CN113004257A - 查尔酮结构的荧光探针及其制备方法和检测肼的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一个基于查尔酮结构的荧光探针，制备方法及其在检测肼上的应用。具体涉及的探针为3‑(3′‑(2′‑氯‑7′‑(二乙氨基)喹啉基)烯丙酮基)‑7‑二乙氨基香豆素(QCT‑Cl)。该探针QCT‑Cl是以2‑氯‑7‑二乙氨基喹啉甲醛和7‑二乙氨基香豆素‑3‑乙酮为原料经缩合反应制备得到的，其合成条件温和、纯化简单。本发明中QCT‑Cl是一种荧光增强型的荧光探针，肼与它作用后，在紫外灯下裸眼可见其溶液由弱红色变为亮蓝，具有选择性高、抗干扰性强、灵敏性高，检测肼的最低检测限为9.46×10^‑8 mol/L，可作为定性、定量检测肼的荧光探针，广泛应用于环境和生物领域肼的检测。

Description

查尔酮结构的荧光探针及其制备方法和检测肼的应用

技术领域

本发明属于有机合成和分析检测技术领域，具体涉及一种检测肼的荧光探针及其制备方法和在检测肼中的应用。

背景技术

肼(Hydrazine,NH₂NH₂)，又称“联氨”，作为一种强还原剂、高活性碱和亲核试剂，被广泛应用于如金属防腐、纺织染料、医药、化工等领域，同时因其具有高热能而被应用于航空、航天和燃料电池领域。然而，肼作为一种神经毒素，易通过口腔、皮肤渗透或吸入方式对人体肝，肺，肾、血液和中枢神经系统造成不可逆损伤。另外，肼作为一种基因毒性化合物，具有潜在的致癌、致畸、和致突变效应。中华人民共和国国家职业卫生标准GBZ2.1-2007规定，肼的时间加权平均容许浓度PC-TWA0.06mg/m³，短时间接触容许浓度PC-STEL0.13mg/m³。因而开发选择性好、灵敏度高、快速方便的分析方法用于肼的检测具有重要意义。

肼的常规检测方法有色谱法、电化学分析法等，这些检测方法存在耗时长，操作繁琐等弊端。荧光光谱法具有操作简便，灵敏度高、对生物样品相容性好、能实时监测等优点，受到了人们越来越多的关注。荧光光谱法的核心之一是荧光探针分子。目前，已报道的用于检测肼的荧光探针显示出对肼良好的灵敏性和选择性，但这些探针也存在合成路线长、收率低、检测不理想等缺点。因此，开发能够有效克服上述缺点的新型荧光探针仍是必要的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种查尔酮结构的荧光探针，该探针为3-(3′-(2′-氯-7′-(二乙氨基)喹啉基)烯丙酮基)-7-二乙氨基香豆素(命名为QCT-Cl)，结构式如下：

所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，包括如下步骤：向反应瓶中加入2-氯-7-二乙氨基喹啉-3-甲醛、7-二乙氨基香豆素-3-乙酮和溶剂，搅拌使固体溶解，加入催化剂，搅拌回流；薄层层析监测反应进程，反应结束后，抽滤、纯化后得到查尔酮结构的荧光探针。

