CN112724040A - 一类基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了如式Ⅰ所示的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针，R₁选自H、OH，R₂选自

R₃选自H、OH；R₄选自H、OH。本发明所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针具有聚集诱导发射效应，经试验表明能够识别Al³⁺、Zn²⁺。因此，本发明还公开了所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针作为金属离子识别试剂识别金属离子的应用。

Description

一类基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针

技术领域

本发明涉及荧光探针及其制备方法与用途，特别涉及一类基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针及其制备方法与用途。

背景技术

铝是地球上含量最多的金属元素之一，它有着广泛的分布和应用。铝在食品添加剂、铝基药物和储存、烹饪用具中广泛使用，铝离子被吸收后，会分布到人和动物的所有组织中，并最终积聚在骨骼中。铁结合蛋白是血浆中Al³⁺的主要载体，Al³⁺可以进入大脑，到达胎盘和胎儿。在通过尿液排泄之前，铝离子可能在各种器官和组织中停留很长时间。此外，铝离子被认为是阿尔茨海默病的致病因素，并与人类中枢神经系统的损害有关。

经过多年的探究，人们开发了一系列的检测铝离子的方法，包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、伏安法和阳极溶出伏安法。但是这些方法不仅需要高成本的分析仪器，而且操作繁琐，在用于活细胞的离子检测时易导致细胞的破坏。

近十年来，荧光探针因其高具有灵敏度、快速便捷的特点而在化学工程、环境科学、生物科学等领域被广泛的研究。一些能产生荧光的物质如丹磺酰氯、萘酰亚胺、罗丹明、三苯胺、香豆素等都被改造成阴离子、阳离子甚至是一些手性化合物的荧光化学探针。这些荧光探针与配体之间可通过氢键、静电力、金属-配体配位和范德华力等非共价键相互作用，结合后可以改变荧光强度、激发或发射波长或荧光寿命，其变化可用仪器检测。

上述荧光探针通常在有机溶剂或有机/水混合物溶液中进行研究，由于其在水溶液中的强聚集猝灭(aggregation-caused quenching,ACQ)效应，限制了其实际应用。2001年，唐本忠团队首次报道了聚集诱导发射(aggregation-induced emission,AIE)现象。具有AIE效应的荧光探针能有效地克服ACQ效应带来的不足，在发光液晶、有机发光二极管、离子检测和水中生物分子识别等领域有着广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一类基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针及其制备方法与用途。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

如式Ⅰ所示的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针：

其中，R₁选自H、OH，R₂选自

R₃选自H、OH；R₄选自H、OH。

本发明所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针如式Ⅰa所示：

其中，R选自H、OH。

本发明所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针如式Ⅰb所示：

其中，R选自H、OH。

具体的，本发明所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针选自以下化合物：

本发明的另一个目的是提供一种基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针的制备方法，主要通过四苯乙烯衍生物(化合物Ⅲ)与取代芳香酰肼

缩合得到，合成路线如下：

其中，R₁选自H、OH，R₂选自

R₃选自H、OH；R₄选自H、OH；R₅选自羰基

化合物Ⅳ具体可以选自4,4’-二羟基二苯甲酮、4-羟基二苯甲酮。

本发明所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、在惰性气体或氮气保护下，以锌粉和TiCl₄为催化剂，以四氢呋喃为反应溶剂，二苯甲酮和化合物Ⅳ加热回流反应，得到化合物Ⅲ；其中，二苯甲酮和化合物Ⅳ的摩尔比为1:1.2，二苯甲酮和锌粉的摩尔比为1:8，二苯甲酮和TiCl₄的摩尔比为1:4；

步骤(2)、以三氟乙酸或冰醋酸为反应溶剂，化合物Ⅲ和乌洛托品回流反应，再室温加水水解中间体，得到化合物Ⅱ；其中，化合物Ⅲ和乌洛托品的摩尔比为1:10；

步骤(3)、以无水甲醇或乙醇为反应溶剂，将化合物Ⅱ与

回流反应，得到目标化合物；其中，化合物Ⅱ与

的摩尔比为1:1～1:2。

步骤(1)中，所述的惰性气体为氩气。

本发明所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针具有聚集诱导发射效应，经试验表明能够识别Al³⁺、Zn²⁺，因此，本发明的另一个目的是提供所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针作为金属离子识别试剂识别金属离子的应用。

