CN110713826A

CN110713826A - 基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110713826A
Application number: CN201810773338.9A
Authority: CN
Inventors: 赵云辉; 罗月阳; 刘立华; 周智华
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2018-07-14
Filing date: 2018-07-14
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2038-07-14
Also published as: CN110713826B

Abstract

本发明公开一种基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针及其制备方法和应用。该荧光探针结构如式I所示，其以2‑(4‑乙二胺基苯乙炔基)苯甲醛为原料，与邻氨基苯硫酚形成苯并噻唑衍生物而成。本发明的探针光学性能稳定，对铜离子检测灵敏度高，检测下限低，检测限为3.08nM，响应范围为0.4‑4.0μM。选择性好，对银离子、钡离子、钙离子、锂离子、钠离子、钾离子、镁离子、铝离子、镍离子、锌离子、汞离子、钴离子、铅离子、钯离子、锶离子没有响应。且合成简单，条件温和，收率高。本发明的荧光分子探针在生物化学与环境化学中铜离子的检测等领域具有实际的应用价值。

Description

基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及的是化学分析检测技术领域，具体涉及一种基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针及其制备方法和应用。

背景技术

铜离子是人体内必不可缺的元素，同时也是造成环境污染的罪魁祸首之一。它在生物、化学及环境科学领域都有不可或缺的地位。人体中铜的正常含量为0.0001%，仅次于铁和锌，它通常以铜蛋白或铜酶的形式存在于体内，当铜含量过低时会导致人体内新陈代谢的紊乱，影响正常生长。铜还可与锌形成铜锌超氧化物歧化酶，它是一种重要的抗氧化酶，可清除人体内的氧自由基，抑制心脑血管疾病、自身免疫性疾病、肺气肿和抗衰老作用。因此，实现对生物体及环境中铜离子的检测具有十分重要的现实意义。目前对铜离子的检测方法很多，其中荧光分析法具有高选择性和灵敏度，但是由于 Cu²⁺是d⁹结构，顺磁性，对荧光有很强的荧光猝灭性，因此许多猝灭型的铜离子探针被设计合成出来。

上述报道的铜离子探针基本上荧光猝灭型的，并且大部分是在纯有机溶剂中得以实现，这样就不易在自然环境以及生命体这样的水相环境体系中得到广泛的应用。因此，急需研发一类荧光增强型的探针应用于环境及体内铜离子的识别与检测。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针及其制备方法和应用。

本发明的技术方案为：

一种基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针，具有式（I）所示的结构：

（I）。

上述的基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针的制备方法，包括如下步骤：

荧光探针I的制备

取化合物1、邻氨基苯硫酚溶于溶剂中，所述化合物1与邻氨基苯硫酚物质的量之比为1:2-2:1，加热搅拌1~10小时，原料反应完毕后，减压旋蒸除去溶剂，粗产物用柱层析纯化得到浅黄色固体化合物I；即式（I）所示的铜离子检测探针。

以上各化合物均以反应式中各化合物下面序号加以区分。

进一步地，合成步骤中，化合物1和邻氨基苯硫酚的物质的量之比优选为1:1。

进一步地，合成步骤中，所述的溶剂优选二甲亚砜。

进一步地，合成步骤中，搅拌温度优选60 ^oC。

上述的铜离子检测探针应用于铜离子检测的方法，包括如下步骤：

1）配制分散有荧光探针化合物I的乙腈-水混合溶液;

2）确定荧光探针分子的检测限；

3）绘制并计算溶液中铜离子的浓度；

4）确定荧光探针对阳离子的选择性。

本发明中荧光探针具有含有炔键、N、S杂原子，炔键与N、S杂原子能与铜离子络合形成配合物，从而导致探针的荧光强度发生改变。因此，可以根据探针分子荧光强度的变化识别和定量检测铜离子。

更具体的检测方法如下：

1）配制荧光探针化合物I浓度为100 μmol/L的10%乙腈-水（即V_（乙腈）/V_（水）=10/90）混合溶液，得到荧光探针分子的水分散溶液；

2）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL不同浓度的铜离子（0、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、20.0、50.0 μmol/L），放置30~60分钟后，分别测量并计算出566 nm与 455 nm处的荧光强度，根据荧光强度比值与铜离子浓度的关系制作工作曲线；

3）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL浓度为10^-3 mol/L的Li⁺、K⁺、Na⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cd² ⁺、Fe³⁺等水溶液，放置30~60分钟后，分别测量并记录566 nm与 455 nm处处的荧光强度，由此验证探针分子对铜离子的选择性。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的荧光探针分子对铜离子的识别不仅灵敏，而且专一性强，短波长处荧光由强变弱，长波处荧光强度有强变弱，形成比率型荧光探针，受外界环境因素的影响小。

（2）本发明提供的荧光探针分子适用于含铜水溶液。

（3）本发明提供的荧光探针分子对铜离子的检测限低，可以达到微摩尔级。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入不同浓度铜离子后的荧光光谱图，455nm处自上而下的曲线代表铜离子浓度逐渐增加的探针溶液。

图2为本发明实施例3，375nm激发光激发下，分别加入20 μL的Li⁺、K⁺、Na⁺、Sr²⁺、Ba² ⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺等离子的水溶液，60 min后的荧光强度。

其中，图1、2中，横坐标表示波长（wavelength），纵坐标表示强度（intensity）。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步地详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明所用仪器与试剂：

核磁共振仪：Bruker AV-II 500 MHz NMR，TMS为内标，CDCl₃为溶剂。

所用试剂均为市售化学纯或分析纯。

实施例1

本发明荧光探针的合成

本发明荧光探针的制备途径如下：

取化合物1、邻氨基苯硫酚溶于溶剂中，所述化合物1与邻氨基苯硫酚物质的量之比为1:1，60度加热搅拌10小时，原料反应完毕后，减压旋蒸除去溶剂，粗产物用柱层析纯化得到浅黄色固体化合物I；即式（I）所示的铜离子检测探针。

黄色固体，产率85%，¹H NMR (500 MHz, CDCl₃) δ8.53-8.51 (m, 1H), 8.21 (d,J = 10.0 Hz, 1H), 8.01 (d, J = 10.0 Hz, 1H), 7.75 – 7.72 (m, 1H), 7.56 – 7.54(m, 3H), 7.48 – 7.42 (m, 3H), 6.71 (d, J = 11.0 Hz, 1H), 3.44 (q, J = 9.0 Hz,4H), 1.22 (t, J = 9.0 Hz, 6H). ¹³C NMR (125 MHz, CDCl₃) δ 166.3, 152.6, 148.0,136.2, 134.3, 133.7, 133.1, 129.9, 129.3, 127.7, 126.1, 125.0, 123.2, 122.9,121.6, 111.3, 108.6, 99.2, 86.9, 44.4, 12.6.

实施例2

比率荧光探针分子工作曲线

取2 mL配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL不同浓度（0、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、20.0、50.0 μmol/L）的硫酸铜水溶液，放置60min后，荧光光谱仪分别记录455nm与566nm处荧光强度的变化。以荧光强度为纵坐标，铜离子浓度为横坐标作图，拟合得到比率荧光探针分子的工作曲线。本实施例中比率荧光探针对铜离子浓度的测定，其在375nm激发光激发下，荧光强度随铜离子浓度变化的关系图如图1所示。

实施例3

荧光探针分子阳离子选择性测定

取2mL实施例2中配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL浓度为0.01M的Li⁺、K⁺、Na⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺水溶液，放置60min后，荧光光谱仪分别记录455nm与566nm处荧光强度的变化。实验结果表明，除了铜离子以外，其它离子没有引起455nm处荧光的明显变化，且对566nm处的荧光也无影响，汞离子对566nm处的荧光直接淬灭，说明本发明的探针分子具有很好的选择性。本实施例中荧光探针分子选择性测定，其在375nm激发光激发下，荧光强度随不同离子的变化的关系图如图2所示。

Claims

1.一种基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针，其特征在于，具有式（I）所示的结构：

（I）。

2.权利要求1所述的基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

荧光探针I的制备

3.根据权利要求2所述的基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于合成步骤中，化合物1和邻氨基苯硫酚的物质的量之比为1:1。

4.根据权利要求2所述的基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，合成步骤中，所述的溶剂为二甲亚砜。

5.根据权利要求2所述的基于邻炔基苯并唑的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，合成步骤中，搅拌温度为60 ^oC。

6.权利要求1所述的铜离子检测探针在铜离子检测中的应用。

7.根据权利要求6所述的铜离子检测探针在铜离子检测中的应用，其特征在于，包括如下步骤：

配制荧光探针化合物I的乙腈-水混合溶液，浓度为100 μmol/L，制成标准溶剂，然后用制成的标准溶剂配制成铜离子浓度分别为0、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、20.0、50.0 μmol/L的铜离子标准溶液，放置30~60分钟后，在激发波长375nm，发射波长566nm、455nm处分别测定不同铜离子浓度时的荧光强度，做成标准曲线，拟合确定荧光强度与铜离子浓度的函数关系，然后据此测定待测溶液的铜离子浓度。