CN117024331A - 一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用 - Google Patents
一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117024331A CN117024331A CN202311286452.6A CN202311286452A CN117024331A CN 117024331 A CN117024331 A CN 117024331A CN 202311286452 A CN202311286452 A CN 202311286452A CN 117024331 A CN117024331 A CN 117024331A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- compound
- probe
- probe compound
- carbazole
- zinc ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 51
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N Carbazole Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- -1 Carbazole Schiff base Chemical class 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002262 Schiff base Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- WFQDTOYDVUWQMS-UHFFFAOYSA-N 1-fluoro-4-nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=C(F)C=C1 WFQDTOYDVUWQMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XFVZSRRZZNLWBW-UHFFFAOYSA-N 4-(Diethylamino)salicylaldehyde Chemical compound CCN(CC)C1=CC=C(C=O)C(O)=C1 XFVZSRRZZNLWBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- UKVIEHSSVKSQBA-UHFFFAOYSA-N methane;palladium Chemical compound C.[Pd] UKVIEHSSVKSQBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 claims description 4
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 19
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 150000004753 Schiff bases Chemical class 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical class [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 2
- HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C(CN1CC2=C(CC1)NN=N2)=O HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical class [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005971 DNA damage repair Effects 0.000 description 1
- 206010058314 Dysplasia Diseases 0.000 description 1
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 206010048259 Zinc deficiency Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000001716 carbazoles Chemical class 0.000 description 1
- 238000001460 carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000001079 digestive effect Effects 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002330 electrospray ionisation mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000028993 immune response Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 208000033065 inborn errors of immunity Diseases 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 208000028529 primary immunodeficiency disease Diseases 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000000425 proton nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 230000001850 reproductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000019491 signal transduction Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D209/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