所述的金属离子为Al³⁺、Zn²⁺。

具体的，式Ⅰa所示四苯乙烯结构的阳离子荧光探针能够识别Al³⁺；式Ⅰb所示四苯乙烯结构的阳离子荧光探针能够识别Al³⁺、Zn²⁺。

所述的识别金属离子的应用，荧光检测条件为：激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：水含量40％的H₂O和DMSO混合试剂；阳离子荧光探针浓度：1×10^-5mol/L。

本发明的另一个目的是提供化合物TS-1在选择性识别Al³⁺的应用。

附图说明

图1为化合物TS-1(1×10^-5mol/L)在H₂O/DMSO混合溶液中荧光变化曲线；激发波长(λex)：350nm，狭缝(ex/em slits)：(5nm/5nm)。

图2为发射波长560nm下、化合物TS-1(1×10^-5mol/L)在H₂O/DMSO体系中随含水量变化的荧光强度变化；激发波长：350nm，狭缝:(5nm/5nm)。

图3为化合物TS-1加入不同金属离子的荧光变化曲线，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图4为发射波长470nm处，化合物TS-1加入不同金属离子的荧光强度，激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图5为化合物TS-2加入不同金属离子的荧光变化曲线，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图6为化合物TS-3加入不同金属离子的荧光变化曲线，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图7为化合物TS-4加入不同金属离子的荧光变化曲线，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图8为4个化合物对Al³⁺和Zn²⁺的荧光强度对比。

图9为不同离子对TS-1-Al³⁺的影响；其中，TS-1对应的左排：化合物TS-1，右排：化合物TS-1+Al³⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-1和干扰金属离子，右排：化合物TS-1+Al³⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图10为不同离子对TS-2-Al³⁺的影响；其中，对照对应的左排：化合物TS-2，右排：化合物TS-2+Al³⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-2和干扰金属离子，右排：化合物TS-2+Al³⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图11为不同离子对TS-2-Zn²⁺的影响，对照对应的左排：化合物TS-2，右排：化合物TS-2+Al³⁺，右排：化合物TS-2+Zn²⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-2+干扰金属离子，右排：化合物TS-2+Zn²⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图12为不同离子对TS-3-Al³⁺的影响；其中，对照对应的左排：化合物TS-3，右排：化合物TS-3+Al³⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-3+干扰金属离子，右排：化合物TS-3+Al³⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图13为不同离子对TS-3-Zn²⁺的影响；其中，对照对应的左排：化合物TS-3，右排：化合物TS-3+Zn²⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-3+干扰金属离子，右排：化合物TS-3+Zn²⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图14为不同离子对TS-4-Al³⁺的影响；其中，对照对应的左排：化合物TS-4，右排：化合物TS-4+Al³⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-4+干扰金属离子，右排：化合物TS-4+Al³⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图15为不同离子对TS-4-Zn²⁺的影响；其中，对照对应的左排：化合物TS-4，右排：化合物TS-4+Zn²⁺；金属离子对应的左排：化合物TS-4+干扰金属离子，右排：化合物TS-4+Zn²⁺+干扰金属离子；激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图16为化合物TS-4溶液中加入Al³⁺(0-1.2eqvi.)的荧光变化，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图17为发射波长470nm处，化合物TS-4溶液中加入Al³⁺离子(0-1.2eqvi.)的荧光强度变化，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)。溶剂：40％H₂O/DMSO。

图18为化合物TS-1与Al³⁺离子的Job’s plot曲线，激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：40％H₂O/DMSO。

