CN112480139B - 罗丹明类荧光探针的制备方法及其检测有机自由基方法 - Google Patents

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Abstract

一种罗丹明类酰胺衍生物的合成及其作为荧光探针应用于有机自由基中间体检测的方法。本发明分为两个步骤，步骤一：以罗丹明B和胺的衍生物在HBTU作用下通过分步投料的方式可高效率地合成罗丹明的酰胺衍生物；步骤二：将步骤一合成的罗丹明酰胺类衍生物加入到有机自由基反应溶液当中，在肉眼下可观察到颜色较浅的有机自由基中间体溶液颜色变为粉红至深红色，也可在荧光分光光度计测试下可观察到罗丹明类荧光探针在添加前后溶液荧光强度数量级地递增变化。该方法可高效率、低成本、操作简便地合成罗丹明酰胺类荧光探针，并且这些荧光探针可对有机自由基进行高灵敏地实时监控。和以往的方法相比具有十分显著的优势。

Description

罗丹明类荧光探针的制备方法及其检测有机自由基方法
技术领域
本发明涉及一种荧光分子探针的制备及其应用，属于化学合成与分析学科交叉技术领域。
背景技术
反应活性中间体的检测是极具挑战性的课题，它对反应机理的研究、反应进程的监控起至关重要的作用。有机自由基反应是有机化学反应的基本类型之一，它为各种C-C、C-杂键的构建提供丰富多样的策略，涉及有机自由基反应的过程。目前常用于直接检测有机自由基中间体的仪器分析方法是电子顺磁共振法；或者通过捕获自由基中间体再分析的间接检测方法。这些方法存在仪器成本较高，灵敏度较低、检测步骤繁琐、样品制备复杂、无法实时检测的问题，这为有机自由基反应机理的测定、反应进程的实时监控带来了困难。
荧光检测法具有灵敏度高、实时跟踪监测、选择性高等优点，目前多种荧光团如罗丹明类、荧光素类、香豆素类、BODIPY类母体被广泛应用于多种离子、分子的检测。其中，罗丹明类荧光探针具有吸光系数高、荧光量子产率及化学稳定性良好的特点。
罗丹明酰胺衍生物荧光探针的合成多通过罗丹明与三氯氧磷反应转化为酰氯中间体后再与伯胺缩合得到，不过三氯氧磷属于剧毒化学品，同时也存在易水解、刺激性强、污染环境等缺点。此外，也可通过苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐（HBTU）等缩合剂介导下罗丹明B及伯胺缩合为酰胺的一锅投料方法，然而该方法针对芳香胺及大位阻的胺衍生物与罗丹明的缩合反应存在产率低的问题。
因此，如何高效地合成罗丹明类酰胺衍生物具有重要的意义。此外，采用罗丹明类荧光团对有机自由基中间体的荧光检测法的建立将为有机自由基反应这一大类基本反应提供机理研究、反应进程监控、反应规律考察等研究提供重要的技术手段。
发明内容
本发明所要解决的是克服目前有机自由基分析方法需要使用电子顺磁共振波谱仪或者间接分析方法设备昂贵、灵敏度低、操作繁琐、非实时检测的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种罗丹明类荧光探针的制备方法，所述方法包括：将0.01-100 mol 罗丹明B、0.01-100 mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐（HBTU）溶解于5-500 mL无水1，2-二氯乙烷（DCE）或二氯甲烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺，室温搅拌1-4小时之后，再加入0.005-100 mol伯胺(RNH2)反应10-24 h，柱层析后得到固体状荧光探针分子A；
反应方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
所述伯胺(RNH2)为取代或未取代的脂肪胺、取代或未取代的芳香胺。
一种罗丹明类荧光探针用于检测有机自由基，其方法包括：取罗丹明类荧光探针0.001-1000 mmol 加入到待检测的有机自由基中间体溶液当中，对于最初是无色或浅色的有机自由基中间体溶液于裸眼下即可进行选择性识别，溶液颜色变为显粉红色至深红色，进一步通过荧光分光光度计测试溶液的荧光可检测到荧光强度数量级地提高；对于颜色较深的有机自由基中间体的溶液可通过荧光分光光度计检测到荧光强度数量级地增强。
采用上述技术方案的有益效果是：
1.本发明的方法可高产率地合成罗丹明类荧光探针，同时操作简单，反应步骤短，与现有方法相比，具有显著的经济性。
2.本发明制得的罗丹明类荧光探针可灵敏地实时检测有机自由基中间体。
附图说明
图1为本发明合成的荧光探针A-1在实施例1-10当中对由过氧乙酸叔丁酯产生的自由基中间体在不同溶剂当中进行荧光显色的荧光光谱图。
图2为本发明合成的荧光探针A-5在实施例15当中特异选择识别有机自由基中间体的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件，若未标明反应温度，均表示该反应在室温条件下进行。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
以下实施例中均采用本领域常规的后处理方法进行纯化。
实施例一
步骤一：一种罗丹明类荧光探针的制备方法，将0.01-100 mol 罗丹明B、0.01-100mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐溶解于5-500 mL无水1，2-二氯乙烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺。室温搅拌1-4小时，再加入0.005-100 mol 4-羟基苄胺，反应24h。浓缩反应液，柱层析后得到固体状荧光探针分子A-1。产率为59%。1H NMR (400 MHz,CDCl3) δ 7.91 (s, 1H), 7.46-7.38 (m, 3H), 7.11-7.06 (m, 1H), 6.79 (d, J=7.9Hz, 2H), 6.49 (d, J=7.7 Hz, 2H), 6.35 (s, 2H), 6.25 (d, J=8.8 Hz, 2H), 6.12(d, J=8.5 Hz, 2H), 4.22 (s, 2H), 3.31 (q, J=6.9 Hz, 8H), 1.16 (t, J=6.7 Hz,12H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 168.3, 155.0, 153.6, 153.4, 148.7, 132.6,131.3, 130.2, 129.4, 129.3, 128.2, 123.9, 123.0, 114.8, 108.2, 105.4, 97.6,65.5, 44.6, 43.7, 12.7。
