CN111285830B

CN111285830B - 一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针及其制备方法

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Publication number: CN111285830B
Application number: CN202010085847.XA
Authority: CN
Inventors: 马祥梅; 马静; 王斌
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2040-02-11
Also published as: CN111285830A

Abstract

本发明属于荧光探针制备技术及应用领域，具体涉及一种快速识别2,4,6‑三硝基苯酚分子的荧光探针及其制备方法。该荧光探针分子L的结构式如下所示，其由8‑甲酰基‑7‑羟基香豆素与3,3′‑二氨基‑4,4′‑二羟基二苯砜反应获得。本发明的荧光探针对2,4,6‑三硝基苯酚(TNP)具有较好的选择性和可目视化颜色变化，其检测极限为1.2×10^‑7mol/L，具有很好的应用前景，

Description

一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针及其制备方法

技术领域

本发明属于荧光探针制备及应用技术领域，具体涉及一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针及其制备方法。

背景技术

2,4,6-三硝基苯酚(TNP)又称苦味酸，是硝基芳香类爆炸物(NAEs)中威力较大的爆炸物之一，被广泛使用于工业和民用，如烟花、皮革以及染料等化工行业。在生产、使用及运输过程中对土壤和水体环境造成巨大的污染，是一种潜在的土壤和水系污染物。

传统的TNP检测方法有色谱法、离子转移法以及光谱法等，尽管这些方法的灵敏度比较高，但都具有一定的不足之处，如昂贵的仪器设备、操作过程复杂、费时，不适用于现场检测等。由于荧光探针在快速、准确、方便和经济性等方面具有一定的优势，设计和使用荧光探针来检测TNP引起了分析工作者的广泛关注。但现有技术公开的一些TNP荧光探针不能很好地兼顾水溶性、选择性和可目视性。因此，发展一种操作简单、兼具高选择性和高灵敏性、可检测水体环境中TNP的方法，对于减少环境污染，保证人体健康和安全具有十分重要的意义。

香豆素类席夫碱是一类含有碳氮双键结构的香豆素衍生物，不仅具有优良的生理活性和药理活性，而且具有良好的光学特性，在荧光检测和发光材料等方面得到了广泛的应用，具有很好的开发前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种快速识别TNP的荧光探针及其制备方法，该荧光探针合成简单、选择性好、灵敏度高，能够应用于检测土壤或环境水体中的TNP。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

具体而言，本发明提供了一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针L，其为香豆素类化合物，结构如下：

一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：7-羟基香豆素、六次甲基四胺溶于冰醋酸中，搅拌下回流反应(9～10)h。加入盐酸水溶液，70℃保温继续反应1h。冷却至室温，倒入为其1～2倍体积的冰水中，再用与冰水等体积的乙酸乙酯分3次萃取，萃取液干燥，旋蒸除去溶剂，无水乙醇重结晶，得淡黄色粉末状8-甲酰基-7-羟基香豆素。

步骤(2)：8-甲酰基-7-羟基香豆素溶解在无水乙醇中，搅拌下逐滴加入溶有3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜的无水乙醇溶液，加热回流反应(8～9)h，析出固体，冷却，抽滤，得到红色固体粗产物，干燥后用无水乙醇重结晶，制得所述的荧光探针L。

所述的步骤(1)中，7-羟基香豆素和六次甲基四胺按摩尔比计，7-羟基香豆素：六次甲基四胺＝1mol：2.3～2.5)mol。

所述的步骤(1)中，盐酸水溶液按浓盐酸和水体积比21：25配制。

所述的步骤(1)中，7-羟基香豆素、冰醋酸、盐酸水溶液的用量，按摩尔、体积比计，7-羟基香豆素：冰醋酸：盐酸水溶液＝0.012mol：(35～40)mL：(45～48)mL。

所述步骤(2)中的8-甲酰基-7-羟基香豆素和3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜的用量，按摩尔比计为：8-甲酰基-7-羟基香豆素：3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜＝(2.0～2.2)mol：1mol。

所述步骤步骤(2)中溶剂无水乙醇的总用量，按摩尔、体积比计，3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜：无水乙醇＝1mol：(75～85)mL，其中溶解3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜的用量占溶剂无水乙醇总体积的10％～20％。

本发明还提供上述荧光探针检测、识别环境中TNP的应用。

所述溶液状态2,4,6-三硝基苯酚识别模式的辅助材料为混合溶剂，由N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和去离子水组成，混合溶剂中水的体积百分数为10％～40％。

