CN111039862B - 一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents

一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于荧光分子探针领域，公开了一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针及其制备方法与应用。本发明的制备方法包括：将4‑羟基四苯乙烯与六次甲基四胺溶于乙酸和三氟乙酸的混合溶剂中反应，得到第一中间产物4‑羟基‑5‑醛基四苯乙烯；将烟酸溶解于甲醇溶剂，滴加乙酰氯，反应，得到第二中间产物烟酸甲酯；将第二中间产物溶于甲醇溶剂，加入水合肼，反应，得到第三中间产物烟酰胺；将第一中间产物和第三中间产物溶于乙醇溶剂，反应，得到本发明四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针。本发明荧光探针对Al3+有专一的选择性，可用于在体外识别Al3+；与其他常见离子作用荧光信号基本没有变化，高灵敏度，检测限低。

Description

一种四苯乙烯类席夫碱Al3+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，特别是涉及一种四苯乙烯类席夫碱Al3+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。因此，设计出一种能够高效识别离子和分子的荧光化学传感器，受到了人们越来越广泛的关注。这类荧光化学传感器在生物学，药物学，临床医学等方面都具有潜在应用。
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，有着长远的应用前景。新型探针成本低，可对细胞内的金属进行检测分析，成为了研究的热门。酚酞类席夫碱荧光探针作为一种新型探针，具有特殊的化学结构，有着很高的荧光量子产率。它设计简便，所需原料易获取，并且有优异的发光效应。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针及其制备方法与应用，该荧光探针合成简单，结构新颖，应用于体外检测Al3+，具有较好的选择性、灵敏性、检测限低等优点。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002313436330000011
本发明还提供了一种上述四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺溶于乙酸和三氟乙酸的混合溶剂中反应，得到如式(Ⅰ’)所示结构的第一中间产物；
Figure BDA0002313436330000012
S2.将烟酸溶解于甲醇溶剂，滴加乙酰氯，反应，得到如式(Ⅱ)所示结构的第二中间产物；
Figure BDA0002313436330000013
S3.将所述第二中间产物溶于甲醇溶剂，加入水合肼，反应，得到如式(Ⅲ)所示结构的第三中间产物；
Figure BDA0002313436330000021
S4.将所述第一中间产物和第三中间产物溶于乙醇溶剂，反应，得到如式(Ⅰ)所示结构的四苯乙烯类荧光探针，其中，所述第一中间产物和第三中间产物的摩尔比为1:(1～1.5)。
优选的，步骤S1中所述4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺的摩尔比为1:(1～1.5)；
优选的，步骤S1中所述反应的温度为70～100℃，反应的时间为2～5h。
优选的，步骤S2中所述烟酸和乙酰氯的摩尔比为1:(2～3)。
优选的，步骤S2中所述反应的温度为-10～0℃，反应的时间为2～4h。
优选的，步骤S3中所述第二中间产物和水合肼的摩尔比为1:(8～10)。
优选的，步骤S3中所述反应的温度为15～35℃，反应的时间为3～5h。
优选的，步骤S4中所述反应的温度为75～95℃，反应的时间为13～15h。
本发明提供的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针或上述制备方法制备得到的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针可以应用在Al3+的体外荧光检测中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明荧光探针具有四苯乙烯荧光团，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，检测限低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对应本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图得到其他的附图。
图1为本发明第一中间产物的1H-NMR谱图；
图2为本发明第三中间产物的1H-NMR谱图；
图3为本发明中四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的1H-NMR谱图；
图4为本发明中荧光探针对Al3+选择性识别的荧光发射光谱图；
图5为本发明中荧光探针在不同浓度Al3+存在下荧光发射光谱变化图；
图6为本发明中荧光探针在Al3+及其他金属离子存在下的荧光发射强度变化图；
图7为本发明中荧光探针对Al3+的检测限计算图；
图8为本发明中四苯乙烯类Al3+荧光探针在不同pH下的荧光发射强度变化图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明提供了一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002313436330000031
该四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针分子结构中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。
上述四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的制备方法如下：
S1.将4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺溶于乙酸和三氟乙酸的混合溶剂中反应，得到如式(Ⅰ’)所示结构的第一中间产物；
Figure BDA0002313436330000032
S2.将烟酸溶解于甲醇溶剂，滴加乙酰氯，反应，得到如式(Ⅱ)所示结构的第二中间产物；
Figure BDA0002313436330000033