图19为Al³⁺与荧光强度的线性关系图。

图20为化合物TS-1-Al³⁺配合物的络合常数计算。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

化合物TS-1的合成路线如下所示：

化合物1的合成

取30mL重蒸四氢呋喃于反应瓶中，氩气保护下，将锌粉(5.2g，80mmol)加入重蒸四氢呋喃中，冰浴下搅拌15min，用注射器缓慢滴加TiCl₄(4.5mL，40mmol)，加热回流2h。将二苯甲酮(1.82g，10mmol)和4,4’-二羟基二苯甲酮(2.57g，12mmol)溶于20mL重蒸四氢呋喃，缓慢加入反应瓶中，继续加热回流过夜，发生McMurry偶联。反应结束后，用饱和NaHCO₃溶液淬灭反应，调节pH至7，用30mL二氯甲烷萃取三次，合并有机相，水洗，无水Na₂SO₄干燥。硅胶柱层析分离(200～300目柱层析硅胶，石油醚:乙酸乙酯/V:V＝3:1)，得到化合物1(淡白色固体，1.93g，产率53％)。

化合物2的合成

将化合物1(0.50g，1.37mmol)和乌洛托品(1.92g，13.7mmol)加入30mL三氟乙酸中搅拌，加热回流4h，发生Duff醛基化反应，反应结束后，冷却至室温，加入30mL水搅拌一小时，用20mL二氯甲烷萃取三次，饱和Na₂CO₃洗涤、水洗，无水硫酸钠干燥，经硅胶柱层析(200～300目柱层析硅胶，石油醚:乙酸乙酯/V:V＝10:1)，得到化合物2(黄色固体，277mg，产率48％)。

化合物TS-1的合成

将化合物2(250mg，0.6mmol)与苯甲酰肼(162mg，1.2mmol)加入5mL无水乙醇中，搅拌，加热回流过夜，有黄色沉淀生成，用布氏漏斗过滤，用乙醇洗三次，得到化合物TS-1(淡黄色固体，340mg，产率87.4％)。

¹H NMR(300MHz,DMSO-d₆)δ12.01(s,2H),11.19(s,2H),8.45(s,2H),7.92(d,J＝7.5Hz,4H),7.57(dt,J＝14.9,7.2Hz,6H),7.16(dd,J＝12.6,7.9Hz,8H),7.03(d,J＝7.3Hz,4H),6.98–6.89(m,2H),6.74(d,J＝8.5Hz,2H).

实施例2

制备方法同实施例1化合物TS-1，仅将苯甲酰肼替换为水杨酰肼，得到化物TS-2(黄色固体，产率85.2％)。

¹H NMR(300MHz,DMSO-d₆)δ11.94(s,2H),11.75(s,2H),11.13(s,2H),8.51(s,2H),7.88(dd,J＝7.9,1.7Hz,2H),7.46(ddd,J＝8.5,7.2,1.6Hz,2H),7.18(ddd,J＝17.1,9.2,3.8Hz,8H),7.07–6.92(m,10H),6.74(d,J＝8.5Hz,2H).

实施例3

化合物TS-3的合成路线如下所示：

化合物3的合成

取60mL重蒸四氢呋喃于反应瓶中，氩气保护下，将9.6g锌粉(9.6g，0.147mol)加入重蒸四氢呋喃中，冰浴下搅拌15min，用注射器缓慢滴加TiCl₄(8mL，0.072mol)，室温搅拌0.5h，加热到70℃，回流2.5h。再次冷却到室温，冰浴条件下加入3mL吡啶，搅拌10min，将二苯甲酮(2.62g，14.4mmol)和4-羟基二苯甲酮(2.85g，14.4mmol)溶于20mL重蒸THF，缓慢加入反应瓶中，继续加热回流过夜。反应结束后，用饱和NaHCO₃溶液淬灭反应，调节pH至7，用30mL二氯甲烷萃取三次，合并有机相，水洗，无水Na₂SO₄干燥。硅胶柱层析分离(200～300柱层析硅胶，石油醚:乙酸乙酯/V:V＝7:1)，得到化合物3(淡白色固体，3.15g，产率63％)。

化合物4的合成

将化合物3(1.74g，5mmol)和乌洛托品(7.0g，50mmol)加入30mL三氟乙酸中搅拌，升温回流3～4h，反应结束后，冷却至室温，加入30mL水搅拌一小时，用20mL二氯甲烷萃取三次，饱和Na₂CO₃洗涤、水洗，无水硫酸钠干燥，经硅胶柱层析(200～300目柱层析硅胶，石油醚:乙酸乙酯/V:V＝10:1)，得到化合物4(黄色固体，1.16g，产率62％)。

