CN102993207B - 一类罗丹明b-三嗪化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明一类罗丹明B-三嗪化合物及其制备方法和应用，属有机合成和分析化学领域，化合物的结构通式为：R₁为罗丹明B乙二胺基，R₂为罗丹明B酰肼基，R₃为二乙醇胺基。本发明选用不同的缚酸剂及选择溶剂、用罗丹明B乙二胺或罗丹明B酰肼分步反应，取代三聚氯氰环上的1个或2个氯原子，或用二乙醇胺对剩余未取代的氯原子再取代，分别合成系列罗丹明B-三嗪化合物。本发明化合物用作荧光光谱或紫外-可见吸收光谱分析的荧光或比色试剂，用于离子探针检测金属离子。

Description

一类罗丹明B-三嗪化合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明一类罗丹明B-三嗪化合物及其制备方法和应用属有机合成和分析化学领域。

背景技术：金属元素与生命科学、环境科学、医学等领域有着密不可分的联系。在生物体内，金属离子参与生命过程，在许多生理过程中起着广泛和重要的作用。微量金属离子的定量检测在药物、食品、临床和环境检测方面是非常重要的，而发展高选择性、高灵敏性的金属离子荧光探针则有着重要的意义。

荧光探针技术作为灵敏度高、选择性好，快速、方便、可视检测金属离子的重要手段在化学相关学科中有广泛应用。荧光探针通过与目标物质选择性作用，使结合前后的荧光增强或猝灭、波长及峰形、荧光寿命等参数变化，将微观领域的作用通过光信息表现出来，从而实现在分子水平上的原位实时检测，达到对金属离子、分子的有效识别。由于荧光分析的高灵敏和高选择性，实时原位检测，设备简单，并能提供丰富的光谱信息，在分析化学、生物化学、环境科学、医药学等领域中各种离子检测、DNA及蛋白质分子标记、细胞成像、免疫分析等方面发挥着重要作用。

罗丹明作为经典的荧光染料，荧光量子产率高，光谱性能优越、结构简单、易于修饰，是探针化合物设计中的常选荧光基团，在金属离子荧光探针研究中备受关注。文献报道较多的荧光增强型罗丹明探针主要集中于对Hg²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺等离子的识别检测。铝、铬、铜等作为环境和生物相关元素，其新颖的检测方法研究，特别是结构简单，灵敏度高、选择性优越的Al³⁺和Cr³⁺荧光探针设计研究意义重大。文献报道在罗丹明分子上引入三乙烯四胺或二乙烯三胺，分别合成了Cr³⁺或Fe³⁺荧光探针；也报道了能使细胞中Cr³⁺成像的二茂铁取代的罗丹明探针、以及基于能量共振转移机理的萘酰亚胺-罗丹明荧光探针。我们研究组报道了以罗丹明B为母体基团设计合成的系列三角架型、杯芳烃型及席夫碱型对特定金属离子选择识别的荧光探针。

在生物体系、生理过程、环境及食品安全等领域对微量金属离子的高灵敏、高选择性检测和识别研究具有广泛的应用价值。发现有别于传统的有机荧光染料分子，使其测试成本低廉、样品处理简单、测定方法快捷，并能同时检测多种金属离子、性能优越的荧光探针具有研究价值。荧光光谱法由于操作简单，不需要昂贵的仪器设备，更具有应用价值。但是由于大部分的显色剂需要经过萃取、分离等复杂的预处理才能用于检测，关键的是检测的灵敏度和选择性不能满足越来越高的需求。荧光信号在灵敏度上具有无可比拟的优越性，目前，检测Al³⁺的罗丹明类荧光探针未见报道，而Cr³⁺荧光探针研究极为有限，Cu²⁺探针的选择性和灵敏度还有待提高。开发结构简单、合成方法简便、价格低廉、灵敏度和选择性优越的荧光探针试剂在多领域具有应用价值。

三嗪类化合物中的三聚氯氰是含氮的六元杂环，环上的3个氮原子可与金属离子配位。碳原子作为亲电中心极易与胺类亲核试剂发生反应，利用三聚氯氰环上3个氯原子的反应活性差异，控制反应条件可实现进行分级取代反应，从而实现在三嗪环上选择性的引入荧光取代基进行分子设计和结构修饰。