- C07D209/56—Ring systems containing three or more rings
- C07D209/80—[b, c]- or [b, d]-condensed
- C07D209/82—Carbazoles; Hydrogenated carbazoles
- C07D209/86—Carbazoles; Hydrogenated carbazoles with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to carbon atoms of the ring system
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
- C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
- C09K2211/1003—Carbocyclic compounds
- C09K2211/1007—Non-condensed systems
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
- C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
- C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
- C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
- C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用，属于荧光探针和分子检测技术领域。在应用该化合物检测锌离子的技术方案中，首先将该化合物分散在乙醇中形成探针化合物溶液，再向其中加入待测样品，充分接触后使用波长为410 nm的荧光进行激发，检测在466 nm处的最大发射荧光强度。与现有的锌离子探针相比较，本发明的探针具有灵敏度高，检测下限低，选择性高，稳定性强，具有良好的抗干扰能力等优点。同时，探针的制备方法具有简单、安全、反应条件温和、后处理简单、产率高、合成成本低等优势。
Description
技术领域
本发明涉及荧光探针和分子检测技术领域，进一步涉及基于激发态分子内质子转移（ESIPT）机制的锌离子荧光探针及该类探针代表性化合物CPMDP与锌离子的荧光性质研究，具体涉及一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用。
背景技术
锌是人体必需的微量元素之一，其含量仅次于铁元素，广泛分布于人体细胞和体液中。锌在生命体或人体中扮演重要的角色，承担许多生理功能，如参与酶的催化、蛋白质的结构稳定、神经信号传递、基因复制转录、DNA损伤修复、信号转导和免疫反应等生理过程。因此，各种原因导致的锌缺乏会导致消化功能障碍、生长及智力发育滞后、生殖及性器官发育异常或性功能减退、神经精神障碍、免疫功能低下等。因此，开发快速、准确、高效的锌离子检测方法是目前最受关注的研究热点之一。
由于Zn2+具有稳定的3d 104s 0满壳层电子构型，没有空的d轨道及未成对电子，故而无任何磁信号表现，因此无法使用如X射线、核磁共振、电子顺磁性共振等方法对体内的Zn2+进行实时检测。此外，传统的检测方法，例如原子吸收光谱法、电化学法、电感耦合等离子体质谱法等由于需要专属的大型仪器，因此并不适用于高效检测Zn2+。荧光离子探针由于其在选择性、灵敏度、实时性和原位检测等方面的优势，已经发展成为检测生物体内Zn2+动态分布的重要手段。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用，以解决目前，基于磁信号的检测方法无法对体内的Zn2+进行实时检测的技术问题。
本发明要解决的另一技术问题是，原子吸收光谱法、电化学法、电感耦合等传统检测方法需要专属的大型仪器，因而不适用于高效检测Zn2+。
本发明要解决的再一技术问题是，目前缺少一种针对Zn2+的荧光离子探针。
本发明要解决的又一技术问题是，当采用荧光离子探针检测Zn2+时，如何保证探针化合物具有较高的选择性、灵敏度、稳定性以及抗干扰能力。
本发明要解决的又一技术问题是，如何扩展Zn2+检测探针的可选范围。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物，该化合物的分子结构如以下式1所示：
在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了上述化合物的制备方法，该方法的合成路线如以下式2所示：
该制备方法包括以下步骤：
步骤1：N,N’-二甲基甲酰胺作为溶剂，加入咔唑和1-氟-4-硝基苯，分批加入氢化钠；氮气保护下升温至130~140摄氏度，保持24~48小时；得到中间物质NPC-NO2；
步骤2：在钯碳催化下，中间物质NPC-NO2在乙醇中被氢气还原，压力为30~50Psi，混合均匀后在60~100摄氏度下持续搅拌6~10小时，得到中间物质NPC-NH2；
步骤3：中间物质NPC-NH2和4-(二乙氨基)水杨醛在乙醇中均匀混合后在60~80摄氏度下回流10~15小时，得到锌离子探针化合物CPMDP，即为所述识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物。