2-氯-7-二乙氨基喹啉-3-甲醛和7-二乙氨基香豆素-3-乙酮的摩尔比为1:0.8～2。

所述的溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、或丁醇中的任意一种。

所述的催化剂为碱、或酸、或酸碱混合物以任意体积比的混合物。

所述的碱包括哌啶或吡啶或三乙胺，优选哌啶；所述的酸为乙酸；所述酸碱混合物中酸碱的体积比为1:1～3。

所述的酸碱混合物中酸为乙酸，碱为哌啶。

所述的查尔酮结构的荧光探针在作为定性识别和定量检测肼的药物中的应用。

所述的查尔酮结构的荧光探针在溶液中或气相中作为定性识别和定量检测肼的药物中的应用。

QCT-Cl在肼的定性识别应用中是将待测样品加入到QCT-Cl溶液中，混合均匀，在365nm紫外灯下观察其颜色和亮度变化。

QCT-Cl在肼的定量检测应用，将待测样品加入到QCT-Cl溶液中，混合均匀，于380nm激发下，在400～700nm之间进行荧光分光光谱法的检测。

本发明有益效果：

与现有技术相比本发明的具有以下有益效果：

1.本发明利用肼具有强亲核性，能与ɑ,β-不饱和酮发生反应这一特性，设计了一个基于反应型的新荧光探针3-(3′-(2′-氯-7′-二乙氨基喹啉丙烯酮-7-二乙氨基香豆素(QCT-Cl)。肼与该探针反应后使得探针分子内共轭体系发生改变，改变了探针分子的分子内电荷转移效应(ICT)，引起分子的荧光光谱的变化，从而实现对肼的专一性识别。

2.本发明的荧光探针是利用喹啉中的醛基具有缺电子特性，能与具有活泼香豆素乙酮发生羟醛缩合反应制备得到。该反应具有合成路线短、反应条件温和、后处理简便、产率高等特点。

3.本发明的荧光探针对肼反应迅速，选择性高，抗干扰性强、检测限低，且可对肼实现实时、快速的定性、定量检测。

附图说明

图1为实施例1-1所制备的QCT-Cl的¹H-NMR图谱。

图2为实施例1-1所制备的QCT-Cl的¹³C-NMR图谱。

图3为实施例1-1所制备的QCT-Cl检测不同浓度肼的荧光发射图谱。

图4为实施例1-1所制备的QCT-Cl检测肼的荧光发射强度和随肼浓度变化线性关系图。图5为实施例1-1所制备的QCT-Cl的荧光光谱和加入不同分析物荧光发射光谱。

图6为实施例1-1所制备的QCT-Cl在不同分析物干扰下检测肼荧光发射强度柱状图。

图7为实施例1-1所制备的QCT-Cl检测肼Job’s曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

3-(3′-(2′-氯-7′-二乙氨基喹啉丙烯酮-7-二乙氨基香豆素(QCT-Cl)的制备称取2-氯-7-二乙氨基喹啉-3-甲醛于100mL两口瓶中，加入7-二乙氨基香豆素-3-乙酮，加入溶剂，搅拌溶解，再加入催化剂，溶液呈红棕色，加热升温至75℃，TLC检测反应进程。反应完成后，冷却至室温，析出橙色固体，加压抽滤，用乙醇洗涤，得到橙色固体，即为3-(3′-(2′-氯-7′-二乙氨基喹啉丙烯酮-7-二乙氨基香豆素。

上述制备方法中，改变部分条件，其产率效果如下：

实施例1-1得到橙色固体4.12g，产率为82％。m.p.:212-213℃.¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.60(s,1H),8.42(s,1H),8.24(dd,J＝39.2,15.6Hz,2H),7.69(d,J＝9.2Hz,1H),7.45(d,J＝4.4Hz,1H),7.10(dd,J＝9.2,2.8Hz,1H),6.99(d,J＝1.6Hz,1H),6.65(dd,J＝4.8,2.4Hz,1H),6.51(d,J＝2.0Hz,1H),3.49(m,8H),1.26(dd,J＝7.2,6.8Hz,12H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ185.79,161.21,158.74,153.06,151.65,150.43,150.25,148.98,138.80,135.60,131.95,129.58,125.15,122.44,119.16,116.59,116.25,109.97,108.78,104.57,96.64,45.24,44.89,12.65,12.53.

