CN111004227A - 一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用 - Google Patents

一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111004227A
CN111004227A CN201911360676.0A CN201911360676A CN111004227A CN 111004227 A CN111004227 A CN 111004227A CN 201911360676 A CN201911360676 A CN 201911360676A CN 111004227 A CN111004227 A CN 111004227A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound
formula
preparation
oxazole
oxazole compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911360676.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111004227B (zh
Inventor
李丹丹
王宏
贾巧娟
刘磊
弓丽华
孔华杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University of Light Industry
Original Assignee
Zhengzhou University of Light Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University of Light Industry filed Critical Zhengzhou University of Light Industry
Priority to CN201911360676.0A priority Critical patent/CN111004227B/zh
Publication of CN111004227A publication Critical patent/CN111004227A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111004227B publication Critical patent/CN111004227B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D413/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D413/14—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms containing three or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N21/643—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" non-biological material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1007—Non-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/1033—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6432—Quenching

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Nitrogen And Oxygen As The Only Ring Hetero Atoms (AREA)

Abstract

本发明涉及一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用，属于分析化学技术领域。本发明的噁唑类化合物具有如式I所示的结构，是一种全新的带有荧光基团的有机化合物，具有结构简单、易于制备的优点，该噁唑类化合物能够实现在水溶液中对Cu2+的高选择性的识别和快速测定，并对其他金属离子有很强的抗干扰能力，在活细胞中表现出低毒性和对Cu2+的直观检测。

Description

一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用
技术领域
本发明涉及一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用，属于分析化学技术领域。
背景技术
Cu元素是人体生理所必需的第三种微量元素，仅次于Fe元素和Zn元素，在大量的工业生产和生物医药行业也都被广泛利用。Cu2+由于自身结构的特殊性，被用作为生物酶转化反应的催化剂。然而，当大量的Cu2+存在时，会对环境造成污染，干扰水中生物体系的循环，影响水的自净能力，也会对人的健康造成伤害。甚至会导致一些疾病如低血糖、Wilson病、冠心病、骨质疏松、老年痴呆症。因此，快速、准确的对Cu2+进行定性、定量的检测是非常重要的。
