CN111217820B - 香豆素-吖啶酮荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种香豆素‑吖啶酮荧光探针及其制备方法及用途，其化学名称是4‑甲基‑2H‑吡喃并[2,3a]吖啶‑2,12(7H)‑二酮乙酸盐。本发明的制备方法包括以邻溴苯甲酸和1‑氨基‑4‑甲基香豆素为起始原料，通过Cu催化的Ullmann反应、关环反应合成香豆素‑吖啶酮荧光探针。本发明荧光探针对铁离子有专一的选择性，与其他常见金属离子荧光信号基本没有变化，灵敏度高，检测限低。本发明的香豆素‑吖啶酮类荧光探针可应用于铁离子的体外荧光检测。
Description
技术领域
本发明涉及荧光分子探针技术领域，更具体地说，本发明涉及一种香豆素-吖啶酮荧光探针及其制备方法和应用。
背景技术
铁生命系统中最重要的微量元素之一，广泛参与人体的各种生理过程，包括酶催化，质子转移，细胞代谢，核酸的合成，氧气输送等，在生命系统中发挥着不可替代的作用。然而，铁摄入过多或不足会引起许多疾病，如癌症，帕金森氏病、智力低下和缺铁性贫血等。因此，有效检测生物样品或环境样品中的铁离子的含量已成为近年来相关领域的研究重点。
近几十年来，科学家们已经建立了多种用于铁离子检测的分析方法，包括火焰原子吸收光谱法(FAAS)，石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)，电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)，电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)，比色法等。尽管这些方法均能有效灵敏地定量检测样品中的铁离子，然而，这些方法通常存在仪器昂贵，耗时，操作复杂，以及不适用于实时和现场检测等缺点。相比之下，由于荧光探针在灵敏度高，选择性好，成本低，可实时监测等方面具有显著优势，越来越受到分析工作者的关注。
因此，开发一种具有有效，快速，环保和经济的方法来检测生物样品中的铁离子对一些重大疾病的初期诊断具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种合成简单，结构新颖，应用于体外检测铁离子，具有较好的选择性、灵敏性、检测限低的香豆素-吖啶酮荧光探针。
本发明的另一个目的是提供一种香豆素-吖啶酮荧光探针作为探针进行铁离子检测的应用。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，本发明提供一种香豆素-吖啶酮荧光探针，其中，结构式如下：
其化学名称是4-甲基-2H-吡喃并[2，3a]吖啶-2，12(7H)-二酮乙酸盐；
其理化性质：黄色固体，产率70％，m.p.179.7-182.3℃；HR-MS(ESI)m/z：300.0637([M+Na]+)；1H NMR(600MHz，DMSO-d6)δ12.00(br，s，1H，-OH)， 11.96(br，s，1H，-NH)，8.22(dd，J＝8.1，1.5Hz，1H，H-C1)，8.00(d，J＝8.9Hz， 1H，H-C4)，7.74-7.79(m，1H，H-C3)，7.53(d，J＝8.2Hz，1H，H-C6)，7.43(d，J＝ 8.9Hz，1H，H-C5)，7.37-7.25(m，1H，H-C2)，6.34(dd，J＝8.7，1.5Hz，1H，H-C16)， 2.47(s，3H，-CH3(CH3COOH))，1.91(s，3H，-CH3)；13CNMR(151MHz， DMSO-d6)δ180.30(C＝O(CH3COOH))，175.4(C-9)，160.86(C-17)，155.50 (C-15)，153.89(C-8)，148.36(C-11)，141.52(C-13)，133.60(C-2)，129.90(C-6)， 126.90(C-4)，122.68(C-3)，119.95(C-12)，119.40(C-14)，112.7(C-1)，111.87 (C-5)，109.85(C-16)，100.38(C-7)，20.81(-CH3(CH3COOH))，18.48(-CH3)..