化合物TS-3的合成

将化合物(188mg，0.5mmol)与水杨酰肼(76mg，0.5mmol)加入5mL的无水乙醇中搅拌，升温至80℃回流4h，有黄色沉淀生成，用布氏漏斗过滤，用乙醇洗三次，得到化合物TS-3(淡黄色固体，255mg，产率92.0％)。

¹H NMR(300MHz,DMSO-d₆)δ11.94(s,1H),11.76(s,1H),11.09(s,1H),8.50(s,1H),7.87(dd,J＝7.9,1.7Hz,1H),7.51–7.41(m,1H),7.24–7.08(m,10H),7.08–6.90(m,9H),6.73(d,J＝8.5Hz,1H).

实施例4

化合物TS-4的制备方法同实施例3化合物TS-3，仅将水杨酰肼替换为苯甲酰肼，得到化合物TS-4(黄色固体，产率91.2％)。

¹H NMR(300MHz,DMSO-d₆)δ12.01(s,1H),11.15(s,1H),8.45(s,1H),8.00–7.84(m,2H),7.58(dt,J＝14.6,7.0Hz,3H),7.25–7.09(m,10H),7.08–6.95(m,6H),6.91(dd,J＝8.5,2.3Hz,1H),6.73(d,J＝8.5Hz,1H).

实施例5

AIE性质测试实验

以化合物TS-1AIE性质测试溶液配制为例：准确称取65.7mg化合物TS-1，放置于EP管中，用移液枪加入1.0mL二甲基亚砜配成0.1mol/L的溶液，作为储备液，吸取50μL储备液，再加入4950μL二甲基亚砜配制成1.0×10^-3mol/L的储备液，分别取30μL浓度为1.0×10^{- 3}mol/L的储备液于10个5.0mL EP管，分别加入2970、2670、2370、2070、1770、1470、1170、870、570、270μL二甲基亚砜，然后补加去离子水至各个EP管中总液体体积为3.0mL，振荡EP管，使溶液混合均匀，即得含水比例(即水体积分数)分别为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％的溶液，化合物TS-1浓度为1.0×10^-5mol/L。将上述溶液分别倒入石英比色皿中进行荧光光谱测试。

荧光测试条件：Fluoromax-4荧光分光光度仪，室温，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)。

AIE性质测试结果

由图1和图2可以看出，化合物TS-1的荧光强度随着H₂O/DMSO混合溶液中水体积分数变化，当水的体积分数大于50％时，化合物TS-1的荧光强度随着水比例增加而显著增强。说明该化合物具有AIE效应。

实施例6

离子选择性识别实验

1.1离子储备液的配制

以水(色谱纯)为溶剂，分别配制浓度为1.0×10^-3mol/L的铝离子(Al³⁺)储备液。

以水(色谱纯)，分别配制浓度为1.0×10^-3mol/L的铜离子(Cu²⁺)、钠离子(Na⁺)、铵根离子(NH₄ ⁺)、钙离子(Ca²⁺)、三价铁离子(Fe³⁺)、钴离子(Co²⁺)、锌离子(Zn²⁺)、镉离子(Cd^{2 +})、铬离子(Cr²⁺)、锂离子(Li⁺)、钆离子(Ga³⁺)、镁离子(Mg²⁺)、钡离子(Ba²⁺)、锰离子(Mn²⁺)、镍离子(Ni²⁺)、钾离子(K⁺)等离子储备液。

以配制Al³⁺储备液为例：准确称取无水三氯化铝13.3mg，放入5mLEP管，用移液枪加入1mL水(色谱纯)配成0.1mol/L溶液，用移液枪取50μL于10mL EP管中，用移液枪加入5950μL去离子水配成1.0×10^-3mol/L的溶液，作为Al³⁺储备液。

1.2荧光探针储备液的配制

以二甲基亚砜为溶剂，分别配制浓度为1.0×10^-3mol/L的化合物TS-1、TS-2、TS-3和TS-4储备液。

以配制化合物TS-1储备液为例：准确称取65.7mg化合物TS-1，放置于EP管中，用移液枪加入1.0mL二甲基亚砜，配成化合物TS-1浓度为0.1mol/L的溶液，吸取50μL，再加入4950μL配制成化合物TS-1浓度为1.0×10^-3mol/L的储备液。

