2H),4.04(t,J＝6.1Hz,2H),3.51(q,J＝7.2Hz,6H),3.37–3.28(m,2H),1.89–1.81(m,2H),1.80–1.72(m,2H),1.63–1.57(m,2H),1.52(d,J＝7.2Hz,2H),1.39(t,J＝7.2Hz,9H)。
步骤5
将步骤4中合成的0.6g三联吡啶季胺盐和1mM硝酸锌加入50mL圆底烧瓶中，再加入20mL甲醇。室温搅拌5h，过滤，产物用甲醇洗涤烘干。图5是制备得到的三联吡啶锌络合物的核磁共振氢谱谱图。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ9.42–8.83(m,6H),8.44(q,J＝8.4,7.4Hz,2H),8.30(d,J＝8.6Hz,2H),8.01–7.86(m,2H),7.22(d,J＝8.6Hz,2H),4.14(t,J＝6.2Hz,2H),3.31–3.20(m,6H),3.15(d,J＝8.1Hz,2H),1.81(s,2H),1.64(s,2H),1.53(s,2H),1.40(s,2H),1.18(s,9H)。
步骤6
将步骤5中合成的1mmol三联吡啶锌络合物和0.53g三联吡啶胸腺嘧啶加入50mL圆底烧瓶中，再加入10mLDMF，80℃反应48h。反应后旋干，后用甲醇重结晶，获得非对称三联吡啶络合物(L1)。图6是制备得到的非对称三联吡啶络合物(L1)的核磁共振氢谱谱图。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ11.22(s,1H),9.24(d,J＝75.6Hz,8H),8.37(d,J＝69.8Hz,8H),7.95(s,4H),7.53(d,J＝30.7Hz,4H),7.28(s,4H),4.16(s,4H),3.66(s,2H),3.26(d,J＝7.1Hz,6H),3.15(s,2H),1.82(s,4H),1.76(s,3H),1.64(s,4H),1.53(s,4H),1.42(s,4H),1.19(s,9H)。
实施例2M为Cu、R为乙基的非对称三联吡啶络合物的制备方法
本实施例的步骤1～步骤4的制备方法与实施例1的步骤1～步骤4的制备方法相同。
步骤5：
将0.6g三联吡啶季胺盐和1mM硝酸铜加入50mL圆底烧瓶中，再加入20mL甲醇。室温搅拌5h，过滤，获得三联吡啶铜络合物产物，该产物用甲醇洗涤烘干。产率：73％。
步骤6：
将1mmol三联吡啶铜络合物和0.53g三联吡啶胸腺嘧啶加入50mL圆底烧瓶中，再加入10mLDMF，80℃反应48h。反应后旋干，后用甲醇重结晶，获得非对称三联吡啶络合物(L2)。产率81％。
实施例3M为Mn、R为乙基的非对称三联吡啶络合物的制备方法
本实施例的步骤1～步骤4的制备方法与实施例1的步骤1～步骤4的制备方法相同。
步骤5：
将0.6g三联吡啶季胺盐和1mM硝酸锰加入50mL圆底烧瓶中，再加入20mL甲醇。室温搅拌5h，过滤，产物用甲醇洗涤烘干。产率：77％。
步骤6：
将1mmol三联吡啶锰络合物和0.53g三联吡啶胸腺嘧啶加入50mL圆底烧瓶中，再加入10mLDMF，80℃反应48h。反应后旋干，后用甲醇重结晶，获得非对称三联吡啶络合物(L3)。产率：67％。
实施例4实施例1的非对称三联吡啶络合物L1的凝胶检测三聚氰胺
将10mg非对称三联吡啶络合物L1和0.5mL浓度为10uM的三聚氰胺水溶液依次加入5mL玻璃瓶中，吹热后自然冷却，可形成凝胶。凝胶浓度2wt％。
实施例5实施例1的非对称三联吡啶络合物L2的凝胶检测三聚氰胺
将10mg非对称三联吡啶络合物L2和0.5mL浓度为10μM的三聚氰胺水溶液依次加入5mL玻璃瓶中，吹热后自然冷却，可形成凝胶。凝胶浓度2wt％。
实施例6实施例1的非对称三联吡啶络合物L3的凝胶检测三聚氰胺
将10mg非对称三联吡啶络合物L3和0.5mL浓度为10μM的三聚氰胺水溶液依次加入5mL玻璃瓶中，吹热后自然冷却，可形成凝胶。凝胶浓度2wt％。
实施例4-6的结论，非对称三联吡啶络合物与含三聚氰胺的样品能形成凝胶，说明，实施例1制备获得的非对称三联吡啶络合物可实现对乳制品中微量三聚氰胺的裸眼可视识别。
实施例7
将一定量的非对称三联吡啶络合物L1添加到1％DMSO水溶液中，60℃加热搅拌直至络合物完全溶解，降到室温后得到澄清透明溶液。向溶液中按摩尔比例1：20加入制备好的粒径约为12nm的金纳米颗粒，搅拌均匀后得到粉红色的金纳米颗粒溶液。
将不含三聚氰胺的乳制品样品添加到上述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色不发生变化。
将浓度为10μM三聚氰胺的乳制品样品添加到上述制备好的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色在5分钟内由粉红色逐渐变蓝。
实施例8
将一定量的非对称三联吡啶络合物L1添加到1％DMSO水溶液中，60℃加热搅拌直至络合物完全溶解，降到室温后得到澄清透明溶液。向溶液中按摩尔比例1：20加入制备好的粒径约为12nm的金纳米颗粒，搅拌均匀后得到粉红色的金纳米颗粒溶液。
将不含三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色不发生变化。将浓度为5μM三聚氰胺的乳制品样品添加到上述制备好的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色在5分钟内由粉红色逐渐变紫。
实施例9
将一定量的非对称三联吡啶络合物L1添加到1％DMSO水溶液中，60℃加热搅拌直至络合物完全溶解，降到室温后得到澄清透明溶液。向溶液中按摩尔比例1：20加入制备好的粒径约为12nm的金纳米颗粒，搅拌均匀后得到粉红色的金纳米颗粒溶液。