发明内容：本发明的目的在于合成灵敏度和选择性优越的罗丹明B-三嗪荧光或比色试剂，并用于金属离子的荧光和比色测定或作为离子探针，通过控制反应温度、使用不同的缚酸剂及选择溶剂，用罗丹明B乙二胺或罗丹明B酰肼分步反应，取代三聚氯氰环上的1个或2个氯原子，或用二乙醇胺对剩余未取代的氯原子再取代，分别合成得到系列不同取代的罗丹明-三嗪化合物。在特定的介质条件下，利用荧光光谱和紫外-可见吸收光谱，化合物作为荧光和比色试剂能高灵敏、高选择性地检测特定金属离子。

制备的荧光或比色化合物结构通式如下：

式中，取代基R₁为罗丹明B乙二胺基，R₂为罗丹明B酰肼基，R₃为二乙醇胺基。

R₁或R₂对三聚氯氰环上的氯原子的取代通过不同反应温度，可控制为单取代或双取代，双取代为相同基团取代。单取代是指R₁或R₂对三聚氯氰上的一个氯的取代，双取代是指R₁或R₂或R₃中的任一基团对三嗪上的两个氯的取代，R₃的取代是指上述单取代或双取代之后对三聚氯氰上剩余的氯的取代，得到一类罗丹明B-三嗪化合物。

本发明以三聚氯氰、罗丹明B乙二胺、罗丹明B酰肼、二乙醇胺为原料，碳酸钾、碳酸铯、N, N-二异丙基乙胺为缚酸剂，无水四氢呋喃、二氧六环为溶剂，控制反应温度，选择不同缚酸剂和溶剂，经分步反应，合成制得。合成路线如下：

（1）

控制反应温度，用罗丹明B酰肼或罗丹明B乙二胺取代三聚氯氰环上的一个氯，进行单取代；

（2）

以前述（1）反应产物为原料，再用二乙醇胺取代三聚氯氰环上剩余的两个氯，进行三取代；

（3）

以前述（1）反应产物为原料，再用相同取代基（罗丹明B酰肼或罗丹明B乙二胺）取代三聚氯氰环上的另一个氯，进行双取代；

（4）

以前述（3）反应产物为原料，再用二乙醇胺取代三聚氯氰环上剩余的一个氯，进行三取代；

根据上述合成路线，各化合物的制备方法如下：

化合物1-a（2,4-二氯-6-罗丹明B酰肼- -1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护下，将三聚氯氰、碳酸钾和无水四氢呋喃混合，控制温度，搅拌下滴加罗丹明B酰肼的无水四氢呋喃溶液，搅拌回流，反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱柱分离，得到白色目标产物1-a：

滴加时间：30min

反应温度：0~5℃

反应时间：9h

缚酸剂：  碳酸钾

反应溶剂：无水四氢呋喃，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：  石油醚:乙酸乙酯:氯仿（V:V:V =3:1:4）

摩尔比：  三聚氯氰:碳酸钾:罗丹明B酰肼=1 : 4～5 : 1

化合物1-b（2,4-二氯-6-(N-胺乙基罗丹明B酰胺)-1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护下，将三聚氯氰、碳酸钾和无水四氢呋喃混合，控制温度，搅拌下滴加罗丹明B乙二胺的无水四氢呋喃溶液，搅拌回流，反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱分离，得到白色目标化合物1-b：

滴加时间：30min

反应温度：0~5℃

反应时间：9h

缚酸剂：  碳酸钾

反应溶剂：无水四氢呋喃，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：  石油醚:乙酸乙酯（V:V=3:2）

摩尔比：  三聚氯氰:碳酸钾:罗丹明B乙二胺=1～1.2 : 4～4.5 : 1

化合物2-a（2,4-双二乙醇胺-6-罗丹明B酰肼-1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护下，将二乙醇胺和N, N-二异丙基乙胺溶于无水四氢呋喃，控制温度，滴加化合物1-a的无水四氢呋喃溶液，搅拌回流，反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱柱分离，得到白色目标化合物2-a：

