CN110964042B

CN110964042B - 一种n，n-二(2-吡啶甲基)胺基bodipy类镍离子荧光探针的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN110964042B
Application number: CN201811165546.7A
Authority: CN
Inventors: 徐海军; 陶家宇; 蒋浩; 孙磊; 蔡正春
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: CN110964042A

Abstract

本发明公开了一种N，N‑二(2‑吡啶甲基)胺(DPA)为识别基团，BODIPY为荧光基团的Ni²⁺荧光探针，所述探针是苯乙炔基‑N，N‑二(2‑吡啶甲基)胺衍生物通过Sonogashira偶联反应合成的BODIPY衍生物，其化学结构式如式(1)所示。本发明的荧光探针在甲醇溶液中对Ni²⁺有独特的荧光选择性、极高的灵敏性和很强的抗其他金属离子干扰能力，检测极限可低至0.19μM^‑1以上。本发明是一种简单、快速、灵敏的镍离子检测探针，具有广阔的应用前景。

Description

一种N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类镍离子荧光探针的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及有机小分子荧光探针领域，尤其涉及一种Ni²⁺荧光探针N，N-二(2-吡啶甲基)胺基取代的BODIPY衍生物。

背景技术

氟硼二吡咯染料(BODIPY)是近年来出现的一类新型荧光染料，它是由二吡咯亚甲基与三氟化硼形成的复合物。该染料分子具有较高的光热稳定性，可以避免染料自身在荧光分析过程中受激发光的照射、温度的升高或检测环境的改变而导致染料结构迅速降解，保证了光谱分析信号的稳定性。此外，BODIPY类荧光染料具有摩尔吸光系数较高、荧光量子产率高、荧光信号对溶剂极性和pH不敏感、荧光光谱峰窄、荧光寿命长、适中的氧化还原电势、可忽略的三重态等优点；而且BODIPY荧光分子母核相对稳定且具有一定化学活性，结构易于修饰，吸收和发射波长可调变至近红外区。基于以上优点，BODIPY类荧光染料越来越受到人们的关注。

重金属镍，质地坚硬，有着优质的物理性质，如磁性、可塑性、耐腐蚀性。在许多领域有着极其广泛的应用，如石材、石油、印刷、纺织、模具和医疗等领域。但在获得重金属镍离子的过程及开发利用，操作一旦不规范，不严格按照要求，则会导致空气、水和土壤中的重金属镍离子进行累积，最终形成污染。生态系统中的水和土壤的重金属镍离子一旦累计过量，就被严重地破坏，水产品和作物的产量将大大减少。即使是金属镍的轻度污染，其也会通过食物链的不断富集进入人体。而且，空气中的含镍离子的化合物也可以直接通过呼吸道进入人体。虽然人体内含有微量元素镍，但镍过量能导致肺炎、哮喘、肺纤维化、心血管和肾脏等疾病。另外，镍对机体炎症、癌症、神经衰弱和系统疾病都有着一定的影响。近年来，一些研究也展示了镍离子在分子和细胞水平的毒性作用。基于此，开发新型铜离子荧光探针有着重要的实际应用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明通过分子设计，合成出一种具有响应时间快、较高选择性和低检测限的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针。

本发明还提供上述N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的制备方法。

本发明还提供上述N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针，其化学结构如式(1)所示：

上述N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的合成方法，其特征在于，它是按以下步骤进行：

(1)将meso-(2，6-二氯-苯基)-BODIPY衍生物通过碘化反应得到化合物2；

(2)将步骤(1)得到的化合物2与苯乙炔基-N，N-二(2-吡啶甲基)胺(3)衍

生物反应即可制得荧光探针化合物1。

上述的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的合成路线如下：

所述步骤(1)是采用下述方法完成：1mmol meso-(2，6-二氯-苯基)-BODIPY衍生物、N-碘代丁二酰亚胺1.2mmol溶于90mL二氯甲烷中，室温搅拌反应30min，待原料反应完后，用硫代硫酸钠溶液洗涤，再用饱和食盐水洗涤，有机层用无水硫酸钠干燥，减压蒸干，使用硅胶层析柱层析分离提纯，得到化合物2。

所述步骤(2)是采用下述方法完成：N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类类Ni²⁺荧光探针制备方法，其特征在于，所述步骤(2)是采用下述方法完成：将1.0mmol化合物2，1.5mmol乙炔基-N，N-二(2-吡啶甲基)胺衍生物，0.06mmol碘化亚铜溶于有机胺溶剂50mL中，氩气环境下加入0.06mmol钯催化剂回流过夜，反应结束后蒸干溶剂后，使用硅胶柱层析分离提纯，得到化合物1。