科学家们设计出了很多种检测Cu2+离子的方法，比如原子吸收光谱法、高效液相色谱法、电化学传感方法、电感耦合等离子体质谱法等。然而这些方法普遍存在操作复杂、设备成本高等缺点。近年来，利用荧光传感器检测金属离子成为人们研究的热点，相比于传统的检测方法，荧光传感器检测Cu2+离子的方法操作简单、可以实时测量，被广泛应用于生命科学、环境科学等领域。然而，现有设计开发的许多检测Cu2+的荧光传感器选择性不好，如申请公布号为CN109574872A的中国发明专利公开了一种检测二价铜离子的荧光探针，该荧光探针的化学式为C31H27N3O5，能够通过水解的方式识别Cu2+，但对Cu2+的选择性较差，抗其他金属离子干扰能力较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对Cu2+高选择性识别的噁唑类化合物。
本发明的目的还在于提供一种低成本的上述噁唑类化合物的制备方法。
本发明还提供了一种上述噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用。
为了实现以上目的，本发明的噁唑类化合物所采用的技术方案是：
一种具有如式I所示结构的噁唑类化合物：
Figure BDA0002337086280000021
本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物，是一种全新的带有荧光基团的有机化合物，具有以下优点：1)结构简单、易于制备；2)能够与Cu2+离子形成1:1的配位，此结果可以从Job plot、MS和DFT模拟计算上得到验证；3)能够实现室温下在水溶液中单一选择性地痕量检测Cu2+，并对其他金属离子有很强的抗干扰能力，可实现Cu2+的快速测定；4)在活细胞中表现出低毒性并能够在活细胞中与Cu2+成像，为在生物体内定性和定量的检测Cu2+离子提供了强有力的支撑，有较好的应用前景。
为了对式I结构的噁唑类化合物和Cu2+离子络合的情况进行进一步的研究，用高斯软件对荧光传感器络合Cu2+离子前后进行了结构的优化，给出了可能的键合模式，并计算出了该荧光传感器中的键合位点与Cu2+之间的键长，以及络合前后的HOMO轨道和LUMO轨道的能量、能量差，见图1。结果表明，传感器与Cu2+离子络合后，键长均在
Figure BDA0002337086280000023
左右，理论上可以成键。由于能量差比络合前低很多，使络合结构更加稳定。
本发明的噁唑类化合物的制备方法所采用的技术方案为：
一种具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：将式II化合物和2-氨甲基吡啶在缚酸剂的作用下于有机溶剂中进行反应，即得；所述反应的温度为60～80℃；
Figure BDA0002337086280000022
式II中，X为Cl或Br。
本发明的噁唑类化合物的制备方法的反应产物通过了1H NMR、13C NMR和LC-MS的验证，确认为具有式I所示结构的噁唑类化合物。本发明的噁唑类化合物的制备方法工艺简单、反应条件温和、易于实现、制备成本低，并且目标产物产率高、纯度高。
优选的，所述反应的时间为8～10h。
为了得到纯度更高的噁唑类化合物，优选的，上述噁唑类化合物的制备方法还包括在式II化合物与2-氨甲基吡啶反应结束后对反应产物进行提纯的步骤。优选的，所述提纯的方法包括以下步骤：在反应结束后的体系中加入水和萃取剂进行萃取，分液，然后将分液得到有机相进行干燥、浓缩，然后柱层析纯化。采用上述提纯的方法得到的产品中的式I的噁唑类化合物质量百分含量在99％以上，基本不含杂质。
优选的，上述提纯的方法中，水和萃取剂的体积优选为0.5～1.5:1。所述萃取剂优选为乙酸乙酯。所述萃取优选在室温下进行。柱层析纯化采用的淋洗剂优选为乙酸乙酯和石油醚的混合液。淋洗剂中乙酸乙酯和石油醚的体积比优选为0.2～1.5:1。所述浓缩的温度优选为50～70℃。浓缩可以采用现有技术中的浓缩方法实现，如可以采用旋转蒸发仪挥发溶剂实现浓缩。
式II化合物的名称为2-(4-(卤甲基)噁唑)苯酚，根据X的不同，具体名称为2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚或2-(4-(溴甲基)噁唑)苯酚。优选的，式II化合物采用包括如下步骤的方法进行制备：将化合物A和水杨酰胺在80～220℃回流反应，即得；所述化合物A为1,3-二氯丙酮和/或1,3-二溴丙酮。所述回流反应的温度优选为80～180℃。所述回流反应的时间优选为4～8h。其中采用的水杨酰胺又名邻羟基苯甲酰胺。
为了得到纯度更高的式II化合物，上述式II化合物的制备方法还包括以下步骤：将回流反应的反应产物进行提纯。式II化合物的制备方法中的提纯采用的方法，包括以下步骤：将回流反应结束后的体系进行浓缩后，加入水和萃取剂进行萃取，分液，然后将分液得到有机相水洗后进行干燥、浓缩，然后柱层析纯化。
优选的，式II化合物的制备方法中，萃取时采用的水和萃取剂的体积为0.5～1.5:1。优选的，式II化合物的制备方法中，所述萃取剂为乙酸乙酯。进一步优选的，式II化合物的制备方法中，所述萃取在室温下进行。优选的，式II化合物的制备方法中，柱层析纯化采用的淋洗剂为乙酸乙酯和石油醚的混合液；淋洗剂中乙酸乙酯和石油醚的体积比为1:4～6。优选的，式II化合物的制备方法中，浓缩采用的温度为50～70℃。优选的，化合物A和水杨酰胺的摩尔比为0.8～1.2:1。
优选的，式II化合物与2-氨甲基吡啶的摩尔比为2～3:1。
缚酸剂用于结合反应生成的小分子酸性物质，促进反应的进行。弱碱性化合物如有机胺等均可作为本发明的制备方法中的缚酸剂使用。优选的，所述缚酸剂为三乙胺、无水碳酸钾、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)中的一种或任意组合。优选的，所述缚酸剂与2-氨甲基吡啶的摩尔比为4～6:1。
式II化合物与2-氨甲基吡啶反应采用的有机溶剂没有特别要求，现有技术中常用的有机溶均可以采用。优选的，所述有机溶剂选自乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮中的一种或任意组合。