滴加时间：30min

反应温度：第一步反应50℃，第二步反应66℃

反应时间：9~10h

缚酸剂：  N, N-二异丙基乙胺

反应溶剂：无水四氢呋喃，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：  乙醇:氯仿（V:V=1:4）

摩尔比：  二乙醇胺:N, N-二异丙基乙胺:化合物1-a=10 : 4～5 : 1

化合物2-b（2,4-双二乙醇胺-6-(N-胺乙基罗丹明B酰胺)-1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护下，将二乙醇胺和N, N-二异丙基乙胺溶于二氧六环，化合物1-b溶于二氧六环，控制滴加温度，搅拌回流，反应结束，过滤，滤液旋干硅胶色谱柱分离，得到白色目标化合物2-b：

滴加时间：30min

反应温度：第一步反应50℃，第二步反应101℃

反应时间：8h

缚酸剂：  N, N-二异丙基乙胺

反应溶剂：二氧六环，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：  乙醇:氯仿（V:V=1:4）

摩尔比：  二乙醇胺:N, N-二异丙基乙胺:化合物1-b =10 : 1.5～2 : 1

化合物3-b（2-氯-4,6-双(N-胺乙基罗丹明B酰胺)-1,3,5-三嗪）的合成

将罗丹明B乙二胺和化合物1-b溶于无水四氢呋喃中，再加碳酸铯，搅拌回流，冷却，过滤，滤液旋干后，硅胶色谱柱分离，得到目标化合物3-b：

反应温度：66℃

反应时间：6h

缚酸剂：  碳酸铯

反应溶剂：无水四氢呋喃，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：  石油醚:乙酸乙酯（V:V=1:1）

摩尔比：  罗丹明B乙二胺:碳酸铯:化合物1-b = 1 : 5～6 : 1

本发明专利中合成反应的关键技术是利用三聚氯氰环上3个氯原子的反应活性差异，控制反应条件实现分级取代反应，通过一步或两步反应能得到不同取代的系列罗丹明-三嗪化合物，产率均在60%以上。

温度控制：反应温度控制在0-5℃，制备单罗丹明基团取代的三嗪化合物；反应温度控制在50-66℃（溶剂沸点），制备双罗丹明基团取代的三嗪化合物；反应温度控制在66-101℃（溶剂沸点），制备三取代（罗丹明基团和二乙醇胺）的三嗪化合物。

缚酸剂：进行单取代时的缚酸剂为碳酸钾；进行双取代时的缚酸剂为碳酸铯；进行三取代时的缚酸剂为N, N-二异丙基乙胺。

溶剂：不同取代反应时采用不同的反应溶剂，反应时间和产率差异较大。化合物2-b的合成，用有机碱N, N-二异丙基乙胺为缚酸剂，二氧六环为溶剂，与四氢呋喃为溶剂时相比较，反应时间由38h缩短为8h，产率从65.7%提高至79.4%。化合物3-b的合成，用无机盐碳酸铯为缚酸剂，四氢呋喃为反应溶剂，与二氧六环为溶剂时相比较，反应时间由44h缩短为6h，产率由30.8%提高到67.2%。

本发明合成的部分罗丹明-三嗪化合物其化学结构的核磁共振氢谱数据列于表2，化合物的核磁共振碳谱数据列于表3，化合物的质谱数据列于表4，化合物的红外特征峰光谱数据列于表5。

表2 化合物的核磁共振氢谱数据

 本发明方法合成的上述化合物，用荧光光谱或紫外-可见吸收光谱作为检测Al³⁺、Cr³⁺、Cu²⁺等特定金属离子的荧光或比色试剂。检测操作方法简便，灵敏度高、选择性能优越。不同结构的化合物可分别检测Al³⁺、Cr³⁺、Cu²⁺等不同金属离子，荧光法检测浓度线性范围达可达2个数量级，检测限低至10^-8 mol·L^-1 。

