CN113861112A - 一种基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于荧光探针领域，具体涉及一种基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针及其制备方法。该荧光探针为萘酰亚胺衍生物，该化合物具有易被次氯酸特异性氧化裂解的碳碳双键，该荧光探针由于ICT机制，在水溶液中发出微弱的荧光，加入HClO后萘酰亚胺荧光团与1,3‑茚满二酮形成的碳碳双键被裂解，释放出带有醛基的萘酰亚胺荧光团，溶液颜色出现肉眼可见的变化，荧光发射强度明显增强。本专利所得探针对HClO具有很好的选择性，能够在复杂的体系和环境中准确识别出HClO。
Description
技术领域
本申请属于荧光探针领域，具体涉及一种基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针及其制备方法。
背景技术
内源性HClO/ClO-是由中性粒细胞、巨噬细胞和单细胞等细胞中的髓过氧化物酶(MPO)催化反应中的氯离子和过氧化氢生成的，在抵抗多种病原体、细菌和生物体中的病原体方面发挥着重要作用。HClO具有强氧化性，在日常生活中被广泛用作家用漂白剂和水消毒剂，然而，过量的ClO-可能造成水污染和蛋白质损害。次氯酸在人体中也发挥着重要作用，次氯酸盐的异常产生可导致组织损伤和各种人类疾病，包括神经元变性、关节炎、肝脏缺血再灌注损伤、心血管疾病、类风湿、肺损伤、癌症等疾病。因此，监测细胞内ClO-浓度对于生物学研究和临床诊断具有重要意义。萘酰亚胺结构在荧光探针领域应用广泛，萘酰亚胺分子中三个苯环通过共轭键连接在同一共平面，使分子结构具有刚性，较大的共轭体系使离域Π电子容易激发，形成推-拉电子体系，易产生荧光。
本发明以萘酰亚胺为荧光团，通过合成具有醛基的萘酰亚胺荧光团并与1,3-茚满二酮发生Knoevenagel缩合反应得到含有碳碳双键的缩合产物，利用HOCl介导的烯烃氧化裂解作为传感反应机制，开发了一种新的用于HClO检测的荧光探针。该荧光探针由于ICT机制，在水溶液中发出微弱的荧光，加入HClO后萘酰亚胺荧光团与1,3-茚满二酮形成的碳碳双键被裂解，出现肉眼可见的颜色变化，荧光发射强度明显增强。本专利所得探针对HOCl具有很好的选择性，能够在复杂的体系和环境中准确识别出HClO。
发明内容：
本发明提供了一种新的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针及其制备方法。该荧光探针为萘酰亚胺衍生物，该化合物具有易被次氯酸氧化裂解的碳碳双键，特殊的共轭结构和良好的化学反应性能使探针分子能够在复杂体系中准确地识别出次氯酸。探针溶液在加入次氯酸溶液后探针的碳碳双键断裂释放出具有醛基的萘酰亚胺荧光团，出现肉眼可见的颜色变化，且其紫外可见吸收光谱出现较强的吸收峰，荧光光谱也出现显著的发射峰。因此，是一种理想的次氯酸荧光探针。另外，该合成工艺具有操作简单、产率高、成本低、检测快速等优点。
为了实现上述目的，本申请采取的解决方案如下：
一种基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针，其具体结构如下：
制备所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针，具体路线如下：
所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针，具体合成步骤如下：
1)称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐和正丁胺溶于溶剂，在80-90℃恒温搅拌下反应10-15h后，冷却到室温，静置溶液析出固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物1；
2)称取CH3ONa、CuSO4·5H2O和步骤1)得到的化合物1溶于溶剂，在80-100℃下恒温反应7-10h，冷却到室温，静置溶液析出白色晶体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2；
3)称取步骤2)得到的化合物2溶于溶剂，在140-145℃下恒温反应10-15h后，冷却到室温，用浓度为50％氢氧化钠溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3；
4)称取乌洛托品和步骤3)得到的化合物3溶于溶剂，在75-95℃下恒温反应10-24h，冷却到室温，用50％氢氧化钠溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4；
5)称取1,3-茚满二酮和步骤4)得到的化合物4溶于溶剂，在60-100℃下恒温反应6-8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
优选的，步骤1)中所述的4-溴-1,8-萘二甲酸酐与正丁胺的摩尔比为1:5～1:10；所述的4-溴-1,8-萘二甲酸酐与溶剂的摩尔比为1:20～1:50；所述的正丁胺与溶剂的摩尔比为1:5～1:10；
优选的，步骤2)中所述的化合物1与甲醇钠的摩尔比为1:3～1:6；所述的化合物1与CuSO4·5H2O的摩尔比为1:0.1～1:0.3；所述的化合物1与溶剂的摩尔比为1:20～1:50；
优选的，步骤3)中所述的化合物2与溶剂的摩尔比为1:5～1:50；
