CN115353498B - 一种苯并噻唑类锌离子荧光探针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种苯并噻唑类锌离子荧光探针。本发明苯并噻唑类锌离子荧光探针可与锌离子发生特异配位反应，在荧光探针和生物成像中表现出优异的生物学和光学特性：经荧光光谱仪和紫外分光光度计测试，最大激发波长为438nm，最大发射波长为548 nm；在3mL的空白储备样DMSO‑H2O(v/v=9:1)中加入30μL的探针储备液和50μL的锌离子储备液，1min内荧光探针就可与锌离子结合打开荧光，在10min内荧光强度达到稳定状态，响应时间短；除Cu+外，大多数金属离子例如Al3+、Mg2+、Fe3+、Sn2+、Ba2+等对检测结果的准确性影响小，荧光探针参与锌离子检测的抗干扰性优良。本发明还公开了一种苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法。

Description

一种苯并噻唑类锌离子荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明属于荧光探针技术领域，具体涉及一种苯并噻唑类锌离子荧光探针及其制备方法。
背景技术
荧光探针是指在紫外-可见-近红外区有特征荧光，并且其荧光性质可随所处环境的性质，如极性、折射率、粘度等改变而灵敏地改变的一类荧光性分子。荧光探针在各种检测和标记中应用广泛，比如测定金属离子、农药残留、生物分子含量、示踪生物分子，标记大分子及细胞和亚细胞结构等方面。
现有技术中苯并噻唑类锌离子荧光探针如CN114634507A中所公开的，荧光探针以对羟基苯基苯并噻唑为荧光团，8-氨基喹啉接枝于荧光团羟基的邻位。对比斑马鱼幼体测试的荧光场照片，以上锌离子荧光探针的响应时间较长。另外，以上文件未公开杂质离子对荧光探针检测结果准确性的影响。因此，有必要开发一种对锌离子具有响应速度快、检测结果受大多数杂质离子影响小的荧光探针。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种苯并噻唑类锌离子荧光探针，该荧光探针化合物对锌离子的响应速度快；除铜离子和铁离子外，共存的金属离子对荧光探针检测结果的干扰较低。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种苯并噻唑类锌离子荧光探针，其结构式如下式Ⅰ所示：
本发明的目的之二在于提供一种苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，基于权利要求1所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针，包括如下步骤：2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛在有机溶剂中发生席夫碱反应制得。
优选的技术方案为，2-(2-氨基苯基)苯并噻唑由2-氨基苯硫酚和2-氨基苯甲醛经酚醛缩合反应制得。
优选的技术方案为，席夫碱反应中2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛的摩尔比为1：(1.3～1.7)。
优选的技术方案为，所述有机溶剂为C1～C4的低级醇。
优选的技术方案为，所述2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛的席夫碱反应粗产物经温度不高于室温的低级醇冲洗除杂。
优选的技术方案为，所述席夫碱反应温度为64.5～85℃。
优选的技术方案为，2-氨基苯硫酚与2-氨基苯甲醛的反应温度为100～120℃。
优选的技术方案为，2-(2-氨基苯基)苯并噻唑的纯化方法为：粗产品溶于饱和碳酸氢钠水溶液，二氯甲烷作为萃取剂萃取粗产品饱和碳酸氢钠溶液。
更进一步的，席夫碱反应中2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛的摩尔比为1：(1.45～1.55)；有机溶剂为乙醇；席夫碱反应温度为75～82℃；席夫碱反应终点通过薄层色谱监测；2-氨基苯硫酚与2-氨基苯甲醛的反应温度为108～112℃。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明苯并噻唑类锌离子荧光探针可与锌离子发生特异配位反应，在荧光探针和生物成像中表现出优异的生物学和光学特性：经荧光光谱仪和紫外分光光度计测试，最大激发波长为438nm，最大发射波长为548nm；
在3mL的空白储备样DMSO-H2O(v/v＝9:1)中加入30μL的探针储备液和50μL的锌离子储备液，1min内荧光探针就可与锌离子结合打开荧光，在10min内荧光强度达到稳定状态，响应时间短；
除Cu+外，大多数金属离子例如Al3+、Mg2+、Fe3+、Sn2+、Ba2+等对检测结果的准确性影响小，荧光探针参与锌离子检测的抗干扰性优良；
荧光探针储备液浸泡的试纸可用于锌离子溶液的检测，即荧光探针可以固体状态检测锌离子，具有优良的便携性和稳定性；
2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛经席夫碱反应制备荧光探针，反应过程温和，产率较高，粗产品纯化处理简单且易于操作；席夫碱反应产物具有刚性平面，生物毒性低、氮原子与金属原子结合能力强。