1.3化合物对离子选择性识别溶液的配制

往荧光探针储备液中，分别加入铝离子储备液或其它离子储备液，在二甲基亚砜和水混合溶液(荧光探针浓度为1×10^-5mol/L，铝离子浓度为1×10^-5mol/L，其他离子浓度为1×10^-5mol/L，DMSO和H₂O体积比＝3:2)中测定荧光发射光谱。

荧光测试条件：Fluoromax-4荧光分光光度仪，室温，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)。

以化合物TS-1为例：取30μL浓度为1.0×10^-3mol/L的化合物TS-1储备液，置于石英比色皿中(石英比色皿的厚度为1cm)，再用移液枪加入30μL浓度为1.0×10^-3mol/L的铝离子储备液，加入适量DMSO/H₂O配成3mL DMSO和H₂O体积比＝3:2的待测样品溶液(化合物TS-1浓度为1×10^-5mol/L，铝离子浓度为1×10^-5mol/L)，摇匀并静置。根据此法，同样将其它离子配制成待测样品溶液(化合物TS-1浓度为1×10^-5mol/L，其它离子浓度为1×10^-5mol/L)。共17组待测离子样品溶液和1组空白对照(不加任何离子，TS-1浓度为1×10^-5mol/L)。

离子选择性识别结果

以化合物TS-1为例：

检测化合物TS-1对不同离子的荧光强度。如图3，结果显示，荧光探针储备液中分别加入1倍当量的钠离子(Na⁺)、铵根离子(NH₄ ⁺)、镁离子(Mg²⁺)、钙离子(Ca²⁺)、镉离子(Cd^{2 +})、铬离子(Cr²⁺)、锂离子(Li⁺)、钡离子(Ba²⁺)、锰离子(Mn²⁺)、钾离子(K⁺)、三价铁离子(Fe^{3 +})、钴离子(Co²⁺)、钆离子(Ga³⁺)、镍离子(Ni²⁺)、铜离子(Cu²⁺)、锌离子(Zn²⁺)(化合物TS-1浓度为1×10^-5mol/L，阳离子浓度为1×10^-5mol/L，DMSO和H₂O体积比＝3:2)后基本荧光强度没有明显变化，而加入铝离子(Al³⁺)(化合物TS-1浓度为1×10^-5mol/L，Al³⁺浓度为1×10^-5mol/L，DMSO和H₂O体积比＝3:2)后荧光强度增加了14倍。说明化合物TS-1对铝离子具有较好的荧光选择性识别能力。

取图3中发射波长为470nm处的荧光强度做图(图4)，显示，化合物TS-1对Al³⁺离子具有较好的荧光选择性识别能力。

参照化合物TS-1的离子选择性识别实验，将化合物TS-1分别替换为化合物TS-2、化合物TS-3、化合物TS-4，检测化合物TS-2、化合物TS-3、化合物TS-4对不同离子的荧光强度。

根据图5-图7显示，化合物TS-2、TS-3、TS-4均对Al³⁺有很好的荧光响应，但是同时对Zn²⁺也有一定强度的响应。

由图8可以看出，化合物TS-1对Al³⁺有很好的荧光响应，且相对于化合物TS-2、TS-3、TS-4可以不受Zn²⁺的干扰。

实施例7

离子竞争性实验

按照实施例6配制Al³⁺储备液、其他离子储备液(即干扰离子储备液)、荧光探针储备液，往荧光探针储备液中加入Al³⁺储备液和干扰离子储备液，在二甲基亚砜和水(DMSO和H₂O体积比为3:2)的混合溶液中测定紫外吸收光谱和荧光发射光谱。

以化合物TS-1为例：

取30μL浓度为1.0×10^-3mol/L的化合物TS-1储备液，置于石英比色皿中(石英比色皿的厚度为1cm)，用移液枪加入30μL浓度为1.0×10^-3mol/L的Al³⁺储备液，再加入30μL干扰离子储备液，再加入适量二甲亚砜和水，配置成3mL DMSO/H₂O＝3:2的待测样品溶液，摇匀并静置，配制成可待测样品溶液(化合物TS-1浓度为1×10^-5mol/L，Al³⁺浓度为1×10^-5mol/L，干扰离子浓度为1×10^-5mol/L)。