将探针L溶于混合溶剂中配制浓度为(10^-3～10^-5)mol/L的溶液作为荧光检测材料。

本发明的有益效果有：

(1)本发明的TNP荧光探针可与TNP分子进行特异性作用，产生荧光光谱及颜色的明显变化，从而实现对TNP的识别与检测。

(2)本发明的TNP荧光探针对TNP具有很高的选择性，与其它常规硝基芳香类爆炸物进行作用均不能导致体系颜色和荧光光谱的明显改变。

(3)本发明的TNP荧光探针的稳定性好，进而能够长期保存使用。

(4)本发明的荧光探针是快速高选择性TNP探针，且合成简单，成本低廉，有利于商业化推广应用。

附图说明

图1为实施例1制备探针的¹HNMR谱图。

图2为常规的硝基芳香类爆炸物对实施例1制备探针的荧光光谱响应图。

图3为不同浓度的TNP对实施例1制备探针的荧光光谱响应曲线图。

图4为实施例1制备探针的荧光强度与不同浓度TNP的Stern-Volmer图。

图5为其它常规硝基芳香类爆炸物与TNP对实施例1制备探针荧光猝灭的竞争图。

具体实施方式

上述高灵敏高选择性识别2,4,6-三硝基苯酚荧光探针的制备方法、应用及其光谱性能，将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受下述实施例的限制。

实施例1：

(1)将2g(12.3mmol)7-羟基香豆素、4g(28.5mmol)六次甲基四胺溶解在35mL冰醋酸中，磁力搅拌条件下回流反应9h，然后加入盐酸水溶液(V_盐酸：V_水＝21：25)46mL，再加热到70℃继续保温反应1h。冷却至室温，倒入150mL冰水中，乙酸乙酯萃取(3次，每次50mL)，合并萃取液用无水Na₂SO₄干燥，旋蒸除去溶剂乙酸乙酯，得到淡黄色粉末状8-甲酰基-7-羟基香豆素粗产物，无水乙醇重结晶，产率12％。

(2)取0.2g(1.05mmol)上述实施例1(1)所得的8-甲酰基-7-羟基香豆素溶于35mL无水乙醇，搅拌溶解后逐滴加入溶于5mL无水乙醇的0.1458g(0.52mmol)3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜溶液。加热回流搅拌反应8h。冷却，抽滤。无水乙醇重结晶，得到荧光探针化合物L，产率70％。

探针的表征数据如下：

¹H NMR(400MHz,DMSO，单位：ppm，如图1所示):15.37(s，2H)，11.33(s，2H)，9.37(d，J＝11.1Hz，2H)，8.16(t，J＝2.7Hz，2H)，8.09–7.94(m，2H)，7.90–7.74(m,2H)，7.79–7.67(m,2H)，7.25–7.12(m,2H)，6.95–6.82(m，2H)，6.40–6.17(m,2H)。

实施例2：常规硝基芳香类爆炸物对探针L溶液的荧光光谱响应测定。

探针对常规硝基芳香类爆炸物的荧光光谱响应测定是在DMF-H₂O(V_DMF/V_H2O＝9：1)混合溶剂中进行的，所使用的探针是实施例1所制备的探针样品，探针以及不同常规硝基芳香类爆炸物的浓度均为10^-3mol/L。

以DMF-H₂O(V_DMF/V_H2O＝9：1)混合液为溶剂分别配制浓度为10^-3mol/L的4-硝基甲苯(4-NT)、2,6-二硝基甲苯(2,6-DNT)、三硝基甲苯(TNT)、2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)、对硝基苯酚(4-NP)、邻硝基苯酚(2-NP)、硝基苯(NB)、2-硝基甲苯(2-NT)、2,4,6-三硝基苯酚(TNP)和荧光探针L溶液供以下各实施例使用。

用移液枪吸取1mL浓度为10^-3mol/L的荧光探针L溶液转移至3mL的比色皿中，各比色皿分别加入1mL浓度为10^-3mol/L的NB、2-NT、4-NT、2,4-DNT、2,6-DNT、TNT、2-NP、4-NP溶液，混合均匀后，各混合液进行荧光检测(λex＝400nm，λem＝580nm)，得到图2，即为探针L分子对不同的常规硝基芳香类爆炸物检测情况图。由图2可知，加入TNP溶液的荧光发射光谱发生明显的强度减弱变化，且在365nm紫外光下体系的颜色由淡蓝色转化为黄绿色；而其它的常规硝基芳香类爆炸物对探针溶液的荧光强度影响较小，在365nm紫外光下体系的颜色也基本没变。