作为优选，步骤1中，咔唑与1-氟-4-硝基苯的摩尔量相等。
作为优选，步骤1中，在120~140摄氏度保持体系回流状态24~48小时。
作为优选，步骤3中，4-(二乙氨基)水杨醛的摩尔量是NPC-NH2摩尔量的1.2倍。
作为优选，步骤1中，在保持24~48小时的过程中，TLC跟踪反应进程，以原料咔唑消失作为反应终止点。
在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了上述化合物用于检测锌离子的应用。
作为优选，在该应用中，将所述化合物分散在乙醇中形成探针化合物溶液，再向其中加入待测样品，充分接触后使用波长为410 nm的荧光进行激发，检测在466 nm处的最大发射荧光强度。
作为优选，由以下公式计算锌离子浓度：y = 301.53333x–2042.5557，R2 =0.97148；式中，y为在466 nm处的最大发射荧光强度，x为锌离子浓度。
作为优选，探针化合物溶液的体积为2 mL，探针化合物溶液的浓度为10 μM，待测样品体积为10~20 μL。
作为优选，待测样品和探针化合物溶液在20~25摄氏度下混合10~15min后进行扫谱，激发波长为410 nm，最大发射波长在466 nm。
在以上技术方案中，由待测样品和CPMDP溶液组成检测体系，选择将锌离子探针化合物CPMDP分散在乙醇溶剂形成探针化合物溶液，再向其中加入待测样品。探针化合物溶液的体积为毫升数量级，待测样品体积为微升数量级。实际应用表明，在0~10 μM锌离子浓度范围内该探针荧光强度呈现出良好的线性关系，检测下限可低至1.25×10-8 M。
与现有的锌离子探针相比较，本发明的探针具有灵敏度高，检测下限低（可达纳摩尔浓度nmol/L量级），选择性高，稳定性强，具有良好的抗干扰能力等优点。同时，探针的制备方法具有简单、安全、反应条件温和、后处理简单、产率高、合成成本低等优势。
本发明提供了一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用。咔唑类化合物具有良好的共平面性、稳定性及溶解性，并具有很强的分子内电荷转移，常常被用作荧光团，在荧光探针中具有很强的应用价值。希夫碱类荧光探针具有合成简单、光稳定性好、Stock' s 位移大、易于和金属离子络合等诸多优点，是荧光探针设计的优选结构。同时，希夫碱化合物由于其容易合成、合成成本低并具有巨大的应用，可作为化学传感器用于识别和监测金属离子。激发态分子内质子转移（ESIPT）机理是指一些有机分子受到光、热、电等作用后，分子内羟基或氨基上的质子经过氢键转移到邻近的O、N、S等原子上，形成互变异构体的过程。分子经激发后，分子的结构发生变化，并产生瞬时电子态的弛豫和排布，导致分子的光学性质发生变化。因此，本发明利用咔唑及希夫碱在荧光探针领域的应用，开发了一种合成步骤简单、灵敏度高、抗干扰能力强的锌离子荧光探针。
本发明采用具有咔唑希夫碱结构的小分子来开发ESIPT机制的荧光探针分子，基于此类结构针对锌离子开发的一种合成简便、检测迅速的荧光探针化合物。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明荧光探针与锌离子形成的配合物在410 nm的最大激发波长的激发下，在最大发射光波长λem = 466 nm处具有很强的荧光峰。在0~10 μM锌离子浓度范围内该探针荧光强度呈现出良好的线性关系，y = 301.53333x - 2042.5557，R2 =0.97148。
2、本发明荧光探针分子的设计基于ESIPT原理，探针分子在结合锌离子前后荧光量子产率有大幅度的增长。荧光探针分子对锌离子有很好的选择性，且不受其他离子例如K+、Na+、Mg2+、Al3+、Cd2+、Co2+、Fe3+、Ni2+、Ba2+、Pb2+、Mn2+、Ag+等的干扰，响应迅速。且阴离子对本探针几乎没有干扰荧光的现象。
3、本发明荧光探针分子与锌离子之间的络合后荧光检测在纳摩尔范围内，可以检测纳摩尔浓度的锌离子，其检测下限可低至1.25×10-8 M，灵敏度高。
附图说明
图1是实施例3探针化合物CPMDP的1H-NMR谱图。
图2是实施例3探针化合物CPMDP的13C-NMR谱图。
图3是实施例3探针化合物CPMDP的FT-IR谱图。
图4是实施例4中以探针化合物检测锌离子浓度，在锌离子浓度（0~10 μM）内的荧光线性关系图。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1——中间体NPC-NO2的合成及表征
将10 g (59.8mmol)咔唑加入到50mL N,N’-二甲基甲酰胺再加入8.4 g（59.8mmol）1-氟-4-硝基苯，分批加入氢化钠5.3 g（119.6 mmol），搅拌均匀后。升温至130-140摄氏度，反应24-48小时。TLC跟踪反应进程，原料咔唑消失反应终止。降温至25摄氏度，加入饱和氯化铵水溶液150 mL，乙酸乙酯100 mL萃取分液。取上层有机相，用饱和氯化钠100 mL洗涤2-3次，有机相用无水硫酸钠干燥后浓缩。得到产物14.3 g，产率83%。
实施例2——中间体NPC-NH2的合成及表征
将10 g（34.7 mmol）NPC-NO2加入到100 mL无水乙醇中。加入5%的钯碳，搅拌均匀，氢气加压至30-50 Psi，升温至40-50摄氏度6-10个小时。TLC检测反应完毕后。进行后处理。体系降温至25摄氏度。将钯碳抽滤后。滤液浓缩。得到产物6.7 g，产率75%。
实施例3——探针化合物CPMDP的合成及表征