本发明的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用所采用的技术方案为：
具有式I所示结构的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用。
实验表明本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物对Cu2+具有单一选择性的检测识别，其与Cu2+离子能够形成1:1的配位，且配位稳定常数达到了3.93×103M-1。
优选的，上述的应用是所述噁唑类化合物作为荧光传感器用于对水中Cu2+的检测。为了促进所述噁唑类化合物在水中的溶解，可以采用主体助溶剂助溶。所述主体助溶剂优选为二甲基亚砜(DMSO)、乙腈、乙醇、四氢呋喃中的一种或任意组合。式I的噁唑类化合物对水中Cu2+检测时具有极高的灵敏度，在主体助溶剂的助溶条件下，在水溶液中具有优异的低浓度检测Cu2+的性能，在365nm的紫外灯下，能明显看出来该噁唑类化合物与Cu2+配位前后颜色的明显变化。
优选的，上述的应用是所述噁唑类化合物作为荧光传感器用于对活细胞中Cu2+显微成像。本发明的式I的噁唑类化合物对活细胞表现出低毒性，利用其可对活细胞中Cu2+显微成像，进而可对活细胞进行成像；并且由于在水溶液中具有优异的低浓度检测Cu2+的性能，可在细胞培养基中低至1×10-4mol/L的浓度下对细胞成像，能够进一步降低成像过程中对细胞的毒性。
附图说明
图1为本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器与Cu2+配位前后的DFT计算图；
图2为本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器室温下在水溶液中对多种金属阳离子的荧光图；
图3为本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器室温下在水溶液中其他金属阳离子对Cu2+离子的干扰试验图；
图4为本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器在加入等摩尔量的Cu2+前和加入后的扫描电镜和透射电镜图；
图5为本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器与Cu2+配位前后的细胞成像图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明的具有式I所示结构的化合物的实施例
实施例1
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物为：
Figure BDA0002337086280000051
具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法的实施例
实施例2
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：
1)向含有磁搅拌的圆底反应烧瓶中加入1,3-二氯丙酮(12.70g,0.1mol)和水杨酰胺(13.71g,0.1mol)，加热至180℃，不断搅拌下进行回流反应4小时。冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用200mL水洗后用无水硫酸镁干燥，然后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:5(V:V)，得13.02g 2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(结构如式II所示)，产率为62％。
2)向含有2-氨甲基吡啶(1.09g,0.01mol)的乙腈溶液(100mL)中加入步骤1)制备的2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(4.19g,0.02mol)，再加入三乙胺(4.20g,0.04mol)作为缚酸剂，加热至80℃回流反应8h，冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液；分液所得有机相用无水硫酸镁干燥后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:1(V:V)，得到2.09g具有式I所示结构的噁唑类化合物，产率46％，纯度为99.4％。
1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm)δ＝11.21(s,2H),8.56-8.54(dd,J＝4.9,1.8,1H),7.82(dd,J＝7.9,1.7Hz,1H),7.75-7.66(m,3H),7.34-3.39(ddd,J＝8.8,7.3,1.7Hz,2H),7.16-7.19(m,1H),7.06-7.09(dd,J＝8.3,1.1Hz,2H),6.93-6.97(m,2H),3.94(s,2H),3.82(s,4H)；
13C NMR(100MHz,CDCl3,ppm)δ＝48.70,59.40,111.10,117.15,119.46,122.22,122.93,125.94,132.40,135.31,136.68,137.10,149.15,157.19,159.05,161.51；
HRMS(ESI):m/z[M+H]+:calcd for C26H22N4O4:454.1641,found:455.1723.