由于本发明试剂对金属离子有很高的选择性、灵敏度和低的检测限，可用于离子探针，检测金属离子。

附图说明：

图1 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物1-b的乙醇溶液，在三羟甲基氨基甲烷-盐酸pH ~ 4缓冲溶液中，分别不加金属离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光光谱。Al³⁺的加入使荧光显著增强，其次是Cr³⁺。激发波长为556，发射波长为578 nm。纵坐标表示荧光强度，横坐标表示波长。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图2 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物1-b 的乙醇溶液，在三羟甲基氨基甲烷-盐酸pH ~ 4缓冲溶液中，分别不加金属离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的可见吸收光谱。Al³⁺的加入使吸光度显著增强，其次是Cr³⁺。纵坐标表示吸光度，横坐标表示波长。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图3 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物3-b的乙醇溶液，在三羟甲基氨基甲烷-盐酸pH ~4缓冲溶液中，分别不加金属离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的荧光光谱。Al³⁺的加入使荧光显著增强，其次是Cr³⁺。激发波长为556，发射波长为578 nm。纵坐标表示荧光强度，横坐标表示波长。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图4 浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物3-b的乙醇溶液，在三羟甲基氨基甲烷-盐酸pH ~ 4缓冲溶液中，分别不加金属离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1金属离子Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ag⁺，K⁺，Na⁺后的可见吸收光谱。Al³⁺的加入使吸收显著增强，其次是Cr³⁺。纵坐标表示吸光度，横坐标表示波长。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图5共存金属离子对化合物3-b荧光法检测Al³⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1荧光或比色化合物3-b的乙醇溶液中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液控制pH ~ 4，加入2.00×10^-4 mol·L^-1的Al³⁺溶液后荧光显著增强。再分别向3-b-Al³⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Cr³⁺，Fe³⁺，M³⁺ (La³⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Eu³⁺，Gd³⁺，Dy³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Lu³⁺)，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的荧光强度变化。白色条表示在化合物3-b中加入不同金属离子的发射强度。黑色条表示在3-b-Al³⁺溶液再加入其他共存金属离子后的荧光强度变化。表明化合物3-b检测Al³⁺的荧光不受Cr³⁺以及其他常见共存金属离子的影响。纵坐标表示荧光强度，横坐标表示金属离子。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图6共存金属离子对化合物3-b吸收光谱法检测Al³⁺的影响。

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物3-b的乙醇溶液中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液控制pH ~ 4，加入2.00×10^-4 mol·L^-1的Al³⁺溶液后吸收显著增强。再分别向3-b-Al³⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Cr³⁺，Fe³⁺，M³⁺ (La³⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Eu³⁺，Gd³⁺，Dy³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Lu³⁺)，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的吸光度变化。白色条表示在化合物3-b中加入不同金属离子的吸光度。黑色条表示在3-b-Al³⁺溶液再加入其他共存金属离子后的吸光度变化。表明化合物3-b检测Al³⁺的吸收不受Cr³⁺以及其他常见共存金属离子的影响。纵坐标表示吸光度，横坐标表示金属离子。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图7 共存金属离子对化合物3-b荧光法检测Cr³⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物3-b的乙醇溶液中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液控制pH ~ 4，加入2.00×10^-4 mol·L^-1的Cr³⁺溶液后荧光显著增强。再分别向3-b-Cr³⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Fe³⁺，M³⁺ (La³⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Eu³⁺，Gd³⁺，Dy³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Lu³⁺)，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的荧光强度变化。白色条表示在化合物3-b中加入不同金属离子的发射强度。黑色条表示在3-b-Cr³⁺溶液再加入其他共存金属离子后的荧光强度变化。表明化合物3-b检测Cr³⁺的荧光不受其他常见共存金属离子（除Al³⁺外）的影响。纵坐标表示荧光强度，横坐标表示金属离子。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图8共存金属离子对化合物3-b吸收光谱法检测Cr³⁺的影响。