称取5 g (19.3 mmol) NPC-NH2溶于25 mL乙醇中，加入4-(二乙氨基)水杨醛（4.47 g，23.2 mmol）搅拌均匀后，升温至60-80摄氏度反应10-15个小时，TLC检测原料消失后直接浓缩。得到粗品。粗品通过柱层析进行纯化得到CPMDP棕黄色粉末6.7 g产率80%。1HNMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.56 (s, 1H), 7.85 (dd, J = 5.8, 2.7 Hz, 1H), 7.74 (d,J = 8.4 Hz, 1H), 7.56 (d, J = 9.3 Hz, 1H), 7.48 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.45 –7.37 (m, 2H), 7.32 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.12 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.04 (dd, J= 5.7, 2.6 Hz, 1H), 6.77 (d, J = 9.3 Hz, 1H), 6.37 (dd, J = 8.8, 3.6 Hz, 2H),6.28 (dd, J = 9.6, 2.4 Hz, 2H), 6.25 – 6.13 (m, 2H), 3.39 (s, 3H), 3.32 –3.12 (m, 12H), 1.05 (q, J = 7.0 Hz, 13H). Main IR (KBr disk, cm-1): 3320.3,2967.7, 2932.7, 1669.6, 1634.6, 1613.5, 1545.6, 1514.6, 1118.2, 1087.0,1042.3, 881.4, 820.0. ESI-MS (m/z, M+): 668.3。
实施例4—探针化合物CPMDP对锌离子的灵敏性
使用合成并提纯的探针化合物CPMDP评价其对锌离子的灵敏性。将2 mL的2 μM探针化合物CPMDP（溶剂为乙醇）加入到样品池中，然后依次分别加入0−10 μM的氯化锌水溶液（2.5 μL）混合10分钟后进行扫谱，激发波长为410 nm，最大发射波长在466 nm，测试结果显示于表1中。从表1中可以看出配体CPMDP在乙醇中和锌离子络合时的荧光强度变化。
表1. CPMDP对不同浓度Zn2+的荧光响应，Imin为不添加锌离子时，在466 nm处的荧光强度；I为添加不同锌离子时，在466 nm处的荧光强度，由于最终检测体系由2 mL探针化合物溶液和2.5 μL氯化锌水溶液组成。
| [Zn2+] (μM) | 强度 ( a.u. / at 466 nm) | I / Imin |
| 0 | 676 | 1.00 |
| 1.25 | 2854 | 3.82 |
| 2.50 | 3096 | 4.57 |
| 3.75 | 3126 | 4.62 |
| 5.00 | 3532 | 5.22 |
| 6.25 | 3802 | 5.62 |
| 7.50 | 4322 | 6.39 |
| 8.75 | 4685 | 6.93 |
| 10.00 | 5051 | 7.47 |
锌离子浓度在0-10 μM内具有线性，λ激发波长 = 410 nm，λ发射波长 = 466 nm，如附图4所示，线性回归方程y = 301.53333x – 2042.5557，R2 =0.97148，y为荧光强度，x为锌离子浓度。根据该实验数据，探针化合物与锌离子的结合常数可有Benesi-Hildebrand方程计算而得从而推出结合常数为K a = 4.62 × 105 M−1。我们再将化合物CPMDP在466 nm处最小荧光强度和最大荧光强度间进行归一化处理后的结果与不同锌离子浓度的倒数进行线性拟合可得到线性回归方程y = 2.1647x + 0.7373，R2 = 0.9655，进而可以确定检测限值为1.25× 10−8 M。
实施例5—探针化合物CPMDP对锌离子的选择性
使用合成并提纯的探针化合物CPMDP评价其对锌离子的选择性。首先制备5 μM的CPMDP储备液（乙醇）以及各种常见钠盐、钾盐、钙盐、镁盐以及其他过渡金属盐水溶液，待金属与配体充分混合稳定30 分钟后，依次对其混合溶液进行荧光强度检测。实验结果表2所示：CPMDP对Zn2+ 的响应非常明显，而当与其它如, Na+, K+, Ag+, Fe3+, Al3+, Mg2+, Cr3+,Ni2+, Pb2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Ba2+等金属离子混合时荧光强度没有发生明显的变化，当与Cd2+混合时产生了一定的信号响应但远低于对Zn2+ 的响应。根据本实验现象可以推测，荧光探针CPMDP对锌离子具有较好的选择性。
表2. CPMDP对常见金属离子的荧光响应—CPMDP (5 μM) 在2 mL乙醇中对各种常见金属离子(15 μM)的荧光响应强度(λex = 410 nm，λem = 466 nm)，I0为CPMDP初始荧光强度，I为CPMDP和不同金属离子作用后的荧光强度。
| Intensity (a.u. / at 466 nm) | I / I0 | |
| CPMDP | 545 | 1.00 |
| CPMDP + K+ | 564 | 1.03 |
| CPMDP+ Na+ | 559 | 1.03 |
| CPMDP + Mg2+ | 524 | 0.96 |
| CPMDP + Al3+ | 421 | 0.77 |
| CPMDP + Cr3+ | 227 | 0.42 |
| CPMDP + Cu2+ | 223 | 0.41 |
| CPMDP + Co2+ | 407 | 0.75 |
| CPMDP + Ni2+ | 919 | 1.69 |
| CPMDP + Fe3+ | 544 | 1.00 |
| CPMDP + Cd2+ | 1067 | 1.96 |
| CPMDP + Pb2+ | 700 | 1.28 |
| CPMDP + Mn2+ | 549 | 1.01 |
| CPMDP + Ag+ | 594 | 1.09 |
| CPMDP + Ba2+ | 580 | 1.06 |
| CPMDP + Ca2+ | 689 | 1.26 |