所述的反应溶剂为二异丙基胺；所述的催化剂为四(三苯基膦)钯或双三苯基膦二氯化钯中的一种。

本发明还包括N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的应用，式(1)化学物在甲醇的环境中对Ni²⁺有独特的荧光选择性。

配置N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的甲醇溶液，分别加入定量的MgSO₄、Cd(NO₃)₂、KCl，Pb(CH₃COO)₂、Ni(CH₃COO)₂、CoCl₂、NaCl、Fe₂(SO₄)₃、ZnCl₂溶液，通过荧光光谱测试来研究对不同离子的选择性，通过其荧光发射波谱强度变化发现：本发明所述N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针即式(1)化合物对Ni²⁺有独特的荧光选择性，如图2所示。逐渐加入Ni²⁺至1当量，式(1)化合物在590nm处的荧光强度显著降低，如图3所示。将式(1)化合物在滴加Ni²⁺过程中，选取荧光强度作为纵坐标，滴加当量作为横坐标，进行线性拟合，如图4所示，线性相关度高。因此，BODIPY基N，N-二(2-吡啶甲基)胺类Ni²⁺荧光探针具有重要的应用价值。

本发明提供了一种N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针，实验证明本发明所述式(1)化合物可与Ni²⁺在甲醇溶液中进行络合，如图3所示。在N，N-二(2-吡啶甲基)胺基(DPA)与镍离子络合过程，由于顺磁性的镍离子强荧光猝灭作用，导致化合物1在590nm处荧光强度明显降低。由此可证实本发明所述式(1)化合物在甲醇溶液中对Ni²⁺有独特的荧光选择性、极高的灵敏度及较强的抗其它金属离子干扰能力。

本发明的有益效果是：(1)探针的合成路线简单、反应条件温和，提纯方法简便；(2)本发明实现了镍离子探针的选择性快速检测，并且选择性好，抗其他金属离子干扰能力强，检测限低至0.19μM^-1。因此，本发明是一种快速、灵敏的镍离子检测试剂，在分析化学、环境检测领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是实施例2中探针的¹H NMR图谱；

图2是式(1)化合物(1×10^-5M)的甲醇溶液中加入1当量的不同金属离子后的荧光强度图；

图3是式(1)化合物(1×10^-5M)的甲醇的溶液中进行Ni²⁺荧光滴定图。图中Fluorenscent Intensity为荧光发射强度，Wavelength为波长，激发波长为542nm；

图4是式(1)化合物以选取的不同当量Ni²⁺下离子浓度为横坐标与荧光强度为纵坐标的线性拟合图；横坐标为滴加Ni²⁺的浓度，单位为10^-5mol/L，Intensity为对应浓度的荧光发射强度；

图5是式(1)化合物(1×10^-5M)和等当量的Ni²⁺共存的甲醇的溶液中加入10当量的其它金属离子后荧光强度的变化柱状图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明。

实施例一

目标化合物N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的制备

(1)化合物2的合成：

将meso-(2，6-二氯-苯)-BODIPY衍生物(1.0mmol)、N-碘代丁二酰亚胺(1.2mmol)溶于30mL二氯甲烷中，室温搅拌反应30min，TLC点板确定原料反应成大量目标产物时停止反应，使用硫代硫酸钠溶液洗涤，饱和食盐水洗涤，有机层用无水硫酸钠干燥，减压蒸干，使用硅胶层析柱分离提纯，洗脱剂为二氯甲烷∶石油醚(v/v)＝2∶3得到黄色固体52.7mg，产率33％。¹H NMR(CDCl₃，600MHz，ppm)δ1.488(s，3H)，1.506(s，3H)，2.585(s，3H)，2.651(s，3H)，6.075(s，1H)，7.40(dd，J＝8.9，7.3Hz，3H)，7.465(d，J＝8.1Hz，2H).

(2)化合物1的合成：

将化合物2(1.0mmol)，苯乙炔基-N，N-二(2-吡啶甲基)胺衍生物(1.5mmol)，碘化亚铜(0.06mmol)溶于二异丙胺50.0mL中，氩气环境下加入四三苯基膦钯(7mg，0.06mmol)回流过夜，反应结束后蒸干溶剂后，硅胶柱层析分离提纯，洗脱剂为甲醇∶二氯甲烷(v/v)＝1∶9，得到暗红色固体43.5mg，产率87％。¹H NMR(CDCl₃，600MHz，ppm)δ1.59(s，3H)，1.50(s，3H)，2.61(s，3H)，3.71(s，3H)，3.82(s，2H)，3.95(s，4H)，6.05(s，1H)，7.18-7.22(d，J＝6.5Hz，2H)，7.28(s，3H)，7.39-7.53(m，3H)，7.54-7.62(m，3H)，7.66-7.74(m，4H)，8.54-8.58(d，J＝4.9Hz，2H).

实施例二

N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针对不同金属离子的选择性

精确配制式(1)化合物(1×10^-4M)的甲醇溶液，制成储备液，取出1mL加入到10mL的容量瓶中，分别加入1当量的竞争金属离子标准溶液，其中一个加入1当量的醋酸镍标准溶液，定容至10mL。竞争金属离子包括Mg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、K⁺、Na⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺，后以542nm为激发光波长检测溶液的荧光发射光谱在590nm处的变化，由图2可以发现，其他金属离子对N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY衍生物(1)的荧光几乎没有影响，而二价镍离子溶液的加入使N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY衍生物(1)的荧光明显减弱。

实施例三

N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针随二价镍离子的加入当量的增加荧光图谱的变化

取实施例二制备的储备液中取出1mL加入到10mL的容量瓶中，加入不同当量的二价镍离子(醋酸镍)标准溶液，定容至10mL，以542nm为激发光波长测量其荧光性质，荧光光谱如图3所示。以选取的不同当量Ni²⁺下离子浓度为横坐标与荧光强度为纵坐标的线性拟合图如图4所示。由图3可见，N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针溶液的荧光峰随着二价镍离子的加入当量的增加荧光逐渐减弱。

实施例四

N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针在检测镍离子时对不同金属离子的抗干扰性。

从实施例二中荧光探针的储备液中取出1mL加入到10mL的容量瓶中，加入等当量醋酸镍标准溶液，分别加入10当量其他金属离子，定容至10mL。竞争金属离子包括Mg²⁺、Cd² ⁺、Pb²⁺、K⁺、Na⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺，后以542nm为激发波长检测溶液的荧光发射光谱变化，由图5可以发现，其他金属离子对检测镍离子的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的荧光几乎没有影响，说明N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类镍离子荧光探针在检测镍离子时对其他金属离子有良好的抗干扰性。

Claims

1.一种N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针，其特征在于：它是苯乙炔基-N，N-二(2-吡啶甲基)胺通过Sonogashira偶联反应合成的BODIPY衍生物，分子式为C₄₀H₃₄BCl₂F₂N₅，其化学结构式如式(1)所示：

。

2.权利要求1所述N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针的合成方法，其特征在于，它是按以下步骤进行：

(1)将meso-(2，6-二氯-苯基)-BODIPY衍生物通过碘化反应得到化合物2，其结构式如下：

(2)将步骤(1)得到的化合物2与苯乙炔基-N，N-二(2-吡啶甲基)胺衍生物反应得到荧光探针化合物1，其结构式如下：

3.根据权利要求2所述的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针制备方法，其特征在于，所述步骤(1)是采用下述方法完成：将1.0mmol meso-(2，6-二氯-苯)-BODIPY衍生物、N-碘代丁二酰亚胺1.2mmol溶于90mL二氯甲烷中，室温搅拌反应30min，用硫代硫酸钠溶液洗涤，再用饱和食盐水洗涤，有机层用无水硫酸钠干燥，减压蒸干，使用硅胶层析柱层析分离提纯，得到化合物2。

4.根据权利要求2所述的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针制备方法，其特征在于，所述步骤(2)是采用下述方法完成：将1.0mmol化合物2，1.5mmol苯乙炔基-N，N-二(2-吡啶甲基)胺衍生物，0.06mmol碘化亚铜溶于有机胺类溶剂50mL中，氩气保护下加入0.06mmol钯催化剂加热回流过夜，反应结束后蒸干溶剂后，使用硅胶柱层析分离提纯，得到化合物1。

5.根据权利要求4所述的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针制备方法，其特征在于，所述的反应有机胺类溶剂为二异丙基胺。

6.根据权利要求4所述的N，N-二(2-吡啶甲基)胺基BODIPY类Ni²⁺荧光探针制备方法，其特征在于，所述的钯催化剂为四(三苯基膦)钯或双三苯基膦二氯化钯中的一种。

7.根据权利要求1所述的式(1)化合物在制备二价镍离子荧光探针中应用，其特征在于，在甲醇溶剂环境中进行二价镍离子的含量检测；所述的检测为荧光检测。