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物3-b的乙醇溶液中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液控制pH ~ 4，加入2.00×10^-4 mol·L^-1的Cr³⁺溶液后吸收显著增强。再分别向3-b-Cr³⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Fe³⁺，M³⁺ (La³⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Eu³⁺，Gd³⁺，Dy³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Lu³⁺)，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的吸光度变化。白色条表示在化合物3-b中加入不同金属离子的吸光度。黑色条表示在3-b-Cr³⁺溶液再加入其他共存金属离子后的吸光度变化。表明化合物3-b检测Cr³⁺的吸收不受其他常见共存金属离子（除Al³⁺外）的影响。纵坐标表示荧光强度，横坐标表示金属离子。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图9浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物2-a的乙腈-水（3:7）溶液，在三羟甲基氨基甲烷-盐酸pH ~6缓冲溶液中，分别不加金属离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1金属离子Cu²⁺，Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺， Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的荧光光谱。Cu²⁺的加入使荧光显著增强，其他金属离子无响应。激发波长为553，发射波长为578 nm。纵坐标为荧光强度，横坐标为波长。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图10为1.00×10^-5 mol·L^-1化合物2-a的乙腈-水（3:7）溶液，在三羟甲基氨基甲烷-盐酸pH ~ 6缓冲溶液中，分别不加金属离子或加入2.00×10^-4mol·L^-1金属离子

Cu²⁺，Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺， Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的可见吸收光谱。Cu²⁺的加入使可见吸收显著增强，其他金属离子无响应。纵坐标为吸光度，横坐标为波长。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图11 共存金属离子对化合物2-a荧光法检测Cu²⁺的影响

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1荧光或比色化合物2-a的乙腈-水（3:7）溶液中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液控制pH ~ 6，加入2.00×10^-4 mol·L^-1的Cu²⁺溶液后荧光显著增强。再分别向2-a- Cu²⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺， Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的荧光强度变化。白色条表示在化合物2-a中加入不同金属离子的发射强度。黑色条表示在2-a-Cu²⁺溶液再加入其他共存金属离子后的荧光强度变化。表明化合物3-a检测Cu²⁺的荧光不受其他常见共存金属离子的影响。纵坐标表示荧光强度，横坐标表示金属离子。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

图12 共存金属离子对化合物2-a吸收光谱法检测Cu²⁺的影响。

在浓度为1.00×10^-5 mol·L^-1荧光或比色化合物2-a的乙腈-水（3:7）溶液中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液控制pH ~ 6，加入2.00×10^-4 mol·L^-1的Cu²⁺溶液后吸收显著增强。再分别向2-a- Cu²⁺溶液中加入同等量的其他金属离子：Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺， Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，K⁺，Na⁺后的吸光度变化。白色条表示在化合物2-a中加入不同金属离子的吸光度。黑色条表示在2-a- Cu²⁺溶液再加入其他共存金属离子后的吸光度变化。表明化合物3-a检测Cu²⁺的吸收不受其他常见共存金属离子的影响。纵坐标表示吸光度，横坐标表示金属离子。Mⁿ⁺表示实验的金属离子。

具体实施方式

实施例一：化合物1-a（2,4-二氯-6-罗丹明B酰肼 -1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护的250ml的三口烧瓶中，加入323mg (1.75mmol)三聚氯氰、604mg(4.38mmol)K₂CO₃和10ml无水四氢呋喃，控制温度0~5℃，搅拌下逐滴加入800mg（1.75mmol）罗丹明B酰肼（溶于50ml无水四氢呋喃）的溶液，30min内加完，继续搅拌9h (薄层色谱跟踪)。反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱柱分离，展开剂为：石油醚:乙酸乙酯:氯仿（V:V:V=3:1:4）得到0.81g白色目标产物1-a，产率76.6%。 m.p. >300 ℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃) δ:1.16 (t, 12H, J=7.0Hz, NCH₂CH₃), 3.33(q, 8H, J=7.0Hz, NCH₂CH₃), 6.31-6.29(m, 4H, ArH), 6.66-6.63(m, 2H, ArH), 7.20(d, 1H, J=8Hz, ArH), 7.61-7.53(m, 2H, ArH), 8.01(d, 1H, J=8Hz, ArH); MS (ESI) m/z: 604.5(M⁺-1)。