实施例2测试溶液的配制

(1)储备液的配制程序：

在10mL样品瓶中，用DMSO配制10^-3mol/L的QCT-Cl储备液待用。在2mL样品瓶中，加入0.2mL双蒸水，再加入1.8mL DMSO，再加入0.01mol/L现配置的肼标准溶液(20μL，10^-2mol/L)，混匀；最后加入20μL QCT-Cl的DMSO溶液(10^-3mol/L)，再次混匀。放置0.5小时后，测定其荧光发射光谱(380nm为激发波长)。如上的操作，不加入待测样品溶液，即为空白试液的配制。

(2)荧光光谱测试：

QCT-Cl的空白试液在460nm处有弱荧光发射峰；当肼存在时，460nm处的荧光增强；且随着肼浓度的增加，强度显著增强，见图3。

(3)检测肼的荧光滴定实验：

线性拟合得出检测肼浓度曲线，y＝3.17x+318.55(R²＝0.9910，肼的浓度范围为：0～450μM)；见图4。根据最低检出限公式(LOD＝3σ/b)计算，在荧光分光光度法QCT-Cl对肼的LOD为：9.46×10^-8mol/L。

(4)离子选择性实验：

当同样浓度的各种待测分析物(待测分析物分别为：C₅H₇O₅COO^-、HCO₃ ^-、CH₃NH₂、(C₂H₅)₂NH、(C₂H₅)₃N、NH₂OH·HCl、NH₄ ⁺、SO₃ ^2-、S₂O₃ ^2-、HPO₄ ^2-、H₂PO₄ ^-、Cr₂O₇ ^2-、HS^-、S^2-、CO₃ ^2-、HSO₃ ^-、NH₂NH₂分别与QCT-Cl作用时，只有肼能引起QCT-Cl在460nm处的吸收强度明显增强。这表明，QCT-Cl对肼的检测具有高度的选择性，如图5。

(5)共存离子对肼测定的影响：

为进一步考察QCT-Cl对肼检测的选择性，尝试了待测分析物与肼共存时对体系荧光发射的影响，待测分析物分别为：C₅H₇O₅COO^-、HCO₃ ^-、CH₃NH₂、(C₂H₅)₂NH、(C₂H₅)₃N、NH₂OH·HCl、NH₄ ⁺、SO₃ ^2-、S₂O₃ ^2-、HPO₄ ^2-、H₂PO₄ ^-、Cr₂O₇ ^2-、HS^-、S^2-、CO₃ ^2-、HSO₃ ^-、NH₂NH₂，见图6。肼与同等浓度各种待测分析物共存时，体系的荧光强度变化不大。这说明，其它待测分析物对肼的检测几乎无干扰。

(6)QCT-Cl和肼的化学计量比：

采用等摩尔变化(Job's Plot)法确定了QCT-Cl和肼之间的化学计量关系。QCT-Cl和肼的总浓度保持恒定在10μM。当肼的摩尔分数为0.5时，探针QCT-Cl在460nm处的荧光强度达到最大值(图7)，表明QCT-Cl和肼的反应计量比为1：1。

Claims (9)

1.一种查尔酮结构的荧光探针，其特征在于，该探针为3-(3′-(2′-氯-7′-(二乙氨基)喹啉基)烯丙酮基)-7-二乙氨基香豆素，结构式如下：

2.根据权利要求1所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：向反应瓶中加入2-氯-7-二乙氨基喹啉-3-甲醛、7-二乙氨基香豆素-3-乙酮和溶剂，搅拌使固体溶解，加入催化剂，搅拌回流；薄层层析监测反应进程，反应结束后，抽滤、纯化后得到查尔酮结构的荧光探针。

3.根据权利要求2所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，其特征在于2-氯-7-二乙氨基喹啉-3-甲醛、7-二乙氨基香豆素-3-乙酮的摩尔比为1:0.8～2。

4.根据权利要求2所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、或丁醇中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为碱、或酸、或酸碱混合物以任意体积比的混合物。

6.根据权利要求5所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的碱包括哌啶或吡啶或三乙胺，优选哌啶；所述的酸为乙酸；所述酸碱混合物中酸与碱的体积比为1:1～3。

7.根据权利要求6所述的查尔酮结构的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的酸碱混合物中碱为哌啶。

8.根据权利要求1所述的查尔酮结构的荧光探针在作为定性识别和定量检测肼的试剂上的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的查尔酮结构的荧光探针在溶液中或气相中作为定性识别和定量检测肼的药物中的应用。

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