| CPMDP + Zn2+ | 7158 | 13.12 |
在一组5 µM的CPMDP2 mL乙醇溶液中加入10 µM Zn2+水溶液，同时在上述混合溶液中分别加入10 µM其他金属离子水溶液，将样品在25℃下以100转/分钟的速度振摇2小时后检测其荧光强度的变化，记录如表3所示：可以看到，常见其他金属离子K+, Na+, Mg2+,Al3+,Cd2+, Co2+, Fe3+, Ni2+, Ba2+, Pb2+, Mn2+, Ag+等对CPMDP-Zn2+的荧光强度干扰较小。
表3. CPMDP检测锌离子的抗干扰性能—常见金属离子(10 μM)对CPMDP(5 μM)与Zn2+ (10 μM)配位结合产生荧光强度的干扰(λex = 410 nm，λem = 466 nm)，I0为CPMDP加入锌离子之后的荧光强度，I为CPMDP加入锌离子和不同金属离子后的荧光强度。
表4.仪器列表
| 名称 | 型号 | 生产厂家 |
| 傅立叶变换红外光谱 | Nicolet 380 | Thermo Electron |
| 核磁共振测定仪 | AVANCE III 400 | 美国Bruker |
| 荧光光谱仪 | RF-5301 | 日本岛津 |
| 紫外可见吸收光谱仪 | U-3310 | 日本日立 |
表5.原料、试剂列表
| 原料、试剂 | 纯度 | 生产厂家 |
| 咔唑 | 分析纯 | 安耐吉公司 |
| 1-氟-4-硝基苯 | 分析纯 | 安耐吉公司 |
| 氢化钠 | 分析纯 | 安耐吉公司 |
| 4-(二乙氨基)水杨醛 | 分析纯 | 安耐吉公司 |
| N,N’-二甲基甲酰胺 | 分析纯 | 天津市化学试剂六厂 |
| 无水乙醇 | 分析纯 | 天津市化学试剂六厂 |
| 金属氯化盐 | 分析纯 | 天津市化学试剂六厂 |
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物，其特征在于，该化合物的分子结构如以下式1所示：
2.权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：N,N’-二甲基甲酰胺作为溶剂，加入咔唑和1-氟-4-硝基苯，分批加入氢化钠；氮气保护下升温至130~140摄氏度，保持24~48小时；得到中间物质NPC-NO2；
步骤2：在钯碳催化下，中间物质NPC-NO2在乙醇中被氢气还原，压力为30~50Psi，混合均匀后在60~100摄氏度下持续搅拌6~10小时，得到中间物质NPC-NH2；
步骤3：中间物质NPC-NH2和4-(二乙氨基)水杨醛在乙醇中均匀混合后在60~80摄氏度下回流10~15小时，得到锌离子探针化合物CPMDP，即为所述识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，咔唑与1-氟-4-硝基苯的摩尔量相等。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，在120~140摄氏度保持体系回流状态24~48小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，4-(二乙氨基)水杨醛的摩尔量是NPC-NH2摩尔量的1.2倍。
6.权利要求1所述化合物用于检测锌离子的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在该应用中，将所述化合物分散在乙醇中形成探针化合物溶液，再向其中加入待测样品，充分接触后使用波长为410 nm的荧光进行激发，检测在466 nm处的最大发射荧光强度。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，由以下公式计算锌离子浓度：y =301.53333x–2042.5557，R2 = 0.97148；式中，y为在466 nm处的最大发射荧光强度，x为锌离子浓度。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，探针化合物溶液的体积为2 mL，探针化合物溶液的浓度为10 μM，待测样品体积为10~20 μL。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，待测样品和探针化合物溶液在20~25摄氏度下混合10~15min后进行扫谱，激发波长为410 nm，最大发射波长在466 nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311286452.6A CN117024331B (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311286452.6A CN117024331B (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117024331A true CN117024331A (zh) | 2023-11-10 |
| CN117024331B CN117024331B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=88630263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311286452.6A Active CN117024331B (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117024331B (zh) |
-
2023