香豆素-吖啶酮荧光探针S的单晶结构：
该荧光探针合成简单，结构新颖，应用于体外检测铁离子，具有较好的选择性、灵敏性、检测限低等优点。
一种香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，包括：
步骤一、以邻溴苯甲酸和1-氨基-4-甲基香豆素为起始原料，溶于溶剂后，在催化剂存在条件下反应，得到中间体1；
步骤二、将中间体1和伊顿试剂混合反应，经乙酸重结晶后可得得到所述香豆素-吖啶酮荧光探针S。
合成路线如下：
优选的是，所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法中，所述邻溴苯甲酸和1-氨基-4-甲基香豆素摩尔比为1∶1.5～2，反应温度为180～200℃，反应时间为6～8h。
优选的是，所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法中，所述伊顿试剂和中间体1的摩尔比为1∶1～2，反应温度为90～100℃，反应时间为4～5h。
优选的是，所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法中，所述步骤一中，使用N，N-二甲基甲酰胺作为溶剂，使用铜粉和碳酸钾作为催化剂。
优选的是，所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法中，所述步骤一中，反应结束后，反应液经抽滤和重结晶得到所述中间体。
优选的是，所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法中，所述步骤二中，反应结束后，反应液经萃取、抽滤和重结晶得到所述香豆素-吖啶酮荧光探针。
一种香豆素-吖啶酮荧光探针作为铁离子体外荧光检测的应用。本发明荧光探针对铁离子有专一的选择性，与其他常见金属离子荧光信号基本没有变化，灵敏度高，检测限低，检测的pH为3～11，铁离子的检出限是0.001789mmoL/L。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明基于荧光强度可能叠加的目的，以具有优异发光性质的吖啶酮结构与光稳定性好的香豆素结构为荧光团，通过2个步骤即可得到香豆素-吖啶酮类荧光探针，该探针中与铁离子接触后，荧光强度迅速减弱，实现了对铁离子的荧光识别，检测灵敏度高。
本发明的荧光探针对铁离子有较好的选择性，与其他常见阳离子作用荧光信号基本没有变化，较高的抗干扰能力，反应时间较短，检测限低。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例3中香豆素-吖啶酮荧光探针对铁离子选择性识别的荧光发射光谱图；
图2为本发明实施例4中香豆素-吖啶酮荧光探针在铁离子及其他阳离子存在下的荧光发射强度变化图；
图3为本发明实施例5中香豆素-吖啶酮荧光探针在不同浓度铁离子存在下的荧光发射光谱变化图；
图4为本发明实施例6中香豆素-吖啶酮荧光探针对铁离子的检测限计算图；
图5为本发明实施例7中香豆素-吖啶酮荧光探针在不同pH下的荧光发射强度变化图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
香豆素-吖啶酮荧光探针的制备：
以邻溴苯甲酸(1mmoL)和1-氨基-4-甲基香豆素(2moL)放入100mL 三口烧瓶中，加入DMFmL，待溶解完全后，加入铜粉和碳酸钾，温度升至 180℃搅拌回流反应8h，待反应结束后，趁热抽滤，滤液加入400mL纯水，再加入适量盐酸调至pH为2，静置过夜，抽滤后得到黄色固体，氯仿进行重结晶得到中间体1。
将中间体1(1moL)溶于伊顿试剂(1.14moL)，升温至90℃搅拌回流反应 4h，待反应结束后，将反应液倒入饱和NaHCO3溶液中，用氯仿萃取，取上层液体抽滤，乙酸重结晶，得香豆素-吖啶酮荧光探针S。
其理化性质：黄色固体，产率70％，m.p.179.7-182.3℃；HR-MS(ESI)m/z：300.0637([M+Na]+)；1H NMR(600MHz，DMSO-d6)δ12.00(br，s，1H，-OH)， 11.96(br，s，1H，-NH)，8.22(dd，J＝8.1，1.5Hz，1H，H-C1)，8.00(d，J＝8.9Hz， 1H，H-C4)，7.74-7.79(m，1H，H-C3)，7.53(d，J＝8.2Hz，1H，H-C6)，7.43(d，J＝ 8.9Hz，1H，H-C5)，7.37-7.25(m，1H，H-C2)，6.34(dd，J＝8.7，1.5Hz，1H，H-C16)， 2.47(s，3H，-CH3(CH3COOH))，1.91(s，3H，-CH3)；13CNMR(151MHz， DMSO-d6)δ180.30(C＝O(CH3COOH))，175.4(C-9)，160.86(C-17)，155.50 (C-15)，153.89(C-8)，148.36(C-11)，141.52(C-13)，133.60(C-2)，129.90(C-6)， 126.90(C-4)，122.68(C-3)，119.95(C-12)，119.40(C-14)，112.7(C-1)，111.87 (C-5)，109.85(C-16)，100.38(C-7)，20.81(-CH3(CH3COOH))，18.48(-CH3)..