实施例3
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：
1)向含有磁搅拌的圆底反应烧瓶中加入1,3-二氯丙酮(12.70g,0.1mol)、水杨酰胺(13.71g,0.1mol)和甲苯(200mL)，加热120℃回流，不断搅拌下反应8小时。冷却至室温，浓缩，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用200mL水洗后用无水硫酸镁干燥，然后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:5(V:V)，得8.82g 2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚，产率为42％。
2)向含有2-氨甲基吡啶(1.09g,0.01mol)的乙腈溶液(100mL)中加入步骤1)制备的2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(4.19g,0.02mol)，再加入无水碳酸钾(5.52g,0.04mol)作为缚酸剂，加热至80℃回流反应10h，冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用无水硫酸镁干燥后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:1(V:V)，得到1.27g具有式I所示结构的噁唑类化合物。产率为28％，纯度为99.1％。
实施例4
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：
1)向含有磁搅拌的圆底反应烧瓶中加入1,3-二氯丙酮(12.70g,0.1mol)、水杨酰胺(13.71g,0.1mol)和四氢呋喃(THF)(200mL)，加热80℃回流，不断搅拌下反应8小时。冷却至室温，浓缩，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用200mL水洗后用无水硫酸镁干燥，然后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:5(V:V)，得2.73g 2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚，产率为13％。
2)向含有2-氨甲基吡啶(1.09g,0.01mol)的乙腈溶液(100mL)中加入步骤1)制备的2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(4.19g,0.02mol)，再加入N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)(5.16g,0.04mol)作为缚酸剂，加热至80℃回流反应10h，冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用无水硫酸镁干燥后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:1(V:V)，得到1.68g具有式I所示结构的噁唑类化合物。产率为37％，纯度为99.1％。
实施例5
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：
1)向含有磁搅拌的圆底反应烧瓶中加入1,3-二氯丙酮(12.70g,0.1mol)、水杨酰胺(13.71g,0.1mol)和邻二甲苯(200mL)，加热145℃回流，不断搅拌下反应8小时。冷却至室温，浓缩，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用200mL水洗后，用无水硫酸镁干燥，然后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:5(V:V),得8.40g 2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚，产率为40％。
2)向含有2-氨甲基吡啶(1.09g,0.01mol)的丙酮溶液(100mL)中加入步骤1)制备的2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(4.19g,0.02mol)，再加入N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)(5.16g,0.04mol)作为缚酸剂，加热至60℃回流反应10h，冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用无水硫酸镁进行干燥，然后在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:1(V:V)，得到1.50g具有式I所示结构的噁唑类化合物，产率为33％，纯度为99.2％。
实施例6
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：
向含有2-氨甲基吡啶(1.09g,0.01mol)的丙酮溶液(100mL)中加入实施例2中步骤1)制备的2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(4.19g,0.02mol)，再加入无水碳酸钾(5.52g,0.04mol)作为缚酸剂，加热至60℃回流反应10h，冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用无水硫酸镁干燥后，在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:1(V:V)，得到0.82g具有式I所示结构的噁唑类化合物，产率为18％，纯度为99.1％。
实施例7
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物的制备方法，包括以下步骤：