优选的，步骤4)中所述的化合物3与乌洛托品摩尔比为1:3～1:10；所述的化合物3与溶剂的摩尔比为1:10～1:20；所述的乌洛托品与溶剂的摩尔比为1:10～1:20；
优选的，步骤5)中所述的化合物4与1,3-茚满二酮的摩尔比为1:1～1:3；所述的化合物4与溶剂的摩尔比为1:10～1:50；所述的1,3-茚满二酮与溶剂的摩尔比为1:10～1:50；
优选的，步骤1)中所述的溶剂为甲醇；
优选的，步骤2)中所述的溶剂为甲醇；
优选的，步骤3)中所述的溶剂为55％的HI溶液；
优选的，步骤4)中所述的溶剂为三氟乙酸；
优选的，步骤5)中所述的溶剂为乙醇；
在探针NAID中，具有醛基的萘酰亚胺中的醛基与1,3-茚满二酮的亚甲基发生缩合反应生成碳碳双键，碳碳双键与次氯酸发生特异性反应，释放出荧光团以达到对次氯酸的特异性识别。
本发明的新化合物可以作为探针应用于次氯酸检测领域。此化合物对次氯酸具有很好的特异选择性，能够在复杂的体系中识别出次氯酸。
附图说明：
(1)图1是探针NAID的核磁共振氢谱图。
(2)图2是探针NAID对次氯酸选择性的紫外-可见吸收光谱图(横坐标为激发波长，纵坐标为吸光度)。
(3)图3是探针NAID对次氯酸选择性的荧光谱图(横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度)。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明的技术方案，以下通过具体的实施例作进一步详细叙述。
实施例1
称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐1.385g(5mmol)和正丁胺0.5mL(25mmol)，溶于30mL甲醇中，在85℃恒温搅拌下反应10h后，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，真空干燥，即得化合物1。
称取1.32g(4mmol)化合物1、甲醇钠0.64g(12mmol)和CuSO4·5H2O 0.2g(0.8mmol)，溶于50mL甲醇中，在85℃下恒温反应8h，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2。
称取0.283g(1mmol)化合物2溶于25mL HI(55％)溶液中，在140℃下恒温反应12h后，冷却到室温，用浓度为50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3。
称取0.269g(1mmol)化合物3和乌洛托品0.42g(3mmol)溶于20mL三氟乙酸中，在90℃下恒温反应21h，冷却到室温，用50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4。
称取0.297g(1mmol)化合物4和1,3-茚满二酮0.145g(1mmol)溶于25mL乙醇中，在80℃下恒温反应8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
实施例2
称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐1.385g(5mmol)和正丁胺0.6mL(30mmol)，溶于25mL甲醇中，在80℃恒温搅拌下反应10h后，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，真空干燥，即得化合物1。
称取1.32g(4mmol)化合物1、甲醇钠0.852g(16mmol)和CuSO4·5H2O 0.1g(0.4mmol)，溶于45mL甲醇中，在90℃下恒温反应8h，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2。
称取0.283g(1mmol)化合物2溶于20mL HI(55％)溶液中，在140℃下恒温反应15h后，冷却到室温，用浓度为50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3。
称取0.269g(1mmol)化合物3和乌洛托品0.56g(4mmol)溶于10mL三氟乙酸中，在90℃下恒温反应21h，冷却到室温，用50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4。
称取0.297g(1mmol)化合物4和1,3-茚满二酮0.145g(1mmol)溶于20mL乙醇中，在60℃下恒温反应8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
实施例3
称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐1.385g(5mmol)和正丁胺0.7mL(35mmol)，溶于35mL甲醇中，在80℃恒温搅拌下反应15h后，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，真空干燥，即得化合物1。
称取1.32g(4mmol)化合物1、甲醇钠1.065g(20mmol)和CuSO4·5H2O 0.3g(1.2mmol)，溶于40mL甲醇中，在100℃下恒温反应7h，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2。
称取0.283g(1mmol)化合物2溶于20mL HI(55％)溶液中，在145℃下恒温反应12h后，冷却到室温，用浓度为50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3。
