CN103980884B - Al3+荧光传感器、合成方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于罗丹明B的Al³⁺荧光传感器、合成方法及其应用。本发明以罗丹明B为前体合成目标产物N‑(2(3'，6'‑双(二乙氨基)‑3‑氧代螺[异二氢吲哚‑1,9'‑呫吨]‑2‑基)乙基)‑3‑巯基丙酰胺（N‑（2‑（3',6'‑bis（diethylamino）‑3‑oxospiro[isoindo‑line‑1,9'‑xanthen]‑2‑yl）ethyl）‑3‑mercaptopropanamide）。本发明提供了目标产物在重金属离子检测中的应用，发现其对Al³⁺有很好的检测效果，与现有技术相比，本发明采用的原料易得，合成步骤简单，后处理亦很方便，较易实现大规模生产，在检测生物活体以及环境中的Al³⁺方面有很大的应用前景。

Description

Al3+荧光传感器、合成方法及应用

技术领域

本发明属于生物化学领域，具体涉及一种Al³⁺荧光传感器、合成方法及应用。

背景技术

铝是地壳中含量最丰富的金属元素，约占其质量的8％，铝的毒理作用与其他重金属不同，铝被指出可以干扰呼吸链中铁硫蛋白的功能，会提升患老年痴呆症的危险，铝被广泛的应用于水处理和食品添加剂，以及工业生产中。铝离子还能够在生物体内富集，通过食物链转移到人体内，长期蓄积将会严重威胁人们的骨骼，脑以及神经***，鉴于铝中毒对人体的严重影响，研究一种能够快速方便检测Al³⁺的方法具有十分重要的意义。

目前，检测重金属离子的方法主要有：原子吸收光谱法、原子荧光光度法、电感耦合等离子质谱法、高效液相色谱法等，然而这些方法存在很多缺点，如所需仪器价格较为昂贵费时，携带不便等。与此相反，荧光探针技术具有灵敏度高、选择性好，能快速、方便检测金属离子的优点，目前得到了广泛的应用。

罗丹明类化合物荧光量子产率高、光谱性能优越、结构简单、易于修饰，是探针化合物设计过程中应用极广的荧光基团，但是当前文献报道的Al³⁺荧光传感器还存有很多缺陷，如文献1(Costero A M,Bon A B,Calabuig L,et al.OFF-ON BODIPY-based chemosensors for selective detection of Al³⁺and Cr³⁺versus Fe³⁺in aqueous media[J].RSC Advances,2014.)，文献2(Dhara A,Jana A,Konar S,et al.A novel rhodamine-based colorimetric chemodosimeter for the rapid detection of Al³⁺in aqueous methanol:fluorescent‘OFF–ON’mechanism[J].Tetrahedron Letters,2013,54(28):3630-3634.)等报道的Al³⁺荧光传感器选择性较差，不能选择性的检测Al³⁺。文献3(Li Y P,Liu X M,Zhang Y H,et al.A fluorescent and colorimetric sensor for Al³⁺based on a dibenzo-18-crown-6derivative[J].Inorganic Chemistry Communications,2013,33:6-9.)报道的Al³⁺荧光传感器所采用的原料比较昂贵，生产成本高。

发明内容

本发明目的是提供一种灵敏度高、快速方便检测的Al³⁺荧光传感器、合成方法及其应用。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种Al³⁺荧光传感器，具有如下结构：

一种Al³⁺荧光传感器的合成方法，包括如下步骤：

第一步，将罗丹明B与过量的乙二胺在无水乙醇中回流反应，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，最后得到淡黄色粉末；

第二步，将第一步中得到的产物与DCC(N,N'-二环己基碳二亚胺)、HOBt(1-羟基苯并***)、TEA(N,N-二乙基乙胺)常温混合，然后加入过量的3-巯基丙酸，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，得到***粉末即为所述Al³⁺荧光传感器。

第一步反应中，罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1：5，反应时间为12h。

第一步所述的硅胶柱分离中，采用的洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

第二步反应中，DCC：HOBt：TEA：罗丹明B＝1.2eq：1.2eq：1.5eq：1eq，反应时间为4-6h。

第二步所述的硅胶柱分离中，采用的洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

一种Al³⁺荧光传感器的应用，将上述结构的荧光传感器选择性检测Al³⁺中。

与现有技术相比，本发明的合成方法简单，原料易得，合成步骤简单，后处理亦很方便，较易实现大规模生产，同时，本发明所涉及传感器能选择性检测铝离子，且敏感度较高，在检测生物活体以及环境中的Al³⁺方面具有很大的应用前景。