附图说明
图1为在DMSO-H2O(v/v＝9:1)的溶液中，实施例1合成的荧光探针对各种金属离子的荧光选择图；
图2为在DMSO-H2O(v/v＝9:1)的溶液中，实施例1合成的荧光探针对锌离子的紫外吸收光谱图；
图3为在DMSO-H2O(v/v＝9:1)的溶液中，各种金属离子对实施例1合成的荧光探针检测锌离子的影响图；
图4为在DMSO-H2O(v/v＝9:1)的溶液中，实施例1合成的荧光探针与锌离子的络合Job’s plot谱图；
图5为实施例1合成的荧光探针对锌离子的时间响应图谱；
图6为在DMSO-H2O(v/v＝9:1)的溶液中，实施例1合成的荧光探针对不同浓度的锌离子的荧光光谱图；
图7为实施例1合成的荧光探针溶液浸泡的试纸在不同浓度锌离子溶液中浸泡后的颜色变化；
图8是荧光探针氢谱；
图9为荧光探针最低检出限拟合结果。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。实验所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。2-氨基苯硫酚、2-氨基苯甲醛、乙酸、碳酸氢钠、氯化钠、二氯甲烷、肉桂醛、乙醇均为市售分析纯或化学纯。
一、苯并噻唑类锌离子荧光探针的合成
实施例1
1、制备中间体2-(2-氨基苯基)苯并噻唑
在10mL史莱克管中，加入2-氨基苯硫酚(626mg,5mmol)和2-氨基苯甲醛(606mg,5mmol)并溶于2mL乙酸，然后在110℃加热搅拌2h。待反应完成后冷却至室温。然后将得到的全部粗产品溶于20mL的饱和碳酸氢钠水溶液中，并将混合物用二氯甲烷萃取3次，然后用饱和食盐水除水，干燥，减压蒸馏除去二氯甲烷，得到粗产物。粗产物用EA/PE(v/v，1∶200)纯化洗脱，减压蒸馏后得到式Ⅱ中间体，为白色粉末状(927.3mg，收率82％)。
实施例1第一步产物ESI-MS m/z calcd for C13H10N2S[M-H]-226.3,found 225.2，说明第一步产物为2-(2-氨基苯基)苯并噻唑。
2、制备(1E,2E)-N-(2-(苯并[d]噻唑-2-基)苯基)-3-苯基丙-2-烯-1-亚胺(式1所示苯并噻唑类锌离子荧光探针)
在50mL圆底烧瓶中加入2-(2-氨基苯基)苯并噻唑(227mg,1mmol)和肉桂醛(199mg,1.5mmol)，溶于5mL乙醇后，待固体溶解后，在80℃进行回流搅拌4h，待反应完全后，将反应物冷却至室温，抽滤，用冰乙醇洗固体，得到目标产物(1E,2E)-N-(2-(苯并[d]噻唑-2-基)苯基)-3-苯基丙-2-烯-1-亚胺淡黄色粉末293mg，收率86％。
实施例2
在50mL圆底烧瓶中加入2-(2-氨基苯基)苯并噻唑(227mg,1mmol)和肉桂醛(225mg,1.7mmol)，溶于5mL乙醇后，待固体溶解后，在80℃进行回流搅拌4h，待反应完全后，将反应物冷却至室温，抽滤，用冰乙醇洗固体，得到目标产物(1E,2E)-N-(2-(苯并[d]噻唑-2-基)苯基)-3-苯基丙-2-烯-1-亚胺淡黄色粉末296mg，收率87％。
实施例1和实施例2第二步产物ESI-MS m/z calcd for C22H16N2S[M+H]+340.4,found 341.2，说明第二步产物为式I所示目标产物荧光探针。
以上实施例苯并噻唑类锌离子荧光探针氢谱:1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ8.77(s,1H),8.30-8.24(m,1H),8.01-7.96(m,1H),7.94(d,J＝5.2Hz,1H),7.92-7.87(m,2H),7.71(dd,J＝7.3,1.2Hz,1H),7.60-7.45(m,7H),7.40(t,J＝7.7Hz,1H),7.36-7.30(m,1H)，如图8所示。
二、(1E,2E)-N-(2-(苯并[d]噻唑-2-基)苯基)-3-苯基丙-2-烯-1-亚胺作为锌离子荧光探针的性能检测
1、参与荧光探针性能检测的金属离子储备液、探针储备液和空白储备样为：
金属离子储备液以分析纯金属盐溶于蒸馏水制得，金属离子储备液中金属离子的浓度为3.0mM(M＝mol/L，下同)；
探针储备液以(1E,2E)-N-(2-(苯并[d]噻唑-2-基)苯基)-3-苯基丙-2-烯-1-亚胺(式1所示苯并噻唑类锌离子荧光探针)溶于DMSO中制得，探针储备液中苯并噻唑类锌离子荧光探针的浓度为1.0mM；
空白储备样：DMSO-H2O(v/v＝9:1)。
2、荧光探针性能测试方法及测试结果
1.1各种金属离子储备液加入前后的荧光强度变化
在3mL的空白储备样中依次加入30μL的探针储备液，然后加入50μL各种不同的金属离子储备液(Co2+、Ni2+、Al3+、Cr3+、Mn2+、Mg2+、Pb2+、K+、Ca2+、Fe2+、Na+、Ag+、Cd2+、Pd2+、Fe3+、Cu2+、Cu+、Ba2+和Sn2+)，静置1小时。荧光光谱测试这些样液的荧光强度。如图1所示，在548nm处加入锌离子的样液荧光打开并且荧光强度最大，除Cd2+外，其他离子没有明显的荧光变化。以上结果证明该探针对锌离子有较高的选择性。
1.2荧光探针对锌离子的紫外吸收光谱