实施例3：TNP对荧光探针L溶液的荧光滴定

用移液枪吸取2mL浓度为10^-3mol/L的荧光探针L溶液转移至3mL的比色皿中，滴加浓度为10^-3mol/L的TNP溶液，测试TNP浓度对探针溶液荧光性能的影响(λex＝400nm，λem＝580nm)。结果如图3所示。由图3可知，随着TNP的逐渐加入，体系荧光发射峰的强度逐渐降低，原因是TNP结构中三个缺电子硝基，接收到光子激发而回落到基态的电子，电子不能回到原来的激发态，从而导致荧光猝灭，从而呈现不同强度的荧光光谱。

本实施例所有实验条件和处理方法只是确保检测体系中TNP浓度不同，测定其荧光强度，并绘制荧光强度随TNP浓度变化线性关系图(图4所示)。分析实验结果可以确定探针L对TNP有很高的灵敏性，计算检出限量为1.2×10^-7mol/L，TNP浓度在(5.0～50.0)×10^- ⁷mol/L间荧光强度呈现出良好的线性关系。

由以上数据可知荧光探针L可以对TNP实现高效检测。

实施例4：不同的硝基芳香类爆炸物与TNP对荧光猝灭的竞争性检测

用移液枪吸取2mL浓度为10^-3mol/L的荧光探针L溶液转移至3mL的比色皿中，各比色皿分别加入120μL浓度为10^-3mol/L的NB、2-NT、4-NT、2,4-DNT、2,6-DNT、TNT、2-NP、4-NP溶液，混合均匀(简称：L+NAEs)，检测各混合液荧光强度的变化(λex＝400nm，λem＝580nm)；在此基础上，各比色皿中再分别加入120μL浓度为10^-3mol/L的TNP溶液，混合均匀(简称：L+NAEs+TNP)，测试其它常规硝基芳香类爆炸物与TNP对荧光猝灭的竞争性能，结果如图5所示。由图5可知，实施例中的其它各常规硝基芳香类爆炸物加入TNP溶液后，体系的荧光强度猝灭变化不明显。

虽然用上述实施方式描述了本发明，应当理解的是，在不背离本发明精神的前提下，本发明可进行进一步的修饰和变动，且这些修饰和变动均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针，其特征在于：所述的荧光探针L结构式如下：

2.根据权利要求1所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，7-羟基香豆素、六次甲基四胺溶于冰醋酸后加入到配有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，加热至90℃搅拌反应9～10h，然后加入盐酸水溶液，继续加热至70℃保温反应1h，反应液冷却至室温后倒入一定量的冰水中，乙酸乙酯萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，旋蒸除去溶剂，无水乙醇重结晶，获得中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素，把8-甲酰基-7-羟基香豆素溶解在无水乙醇中，搅拌下逐滴加入溶有3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜的无水乙醇溶液，滴加完毕后在回流状态下反应8～9h，反应液冷却至室温后再放入冰箱(2～5)℃冷藏(3～5)h，抽滤得到红色固体粗产物，干燥后用无水乙醇重结晶，制得所述的荧光探针分子L。

3.根据权利要求2所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述的步骤中，7-羟基香豆素和六次甲基四胺按摩尔比计，7-羟基香豆素:六次甲基四胺＝1mol:(2.3～2.5)mol。

4.根据权利要求2所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述的步骤中，盐酸水溶液按浓盐酸和水体积比21:25配制。

5.根据权利要求2所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述的步骤中，7-羟基香豆素、冰醋酸、盐酸水溶液的用量，按摩尔、体积比计，7-羟基香豆素：冰醋酸：盐酸水溶液＝0.012mol：(35～40)mL：(45～48)mL，盐酸水溶液和萃取剂乙酸乙酯的用量，按体积比计，盐酸水溶液：乙酸乙酯＝(45～48)mL:150mL，乙酸乙酯每次1/3用量，共萃取3次。

6.根据权利要求2所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤中的8-甲酰基-7-羟基香豆素和3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜的用量，按摩尔比计为：8-甲酰基-7-羟基香豆素:3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜＝(2.0～2.2)mol:1mol。

7.根据权利要求2所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤中溶剂无水乙醇的总用量，按摩尔体积比计，3,3′-二氨基-4,4′-二羟基二苯砜:无水乙醇＝1mmol：(75～85)mL。

8.权利要求1所述的一种快速识别2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针在制备荧光检测材料中的应用，其特征在于将探针溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和去离子水的混合液，探针配制成(10^-3～10^-5)mol/L的溶液作为荧光检测材料。