实施例2
香豆素-吖啶酮荧光探针的制备：
以邻溴苯甲酸(1mmoL)和1-氨基-4-甲基香豆素(1.5moL)放入100mL 三口烧瓶中，加入DMFmL，待溶解完全后，加入铜粉和碳酸钾，温度升至 180℃搅拌回流反应8h，待反应结束后，趁热抽滤，滤液加入400mL纯水，再加入适量盐酸调至pH为5，静置过夜，抽滤后得到黄色固体，氯仿进行重结晶得到中间体1。
将中间体1(1moL)溶于伊顿试剂(2moL)，升温至90℃搅拌回流反应4h，待反应结束后，将反应液倒入饱和NaHCO3溶液中，用氯仿萃取，取上层液体抽滤，乙酸重结晶，得香豆素-吖啶酮荧光探针S。
实施例3
香豆素-吖啶酮荧光探针S对铁离子的选择性检测
用乙腈∶缓冲溶液＝8∶2(v/v)溶液配置摩尔浓度2×10-5moL/L的香豆素- 吖啶酮荧光探针，分别加入Mn2+、Mg2+、Ag+、Na+、Ni2+、Ca2+、Cd2+、Co2+、 Cu2+、Fe3+、Zn2+、Pb2+离子高氯酸盐的乙腈溶液10ul，混匀，使之反应5min，以355nm作为激发波长，测其荧光发射光谱。
如图1所示，荧光探针在420-450nm处有发射峰，当加Fe3+后，荧光探针溶液在420-450nm处发射峰明显减弱，加入其他阳离子时，如Mn2+、Mg2+、 Ag+、Na+、Ni2+、Ca2+、Cd2+、Co2+、Cu2+、Fe3+、Zn2+、Pb2+离子后，荧光探针溶液在420-450nm处无明显变化。故实验结果表明，只有含有Fe3+，才能引起荧光探针溶液在420-450nm处出现明显的荧光减弱。该香豆素-吖啶酮荧光探针S对铁离子有良好的选择性。
实施例4
香豆素-吖啶酮荧光探针S对铁离子的识别竞争实验
用乙腈∶缓冲溶液＝8∶2(v/v)溶液配置摩尔浓度2×10-5moL/L的香豆素- 吖啶酮荧光探针，移取2mL探针溶液至一系列分析瓶中，加入10ul的Fe3+储备液，反应5min后，分别加入10uL Mn2+、Mg2+、Ag+、Na+、Ni2+、Ca2+、 Cd2+、Co2+、Cu2+、Fe3+、Zn2+、Pb2+离子储备液(0.01moL/L)。以乙腈∶缓冲溶液＝8∶2(v/v)作为参比溶剂，依次测定探针溶液、Fe3+与探针溶液的混合溶液的荧光光谱，最后依次测定共存离子对Fe3+探针进行干扰影响时溶液的荧光光谱。
由图2所知，加入较高浓度的干扰物后，荧光强度为发生显著变化，共存的其他阳离子对铁离子的荧光识别基本没有干扰，探针S对铁离子的识别不受其他金属离子存在的干扰。
实施例5
香豆素-吖啶酮荧光探针S对铁离子的荧光滴定实验
在乙腈∶缓冲溶液＝8∶2(v/v，pH＝6.9)体系中，向探针溶液(2×10-5moL/L) 中加入少量铁离子5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、65、75ul 储备液(铁离子浓度0-0.35mmoL/L)，以355nm作为激发波长，测其荧光发射光谱。
由图3所知，乙腈∶缓冲溶液＝8∶2(v/v，pH＝6.9)体系中，向探针S溶液加入少量铁离子5mmoL/L时，探针S的荧光强度即可产生明显的下降，并随着铁离子浓度的逐步增加，探针溶液在420-450nm处的荧光强度也逐步下降，这也进一步验证该探针S对铁离子的荧光猝灭性能。
实施例6
香豆素-吖啶酮荧光探针对铁离子的检测限计算：
根据滴定实验结果，绘制出探针随Fe3+浓度变化的工作曲线。运用贝赛尔公式法：DL＝kS/b，(其中DL-检出限；S-标准偏差b-标准曲线斜率)
由图4可知，计算出探针S对铁离子的的最低检测限为0.001789mmoL/1。
实施例7
香豆素-吖啶酮荧光探针在不同pH下的荧光变化：
为了检测溶液的pH值对探针S与铁离子作用的影响，配置不同p H(2.0-13.0)值的缓冲溶液。在乙腈∶MOPS缓冲(v/v，8∶2)缓冲体系中，向探针溶液中加入铁离子，在420nm处做曲线图，测定其荧光光谱变化。
由图5可以看出，在pH为2-11，范围内，探针S单独存在时，荧光光谱没有发生明显变化，当pH增大到12后，荧光明显减弱，这可能与结构中的乙酸盐有关；探针S在与铁离子作用后，其荧光强度发生淬灭，在pH为 2-11时对其荧光强度影响不大，当pH增大到12后，荧光强度明显减弱。说明在2＜pH＜11的缓冲体系中，pH对探针识别检测Fe3+的影响小，同时证明探针S可在生理条件下检测Fe3+。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。
Claims (8)
1.香豆素-吖啶酮荧光探针，其中，结构式如下：
2.一种如权利要求1所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，包括：
步骤一、以邻溴苯甲酸和1-氨基-4-甲基香豆素为起始原料，溶于溶剂后，在催化剂存在条件下反应，得到中间体1；
步骤二、将中间体1和伊顿试剂混合反应得到所述香豆素-吖啶酮荧光探针。
3.如权利要求2所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，所述邻溴苯甲酸和1-氨基-4-甲基香豆素摩尔比为1∶1.5～2，反应温度为180～200℃，反应时间为6～8h。
4.如权利要求3所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，所述伊顿试剂和中间体1的摩尔比为1∶1～2，反应温度为90～100℃，反应时间为4～5h。
5.如权利要求4所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，所述步骤一中，使用N，N-二甲基甲酰胺作为溶剂，使用铜粉和碳酸钾作为催化剂。
6.如权利要求5所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，所述步骤一中，反应结束后，反应液经抽滤和重结晶得到所述中间体。
7.如权利要求6所述的香豆素-吖啶酮荧光探针的制备方法，其中，所述步骤二中，反应结束后，反应液经萃取、抽滤和重结晶得到所述香豆素-吖啶酮荧光探针。
8.一种如权利要求1的或通过权利要求2～7任一制备方法得到的香豆素-吖啶酮荧光探针作为制备铁离子体外荧光检测的探针的应用。
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