实施例二：化合物1-b（2,4-二氯-6-(N-胺乙基罗丹明酰胺) -1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护的250ml的三口烧瓶中，加入365mg (1.98mmol)三聚氯氰、568mg (4.11mmol)K₂CO₃和10ml无水四氢呋喃，控制温度0~5℃，搅拌下逐滴加入800mg（1.65mmol）罗丹明B乙二胺（溶于50ml无水四氢呋喃）的溶液，30min内加完，继续搅拌5h(薄层色谱跟踪)。反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱分离，展开剂为：石油醚:乙酸乙酯（V:V=3:2），得到0.66g白色目标化合物1-b，产率63.3%。m.p. 148.4-150.3 ℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃) δ:1.17 (t, 12H, J=6.8Hz, NCH₂CH₃), 3.26-3.22(m, 2H, NCH₂CH₂N), 3.34(q, 8H, J=6.8Hz, NCH₂CH₃), 3.42-3.39(m, 2H, NCH₂CH₂N), 6.41-6.22(m, 12H, ArH), 7.11-7.09(m, 1H, ArH), 7.49-7.47(m, 2H, ArH), 7.93-7.91(m, 1H, ArH); MS (ESI) m/z: 632.2(M⁺-1)。

实施例三：化合物2-a（2,4-双二乙醇胺-6-罗丹明B酰肼-1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护的250ml的三口烧瓶中，将1.22g（11.6mmol）二乙醇胺和599mg（4.64mmol) N, N-二异丙基乙胺溶于20ml无水四氢呋喃，700mg（1.16mmol）化合物1-a溶于70ml无水四氢呋喃，并在50℃时逐滴加入三口烧瓶中，滴毕搅拌回流9h(薄层色谱跟踪)。反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱柱分离，展开剂：乙醇:氯仿（V:V =1:4)，得0.79g产品，产率91.9%。m.p. 73.6-75.5 ℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃) δ:1.25-1.08 (m, 12H, NCH₂CH₃), 3.39-3.28(m, 8H, NCH₂CH₃), 3.78-3.64(m, 20H, NCH₂CH₂N and CH₂CH₂OH), 6.39-6.27(m, 6H, ArH), 7.10-7.06(m, 1H, ArH), 7.48-7.44(m, 2H, ArH), 7.92-7.88(m, 1H, ArH); MS (ESI) m/z: 742.5(M⁺-1)。

实施例四：化合物2-b（2,4-双二乙醇胺-6-(N-胺乙基罗丹明酰胺)-1,3,5-三嗪）的合成

在N₂保护的250ml的三口烧瓶中，将504mg(4.80mmol)二乙醇胺和248mg（1.92mmol）N, N-二异丙基乙胺溶于10ml二氧六环(分子筛干燥)，300mg (0.48mmol)化合物1-b溶于30ml 二氧六环(分子筛干燥)，并在50℃时逐滴加入三口烧瓶中，滴毕搅拌回流8h(薄层色谱跟踪)。反应结束，过滤，滤液旋干。硅胶色谱柱分离(乙醇:氯仿=1:4洗脱)，得0.29g产品，产率79.4%。m.p. 94.3-95.5℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃) δ:1.17 (t, 12H, J=6.8Hz,NCH₂CH₃), 3.34-2.82 (m, 12H, NCH₂CH₃ and NCH₂CH₂N), 3.78-3.64(m,16H,CH₂CH₂OH), 6.46-6.27(m, 6H, ArH), 7.10-7.07(m, 1H, ArH), 7.48-7.44(m, 2H, ArH), 7.90-7.88(m, 1H, ArH); MS (ESI) m/z: 770.5(M⁺-1)。

实施例五：化合物3-b（2-氯-4,6-双(N-胺乙基罗丹明酰胺)-1,3,5-三嗪）的合成

在100ml的三口烧瓶中，将1.14g(1.80mmol) 罗丹明B乙二胺和875mg（1.80mmol）化合物1-b溶于50ml无水四氢呋喃中，再加1.76g（5.4mmol）Cs₂CO₃，搅拌回流6h(薄层色谱跟踪)。冷却，过滤，滤液旋干后，硅胶色谱柱分离，展开剂：石油醚:乙酸乙酯（V:V=1:1洗脱），得1.31g产品，产率67.2%。m.p. 164.2-166.1℃; ¹H NMR(400MHz, CDCl₃) δ:1.17-1.11(m, 24H, NCH₂CH₃), 3.14-3.10(q, 4H, NCH₂CH₂N), 3.32-3.28(m, 20H, NCH₂CH₂N and NCH₂CH₃), 6.42-6.15(m, 12H, ArH), 7.09-7.00(m, 2H, ArH), 7.45-7.42(m, 4H, ArH), 7.90-7.86(m, 2H, ArH); MS (ESI) m/z: 1081.3(M⁺-2)。

