CN110357906A

CN110357906A - 一种新型双螺吡喃荧光探针及其合成方法和应用

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Publication number: CN110357906A
Application number: CN201910683655.6A
Authority: CN
Inventors: 李攻科; 周自强; 霍志铭; 肖小华
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2019-10-22
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: CN110357906B

Abstract

本发明公开了一种新型双螺吡喃荧光探针，由4‑羟基间苯二甲醛分别与不同链长度的二溴盐结合合成，所述二溴盐为N，N’‑1,4‑亚丁基双(2，3，3‑三甲基吲哚)二溴盐、N，N’‑1,6‑亚己基双(2，3，3‑三甲基吲哚)二溴盐或N，N’‑1,8‑亚辛基双(2，3，3‑三甲基吲哚)二溴盐。本发明采用一种简单且有效的一锅煮策略合成了可快速选择性识别CN^‑的新型双螺吡喃探针，该荧光探针可快速选择性识别微量CN^‑，并对常见的阴离子具有良好的抗干扰能力，可用于实际酒类样品中CN^‑的测定。

Description

一种新型双螺吡喃荧光探针及其合成方法和应用

技术领域

本发明涉及有机功能材料领域，尤其涉及一种新型双螺吡喃荧光探针及其合成方法和应用。

背景技术

氰化物是对人体极为有害的物质之一，也是食品安全重点关注的物质之一。氰化物是一类可经呼吸道、消化道及皮肤进入人体内，迅速作用于呼吸酶，引起组织内窒息从而使组织衰竭以致机体死亡的剧毒化合物。白酒中的氰化物主要是是氢氰酸，是由含有氰甙类配糖体的原料发酵过程中水解生产。虽然大部分氢氰酸在原料蒸煮时可通过排气挥发掉，但是仍会有少量残留在白酒中。国家标准GB2757-2012《食品安全国家标准蒸馏酒及其配制酒》明确规定氰化物的含量≤8mg/L。因此，为保障白酒质量安全，开发出快速、简单和选择性检测白酒中的CN^-具有十分重要的意义。目前，检测CN^-的分析方法有分光光度法、色谱法和电化学方法等。然而，这些方法需复杂的样品前处理流程及使用大型仪器，因此不适于快速准确测定CN^-含量。

螺吡喃的分子结构具有多重响应的特性，对于外界的各种刺激如紫外光或X射线照射、pH值的变化、分子间力的作用、极性溶剂及在特定的分子或离子的存在下发生异构化并伴随颜色和荧光的变化，是光致变色化合物体系中一类重要的有机光致变色材料。基于螺吡喃的上述特点，基于亲核加成反应的螺吡喃探针对CN^-具有非常好的选择性，反应后螺吡喃探针的π电子云产生变化并发生显著的光学变化的同时，CN^-与碳正离子结合形成的氰基作为强吸电子基团，对探针上的电子云分布产生的影响也会引起螺吡喃探针的光学变化，根据螺吡喃与CN^-反应后的光学变化可准确测定样品中CN^-的含量。然而，单螺吡喃在检测CN^-的含量时存在以下问题：1.操作繁琐，需多次激发，单螺吡喃反应前及加入CN^-后需要激发光激发；2.响应速度慢，常规单螺吡喃探针对CN^-的响应时间为10-30分钟。

结合对现有技术检测实际样品中氰化物含量的认识，考虑到目前国内外荧光探针以及螺吡喃荧光探针存在的问题和发展趋势，急需合成一种新型探针以实现快速测定实际样品中CN^-的含量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的是提供一类新型双螺吡喃荧光探针(以下简称BQn，n＝4，6和8，n代表二溴盐中烷基链的长度)，本发明的第二个目的是提供所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，本发明的另一目的是提供所述的新型双螺吡喃荧光探针在CN^-检测中的应用。

为了实现第一个目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种新型双螺吡喃荧光探针(BQn)，由4-羟基间苯二甲醛分别与不同链长度的二溴盐结合合成，所述二溴盐为N，N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐、N，N’-1,6-亚己基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,8-亚辛基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐。

进一步地，所述新型双螺吡喃荧光探针的结构式如图1所示。

为了实现第二个目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述新型双螺吡喃荧光探针的制备方法，包括以下步骤：将N，N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,6-亚己基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,8-亚辛基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐与4-羟基间苯二甲醛混合后加入甲醇或乙醇，在催化剂和惰性气体保护的条件下回流反应24-36h，最后分离得到所述双螺吡喃荧光探针。