向含有2-氨甲基吡啶(1.09g,0.01mol)的丙酮溶液(100mL)中加入实施例2中步骤1)制备的2-(4-(氯甲基)噁唑)苯酚(4.19g,0.02mol)，再加入三乙胺(4.20g,0.04mol)作为缚酸剂，加热至60℃回流反应8h，冷却至室温，加入200mL乙酸乙酯和200mL水，萃取、分液，分液所得有机相用无水硫酸镁干燥后，在60℃进行浓缩，再过快速硅胶层析柱，采用的淋洗剂为乙酸乙酯/石油醚＝1:1(V:V)，得到1.68g具有式I所示结构的噁唑类化合物，产率为37％，纯度为99.1％。
具有式I所示结构的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用的实施例
实施例8
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用，是将具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器对水中的Cu2+进行检测。
实施例9
本实施例的具有式I所示结构的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用，是将具有式I所示结构的噁唑类化合物作为荧光传感器对活细胞中的Cu2+进行显示，进而实现细胞成像；具体包括以下步骤：将具有式I所示结构的噁唑类化合物用二甲基亚砜溶解制得传感器溶液，然后将传感器溶液和CuCl2溶液与活细胞进行孵化，用磷酸盐缓冲溶液(PBS溶液)洗去未吸收的具有式I所示结构的噁唑类化合物分子，再用激光共聚焦显微镜成像。
为便于阐述，以下实验例1～4中，将具有式I所示结构的噁唑类化合物简记为POPH。各实验例中采用HEPES缓冲溶液的pH为7.4，荧光检测时采用的激发波长为365nm。
实验例1
取Cu(II)、Li(I)、Na(I)、K(I)、Ca(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(I)、Fe(III)、Ag(I)、Hg(II)、Al(III)、Ba(II)、Cr(III)、Cd(II)、Zn(II)、Pd(II)阳离子的盐酸盐分别用超纯水配制成浓度0.1M的原液；
将POPH溶解到二甲基亚砜(DMSO)中制备成浓度为0.01mol/L的POPH原液；取制得POPH原液10μL加入3mL的HEPRS缓冲溶液中，得到待测溶液，用荧光分光光谱仪测定待测溶液的荧光强度，并记录；配制多份上述待测溶液，然后各取上述不同金属阳离子原液10μL到待测溶液中，每份待测溶液加一种金属阳离子的原液，分别测定荧光强度，并记录。数据收集后用orgin 8.0作图，得到POPH对多种金属阳离子的荧光图，如图2所示。由图2可知，本发明的具有式I所示结构的噁唑类化合物在水环境中对Cu2+的检测具有单一选择性。
将实验例1中各金属阳离子的盐酸盐替换为硫酸盐、硝酸盐以及磷酸盐时，得到的POPH对各金属阳离子的荧光图与图2基本相同，表明阴离子对POPH的传感作用并没有影响。
实验例2
实验例2为金属阳离子的干扰试验，试验方法包括以下步骤：
1)室温下，取适量实验例1中制得的POPH原液加入HEPRS缓冲溶液中，得到POPH浓度为3.0×10-5mol/L的含POPH缓冲溶液；
2)取Cu(II)、Li(I)、Na(I)、K(I)、Ca(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(I)、Fe(III)、Ag(I)、Hg(II)、Al(III)、Ba(II)、Cr(III)、Cd(II)、Zn(II)、Pd(II)阳离子的盐酸盐分别用超纯水配制成浓度为3.0×10-5mol/L的原液；
3)取多份含POPH缓冲溶液，每份含POPH缓冲溶液加1.0当量的一种上述步骤2)中金属阳离子Mn+(各金属阳离子统一记为Mn+，通过加入对应金属阳离子的原液实现)，分别测定荧光强度，并记录。然后分别向各份加入金属阳离子的含POPH缓冲液中加入1.0当量Cu2+离子(通过加入Cu2+离子的原液实现)，荧光强度均显示猝灭。收集数据作图，结果如图3所示。
图3显示含POPH缓冲溶液在加入其他竞争金属离子和Cu2+离子后的荧光变化和单独加入Cu2+离子后的荧光变化几乎一致，这就证明了POPH作为荧光传感器对Cu2+离子具有抗干扰性的单一传感。
实验例1和实验例2中采用的HEPES缓冲溶液与可以替换为三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液、乙醇-水(EtOH-H2O)混合溶液、乙腈-水(MeCN-H2O)混合溶液或四氢呋喃-水(THF-H2O)混合溶液中的一种，测试结果基本保持一致。
实验例3
实验例3为扫描电镜测试和透射电镜测试，测试方法为：
制备POPH-Cu2+：将POPH(0.2mmol)和CuCl2·2H2O(0.2mmol)加入到甲醇(10mL)中，室温搅拌2小时，完成后旋转蒸发仪除去甲醇，得到POPH和POPH-Cu2+的固体粉末；
i)取少量该固体粉末用场发射扫描电子显微镜进行形貌观察；
ii)取少量POPH和POPH-Cu2+固体粉末分别加入少量去离子水，超声后滴加到铜网上进行透射电镜的测试。
测试结果如图4所示，其中a为POPH场发射扫描电镜图，b为POPH透射电镜图，c为POPH-Cu2+场发射扫描电镜图，d为POPH-Cu2+透射电镜图。由图4可知，POPH在加入Cu2+之前，为均匀规则的棒状结构，加入Cu2+后，棒状结构遭到破坏，且从透射电镜分析为不规则的薄片结构。说明POPH与Cu2+进行了络合反应，改变了荧光传感器的结构。
实验例4
本实验例为活细胞成像试验，具体试验方法为：
1)将人乳腺癌细胞(MCF-7细胞)在含有10％胎牛血糖(FBS)的DMEM培养基(含5％CO2)中孵化，孵化的温度为37℃。
2)将POPH溶于二甲基亚砜中配成浓度为1×10-3mol/L的POPH溶液待用；将CuCl2溶于水中配成浓度为10mmol/L的CuCl2溶液待用；
3)细胞贴壁后，取10μL的POPH溶液和1μL的CuCl2溶液在MCF-7细胞中孵化30分钟后，用磷酸盐缓冲溶液(PBS溶液)洗去未吸收的POPH分子和Cu2+，然后用激光共聚焦显微镜成像。
作为对比，取10μL的POPH溶液加入到MCF-7细胞中，37度孵化30分钟后，用PBS溶液洗去未吸收的POPH分子后，同样用激光共聚焦显微镜成像。