S3.将所述第二中间产物溶于甲醇溶剂，加入水合肼，反应，得到如式(Ⅲ)所示结构的第三中间产物；
Figure BDA0002313436330000034
S4.将所述第一中间产物和第三中间产物溶于乙醇溶剂，反应，得到如式(Ⅰ)所示结构的四苯乙烯类荧光探针，其中，第一中间产物和第三中间产物的摩尔比为1:(1～1.5)。
本发明四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的制备可采用以下反应式表示：
Figure BDA0002313436330000035
具体的，本发明首先将4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺，溶于乙酸和三氟乙酸的混合溶剂，反应，得到第一中间产物4-羟基-5-醛基四苯乙烯，本发明中4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺的摩尔比优选为1:(1～ 1.5)，更优选为1:1，反应温度优选为70～100℃，更优选为90℃，反应时间优选为2～5h，更优选为3h。
将烟酸溶解于甲醇溶剂，然后缓慢滴加乙酰氯，反应，得到第二中间产物烟酸甲酯，本发明中烟酸和乙酰氯的摩尔比为1：(2～3)，更优选为1：2，反应的温度优选为-10～0℃，更优选为-5℃，反应时间优选为2～4h，更优选为3h。
得到第二中间产物烟酸甲酯后，将第二中间产物甲醇溶剂，随后缓慢滴加水合肼，反应，得到第三中间产物烟酰胺。本发明中第二中间产物和水合肼的摩尔比优选为1：(8～10)，更优选为1：8，反应的温度优选为15～35℃，更优选为25℃，反应时间优选为3～5h，更优选为3h。
得到第三中间产物烟酰胺后，将第三中间产物和第一中间产物溶于乙醇溶剂，反应，得到四苯乙烯类荧光探针。本发明中第一中间产物和第三中间产物的摩尔比为1:(1～1.5)，优选为1:1，反应的温度优选为75～95℃，更优选为85℃，反应时间优选为13～15h，更优选为13h。
本发明荧光探针具有香豆素荧光团，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。
本发明提供的上述四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针或上述制备方法制备的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针可以应用在Al3+的体外荧光检测中，检测的PH为2～11，Al3+的检出限是1.65×10-7M。
为了进一步说明本发明，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，所获得的的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
仪器与试剂：
以下所有的荧光测量在Hitachi F-7000荧光光度计上进行；核磁共振光谱在Bruker DRX-400光谱仪上获得(用氘代氯仿和氘代二甲亚砜作为核磁溶剂)，溶液的pH值用Mettlertoledodelta 320pH计测定。
4-羟基四苯乙烯从北京翰隆达科技发展有限公司购得。
六次甲基四胺从上海迈瑞尔化学技术有限公购得。
烟酸在上海迈瑞尔化学技术有限公购得。
水合肼在上海迈瑞尔化学技术有限公购得。
乙酸在上海迈瑞尔化学技术有限公购得。
三氟乙酸在上海迈瑞尔化学技术有限公购得。
实验过程中所用的水均为去离子水。
除非特别指明外，其它的化学试剂都是分析纯，不需要进一步的纯化和处理，可以直接使用。
实施例1
四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L的制备：
(1)第一中间产物的合成：将1g(2.87mmol)的4-羟基四苯乙烯和0.40g(2.87mmol)的六次甲基四胺放入100mL的圆底烧瓶中，加入8mL乙酸和8mL三氟乙酸溶解，加热至90℃，搅拌反应3h后停止反应；降温至20℃，液体减压旋蒸除去溶剂乙酸和三氟乙酸，拌入4.0g硅胶，用石油醚：乙酸乙酯＝50:1的洗脱剂进行柱层析分离，得黄色固体(第一中间产物4-羟基-5-醛基四苯乙烯)，产率为48.6％。
(2)第二中间产物的合成：将6.25g(50mmol)的烟酸放入250mL的圆底烧瓶中，用150ml的甲醇溶解，在冰盐浴下缓慢加入11.90g(100mmol)的乙酰氯，恒温在-5℃，搅拌反应3h后停止反应；将50mL蒸馏水加入至反应液中，在冰盐浴的条件下使用1mol/L的Na2CO3水溶液调节溶液PH至弱碱性，加入乙酸乙酯溶剂萃取，萃取三次，每次加入50mL，无水硫酸钠干燥有机相，减压旋蒸除去溶剂乙酸乙酯，得到的粗产物用无水乙醇重结晶，真空干燥，得到白色固体(第二中间产物烟酸甲酯)5.35g，产率为78.2％。
(3)第三中间产物的合成：将5.35g(39.1mmol)的第二中间产物烟酸甲酯放入150mL的圆底烧瓶中，用10ml的乙醇溶解，在磁力搅拌下加入15.66g(312.8mmol)的水合肼，加热至25℃，搅拌反应3h后停止反应；减压旋蒸除去溶剂乙醇，粗产物用乙醇重结晶，真空干燥，得到白色固体(第三中间产物烟酰胺) 3.60g，产率为67.3％。
(4)式(I)所示化合物(四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L)的合成：将第一中间产物(0.6g，1.6mmol) 和第三中间产物(0.22g，1.6mmol)溶于70mL乙醇溶液中，升温至85℃，搅拌反应13h后停止反应；将反应液冷却至室温，过滤并用乙醇重结晶，真空干燥，得到黄色固体(四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L) 0.42g，产率为53.3％。
分别对第一中间产物、第三中间产物和式I所示化合物(四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L)进行 1H-NMR谱图测定，测试结果分别如图1，图2和图3所示。
实施例2
四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L对Al3+的选择性检测：