分别取3mL的空白储备样于两个比色皿中，分别加入30μL的探针储备液，之后在一个比色皿中加入50μL的锌离子储备液，另一个则不加。用紫外分光光度计进行测试。如图2所示，谱图表明，荧光探针本身在λ＝353nm处有较强的紫外吸收。加入锌离子后，吸收峰减弱，与此同时，在λ＝435nm处的吸收峰增强。以上结果表明荧光探针是一种有效的检测Zn2+的化合物。
1.3其他金属离子对荧光探针检测锌离子的干扰
在3mL的空白储备样中依次加入30μL的探针储备液和50μL的锌离子储备液，然后再向各个空白样中加入50μL各种干扰离子储备液(Ni2+、Al3+、Mn2+、Mg2+、Pb2+、K+、Ca2+、Fe2+、Na+、Ag+、Cd2+、Pd2+、Fe3+、Cu+、Ba2+和Sn2+)，静置1个小时候测试其荧光强度，并和只加锌离子的样液荧光强度对比。如图3所示，从最终比对的柱状图可知，加入Cu+后锌离子样液荧光强度变化最明显，加入Fe2+后锌离子样液荧光强度较大幅度减弱，其他金属离子对锌离子样液荧光强度影响较小。
1.4确定荧光探针与Zn2+离子的结合比
在3mL的空白储备样中加入一定量的探针储备液和一定量的锌离子储备液。两种储备液按照1：9、2：8、3：7、4：6、5：5、6：4、7：3、8：2、9：1的比例来添加。静置1小时后，用紫外分光光度计测试。如图4所示，以离子占总浓度的比例为横坐标，上述样品在λ＝548nm处的吸收峰强度为纵坐标作图。从Job's plot图可知最大吸收强度出现在0.45处，由此可以推断出荧光探针与Zn2+离子的结合比为1:1。
1.5响应时间
在3mL的空白储备样中加入30μL的探针储备液和50μL的锌离子储备液，每隔1分钟进行一次荧光强度的测试。记录时间和对应的荧光强度，绘制图谱。如图5所示，图谱的趋势表明在1分钟之内荧光探针就可与锌离子结合打开荧光，并且在10分钟之内达到稳定。上述结果表明本发明的荧光探针对于Zn2+检测是快速而且稳定的。
1.6不同浓度Zn2+的荧光强度
在3mL的空白储备样中加入30μL的探针储备液和0～15μL(0、1、2、3...15μL)的锌离子储备液，静置一段时间后测试。如图6所示，最终得到的图谱显示出：随着离子浓度的不断增加，荧光的强度也逐渐变强，并且在3当量这一状态之后保持稳定。与此同时，该探针溶液在365nm灯光下的颜色也由淡蓝色变成了亮绿色。以上现象表明，本发明的荧光探针对Zn2+有高的敏感性。
1.7荧光探针固态检测
首先把5张滤纸浸泡在1mM的探针储备液中，充分浸泡半个小时后取出干燥。随后，将这5张滤纸分别浸泡在0、0.05、0.1、0.5和1.0mM的Zn2+溶液中，30分钟后取出干燥。如图7所示，在365nm的灯光下可观察到滤纸的颜色由淡蓝色荧光转变成了较强的绿色荧光。由此可知，本发明的荧光探针可制作为便携的试纸条用于监测Zn2+。
1.8以锌离子浓度为横坐标，以相对荧光强度为纵坐标绘制图，拟合后得到锌离子工作曲线，线性回归方程为：y＝35092.701x-17171.529，线性相关系数为R2为0.99905，如图9所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种苯并噻唑类锌离子荧光探针，其特征在于，其结构式如下式Ⅰ所示：
2.一种苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，基于权利要求1所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针，包括如下步骤：2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛在有机溶剂中发生席夫碱反应制得。
3.根据权利要求2所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，2-(2-氨基苯基)苯并噻唑由2-氨基苯硫酚和2-氨基苯甲醛经酚醛缩合反应制得。
4.根据权利要求2所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，席夫碱反应中2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛的摩尔比为1：(1.3～1.7)。
5.根据权利要求2所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为C1～C4的低级醇。
6.根据权利要求2所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，所述2-(2-氨基苯基)苯并噻唑与肉桂醛的席夫碱反应粗产物经温度不高于室温的低级醇冲洗除杂。
7.根据权利要求2所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，所述席夫碱反应温度为64.5～85℃。
8.根据权利要求3所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，2-氨基苯硫酚与2-氨基苯甲醛的反应温度为100～120℃。
9.根据权利要求3所述的苯并噻唑类锌离子荧光探针的制备方法，其特征在于，2-(2-氨基苯基)苯并噻唑的纯化方法为：粗产品溶于饱和碳酸氢钠水溶液，二氯甲烷作为萃取剂萃取粗产品饱和碳酸氢钠溶液。
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