实施例六：

在10.0 mL 容量瓶中加入化合物1b-1（或3b-1）乙醇储备液(1.00×10^-4 mol·L^-1，0-3.0mL)，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液(5.00×10^-2 mol·L-1，pH 4.0，1.0 mL)，金属离子Al³⁺(2.00×10^-3 mol·L-1，0-3.75 mL)或Cr³⁺(2.00×10^-3 mol·L^-1，0-4.25 mL)。用乙醇溶液稀释至刻度，摇匀，在40 ℃恒温2h，移入1cm的石英比色皿进行荧光光谱和紫外-可见吸收光谱测定。荧光光谱测定的激发和发射波长为556/578 nm。

所用试剂为分析纯试剂，试验用水为二次蒸馏水。

所用荧光分光光度计型号为 Cary Eclipse荧光分光光度计，美国VARIAN公司制造。紫外-可见分光光度计型号为UV–vis TU-1901，北京普析通用仪器公司制造。

用三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液调节化合物1-b（或3-b）的乙醇溶液pH 在4~6范围，没有观察到化合物本身有明显的荧光发射和紫外-可见吸收。加入金属离子Al³⁺（或Cr³⁺）后，以556nm为激发波长，观察到显著的荧光发射，在578 nm处的荧光强度最大，Al³⁺和Cr³⁺分别使化合物荧光显著增强（图1为化合物1-b，图3为化合物3-b），溶液由无色变为粉红色，在365nm紫外灯下观察到发射橘黄色荧光。同时，在556nm波长处均观察到很强的可见吸收(图2为化合物1-b，图4为化合物3-b )。除Fe³⁺的加入有微弱信号增加外，其他实验金属离子对化合物均无明显的响应信号，表明该两种化合物对Al³⁺和Cr³⁺具有识别检测性能。

化合物3-b检测Al³⁺的荧光（图5）和吸收强度（图6）不受Cr³⁺共存的影响。而Al³⁺共存时对化合物3-b检测Cr³⁺的荧光（图7）和吸收强度（图8）有一定影响。其他常见共存金属离子在浓度与测试离子相当时，对检测的荧光强度和吸光度影响的相对偏差都在 5%以内。均不干扰测定。

在三羟甲基氨基甲烷-盐酸控制pH ~4的乙醇溶液中，以556/578nm为荧光激发和发射波长，以556nm为最大吸收波长，分别测定Al³⁺和Cr³⁺浓度变化与化合物1-b（或3-b）的荧光发射和吸光度增强的校准曲线。通过校正曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到线性范围和检出限列于表6。

表6化合物作为荧光或比色试剂检测金属离子的分析参数

实施例七：

在10.0 mL 容量瓶中加入化合物2-a的乙腈储备液(1.00×10^-4 mol·L^-1，0-3.0mL)，加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液(5.00×10^-2 mol·L-1，pH~ 6，1.0 mL)，金属离子Cu²⁺ (2.00×10^-3 mol·L-1，0-1.0 mL)。用乙腈-水溶液稀释至刻度(使溶液中乙腈:水=3:7)，摇匀，在室温放置2h，移入1cm的石英比色皿进行荧光光谱和紫外-可见吸收光谱测定。荧光光谱测定的激发和发射波长为553/578 nm。