称取0.269g(1mmol)化合物3和乌洛托品0.7g(5mmol)溶于15mL三氟乙酸中，在90℃下恒温反应21h，冷却到室温，用50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4。
称取0.297g(1mmol)化合物4和1,3-茚满二酮0.435g(3mmol溶于30mL乙醇中，在80℃下恒温反应8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
实施例4
称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐1.385g(5mmol)和正丁胺0.8mL(40mmol)，溶于40mL甲醇中，在85℃恒温搅拌下反应15h后，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，真空干燥，即得化合物1。
称取1.32g(4mmol)化合物1、甲醇钠1.278g(24mmol)和CuSO4·5H2O 0.2g(0.8mmol)，溶于50mL甲醇中，在90℃下恒温反应8h，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2。
称取0.141g(0.5mmol)化合物2溶于30mL HI(55％)溶液中，在140℃下恒温反应11h后，冷却到室温，用浓度为50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3。
称取0.269g(1mmol)化合物3和乌洛托品0.84g(6mmol)溶于10mL三氟乙酸中，在90℃下恒温反应20h，冷却到室温，用50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4。
称取0.297g(1mmol)化合物4和1,3-茚满二酮0.290g(2mmol)溶于50mL乙醇中，在60℃下恒温反应8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
实施例5
称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐1.385g(5mmol)和正丁胺0.6mL(30mmol)，溶于45mL甲醇中，在85℃恒温搅拌下反应13h后，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，真空干燥，即得化合物1。
称取0.66g(2mmol)化合物1、甲醇钠0.64g(12mmol)和CuSO4·5H2O 0.1g(0.4mmol)，溶于35mL甲醇中，在85℃下恒温反应7h，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2。
称取0.283g(1mmol)化合物2溶于40mL HI(55％)溶液中，在140℃下恒温反应12h后，冷却到室温，用浓度为50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3。
称取0.269g(1mmol)化合物3和乌洛托品0.96g(7mmol)溶于20mL三氟乙酸中，在90℃下恒温反应21h，冷却到室温，用50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4。
称取0.297g(1mmol)化合物4和1,3-茚满二酮0.435g(3mmol)溶于40mL乙醇中，在80℃下恒温反应8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
实施例6
称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐1.385g(5mmol)和正丁胺0.5mL(25mmol)，溶于50mL甲醇中，在90℃恒温搅拌下反应13h后，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，真空干燥，即得化合物1。
称取0.66g(4mmol)化合物1、甲醇钠0.64g(12mmol)和CuSO4·5H2O 0.15g(0.6mmol)，溶于30mL甲醇中，在80℃下恒温反应9h，冷却到室温，静置溶液析出白色固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2。
称取0.424g(1.5mmol)化合物2溶于50mL HI(55％)溶液中，在145℃下恒温反应13h后，冷却到室温，用浓度为50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3。
称取0.269g(1mmol)化合物3和乌洛托品1.12g(8mmol)溶于20mL三氟乙酸中，在90℃下恒温反应21h，冷却到室温，用50％的NaOH溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4。
称取0.297g(1mmol)化合物4和1,3-茚满二酮0.435g(3mmol)溶于30mL乙醇中，在65℃下恒温反应8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
最终产品化合物核磁分析(核磁谱图见附图1)：