激光共聚焦显微镜成像结果见图5，其中，a为POPH在MCF-7细胞孵化后的暗场图，b为POPH在MCF-7细胞孵化后的明场图，c为POPH在MCF-7细胞孵化后的明暗场合并图，d为POPH-Cu2+在MCF-7细胞孵化后的暗场图，e为POPH-Cu2+在MCF-7细胞孵化后的明场图，f为POPH-Cu2+在MCF-7细胞孵化后的明暗场合并图；由图5可知POPH在MCF-7细胞孵化后显示出较强的荧光(荧光的颜色为浅蓝色)，相同的条件下加入Cu2+孵化后，荧光显色消失，说明POPH在MCF-7细胞中能对Cu2+很好的进行络合，导致荧光猝灭。
将实验例4中的人乳腺癌细胞替换为海拉细胞(Hela细胞)、白血病细胞(HPB-5细胞)、人类肺泡基底上皮细胞(A549细胞)后，激光共聚焦显微镜成像结果同实验例4，表明该荧光传感器可用于多种细胞内对Cu2+成像检测。

Claims (10)

1.一种具有如式I所示结构的噁唑类化合物：
Figure FDA0002337086270000011
2.一种如权利要求1所述的噁唑类化合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将式II化合物和2-氨甲基吡啶在缚酸剂的作用下于有机溶剂中进行反应，即得；所述反应的温度为60～80℃；
Figure FDA0002337086270000012
式II中，X为Cl或Br。
3.根据权利要求2所述的噁唑类化合物的制备方法，其特征在于：还包括在式II化合物与2-氨甲基吡啶反应结束后对反应产物进行提纯的步骤；所述提纯的方法包括以下步骤：在反应结束后的体系中加入水和萃取剂进行萃取，分液，然后将分液得到有机相进行干燥、浓缩，然后柱层析纯化。
4.根据权利要求2或3所述的噁唑类化合物的制备方法，其特征在于：式II化合物采用包括如下步骤的方法进行制备：将化合物A和水杨酰胺在80～220℃回流反应，即得；所述化合物A为1,3-二氯丙酮和/或1,3-二溴丙酮。
5.根据权利要求2或3所述的噁唑类化合物的制备方法，其特征在于：式II化合物与2-氨甲基吡啶的摩尔比为2～3:1。
6.根据权利要求2所述的噁唑类化合物的制备方法，其特征在于：所述缚酸剂为三乙胺、无水碳酸钾、N,N-二异丙基乙胺中的一种或任意组合。
7.根据权利要求2或6所述的噁唑类化合物的制备方法，其特征在于：所述缚酸剂与2-氨甲基吡啶的摩尔比为4～6:1。
8.如权利要求1所述的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用。
9.根据权利要求8所述的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用，其特征在于：所述噁唑类化合物作为荧光传感器用于对水中Cu2+的检测。
10.根据权利要求8所述的噁唑类化合物在检测Cu2+方面的应用，其特征在于：所述噁唑类化合物作为荧光传感器用于对活细胞中Cu2+显微成像。
CN201911360676.0A 2019-12-25 2019-12-25 一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用 Active CN111004227B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911360676.0A CN111004227B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911360676.0A CN111004227B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111004227A true CN111004227A (zh) 2020-04-14
CN111004227B CN111004227B (zh) 2021-03-19

Family

ID=70118686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911360676.0A Active CN111004227B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种噁唑类化合物及其制备方法、在检测Cu2+方面的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111004227B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2543672A1 (de) * 2011-07-08 2013-01-09 cynora GmbH Kupfer(I)komplexe, insbesondere für optoelektronische Bauelemente
CN106008389A (zh) * 2016-06-01 2016-10-12 徐州工程学院 一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2543672A1 (de) * 2011-07-08 2013-01-09 cynora GmbH Kupfer(I)komplexe, insbesondere für optoelektronische Bauelemente
CN106008389A (zh) * 2016-06-01 2016-10-12 徐州工程学院 一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHATHURA S. ABEYWICKRAMA ET AL.: "Synthesis of fused 2-(2’-hydroxyphenyl)benzoxazole derivatives: the impact of meta-/para-substitution on fluorescence and zinc binding", 《TETRAHEDRON LETTERS》 *
