CN110590756B - 一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用，涉及荧光分子探针领域。本发明的酚酞类席夫碱荧光探针用于在溶剂中识别Al³⁺；本发明的制备方法包括以酚酞为原料合成中间体酚酞双醛，以异喹啉羧酸为原料合成中间体异喹啉酰肼，再以中间体酚酞双醛和中间体异喹啉酰肼为原料合成酚酞类席夫碱荧光探针。本发明荧光探针与其他常见离子作用荧光信号基本没有变化，对Al³⁺有专一的选择性识别，具有较高的抗干扰能力，灵敏度高，检测限低。

Description

一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于荧光分子探针领域，特别是涉及一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用。

背景技术

Al³⁺作为地壳中第三丰富的金属元素，被广泛的应用于食品包装与药品包装以及食品添加剂中。过多的铝离子的摄入会给人类的健康系统带来一些隐患，例如老年痴呆症、阿尔茨海默病、帕金森病等。另外，地表水中过高的铝离子浓度会阻碍植物的生长，对其根和种子的生长有着显著的抑制作用。分子荧光探针具有反应速率快，检出限低，对生命体一般没有破坏性等优点，是近年来的研究热点。然而传统的荧光探针有着荧光量子产率不高、合成方法复杂等缺点。因此，开发一种设计简便，所需原料易获取，且高效识别铝离子的新型荧光探针势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的高灵敏度、拥有较高的抗干扰能力且对Al³⁺有专一识别性的酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种酚酞类席夫碱荧光探针，其特征在于,所述的酚酞类席夫碱荧光探针的分子结构式如式(Ⅰ)所示：

所述的酚酞类席夫碱荧光探针的应用，其特征在于，所述酚酞类席夫碱荧光探针用于在DMSO溶剂中识别Al³⁺。

一种酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、酚酞双醛的合成：将酚酞和六次甲基四胺溶于三氟乙酸中，搅拌加热至70-100℃后反应7-8h，再用旋蒸除去多余的三氟乙酸,加入60mL水，在50-70℃加热下，搅拌25-35mins，冰浴冷却，析出白色固体即酚酞双醛，反应式如下：

S2、合成异喹啉酰肼：将异喹啉羧酸溶于甲醇中，缓慢滴加浓硫酸8-10ml，搅拌加热至65-80℃后反应15-18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，用二氯甲烷萃取，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得固体异喹啉羧酸甲酯，将得到的固体产物溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65-80℃反应22-26h，冰浴冷却，旋蒸除去多余的溶剂甲醇，最后用无水乙醇重结晶，得白色固体产物异喹啉酰肼，反应式如下：

S3、酚酞类席夫碱荧光探针的合成：将步骤S1得到的酚酞双醛和步骤S2得到的异喹啉酰肼溶于无水乙醇中，在氮气氛围下，搅拌加热至70-80℃后反应10-12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即席夫碱荧光探针，反应式如下：

优选地，步骤S1中所述的酚酞:六次甲基四胺的摩尔比为1:(1.2-1.5)。

优选地，步骤S2中所述的异喹啉羧酸与甲醇的摩尔比为1:(10-13)。

优选地，步骤S3中所述的酚酞双醛与异喹啉酰肼的摩尔比为1:(4-5)。

进一步地，所述步骤S2中异喹啉酰肼的合成采用一锅法制备。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明荧光探针具有酚酞荧光团，分子中C＝N中的N原子和酚羟基上的O原子与Al³⁺配位络合，实现了PET机理的阻断，出现荧光off-on信号，实现了对Al³⁺的荧光识别，检测灵敏度高。

2、本发明荧光探针对Al³⁺有专一的选择性，与其他常见离子作用荧光信号基本没有变化，较高的抗干扰能力，高灵敏度，检测限低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制备的中间体酚酞双醛的1H-NMR谱图；

图2为本发明制备的中间体异喹啉酰肼的1H-NMR谱图；

图3为本发明制备的酚酞类席夫碱荧光探针的1H-NMR谱图；

图4为本发明实施例1荧光探针对铝离子选择性识别的荧光发射光谱图；

图5为本发明实施例1荧光探针在铝离子及其他金属离子存在下的荧光发射强度变化图；

图6为本发明实施例1荧光探针在不同浓度铝离子存在下荧光发射光谱变化图；

图7为本发明实施例1荧光探针对铝离子的检测限计算图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用的原料均可从市场上购买得到。