反应方程式为：
Figure 643002DEST_PATH_IMAGE002
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg的过氧化乙酸叔丁酯的N，N-二甲基亚砜（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例二
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的四氢呋喃（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例三
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的乙腈（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例四
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的二氯乙烷（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例五
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的丙酮（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例六
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的二氯甲烷（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例七
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的甲醇（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例八
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的乙酸乙酯（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例九
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的乙醇（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例十
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有1-100 mg过氧乙酸叔丁酯的水（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-1的反应有数量级的增加。
实施例十一
步骤一：同实施例一的步骤一，制得荧光探针A-1；
步骤二：将1 mg由步骤一制得的荧光探针A-1加入至含有2 mg偶氮二异丁腈以及0.2 mL苯乙烯的甲醇（1 mL）混合溶液当中，加热到60℃，反应2 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值与未添加探针A-1的反应相比有数量级的增加。
实施例十二
步骤一：一种罗丹明类荧光探针的制备方法，将0.01-100 mol 罗丹明B、0.01-100mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐溶解于5-500 mL无水1，2-二氯乙烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺。室温搅拌2小时，再加入0.005-100 mol 2-羟基苄胺，反应24 h。浓缩反应液，柱层析后得到固体状荧光探针分子A-2。产率为65%。1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ 9.88 (s, 1H), 7.93-7.88 (m, 1H), 7.48-7.42 (m, 2H), 7.10 (d, J=5.0 Hz, 1H),6.94 (t, J=7.4 Hz, 1H), 6.80 (d, J=7.9 Hz, 1H), 6.43 (s, 2H), 6.30-6.24 (m,3H), 6.11-6.09 (m, 3H), 4.23 (s, 2H), 3.33 (q, J=6.6 Hz, 8H), 1.17 (t, J=6.5Hz, 12H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ169.5, 165.2, 155.9, 154.2, 153.4, 149.0,133.1, 131.5, 130.1, 129.0, 128.4, 123.9, 123.1, 122.8, 119.0, 117.4, 108.4,104.1, 97.7, 66.5, 44.6, 40.6, 12.7。
反应方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-2加入至含有1-100 mg的2,2'-偶氮双(异丁腈)的二氯甲烷（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-2的反应有数量级的增加。
实施例十三
步骤一：一种罗丹明类荧光探针的制备方法，将0.01-100 mol 罗丹明B、0.01-100mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐溶解于5-500 mL无水1，2-二氯乙烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺。室温搅拌1小时，再加入0.005-100 mol 苯乙胺，反应24 h。浓缩反应液，柱层析后得到固体状荧光探针分子A-3。产率为70%。1H NMR (400 MHz, CD3CN) δ7.85-7.83 (m, 1H), 7.54-7.42 (m, 2H), 7.19-7.15 (m, 2H), 7.12-7.08 (m, 2H),6.95-6.93 (m, 2H), 6.46-6.37 (m, 6H), 3.35 (q, J=7.0 Hz, 8H), 3.21 (t, J=8.4Hz, 2H), 2.45 (t, J=8.4 Hz, 2H), 1.12 (t, J=7.0 Hz, 12H). 13C NMR (101 MHz,acetone-d 6 ) δ167.4, 154.4, 154.2, 149.8, 140.4, 133.1, 132.8, 129.6, 129.24,129.18, 129.0, 126.9, 124.6, 123.1, 109.2, 106.9, 98.4, 65.4, 44.9, 42.9,35.5, 12.8。