附图说明

图1为本发明的化合物2¹H NMR。

图2为本发明的化合物3¹H NMR。

图3为本发明的化合物3¹³C NMR。

图4为本发明的化合物3MS。

图5为本发明的化合物3的荧光选择性曲线。

图6为本发明的化合物3的荧光稳定性曲线。

图7为本发明的化合物3的荧光滴定曲线。

图8为本发明的化合物3的紫外选择性曲线。

图9为本发明的化合物3的紫外滴定曲线。

具体实施方案

(一)传感器化合物的合成

本发明提供了目标产物在重金属离子检测中的应用，发现其对Al³⁺有很好的检测效果。本发明合成路线如下：

(二)紫外可见吸收性能测试

将CdCl₂·2.5H₂O,CuCl₂·2H₂O,AlCl₃,KCl,FeCl₃·6H₂O,PbCl₂,SnCl₂·H₂O,AgNO₃,HgCl₂,NiCl₂·6H₂O,FeCl₂·4H₂O,MgCl₂·6H₂O,NaCl,ZnCl₂,CrCl₃·6H₂O,Ba(NO₃)₂,CuCl,LiCl·H₂O,MnCl₂·4H₂O,CoCl₂·6H₂O,CaCl₂等不同金属离子加入化合物3的溶液中，进行紫外吸收性能测试。

(三)荧光性能测试

将CdCl₂·2.5H₂O,CuCl₂·2H₂O,AlCl₃,KCl,FeCl₃·6H₂O,PbCl₂,SnCl₂·H₂O,AgNO₃,HgCl₂,NiCl₂·6H₂O,FeCl₂·4H₂O,MgCl₂·6H₂O,NaCl,ZnCl₂,CrCl₃·6H₂O,Ba(NO₃)₂,CuCl,LiCl·H₂O,MnCl₂·4H₂O,CoCl₂·6H₂O,CaCl₂等不同重金属离子加入化合物3的溶液中，进行荧光响应测试。

实施例1荧光化学传感器的合成

1.化合物2的合成

将罗丹明B(3.824g，8mmol)与乙二胺(5.2ml，80mmol)在无水乙醇(100-120ml)中，控制反应温度在80℃，反应时间为12h，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，经硅胶柱分离得到淡黄色固体3.3g，产率为85％。化合物2¹H NMR如图1所示。

2.Al³⁺荧光传感器(化合物3)的制备

将中间产物化合物2(121mg，0.25mmol)溶解在CH₂Cl₂(10ml)中，加入DCC(N,N'-二环己基碳二亚胺，77.4mg，0.375mmol)、HOBT(1-羟基苯并***，50.7mg，0.375mmol)、TEA(N,N-二乙基乙胺，108uL，0.75mmol)，然后加入3-巯基丙酸(218ul，2.5mmol)，待反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，经柱分离之后最终得到***固体230mg，产率为80％。化合物3¹H NMR、¹³C NMR、MS分别为图2、3、4所示。

实施例2荧光性能测试

Al³⁺荧光传感器3在无水乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物3可以溶解在EtOH：HEPES(700uM，pH＝7.3)＝2：3混合液中，配制500ml该溶液作为储备液(pH＝7.3)。

精确配置Al³⁺荧光传感器3为2×10^-5mol/L乙醇-H₂O混合液(2：3，V：V)，金属离子Sn²⁺，Cr³⁺，Ca²⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，Ba²⁺，Co²⁺，Zn²⁺，Li⁺，Cd²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cu⁺，Mn²⁺，Pb²⁺，Hg²⁺，Cs²⁺，Al³⁺，Ni²⁺，Fe³⁺等浓度为1×10^-4mol/L水溶液。

1.Al³⁺荧光传感器荧光选择性测试

荧光选择性实验如图5所示，取3ml储备液置于液体池中，加入30uL Al³⁺荧光传感器3溶液，测其初始荧光强度值，然后分别加入配置好的各种金属离子溶液30uL，测量其稳定时的荧光强度。观察图5可知，化合物3仅对Al³⁺有响应，并且在583nm处荧光强度达到最大值，也即化合物3对Al³⁺有很好的选择性。

2.Al³⁺荧光传感器荧光稳定性测试

荧光稳定性实验如图6所示，取3ml储备液置于液体池中，加入30uL Al³⁺荧光传感器3溶液，测其初始荧光强度值，然后加入配置好的Al³⁺溶液30uL，每隔2min测量其荧光强度。观察图6可知，化合物3与Al³⁺混合之后，随时间的增加，荧光强度也随之增加，约40分钟之后，荧光强度趋于不变，也即化合物3与Al³⁺在混合反应40分钟之后达到饱和。