GUOMIN JIANG ET AL.: "Application of a mercapto-terminated binuclear Cu(II) complex modified Au electrode to improve the sensitivity and selectivity for dopamine detection", 《SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL》 *
吴文卫等: "磺胺甲基异恶唑与铜离子的络合", 《安徽农业科学》 *
周希等: "5-(4-溴苯基)-1，3，4-噁二唑-2-硫酮的合成及荧光性质研究", 《南京师大学报(自然科学版)》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111004227B (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. A ratiometric fluorescent probe for the detection of peroxynitrite with simple synthesis and large emission shift and its application in cells image
Lu et al. A highly selective and sensitive fluorescent turn-on sensor for Hg 2+ and its application in live cell imaging
Wang et al. A near-infrared and ratiometric fluorescent chemosensor for palladium
Jiao et al. A schiff-base dual emission ratiometric fluorescent chemosensor for Hg2+ ions and its application in cellular imaging
Li et al. A near-infrared fluorescent probe for Cu2+ in living cells based on coordination effect
CN109535147B (zh) 一种快速响应的甲醛荧光探针及其制备方法和应用
Huang et al. A novel near-infrared fluorescent hydrogen sulfide probe for live cell and tissue imaging
Zhang et al. A near-infrared fluorescent probe based on SNAr reaction for H2S/GSH detection in living cells and zebrafish
Liu et al. A novel pyrene-based fluorescent probe for Al3+ detection
Yang et al. Development of a near-infrared fluorescent sensor with a large Stokes shift for sensing pyrophosphate in living cells and animals
WO2023093399A1 (zh) 一种基于苯并噻唑母体的钯离子检测荧光探针及其制备方法与应用
CN107903257B (zh) 一种基于花菁可视有机分子荧光探针及其制备方法
Zhang et al. A turn-on near-infrared fluorescent probe with rapid response and large Stokes shift for the selective and sensitive detection of zinc (II) and its application in living cells
CN116178349A (zh) 一种检测半胱氨酸的高尔基体靶向近红外荧光探针、其制备方法和应用
Zhang et al. A New Spiropyran-Based Fluorescent Probe for Dual Sensing of Ferrous Ion and pH
Zeng et al. A simple highly selective ratiometric fluorescent probe for detection of peroxynitrite and its bioimaging applications
CN105820811B (zh) 一种荧光探针及合成方法及其应用
Li et al. A dicyanoisophorone-based ICT fluorescent probe for the detection of Hg2+ in water/food sample analysis and live cell imaging
CN103387830A (zh) 一种铬离子比率型荧光探针及其制备方法和应用
CN113234071B (zh) 三苯胺基甲基吡啶盐及合成方法以及对cn-的识别和生物成像应用
CN106008435B (zh) 一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针及其制备方法
JP6958781B2 (ja) 発蛍光性化合物又はその塩、イオン性化合物の検出剤及びイオン性化合物の検出方法
CN107501179A (zh) 一种基于萘酰亚胺二羧酸的水溶性铜离子荧光探针材料及其制备和应用
CN107344947B (zh) 一种铁离子荧光探针分子及其制备方法和应用
Cao et al. A new simple ESIPT-based fluorescent probe for rapid detection of cysteine with high sensitivity and specificity and bioimaging in living cells

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant