CN112480066B - 一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学分析技术领域，具体涉及了一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用，可用于同时检测铜离子、锌离子和铝离子，其制备方法是：首先通过2‑溴噻吩与对甲酰基苯硼酸以一定比例在一定条件下经Suzuki反应得到中间体4‑(2‑噻吩基)苯甲醛，再通过中间体与邻氨基苯酚于无水乙醇中经醛胺缩合反应得到目标产物。该探针为席夫碱类化合物，具有亚胺键和羟基集团，对铜离子、锌离子和铝离子均有优良的选择性：在乙腈溶液体系中，探针对铜离子表现出蓝色荧光启亮；在近似水溶液体系中，探针对锌离子表现出橙色荧光启亮，对铝离子表现出蓝色荧光启亮。且该探针在与其他常见的金属离子作用荧光信号基本没有变化，抗干扰能力强，具有良好的传感性质，检测限低，在环境金属离子检测方面具有一定的应用潜力。

Description

一种席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属离子检测的分析化学技术领域，具体涉及一种可同时识别铜离子、锌离子和铝离子席夫碱类荧光探针。
背景技术
荧光探针在环境化学、分析化学和生命科学领域具有重要的应用，它具有好的选择性、高的灵敏度、价格低廉且操作简便，可以快速、实时、定量分析和检测等优点，引起了化学领域研究者的广泛。
具有亚胺特性集团的席夫碱类化合物可通过胺和活性羰基缩合得到，它的合成简单，反应条件温和，并且易与金属离子络合，因此席夫碱类化合物在金属离子选择性识别研究领域中是一类理想的探针分子。
铜是生物体内所必需的一种微量重金属元素，作为多种酶的必需辅助因子，参与铁的代谢和促进红细胞生成，维持中枢神经系统的健康。但是，过量的铜离子会损害肝脏和肾脏，并具有生物危害性。作为一种人体非必需元素，铝的广泛使用使人体摄入了过多的铝，过量的铝会对人体的中枢神经和免疫系统造成损害，并导致多种脑部疾病，比如帕金森病，阿尔茨海默病等。锌是人体中第二富集的过渡金属元素，是某些重要蛋白质中的配位金属离子，参与许多生物和代谢过程。有机体摄入不足或多余会导致生长停滞，性器官疾病，和神经退行性等疾病。然而，目前所报道的探针虽然有很多可以实现对铜离子、铝离子和锌离子的识别，但是只能检测其中的一种或两种，很少可以实现对三种离子的同时检测，不利于提高检测效率及降低检测成本。因此开发一种可同时识别铜离子、铝离子和锌离子的席夫碱类多功能荧光探针对于人体健康及环境保护具有十分重大的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种高灵敏度和高选择性的席夫碱类多功能荧光探针及其制备方法和应用。本发明的探针可以实现对铜离子、铝离子和锌离子的同时识别。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种席夫碱类多功能荧光探针，具有(Ⅰ)所示的结构：
Figure GDA0003138509200000011
一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，具体步骤是：
(1)将2-溴噻吩、对甲酰基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、无水碳酸钾加至圆底反应瓶中，其中2-溴噻吩、对甲酰基苯硼酸、四(三苯基膦)钯和无水碳酸钾的摩尔比为1：1.2：0.05：5，以乙二醇二甲醚和去离子水作为溶剂，其中乙二醇二甲醚和水的体积比为1：5，在氮气氛围下，回流搅拌12h，纯化得到(Ⅱ)所示化合物：
Figure GDA0003138509200000021
(2)将化合物(Ⅱ)溶于无水乙醇中，加入邻氨基苯酚，化合物(Ⅱ)与邻氨基苯酚的摩尔比为1：1.2，在50℃条件下搅拌3h，纯化得到(Ⅰ)所示化合物。
进一步地，步骤(1)所述的纯化方式为：反应结束后，冷却至室温，用二氯甲烷萃取反应液，并用无水硫酸镁干燥，经减压旋转蒸发仪去除溶剂，最后以体积比为10:1的石油醚:乙酸乙酯为洗脱剂进行硅胶柱层析分离。
进一步地，步骤(2)所述的纯化方式为：反应结束后，冷却至室温，将沉淀过滤，并用无水乙醇多次洗涤后干燥。
一种如式(Ⅰ)所述的席夫碱类多功能荧光探针的应用，所述席夫碱类多功能荧光探针对铜离子、铝离子和锌离子识别上的应用。
进一步地，将所述荧光探针溶于乙腈中制得10-3mol/L荧光探针分子溶液。
进一步地，所述荧光探针检测铜离子采用的溶液体系为乙腈溶液。
进一步地，检测方法具体为：采用荧光光谱检测的手段，向乙腈检测体系中，加入荧光探针分子溶液，若溶液发出蓝色荧光(392nm)，则检测出铜离子的存在。
进一步地，所述荧光探针检测铝离子和锌离子采用的溶液体系为甲醇溶液。
进一步地，检测方法具体为：采用荧光光谱检测的手段，向甲醇检测体系中，加入荧光探针分子溶液，若溶液发出蓝色荧光(430nm)，则检测出铝离子的存在；若溶液发出橙红色荧光(605nm)，则检测出锌离子的存在。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明所述的席夫碱类荧光探针，制备工艺简单，反应条件温和，可操作性强，总体成本低廉，具有较大的市场竞争力；
(2)本发明所述的荧光探针是一种多功能荧光探针。一方面，可以在乙腈检测体系中，检测铜离子；另一方面，可以在甲醇溶液体系中检测锌离子和铝离子，使得该探针具有广阔的应用前景；
(3)本发明所述的荧光探针灵敏度高，选择性好，检测限低，简单快速。
附图说明
图1为本发明荧光探针(10-3mol/L,100μL)在乙腈溶液中加入不同金属离子(Al3+,Fe3+,Co2+,Mg2+,Ni2+,Ag+,Cu2+,Pb2+,Mn2+,Zn2+,K+,Cd2+,Hg2+,Cr3+,Ca2+,Na+)(10-2mol/L,10μL)后荧光强度对比图；
图2为本发明荧光探针(10-3mol/L,100μL)在乙腈溶液中加入不同金属离子(Al3+,Fe3+,Co2+,Mg2+,Ni2+,Ag+,Cu2+,Pb2+,Mn2+,Zn2+,K+,Cd2+,Hg2+,Cr3+,Ca2+,Na+)(10-2mol/L,10μL)后荧光响应的照片；
图3为本发明荧光探针(10-3mol/L,100μL)在乙腈溶液中加入不同体积的铜离子溶液(10-2mol/L,0-27μL)后荧光光谱响应图；
图4为本发明荧光探针(10-3mol/L,100μL)在甲醇溶液中加入不同金属离子(Al3+,Fe3+,Co2+,Mg2+,Ni2+,Ag+,Cu2+,Pb2+,Mn2+,Zn2+,K+,Cd2+,Hg2+,Cr3+,Ca2+,Na+)(10-2mol/L,10μL)后荧光强度对比图；
图5为本发明荧光探针(10-3mol/L,100μL)在甲醇溶液中加入不同体积的铝离子溶液(10-2mol/L,0-42μL)后荧光光谱响应图；
图6为本发明荧光探针(10-3mol/L,100μL)在甲醇溶液中加入不同体积的锌离子溶液(10-2mol/L,0-40μL)后荧光光谱响应图。
具体实施方式
下面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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种席夫碱类多功能荧光探针，具有(Ⅰ)所示的结构：
Figure GDA0003138509200000031
一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，具体步骤是：
(1)将2-溴噻吩、对甲酰基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、无水碳酸钾加至圆底反应瓶中，其中2-溴噻吩、对甲酰基苯硼酸、四(三苯基膦)钯和无水碳酸钾的摩尔比为1：1.2：0.05：5，以乙二醇二甲醚和去离子水作为溶剂，其中乙二醇二甲醚和水的体积比为1：5，在氮气氛围下，回流搅拌12h，纯化得到(Ⅱ)所示化合物：
Figure GDA0003138509200000032
(2)将化合物(Ⅱ)溶于无水乙醇中，加入邻氨基苯酚，化合物(Ⅱ)与邻氨基苯酚的摩尔比为1：1.2，在50℃条件下搅拌3h，纯化得到(Ⅰ)所示化合物。
合成路线如下：
Figure GDA0003138509200000041
进一步地，步骤(1)所述的纯化方式为：反应结束后，冷却至室温，用二氯甲烷萃取反应液，并用无水硫酸镁干燥，经减压旋转蒸发仪去除溶剂，最后以体积比为10:1的石油醚:乙酸乙酯为洗脱剂进行硅胶柱层析分离。
进一步地，步骤(2)所述的纯化方式为：反应结束后，冷却至室温，将沉淀过滤，并用无水乙醇多次洗涤后干燥。
一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，所述席夫碱类多功能荧光探针对铜离子、铝离子和锌离子识别上的应用。
进一步地，将所述荧光探针溶于乙腈中制得10-3mol/L荧光探针分子溶液。
进一步地，所述荧光探针检测铜离子采用的溶液体系为乙腈溶液。检测方法具体为：检测方法采用荧光光谱检测的手段，向乙腈检测体系中，加入荧光探针分子溶液，若溶液发出蓝色荧光(392nm)，则检测出铜离子的存在。
进一步地，所述荧光探针检测铝离子和锌离子采用的溶液体系为甲醇溶液。检测方法具体为：采用荧光光谱检测的手段，向甲醇检测体系中，加入荧光探针分子溶液，若溶液发出蓝色荧光(430nm)，则检测出铝离子的存在；若溶液发出橙红色荧光(605nm)，则检测出锌离子的存在。
实施例1：荧光探针的合成
(1)首先通过铃木反应合成化合物(II)。
具体步骤如下：将2-溴噻吩(2mmol；326mg)、对甲酰基苯硼酸(2.4mmol；360mg)、四(三苯基膦)钯(0.1mmol；116mg)、无水碳酸钾(10mmol；1.382g)加至100mL两口反应瓶中，以乙二醇二甲醚(20mL)和去离子水(4mL)作为溶剂，在氮气氛围下，回流搅拌8h。反应结束后，冷却至室温，用二氯甲烷萃取反应液，并用无水硫酸镁干燥，经减压旋转蒸发仪去除溶剂，最后以石油醚:乙酸乙酯(10:1，v:v)为洗脱剂进行硅胶柱层析分离，得到白色产物310mg，产率为82％。H NMR(600MHz,Chloroform-d)δ10.00(s,1H),7.93–7.85(m,2H),7.81–7.72(m,2H),7.50–7.42(m,1H),7.40(dd,J＝5.1,1.2Hz,1H),7.15–7.12(m,1H).
(2)探针的合成。
具体步骤如下：将化合物(II)(188mg,1mmol)溶于无水乙醇(15ml)中，加入邻氨基苯酚(131mg,1.2mmol)，在50℃条件下搅拌3h，反应结束后，冷却至室温，将沉淀过滤，并用无水乙醇多次洗涤，干燥后得到浅黄色产物210mg，产率为74％。HNMR(600MHz,Chloroform-d)δ8.70(s,1H),7.94–7.90(m,2H),7.75–7.71(m,2H),7.44(dd,J＝3.6,1.0Hz,1H),7.36(dd,J＝5.1,1.0Hz,1H),7.32(dd,J＝7.9,1.4Hz,1H),7.26(d,J＝5.9Hz,1H),7.22–7.18(m,1H),7.13(dd,J＝5.1,3.6Hz,1H),7.02(dd,J＝8.1,1.3Hz,1H),6.92(td,J＝7.7,1.3Hz,1H).
实施例2：荧光探针对铜离子的选择性识别
将实施例1中制得的探针溶于乙腈中，配制成10-3mol/L荧光探针分子溶液，取100μL加入到10mL乙腈溶液中，借助荧光分光光度计，检测其对加入的不同金属离子的荧光选择性，图1为乙腈检测体系中探针的荧光选择性光谱图。图2中可以看出，探针本身基本没有荧光；加入不同金属离子后，铜离子的加入使得392nm处的荧光强度显著增强，其他离子的加入几乎没有变化。
图1荧光光谱表明，探针实现了对铜离子的高选择性识别。
实施例3：荧光探针对铜离子的定量识别
取实施例2中制得的荧光探针分子溶液100μL于10mL乙腈溶液中，加入不同体积的10-2mol/L铜离子溶液(0-27μL)，借助荧光分光光度计，检测其荧光强度的变化，图3为探针在乙腈溶液中对不同体积的铜离子的荧光光谱响应图，图3中横坐标波长(nm)，纵坐标为荧光强度。
图3的荧光光谱响应图表明，在铜离子加入量为2-25μL范围内，荧光强度与铜离子加入体积具有良好的线性关系，实现了对铜离子的定量检测。
实施例4：荧光探针对铝离子和锌离子的选择性识别
取实施例2中制得的荧光探针分子溶液100μL于10mL甲醇溶液中，借助荧光分光光度计，检测其对加入的不同金属离子的荧光选择性，图4为甲醇检测体系中探针的荧光选择性光谱图。图4中可以看出，探针本身没有荧光；加入不同金属离子后，铝离子的加入使得430nm处的荧光强度显著增强，锌离子的加入使得605nm处的荧光强度显著增强，其他离子的加入几乎没有变化。
图4荧光光谱表明，探针实现了对铝离子和锌离子的高选择性识别。
实施例4：荧光探针对铝离子的定量识别
取实施例2中制得的荧光探针分子溶液100μL于10mL甲醇溶液中，加入不同体积的10-2mol/L铝离子溶液(0-42μL)，借助荧光分光光度计，检测其荧光强度的变化，图5为探针在甲醇溶液中对不同体积的铝离子的荧光光谱响应图，图5中横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。
图5的荧光光谱响应图表明，在铝离子加入量为10-28μL范围内，荧光强度与铝离子加入体积具有良好的线性关系，实现了对铝离子的定量检测。
实施例5：荧光探针对锌离子的定量识别
取实施例2中制得的荧光探针分子溶液100μL于10mL甲醇溶液中，加入不同体积的10-2mol/L锌离子溶液(0-42μL)，借助荧光分光光度计，检测其荧光强度的变化，图6为探针在甲醇溶液体系中对不同体积的锌离子(0-40μL)的荧光光谱响应图，图6中横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。
图6的荧光光谱响应图表明，在锌离子加入量为2-22μL范围内，荧光强度与锌离子加入体积具有良好的线性关系，实现了对锌离子的定量检测。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种席夫碱类多功能荧光探针，其特征在于，具有(Ⅰ)所示的结构：
Figure FDA0002801512200000011
2.一种权利要求1所述的席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于，具体步骤是：
(1)将2-溴噻吩、对甲酰基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、无水碳酸钾加至圆底反应瓶中，其中2-溴噻吩、对甲酰基苯硼酸、四(三苯基膦)钯和无水碳酸钾的摩尔比为1：1.2：0.05：5，以乙二醇二甲醚和去离子水作为溶剂，其中乙二醇二甲醚和水的体积比为1：5，在氮气氛围下，回流搅拌12h，纯化得到(Ⅱ)所示化合物：
Figure FDA0002801512200000012
(2)将化合物(Ⅱ)溶于无水乙醇中，加入邻氨基苯酚，化合物(Ⅱ)与邻氨基苯酚的摩尔比为1：1.2，在50℃条件下搅拌3h，纯化得到(Ⅰ)所示化合物。
3.根据权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的纯化方式为：反应结束后，冷却至室温，用二氯甲烷萃取反应液，并用无水硫酸镁干燥，经减压旋转蒸发仪去除溶剂，最后以体积比为10:1的石油醚:乙酸乙酯为洗脱剂进行硅胶柱层析分离。
4.根据权利要求2所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的纯化方式为：反应结束后，冷却至室温，将沉淀过滤，并用无水乙醇多次洗涤后干燥。
5.一种权利要求1所述的席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征在于：所述席夫碱类多功能荧光探针对铜离子、铝离子和锌离子识别上的应用。
6.根据权利要求5所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征在于：将所述荧光探针溶于乙腈中制得10-3mol/L荧光探针分子溶液。
7.根据权利要求5所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征在于：所述荧光探针检测铜离子采用的溶液体系为乙腈溶液。
8.根据权利要求7所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征在于，检测方法具体为：采用荧光光谱检测的手段，向乙腈检测体系中，加入荧光探针分子溶液，若溶液发出蓝色荧光，则检测出铜离子的存在。
9.根据权利要求5所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征在于：所述荧光探针检测铝离子和锌离子采用的溶液体系为甲醇溶液。
10.根据权利要求9所述的一种席夫碱类多功能荧光探针的应用，其特征在于，检测方法具体为：采用荧光光谱检测的手段，向甲醇检测体系中，加入荧光探针分子溶液，若溶液发出蓝色荧光，则检测出铝离子的存在；若溶液发出橙红色荧光，则检测出锌离子的存在。
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