反应方程式为：
Figure 58677DEST_PATH_IMAGE004
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-3加入至含有1-100 mg的叔丁基过氧化物的丙酮（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-3的反应有数量级的增加。
实施例十四
步骤一：一种罗丹明类荧光探针的制备方法，将0.01-100 mol 罗丹明B、0.01-100mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐溶解于5-500 mL无水二氯甲烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺。室温搅拌4小时，再加入0.005-100 mol 2-苯基苯胺，反应24 h。浓缩反应液，柱层析后得到固体状荧光探针分子A-4。产率为40%。1H NMR (400 MHz, CD3CN) δ7.99-7.91 (m, 1H), 7.66 -7.54 (m, 2H), 7.29 (td, J=7.6, 1.2 Hz, 1H), 7.18-6.91 (m, 8H), 6.43 (d, J=1.8 Hz, 2H), 6.25 (dd, J=7.9, 1.0 Hz, 1H), 6.11 (s,1H), 6.03 (d, J=2.3 Hz, 1H), 5.50 (dd, J=10.9, 5.6 Hz, 2H), 3.47-3.05 (q,8H), 1.11 (t, J=10.2, 7.0 Hz, 12H). 13C NMR (101 MHz, acetone-d 6 ) δ 167.6,154.8, 153.6, 151.5, 148.9, 148.3, 143.6, 140.0, 133.4, 133.0, 132.4, 131.8,130.9, 128.6, 128.5, 128.4, 128.2, 128.1, 127.6, 126.8, 126.4, 124.5, 122.7,108.1, 107.9, 107.7, 105.2, 100.0, 97.8, 96.5, 68.3, 44.1, 43.8, 12.2, 11.8。
反应方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
步骤二：将1-100 mg由步骤一制得的荧光探针A-4加入至含有1-100 mg的叔丁基过氧化氢的N，N-二甲基亚砜（1-100 mL）溶液当中，加热到100℃，反应1 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值相较于未添加荧光探针A-4的反应有数量级的增加。
实施例十五
步骤一：一种罗丹明类荧光探针的制备方法，将0.01-100 mol 罗丹明B、0.01-100mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐溶解于5-500 mL无水1，2-二氯乙烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺。室温搅拌1-4小时，再加入0.005-100 mol 2-萘胺反应，反应36h。浓缩反应液，柱层析后得到固体状荧光探针分子A-5。产率为65%。1H NMR (400 MHz,CD3CN) δ 7.96-7.94 (m, 1H), 7.63-7.58 (m, 2H), 7.31-7.27 (m, 1H), 7.17-6.95(m, 8H), 6.43 (d, J=1.8 Hz, 2H), 6.25 (dd, J=7.9, 1.0 Hz, 1H), 6.13-6.10 (m,1H), 6.03 (d, J=2.3 Hz, 1H), 5.53-5.46 (m, 2H), 3.36-3.23 (m, 8H), 1.11 (dt,J=10.2, 7.0 Hz, 12H). 13C NMR (101 MHz, acetone-d 6 ) δ 168.5, 155.6, 154.4,152.4, 149.8, 149.2, 144.5, 140.8, 134.3, 133.9, 133.3, 132.6, 131.8, 129.44,129.38, 129.3, 129.1, 129.0, 128.4, 127.7, 127.3, 125.4, 123.6, 109.0, 108.8,108.6, 106.0, 100.9, 98.7, 97.4, 69.2, 45.0, 44.7, 13.1, 12.7。
反应方程式为：
Figure 298467DEST_PATH_IMAGE006
步骤二：将1 mg由步骤一制得的荧光探针A-5加入至含有2 mg的2,2'-偶氮双(异丁腈)以及0.2 mL苯乙烯的甲醇（1 mL）混合溶液当中，加热到60℃，反应2 h，即可用肉眼观察到粉红色溶液生成，进一步用荧光分光光度计检测可发现溶液的荧光值与未添加荧光探针A-5的反应相比有数量级的增加。
应理解，在阅读了本发明上述讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

Claims (2)

1.一种罗丹明类荧光探针的制备方法，其特征在于：所述方法包括：将0.01-100 mol罗丹明B、0.01-100 mol苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐（HBTU）溶解于5-500mL无水1，2-二氯乙烷（DCE）或二氯甲烷中，加入0.01-100 mol 三乙胺，室温搅拌1-4小时之后，再加入0.005-100 mol伯胺(RNH2)反应10-24 h，柱层析后得到固体状荧光探针分子A；
反应方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
所述伯胺(RNH2)为取代或未取代的脂肪胺、取代或未取代的芳香胺。
2.一种如权利要求1所述制备方法所得罗丹明类荧光探针的应用，其特征在于：将所述罗丹明类荧光探针应用于检测有机自由基。
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