将不含三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色不发生变化。将浓度为1μM三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述制备好的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色在5分钟之内由粉红色逐渐变深红色。
实施例10
将非对称三联吡啶络合物L2添加到1％DMSO水溶液中，60℃加热搅拌直至络合物完全溶解，降到室温后得到澄清透明溶液。向溶液中按摩尔比例1：10加入制备好的粒径约为12nm的金纳米颗粒，搅拌均匀后得到粉红色的金纳米颗粒溶液。
将不含三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色不发生变化。将浓度为10μM三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述制备好的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色在5分钟之内由粉红色逐渐变为浅蓝色。
实施例11
将一定量的非对称三联吡啶络合物L3添加到1％DMSO水溶液中，60℃加热搅拌直至络合物完全溶解，降到室温后得到澄清透明溶液。向溶液中按摩尔比例1：10加入制备好的粒径约为12nm的金纳米颗粒，搅拌均匀后得到粉红色的金纳米颗粒溶液。
将不含三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色不发生变化。将浓度为10μM三聚氰胺的乳制品样品经简单预处理后添加到上述制备好的金纳米颗粒溶液中，溶液颜色在5分钟之内由粉红色逐渐变为浅蓝色。
实施例7-11的检测结果及分析见表1。
表1实施例7-9的检测结果
结果显示：当非对称三联吡啶络合物L1和金纳米颗粒的摩尔比为1：20时，检测试剂对不同浓度的三聚氰胺的有较好的检测效果，在加入三聚氰胺前后颜色变化明显。
结论：非对称三联吡啶络合物可以用于检测溶液中的三聚氰胺。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (11)
1.一种非对称三联吡啶络合物，其特征在于，所述非对称三联吡啶络合物具有如化学通式(1)所示的结构：
其中，
M为金属离子，所述金属离子选自Zn、Cu、Mn、Co、Ni、Eu、Tb或Ir；
R选自甲基、乙基、正丙基、正丁基；
n选自1、4或8；
m选自2或3；
X选自氯离子、乙酸根、硝酸根或三氟甲磺酸根。
2.如权利要求1所述的非对称三联吡啶络合物的制备方法，其特征在于，通过以下路径合成：
3.一种非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，其特征在于，所述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液由化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物与金纳米颗粒混合获得，所述金纳米颗粒能与化学通式(1)结构中的季铵基团结合。
4.如权利要求3所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，其特征在于，所述金纳米颗粒与化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物的摩尔比为1：10～1:40。
5.如权利要求3所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，其特征在于，所述金纳米颗粒的直径为12～40nm。
6.如权利要求3所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，其特征在于，所述非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液在所述检测试剂中的浓度为1～2nM。
7.如权利要求3-6任一项所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物加入DMSO水溶液中，在40～70℃下搅拌至完全溶解，降至室温后得到澄清透明溶液；向所述澄清透明溶液中加入金纳米颗粒，搅拌后得到非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液。
8.如权利要求7所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液的制备方法，其特征在于，化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物的浓度为1～10μM。
9.如权利要求7所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液的制备方法，其特征在于，所述DMSO水溶液的质量分数为0.5～2％。
10.一种三聚氰胺检测试剂，包括如权利要求1的化学通式(1)所示的非对称三联吡啶络合物，所述的非对称三联吡啶络合物在水中与三聚氰胺选择性成胶，成胶浓度为1.0～4.0wt％。
11.一种三聚氰胺检测试剂，包括如权利要求3-6任一项所述的非对称三联吡啶络合物修饰的金纳米颗粒溶液，所述非对称三联吡啶络合物具有如化学通式(1)所示的结构。
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