- 2023-10-08 CN CN202311286452.6A patent/CN117024331B/zh active Active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ANU KUNDU ET AL: "Molecular Conformation- and Packing-Controlled Excited State Intramolecular Proton Transfer Induced Solid-State Fluorescence and Reversible Mechanofluorochromism", CHEMISTRYSELECT, vol. 2018, no. 3, pages 7340 - 7345 * |
| XIAOXIAO LI ET AL: "Effects of substitution and conjugation on ESIPT behavior of Schiff base derivatives", EFFECTS OF SUBSTITUTION AND CONJUGATION ON ESIPT BEHAVIOR OF SCHIFF BASE DERIVATIVES, vol. 2022, no. 279, pages 121377 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117024331B (zh) | 2023-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109970600B (zh) | 一种三苯胺衍生物希夫碱类有机荧光探针及其制备方法 | |
| CN111039862B (zh) | 一种四苯乙烯类席夫碱Al3+荧光探针及其制备方法与应用 | |
| CN116239518A (zh) | 一种具有“esipt+aie”效应的近红外荧光分子探针的制备及应用 | |
| CN114106024B (zh) | 一种荧光探针及其制备方法和应用 | |
| CN108997401B (zh) | 一种用于检测铅离子的荧光探针及其制备方法 | |
| CN109021000B (zh) | 一种检测过氧化氢的荧光探针、合成方法和应用 | |
| Li et al. | A off–on pH fluorescence probe derived from phenanthro [9, 10-d] imidazol-fluorescein based on ESIPT and ICT | |
| CN107686479B (zh) | 一种近红外荧光探针化合物及其制备方法和应用 | |
| CN109206351A (zh) | 一种基于花菁结构测钯离子的近红外荧光探针、其制备方法及应用 | |
| CN117024331B (zh) | 一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用 | |
| CN107843578B (zh) | 一种基于香豆素铜离子配合物的荧光探针，制备方法及其在选择性识别焦磷酸盐中的应用 | |
| CN113025313B (zh) | 吗啉-吡啶-部花菁衍生物作为硫化氢荧光探针的应用 | |
| CN113788821B (zh) | 近红外联氨化合物、制备方法以及甲醛检测试剂盒和应用 | |
| CN113512039B (zh) | 一种基于络合作用检测Cu+的荧光探针及其应用 | |
| CN112159377B (zh) | 一种近红外发射同时识别h2s、hso3-的荧光探针及其应用 | |
| CN109721592B (zh) | 一种含香豆素的氨基吡嗪酰腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用 | |
| CN110563609B (zh) | 一种检测亚硒酸根的近红外荧光探针的制备方法及应用 | |
| CN113979890A (zh) | 一种席夫碱配体及其多核稀土配合物的制备方法和应用 | |
| CN109651336B (zh) | 一种基于药物分子的检测硫化氢荧光探针及其制备方法 | |
| CN112724069A (zh) | 一种用于识别检测铁汞的咔唑基乙酮荧光探针化合物 | |
| CN108358952B (zh) | 一种用于石房蛤毒素荧光检测化合物及检测方法 | |
| CN109781678B (zh) | 一种应用于线粒体内次氯酸检测的比率荧光探针的制备及应用 | |
| CN112920175B (zh) | 一种基于香豆素的钯离子荧光探针化合物及其制备方法 | |
| CN115246831B (zh) | 一种Hg2+敏感性腙类衍生物及其制备和应用 | |
| CN114106351B (zh) | 一种比率型超分子自组装荧光探针及其制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240905 Address after: 302, Building 2, Tianjin Teda SME Park, 276 Huanghai Road, Binhai Economic and Technological Development Zone, 300000 Patentee after: Deji Pharmaceutical Technology (Tianjin) Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: TIANJIN MEDICAL UNIVERSITY GENERAL Hospital Address before: Room 302, Building 2, Tianjin Teda Small and Medium Enterprise Park, No. 276 Huanghai Road, Economic and Technological Development Zone, Binhai New Area, Tianjin, 300450 Patentee before: Deji Pharmaceutical Technology (Tianjin) Co.,Ltd. Country or region before: China |