配置摩尔浓度为1mmol/L的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针二甲亚砜标准液；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15s内检测溶液的荧光发射光谱变化；其中，金属离子包括： Pb2+，Ni+，Na+，Mn2+，Li+，K+，Hg2+，Fe3+，Fe2+，Cu2+，Cr3+，Co2+，Cd2 +，Ca2+，Ba2+，Al3+，Ag+， Mg2+；如图4所示，荧光探针在423nm处几乎没有发射峰，当加入Al3+后，荧光探针溶液在423nm处出现了强的发射峰，故实验结果表明，只有加入Al3+，才能引起荧光探针溶液在423nm处出现明显的荧光增强，该四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针在MeOH/Tris(MeOH/Tris(V/V,95:5)溶液中对Al3+有良好的选择性。
实施例3
四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L对Al3+的荧光滴定实验：
配置摩尔浓度为1mmol/L的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针二甲亚砜标准液4.8ml；平均分成24等份，在第1至第24等份中分别加入当量为0eq、0.2eq、0.4eq、……、4.6eq、4.8eq的Al3+，搅拌均匀15s后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423nm 处的荧光强度也逐步增强，当Al3+的浓度达到探针浓度的4.8倍，即4.8mmol/L时，此时荧光强度基本不再增强，滴定达到饱和，故实验结果表明，该四苯乙烯类荧光探针对Al3+具有良好的传感性质。
实施例4
四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L对Al3+识别竞争实验：
配置摩尔浓度为1mmol/L的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的二甲亚砜标准液；分别加入10mmol/L 的其他金属离子(Pb2+，Ni+，Na+，Mn2+，Mg2+，Li+，K+，Hg2+，Fe3+，Fe2+，Mg2+，Cr3 +，Co2+，Cd2+， Ca2+，Ba2+，Ag+)，搅拌均匀后15s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10mmol/L的Al3+，搅拌均匀后15s内检测溶液的荧光发射光谱分别取423nm处的荧光发射强度，具体如图6所示。由图6所知，除了Cu2+，共存的其他金属离子对Al3+的荧光识别基本没有显著干扰。
实施例5
四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L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0×10-5mmol/L到1.8×10-5mmol/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1.65×10-7M。
实施例6
四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针L对Al3+的最佳pH范围检测：
对不同pH值(2.0-12.0)对四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的影响进行检测，结果见图8，图8为四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针在不同pH下的荧光发射强度变化图；从图8中可以看出，当pH在2.0到11.0 之间时四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的荧光强度较强，稳定性很好，这表明荧光探针在pH为2.0～11.0 时不受pH的影响并且可用于实际样品的检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针，其特征在于，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：
Figure FDA0002313436320000011
2.一种权利要求1所述四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺溶于乙酸和三氟乙酸的混合溶剂中反应，得到如式(Ⅰ’)所示结构的第一中间产物；
Figure FDA0002313436320000012
S2.将烟酸溶解于甲醇溶剂，滴加乙酰氯，反应，得到如式(Ⅱ)所示结构的第二中间产物；
Figure FDA0002313436320000013
S3.将所述第二中间产物溶于甲醇溶剂，加入水合肼，反应，得到如式(Ⅲ)所示结构的第三中间产物；
Figure FDA0002313436320000014
S4.将所述第一中间产物和第三中间产物溶于乙醇溶剂，反应，得到如式(Ⅰ)所示结构的四苯乙烯类荧光探针，其中，所述第一中间产物和第三中间产物的摩尔比为1:(1～1.5)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述4-羟基四苯乙烯与六次甲基四胺的摩尔比为1:(1～1.5)。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述反应的温度为70～100℃，反应的时间为2～5h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述烟酸和乙酰氯的摩尔比为1:(2～3)。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述反应的温度为-10～0℃，反应的时间为2～4h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述第二中间产物和水合肼的摩尔比为1:(8～10)。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述反应的温度为15～35℃，反应的时间为3～5h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述反应的温度为75～95℃，反应的时间为13～15h。
10.权利要求1所述四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针或权利要求2～9任意一项所述制备方法制备得到的四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针在Al3+的体外荧光检测中的应用。
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