实施例1

本发明的一种酚酞类席夫碱荧光探针，具体结构式如下：

上述酚酞类席夫碱荧光探针可以应用于DMSO溶剂中识别Al³⁺。

该酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，包括如下步骤：

S1.酚酞双醛的合成：将苯酚2.5466g(8mmol)和六次甲基四胺1.6148g(11.5mmol)溶于40mL三氟乙酸中，搅拌加热至70℃后反应8h，然后旋蒸除去多余的三氟乙酸；加入60mL水，在加热下，搅拌30mins；然后用冰浴冷却，析出白色固体即为酚酞双醛，产量：1.30g。

S2.异喹啉酰肼的合成：采用一锅法制备异喹啉酰肼，将3.2g(18.5mmol)异喹啉羧酸溶于180mL甲醇中，缓慢滴加浓硫酸8mL，搅拌加热至65℃后反应17h，冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，用二氯甲烷萃取，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得固体异喹啉羧酸甲酯，将得到的固体产物溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65℃反应22h，冰浴冷却，旋蒸除去多余的溶剂甲醇，最后用无水乙醇重结晶，得白色固体产物异喹啉酰肼，产量：3.39g。

S3.席夫碱荧光探针的合成：将0.187g(0.5mmol)酚酞双醛和0.382g(2mmol)异喹啉酰肼溶于50mL无水乙醇中，在氮气氛围下，搅拌加热至70℃后反应12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即为席夫碱荧光探针。产量：0.16g。

下面通过实验，结合附图具体来说明本发明的酚酞类席夫碱荧光探针。分别对酚酞双醛、异喹啉酰肼和席夫碱荧光探针进行1H-NMR谱图测定；测试结果分别如图1、图2和图3所示。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al³⁺的选择性检测：

配置摩尔浓度为10mmol/L的酚酞类席夫碱荧光探针DMSO溶液；并向其中加入摩尔浓度为10mmol/L的金属离子溶液；搅拌均匀后5mins内检测溶液的荧光发射光谱变化；

其中，金属离子包括：Zn²⁺，Pb²⁺，Ni⁺，Na⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Li⁺，K⁺，Hg²⁺，Fe³⁺，Fe²⁺，Cr³⁺，Co^{2 +}，Cd²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Al³⁺，Ag⁺；

如图4所示，荧光探针在377nm处几乎没有发射峰，当加入Al³⁺后，荧光探针溶液在377nm处出现了强的发射峰，然而加入其他离子，如Al³⁺，Pb²⁺，Ni⁺，Na⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Li⁺，K⁺，Hg^{2 +}，Fe³⁺，Fe²⁺，Cr³⁺，Co²⁺，Cd²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Ag⁺后，荧光探针溶液在377nm的发射峰基本没有，故实验结果表明，只有加入Al³⁺，才能引起荧光探针溶液在377nm处出现明显的荧光增强，该酚酞类席夫碱荧光探针在DMSO溶液中对Al³⁺有良好的选择性。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al³⁺的荧光滴定实验：

配置摩尔浓度为10mmol/L的酚酞类席夫碱荧光探针DMSO溶液160ml；平均分成16等份，在第1至第15等份中分别加入等当量为0.4eq、0.8eq、1.2eq、1.6eq、2.0eq、2.4eq、2.8eq、3.2eq、3.6eq、4.0eq、4.4eq、4.8eq、5.2eq、5.6eq、6.0eq的Al³⁺，搅拌均匀5mins内检测各试样的荧光发射光谱，结果如图5所示；由图5所知，随着Al³⁺浓度的逐步增大，探针溶液在377nm处的荧光强度也逐步增大，当Al³⁺的浓度达到探针浓度的6倍，即60mmol/L时，此时荧光强度不再增大，滴定达到饱和，故实验结果表明，该酚酞类席夫碱荧光探针对Al³⁺具有良好的传感性质。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al³⁺的识别的竞争实验：