取30μL浓度为1.0×10^-3mol/L的化合物TS-1储备液，置于石英比色皿中(石英比色皿的厚度为1cm)，用移液枪加入30μL干扰离子储备液，再加入适量二甲亚砜和水，配置成3mL DMSO/H₂O＝3:2的待测样品溶液，摇匀并静置，配制成可待测样品溶液2(化合物TS-1浓度为1×10^-5mol/L，干扰离子浓度为1×10^-5mol/L)。

荧光测试条件：Fluoromax-4荧光分光光度仪，室温，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)

检测在470nm处的荧光强度。

参考化合物TS-1的离子竞争性实验，进行化合物TS-2、TS-3、TS-4对Al³⁺和Zn²⁺的离子竞争性实验。

离子竞争性实验结果

如图9所示，化合物TS-1中加入Al³⁺和干扰离子，在Cu²⁺和Fe³⁺存在下，在470nm处荧光强度稍微降低，而其他金属离子的存在对探针分子TS-1对Al³⁺离子的识别性能几乎没有干扰。

如图10-图15所示，干扰离子不影响TS-2、TS-3、TS-4对Al³⁺或Zn²⁺的识别，但是TS-2、TS-3、TS-4均不能排除Al³⁺和Zn²⁺的相互干扰。

实施例8

荧光滴定实验

采用DMSO和H₂O体积比为3:2的混合溶剂配制荧光探针浓度为1×10^-5mol/L的溶液，加入微量的待测离子溶液(不考虑体积变化)，分别记录其荧光强度。

以化合物TS-1为例：取30μL浓度为1.0×10^-3mol/L的化合物TS-1储备液，置于石英比色皿中(石英比色皿的厚度为1cm)，配成3mLDMSO/H₂O＝3:2的待测样品溶液，不断用移液枪加入3μL浓度为1.0×10^-3mol/L的Al³⁺储备液，记录Al³⁺浓度在1×10^-6mol/L-1.2×10^{- 5}mol/L(加入1-1.2倍当量(eqvi.)的Al³⁺)的荧光强度变化(图16)，并记录发射波长470nm处的影响强度(图17)。

荧光测试条件：Fluoromax-4荧光分光光度仪，室温，激发波长：350nm，狭缝：(5nm/5nm)，检测在470nm处的荧光强度。

荧光滴定实验结果

由图16-图17可知，随着Al³⁺的浓度不断增强，在470nm处的荧光强度不断增强，当到达1倍当量时，再增加Al³⁺离子，荧光强度没有明显变化，说明当化合物TS-1和Al³⁺的摩尔比达到1:1时，荧光强度达到最大。

实施例9

测定Job’Plot曲线

在固定探针分子与检测离子的总浓度为2×10^-5mol/L不变的情况下，连续变化两者之间的比率，X_M ³⁺＝[Mⁿ⁺]/([M³⁺]+[TS-N])或X_TS-N＝[Mⁿ⁺]/([M³⁺]+[TS-N])，测定其光谱变化(激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm))。以被检测离子的摩尔比为横坐标，变化波长处的荧光强度为纵坐标作图，光谱图中变化最大的点所对应的横坐标就是探针分子与检测离子之间的结合比例。

以化合物TS-1为例，配制化合物TS-1与Al³⁺摩尔比为1:1的待测液：取30μL浓度为1.0×10^-3mol/L化合物TS-1储备液置于石英比色皿中(石英比色皿的厚度为1cm)，用移液枪加入30μL浓度为1.0×10^-3mol/LAl³⁺储备液，再加入适量二甲亚砜和水，配置成3mL DMSO和H₂O体积比＝3:2的待测样品，摇匀并静置，即可配制成TS-1与Al³⁺摩尔比为1:1的待测液。