3.Al³⁺荧光传感器荧光滴定测试

荧光稳定性实验如图7所示，取3ml储备液置于液体池中，加入30uL Al³⁺荧光传感器3溶液，测其初始荧光强度值，然后逐步滴加配置好的Al³⁺溶液，分别测定其稳定时荧光强度，直至其荧光强度不随Al³⁺浓度增大而增加，观察图7可知，化合物3与Al³⁺混合之后，随Al³⁺浓度的增加，荧光强度也随之增加，当铝离子浓度大于10eq 时，荧光强度趋于不变，也即化合物3与Al³⁺在铝离子浓度大于10eq时达到饱和。

实施例3紫外可见吸收性能测试

Al³⁺荧光传感器3在无水乙醇中具有很好的溶解性，经验证，化合物3可以溶解在EtOH：HEPES(700uM，pH＝7.3)＝2：3混合液中，配制500ml该溶液作为储备液(pH＝7.3)。

精确配置Al³⁺荧光传感器3为2×10^-5mol/L乙醇-H₂O混合液(2：3，V：V)，金属离子Sn²⁺，Cr³⁺，Ca²⁺，Ag⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，Ba²⁺，Co²⁺，Zn²⁺，Li⁺，Cd²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺，Cu⁺，Mn²⁺，Pb²⁺，Hg²⁺，Cs²⁺，Al³⁺，Ni²⁺，Fe³⁺等浓度为1×10^-4mol/L水溶液。

1.Al³⁺荧光传感器紫外可见吸收选择性测试

紫外选择性实验如图8所示，取3ml储备液置于液体池中，加入30uL Al³⁺荧光传感器3溶液，测其初始紫外可见吸收强度值，然后分别加入配置好的各种金属离子溶液30uL，测量其稳定时的紫外可见吸收强度。观察图8可知，化合物3仅对Al³⁺有响应，并且在583nm处紫外吸收达到最大值，也即化合物3对Al³⁺有很好的选择性。

2.Al³⁺荧光传感器紫外可见吸收稳定性测试

紫外可见吸收稳定性实验如图9所示，取3ml储备液置于液体池中，加入30uL Al³⁺荧光传感器3溶液，测其初始紫外可见吸收值，然后加入配置好的Al³⁺溶液30uL，每隔2min测量其紫外可见吸收强度。观察图9可知，化合物3与Al³⁺混合之后，随Al³⁺浓度的增加，紫外可见吸收强度也随之增加，当铝离子浓度大于10eq时，紫外吸收强度趋于不变，也即化合物3与Al³⁺在混合反应在铝离子浓度为10eq达到饱和。

Claims (10)

1.一种Al³⁺荧光传感器，其特征在于，具有如下结构：

2.如权利要求1所述的Al³⁺荧光传感器，其特征在于，由以下步骤合成：

第一步，将罗丹明B与过量的乙二胺在无水乙醇中回流反应，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，最后得到淡黄色粉末；

第二步，将第一步中得到的产物与N,N'-二环己基碳二亚胺、1-羟基苯并***、N,N-二乙基乙胺常温混合，然后加入过量的3-巯基丙酸，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，得到***粉末即为所述Al³⁺荧光传感器。

3.如权利要求2所述的Al³⁺荧光传感器，其特征在于，第一步反应中，罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1：5，反应时间为12h。

4.如权利要求2所述的Al³⁺荧光传感器，其特征在于，第一步硅胶柱分离中，洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

5.如权利要求2所述的Al³⁺荧光传感器，其特征在于，第二步反应中，N,N'-二环己基碳二亚胺：1-羟基苯并***：N,N-二乙基乙胺：罗丹明B＝1.2eq：1.2eq：1.5eq：1eq，反应时间为4-6h。

6.如权利要求2所述的Al³⁺荧光传感器，其特征在于，第二步硅胶柱分离中，洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

7.一种Al³⁺荧光传感器的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将罗丹明B与过量的乙二胺在无水乙醇中回流反应，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，最后得到淡黄色粉末；

第二步，将第一步中得到的产物与N,N'-二环己基碳二亚胺、1-羟基苯并***、N,N-二乙基乙胺常温混合，然后加入过量的3-巯基丙酸，反应完成之后，减压除去溶剂，萃取，硅胶柱分离，得到***粉末即为所述Al³⁺荧光传感器。

8.如权利要求7所述的Al³⁺荧光传感器的合成方法，其特征在于，第一步反应中，罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1：5，反应时间为12h；硅胶柱分离中，洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

9.如权利要求7所述的Al³⁺荧光传感器的合成方法，其特征在于，第二步反应中，N,N'-二环己基碳二亚胺：1-羟基苯并***：N,N-二乙基乙胺：罗丹明B＝1.2eq：1.2eq：1.5eq：1eq，反应时间为4-6h；硅胶柱分离中，洗脱液为MeOH：CH₂Cl₂＝1：50。

10.如权利要求1-6任一所述的Al³⁺荧光传感器在Al³⁺荧光检测中的应用。