配置摩尔浓度为10mmol/L的酚酞类席夫碱荧光探针DMSO溶液；分别加入1mmol/L的其他金属离子(Pb²⁺，Ni⁺，Na⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Li⁺，K⁺，Hg²⁺，Fe³⁺，Fe²⁺，Cr³⁺，Co²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Cd²⁺，Ag⁺)，搅拌均匀后5mins内检测溶液的荧光发射光谱，然后向以上各个含有金属离子的溶液中加入1mmol/L的Al³⁺，搅拌均匀后5mins内检测溶液的荧光发射光谱分别取377nm处的荧光发射强度，作图结果如图6所示。由图6所知，共存的其他金属离子对Al³⁺的荧光识别没有显著干扰。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al³⁺的检测限的计算：

检测限根据荧光光谱滴定数据计算。以荧光滴定强度为纵坐标，Al³⁺的浓度作为横坐标作图，如图7所示。在Al³⁺浓度在0mmol/L到1.6×10^-2mmol/L的浓度范围内，运用公式D＝3Sb1/k(Sb1是空白溶液的标准方差，k是拟合直线的斜率)，其中D为检测限，K＝3，Sb1＝空白溶液的标准偏差，S是校准曲线的斜率。经计算检测限为9.79×10^-8M。

实施例2

该酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，包括如下步骤：

S1.酚酞双醛的合成：2.5466g(8mmol)酚酞和1.3458g(9.6mmol)六次甲基四胺溶于35mL三氟乙酸中，搅拌加热至95℃后反应7h，然后旋蒸除去多余的三氟乙酸；加入60mL水，在60℃加热下，搅拌30mins；冰浴下冷却，析出白色固体即为酚酞双醛，产量：1.15g；

S2.异喹啉酰肼的合成：采用一锅法制备异喹啉酰肼，将3.4736g(20mmol)异喹啉羧酸溶于185mL甲醇中，缓慢滴加浓硫酸8mL，搅拌加热至80℃后反应18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，二氯甲烷萃取溶液，取有机相，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得到固体异喹啉羧酸甲酯。将得到的产物异喹啉羧酸甲酯溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至80℃反应24h；冷却，旋蒸除去多余的甲醇，用无水乙醇重结晶得白色固体产物即为异喹啉酰肼。产量：3.41g。

S3.席夫碱荧光探针的合成：将0.187g(0.5mmol)酚酞双醛和0.468g(2.5mmol)异喹啉酰肼溶于55mL无水乙醇中，在氮气氛围下，搅拌加热至80℃后反应12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即为席夫碱荧光探针。产量：0.168g。

Claims (3)

1.一种酚酞类席夫碱荧光探针，其特征在于,所述的酚酞类席夫碱荧光探针的分子结构式如式(Ⅰ)所示：

2.如权利要求1所述的酚酞类席夫碱荧光探针的应用，其特征在于，所述酚酞类席夫碱荧光探针用于在DMSO溶剂中识别Al³⁺。

3.如权利要求1所述的一种酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、酚酞双醛的合成：将酚酞和六次甲基四胺溶于三氟乙酸中，搅拌加热至70-100℃后反应7-8h，再旋蒸除去多余的三氟乙酸,加入60mL水，在50-70℃加热下，搅拌25-35mins，冰浴冷却，析出白色固体即酚酞双醛，反应式如下：

S2.合成异喹啉酰肼：将异喹啉羧酸溶于甲醇中，缓慢滴加浓硫酸8-10ml，搅拌加热至65-80℃后反应15-18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，用二氯甲烷萃取，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得固体异喹啉羧酸甲酯，将得到的固体产物溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65-80℃反应22-26h，冰浴冷却，旋蒸除去多余的溶剂甲醇，最后用无水乙醇重结晶，得白色固体产物异喹啉酰肼，反应式如下：

S3、酚酞类席夫碱荧光探针的合成：将步骤S1得到的酚酞双醛和步骤S2得到的异喹啉酰肼溶于无水乙醇中，在氮气氛围下，搅拌加热至70-80℃后反应10-12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即席夫碱荧光探针，反应式如下：

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