通过对探针NAID的结构式和核磁共振氢谱图分析得表1。该化合物共有10种氢。其中在0.94ppm附近出现的信号峰为碳17上氢的信号峰，它的峰面积是3.24；在1.35ppm附近出现的信号峰为碳16上氢的信号峰，它的峰面积是2.13；在1.61ppm附近出现的信号峰为碳15上氢的信号峰，它的峰面积是2.20；在4.04ppm附近出现的信号峰为碳14上氢的信号峰，它的峰面积是2.19；在7.62ppm附近出现的信号峰为碳29上氢的信号峰，它的峰面积是1.04；在7.87ppm附近出现的信号峰为碳8、13、27和30上氢的信号峰，它的峰面积是4.16；在8.39ppm附近出现的信号峰为碳28上氢的信号峰，它的峰面积是1.00；在8.53ppm附近出现的信号峰为碳7上氢的信号峰，它的峰面积是0.93；在8.57ppm附近出现的信号峰为碳9上氢的信号峰，它的峰面积是1.01；在10.13ppm附近出现的信号峰为碳33上氢的信号峰，它的峰面积是0.83。由此可以看出，化合物的核磁共振氢谱图很好的符合了化合物的结构，即NDID。
表1化合物的1HNMR的化学位移和峰归属
本发明所述次氯酸荧光探针的用途
实验例1
取实施例1制备的一种基于萘酰亚胺的次氯酸荧光探针，用DMSO溶解、稀释，配置成1.0×10-5mol/L的样品溶液。利用UV-2600PC紫外可见吸收光谱仪和F-7000荧光分光光度计测定纯探针溶液和探针溶液在加入等当量的不同干扰物质F-、Cl-、CO3 2-、H2PO4 -、HPO4 2-、S2-、S2O3 2-、SO3 2-、SO4 2-、CH3CH2O-、Glu、Gly、Cys后的紫外可见吸收光谱图(如图2所示)和荧光发射光谱(如图3所示)，从图2和图3中可以看出，在众多物质中，仅有次氯酸能够使探针溶液出现显著的颜色变化，含有次氯酸的探针溶液与含其他离子的探针溶液和纯探针溶液的吸收峰和发射峰有着显著的区别，这都说明探针对次氯酸具有良好的选择性。
Claims (9)
1.一种基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针，其特征在于：其结构式如下：
2.制备如权利要求1所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针，其特征在于，具体路线如下：
3.如权利要求2所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针，其特征在于：具体合成步骤如下：
1)称取4-溴-1,8-萘二甲酸酐和正丁胺溶于溶剂，在80-90℃恒温搅拌下反应10-15h后，冷却到室温，静置溶液析出固体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物1；
2)称取CH3ONa、CuSO4·5H2O和步骤1)得到的化合物1溶于溶剂，在80-100℃下恒温反应7-10h，冷却到室温，静置溶液析出白色晶体，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物2；
3)称取步骤2)得到的化合物2溶于溶剂，在140-145℃下恒温反应10-15h后，冷却到室温，用浓度为50％氢氧化钠溶液调节pH至溶液呈中性，乙酸乙酯萃取，干燥，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物3；
4)称取乌洛托品和步骤3)得到的化合物3溶于溶剂，在75-95℃下恒温反应10-24h，冷却到室温，用浓度为50％氢氧化钠溶液调节pH至溶液呈中性，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得化合物4；
5)称取1,3-茚满二酮和步骤4)得到的化合物4溶于溶剂，在60-100℃下恒温反应6-8h后，冷却到室温，抽滤，柱色谱分离，真空干燥，即得探针NAID。
4.如权利要求3所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的溶剂为甲醇；步骤2)中所述的溶剂为甲醇；步骤3)中所述的溶剂为55％的HI溶液；步骤4)中所述的溶剂为三氟乙酸；步骤5)中所述的溶剂为乙醇。
5.如权利要求3所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的4-溴-1,8-萘二甲酸酐与正丁胺的摩尔比为1:5～1:10；所述的4-溴-1,8-萘二甲酸酐与溶剂的摩尔比为1:20～1:50。
6.如权利要求3所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的化合物1与甲醇钠的摩尔比为1:3～1:6；所述的化合物1与CuSO4·5H2O的摩尔比为1:0.1～1:0.3；所述的化合物1与溶剂的摩尔比为1:20～1:50。
7.如权利要求3所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的化合物2与溶剂的摩尔比为1:5～1:50。
8.如权利要求3所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述的化合物3与乌洛托品摩尔比为1:3～1:10；所述的化合物3与溶剂的摩尔比为1:10～1:20。
9.如权利要求3所述的基于萘酰亚胺的反应型次氯酸荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述的化合物4与1,3-茚满二酮的摩尔比为1:1～1:3；所述的化合物4与溶剂的摩尔比为1:10～1:50。
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