进一步地，所述4-羟基间苯二甲醛的摩尔量是N，N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐、N，N’-1,6-亚己基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,8-亚辛基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐的2-3倍。

进一步地，所述催化剂为哌啶，所述惰性气体为氦气。

进一步地，所述反应温度为70-85℃。

进一步地，所述分离方法为将反应液旋蒸浓缩后采用柱层析技术进行分离。

更进一步地，所述柱层析采用的淋洗液为正己烷-乙酸乙酯或正己烷-二氯甲烷或石油醚-乙酸乙酯或石油醚-二氯甲烷体系，收集含目标组分的淋洗液后减压旋干，室温真空干燥24h。

本发明还包括所述新型双螺吡喃荧光探针在CN^-检测中的应用。

本发明采用一种简单且有效的一锅煮策略合成了可快速选择性识别CN^-的新型双螺吡喃探针，该荧光探针可快速选择性识别微量CN^-，并对常见的阴离子具有良好的抗干扰能力，可用于实际酒类样品中CN^-的测定。

本发明所述探针具有以下特点：双螺吡喃具有两个反应位点，提升了螺吡喃识别CN^-并达到平衡的速度。与单螺吡喃相比，双螺吡喃的两个环可相互影响，开环后难以闭环，使得开环后的螺吡喃具有更好的热稳定性。通过引入双螺吡喃结构一方面大大提升了部花菁结构的热稳定性，使探针易于受紫外光激发转化为部花菁结构，另一方面增加了螺吡喃与CN^-的作用位点，有利于螺吡喃快速与CN^-发生反应。另外引入醛基作为吸电子基团，能够提升螺吡喃中螺碳原子的亲电性，降低了螺吡喃与CN^-亲核互相作用的活化焓和利于快速实现CN^-的检测。

为了更好地理解和实施，下面以BQ4为例结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的新型双螺吡喃荧光探针BQn的结构式。

图2是本发明的新型双螺吡喃荧光探针BQn的合成示意图。

图3是本发明的新型双螺吡喃荧光探针BQ4的耐疲劳性测试。

图4是本发明的新型双螺吡喃荧光探针BQ4对CN^-的响应速度测试。

图5是本发明的新型双螺吡喃荧光探针BQ4对CN^-的选择性测试。

图6是本发明的新型双螺吡喃荧光探针BQ4对CN^-标准溶液响应情况。

具体实施方式

本发明中选用的所有材料、试剂和仪器都为本领域熟知的，但不限制本发明的实施，其他本领域熟知的一些试剂和设备都可适用于本发明以下实施方式的实施。

实施例1

新型双螺吡喃荧光探针BQ4的合成

参阅图2，将0.12g的4-羟基间苯二甲醛和0.18g N,N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐加入50mL反应管中，加入20mL甲醇，然后加入哌啶催化剂并在氩气保护下回流反应24小时。对反应后溶液用旋转蒸发仪进行浓缩后采用硅胶柱进行分离，以石油醚：乙酸乙酯＝3：1为淋洗液分离并对目标组分旋干得到浅紫色固体。

经核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱鉴定，确定结构为BQ4，具体表征数据如下：¹HNMR(500M,CDCl₃)δ(ppm):9.82(s,2H),7.64(m,2H),7.56(m,2H),7.14(m,2H),7.06(m,2H),6.83(m,4H),6.75(m,2H),6.48(m,2H),5.68(m,2H),1.26(m,12H),1.09(s,6H),0.86(m,2H).¹³C NMR(126MHz,CDCl₃)δ196.17,190.48,189.30,159.58,147.19,137.19,136.50,136.18,136.14,132.56,132.48,129.48,128.66,128.43,128.34,127.63,121.74,120.99,119.25,118.86,118.79,115.72,115.67,106.55,106.09,67.99,52.46,43.61,43.53,29.71,26.82,26.77,25.93,25.63,19.87.HRMS(ESI):Calcd.for C₄₂H₄₁N₂O₄(M+H⁺):637.307,Found637.306.