如此不断调节Al³⁺离子和化合物TS-1的摩尔比，X_Al ³⁺＝[Al³⁺]/([Al³⁺]+[TS-1])，配制总浓度为2×10^-5mol/L的待测溶液。

测定Job’s Plot曲线结果

图18为化合物TS-1与Al³⁺的Job’s plot曲线，荧光强度的最大值出现在0.5处，说明Al³⁺和化合物TS-1的配位比为1:1。

实施例10

检测限和络合常数的计算

检测限是评价探针识别能力好坏的重要指标。检测限的确定方法一般包括实验法、外推法和计算法。实验法是通过探针与不同浓度的目标金属离子作用，观察不同浓度下体系荧光强度的变化来确定检测限。外推法通过scatchard方程来确定探针对目标分析物的检测限。计算法是通过DL＝3σ得到探针对目标分析物的检测限(σ：10次空白样品(不加离子)计算得到的标准偏差；D：荧光强度与金属离子浓度线性关系图的斜率)。由于计算法得到的数据相对准确，本发明主要采用计算法得到探针识别金属离子的检测限。

以化合物TS-1为例，标准偏差通过10次空白样品在发射波长470nm处荧光强度数据计算得到。σ为5894.93(表1)；根据实施例8荧光滴定实验做出的Al³⁺离子浓度与荧光强度的线性关系图得到斜率k，k为1.455×10¹¹(图19)。综上，化合物TS-1对Al³⁺的检测限为1.35×10^-8M。

表1：10次空白样品在波长470nm处的荧光强度数据

络合常数用来衡量探针配体与待识别金属离子稳定程度，通过Benesi-Hildebrand方程来计算得到络合常数。

其中，F代表离子任意浓度的存在时体系的荧光强度；

F_min代表无待测分析物存在时体系的荧光强度；

F_max代表探针和待测分析物相互作用达到平衡时的荧光强度；

K代表探针和待测分析物的络合常数。

以化合物TS-1为例，F代表0.1-1.2μM的Al³⁺存在时体系的荧光强度；F_min代表无Al^{3 +}存在时体系的荧光强度；F_max代表化合物TS-1和Al³⁺离子相互作用达到平衡时的荧光强度；K代表化合物TS-1和Al³⁺离子的络合常数。如图20所示，计算得到TS-1与Al³⁺离子络合常数为1.415×10⁵。

Claims (10)

1.如式Ⅰ所示的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针：

其中，R₁选自H、OH，R₂选自

R₃选自H、OH；R₄选自H、OH。

2.如式Ⅰa所示的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针：

其中，R选自H、OH。

3.如式Ⅰb所示的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针：

其中，R选自H、OH。

4.基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针，其特征在于选自以下化合物：

5.基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针，其特征在于选自以下化合物：

6.一种权利要求1所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针的制备方法，其特征在于合成路线如下：

其中，R₁选自H、OH，R₂选自

R₃选自H、OH；R₄选自H、OH；R₅选自羰基

7.根据权利要求6所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针的制备方法，其特征在于包括：

步骤(1)、在惰性气体或氮气保护下，以锌粉和TiCl₄为催化剂，以四氢呋喃为反应溶剂，二苯甲酮和化合物Ⅳ加热回流反应，得到化合物Ⅲ；其中，二苯甲酮和化合物Ⅳ的摩尔比为1:1.2，二苯甲酮和锌粉的摩尔比为1:8，二苯甲酮和TiCl₄的摩尔比为1:4；

步骤(2)、以三氟乙酸或冰醋酸为反应溶剂，化合物Ⅲ和乌洛托品回流反应，再室温加水水解中间体，得到化合物Ⅱ；其中，化合物Ⅲ和乌洛托品的摩尔比为1:10；

步骤(3)、以无水甲醇或乙醇为反应溶剂，将化合物Ⅱ与

回流反应，得到目标化合物；其中，化合物Ⅱ与

的摩尔比为1:1～1:2。

8.权利要求1-5任一项所述的基于四苯乙烯结构的阳离子荧光探针作为金属离子识别试剂识别金属离子的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于所述的金属离子为Al³⁺、Zn²⁺。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于荧光检测条件为：激发波长：350nm，发射波长：470nm，狭缝：(5nm/5nm)；溶剂：水含量40％的H₂O和DMSO混合试剂；阳离子荧光探针浓度：1×10^-5mol/L。

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