用三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液调节化合物2-a的乙腈-水溶液（乙腈：水=3:7）pH 在3~7范围，化合物本身没有明显的荧光发射和紫外-可见吸收。加入金属离子Cu²⁺后，以553nm为激发波长，观察到显著的荧光发射，在578 nm处的荧光强度最大，Cu²⁺使化合物荧光显著增强（图9），溶液由无色变为粉红色，在365nm紫外灯下观察到发射橘黄色荧光。同时，在553nm波长处观察到很强的可见吸收(图10)。其他实验金属离子对化合物均无明显的响应信号，表明该两种试剂对Cu²⁺具有识别检测性能。

本发明的实施例中的化合物2-a作为荧光或比色试剂检测Cu²⁺时，在浓度相当的其他常见共存金属离子存在时，对检测的荧光强度（图11）和吸光度（图12）影响的相对偏差都在 5%以内。均不干扰测定。

在三羟甲基氨基甲烷-盐酸控制pH ~6.0的乙醇溶液中，以553/578nm为荧光激发和发射波长，以553nm为最大吸收波长，分别测定Cu²⁺浓度变化与化合物2-a的荧光发射和吸光度增强的校准曲线。通过校正曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到线性范围和检出限列于表7。

表7化合物作为荧光或比色试剂检测Cu²⁺的分析参数

Claims (5)

1.罗丹明B-三嗪化合物，其特征是其结构式为：

                                               。

2.按照权利要求1所述的罗丹明B-三嗪化合物的制备方法，其特征是通过控制反应温度，选择缚酸剂和溶剂，用罗丹明B酰肼和二乙醇胺对三聚氯氰环上的氯原子分步控制取代反应制得，合成路线如下：

（1）

控制反应温度，用罗丹明B酰肼取代三聚氯氰环上的一个氯；

（2）

以化合物1-a为原料，再用二乙醇胺取代三聚氯氰环上剩余的两个氯，制得化合物2-a。

3.根据权利要求2所述的罗丹明B-三嗪化合物的制备方法，其特征是具体合成工艺条件为以三聚氯氰、罗丹明B酰肼、二乙醇胺为原料，碳酸钾、N, N-二异丙基乙胺为缚酸剂，无水四氢呋喃为溶剂，控制反应温度，选择不同缚酸剂，经分步反应制得：

（1）化合物1-a的合成

在N₂保护下，将三聚氯氰、碳酸钾和无水四氢呋喃混合，控制温度，搅拌下滴加罗丹明B酰肼的无水四氢呋喃溶液，搅拌回流，反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱柱分离，得到白色目标产物1-a，所述的1-a为2,4-二氯-6-罗丹明B酰肼-1,3,5-三嗪，

滴加时间：30min

反应温度：0～5℃

反应时间：9h

缚酸剂：  碳酸钾

反应溶剂：无水四氢呋喃，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：石油醚:乙酸乙酯:氯仿，体积比V:V:V =3:1:4

摩尔比：三聚氯氰:碳酸钾: 罗丹明B乙二胺=1:4～5:1

（2）化合物2-a的合成

在N₂保护下，将二乙醇胺和N, N-二异丙基乙胺溶于无水四氢呋喃，控制温度，滴加化合物1-a的无水四氢呋喃溶液，搅拌回流，反应结束，过滤，滤液旋干，硅胶色谱柱分离，得到白色目标化合物2-a，所述的2-a为2,4-双二乙醇胺-6-罗丹明B酰肼-1,3,5-三嗪，

滴加时间：30min

反应温度：第一步反应50℃，第二步反应66℃

反应时间：9～10h

缚酸剂：  N, N-二异丙基乙胺

反应溶剂：无水四氢呋喃，加入量能溶解完相应溶质

洗脱剂：  乙醇:氯仿，体积比V:V=1:4

摩尔比：二乙醇胺:N, N-二异丙基乙胺:化合物1-a =10:4～5:1。

4.按照权利要求1所述的罗丹明B-三嗪化合物的应用，其特征是用化合物2-a作为荧光光谱或紫外-可见吸收光谱检测金属离子Cu²⁺的荧光或比色试剂。

5.根据权利要求4所述的罗丹明B-三嗪化合物的应用，其特征是用化合物2-a作为检测金属离子Cu²⁺的荧光探针，荧光法检测Cu²⁺浓度线性范围达可达2个数量级，检测限低至10^-8 mol·L^-1。