实施例2

新型双螺吡喃荧光探针BQ4的耐疲劳能力

配制10μmol/L新型双螺吡喃荧光探针BQ4的测试液，采用320nm激发光照射5分钟后测定其紫外吸收光谱，之后放置在暗室内30分钟后再次测定其紫外吸收光谱，该操作循环5次。如图3所示，经过5次光致异构化反应双螺吡喃最大变色强度减少不超过10％，说明该材料具有优良的耐疲劳性。

实施例3

新型双螺吡喃荧光探针BQ4对CN^-响应速度

配制含10μmol/L醛基的新型双螺吡喃荧光探针BQ4和500μmol/L CN^-的测试液(v_THF:v_H2O＝9:1，pH 7.1)，在320nm激发光下进行激发，每隔30s测试一次。如图4所示，加入CN^-的新型双螺吡喃荧光探针溶液在320nm激发光激发3-5分钟后即可反应完全且相对稳定。

实施例4

新型双螺吡喃荧光探针BQ4对CN^-的选择性

将新型双螺吡喃荧光探针BQ4溶解在四氢呋喃中配制成100μmol/L的储备液，用氰化四丁基胺和不同钠盐分别配制0.1mol/L CN^-、F^-、Cl^-、Br^-、I^-、Ac^-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、PO₄ ^3-、HPO₄ ^2-、H₂PO₄ ^-、SO₄ ^2-、SO₃ ^2-、HSO₃ ^-、NO₃ ^-标准溶液，配制含10μmol/L的新型双螺吡喃荧光探针和500μmol/L不同阴离子(anion)的标准溶液(v_THF:v_H2O＝9:1，pH 7.1)，采用320nm激发光光照3分钟后进行测试。配制含10μmol/L的新型双螺吡喃荧光探针、500μmol/L CN^-和500μmol/L其他不同种类的阴离子的标准溶液，采用320nm激发光光照3分钟后测试常见干扰离子对螺吡喃识别CN^-能力的影响。如图5所示，探针对CN^-具有很好的选择性以及对常见阴离子具有较好的抗干扰能力。

实施例5

双螺吡喃检测酒类样品中氰化物含量的应用

1)荧光光谱分析方法的建立

采用100μmol/L新型双螺吡喃荧光探针BQ4储备液和CN^-标准溶液配制成含有10μmol/L新型双螺吡喃荧光探针BQ4和0.13、0.26、0.52、0.78、1.04、1.30mg/L CN^-的混合溶液(v_THF:v_H2O＝9:1，pH 7.1)，经320nm激发光激发3分钟后测定发射峰的荧光强度，如图6所示，BQ4对浓度为0.13-1.30mg/L的CN^-响应强度呈线性关系，线性方程为y＝169.245x-2.8725，R²＝0.9934，该方法的检测限为0.037mg/L。

(2)分析实际样品

准确移取50mL样品加入2.5mL 20％NaOH溶液涡旋混匀，氮吹浓缩至10mL。取200μL待测溶液，加入20μL含醛基的新型双螺吡喃荧光探针BQ4储备液，然后加入1780μL缓冲溶液，涡旋5分钟后经320nm激发光激发3分钟后测定荧光发射峰强度，待测样品(随机选取的一种白酒和一种高粱酒)测定结果如表一所示：

表一、荧光法测定酒类样品中氰化物含量(n＝3)

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。

Claims

1.一种新型双螺吡喃荧光探针，其特征在于，所述探针由4-羟基间苯二甲醛分别与不同链长度的二溴盐结合合成，所述二溴盐为N，N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐、N，N’-1,6-亚己基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,8-亚辛基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐。

2.根据权利要求1所述的新型双螺吡喃荧光探针，其特征在于，所述探针的结构式为：

3.权利要求1或2所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将N，N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐、N，N’-1,6-亚己基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,8-亚辛基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐与4-羟基间苯二甲醛混合后加入甲醇或乙醇，在催化剂和惰性气体保护的条件下回流反应24-36h，最后分离得到所述双螺吡喃荧光探针。

4.根据权利要求3所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，其特征在于，所述4-羟基间苯二甲醛的摩尔量是N，N’-1,4-亚丁基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐、N，N’-1,6-亚己基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐或N，N’-1,8-亚辛基双(2，3，3-三甲基吲哚)二溴盐的2-3倍。

5.根据权利要求3所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，其特征在于，所述催化剂为哌啶，所述惰性气体为氦气。

6.根据权利要求5所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，其特征在于，所述反应温度为70-85℃。

7.根据权利要求3所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，其特征在于，所述分离方法为将反应液旋蒸浓缩后采用柱层析技术进行分离。

8.根据权利要求7所述的新型双螺吡喃荧光探针的合成方法，其特征在于，所述柱层析采用的淋洗液为正己烷-乙酸乙酯或正己烷-二氯甲烷或石油醚-乙酸乙酯或石油醚-二氯甲烷体系，收集含目标组分的淋洗液后减压旋干，室温真空干燥24h。

9.权利要求1或2所述的新型双螺吡喃荧光探针在CN^-检测中的应用。