CN104087285A - 一种基于罗丹明结构的Cu2+荧光探针及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针及其制备方法，该Cu²⁺荧光探针的结构式为该荧光探针的制备方法包括步骤：罗丹明B酰肼制备--罗丹明B酰肼悬浮液制备--丙烯酰氯悬浮液制备--Cu²⁺荧光探针制备--Cu²⁺荧光探针Mrh表面清洗。本发明提供的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针及其制备方法，该Cu²⁺荧光探针的溶剂适用性好，且其抗干扰性强。

Description

一种基于罗丹明结构的Cu2+荧光探针及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属离子检测的荧光探针技术领域，尤其涉及一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针及其制备方法。

背景技术

荧光探针可用于生物、化学、环境、食品等领域的检测和研究工作，目前对于Cu²⁺检测的荧光探针相关报道较多，但多数缺乏实用性，最关键的问题是溶剂适用性不够，多数应用需要在100％的水溶液中进行，而大部分Cu²⁺荧光探针需要在有机溶剂和水的混合溶剂中进行工作；其次，现有Cu²⁺荧光探针的抗干扰性不够，现有的Cu²⁺荧光探针除了在一定条件下对Cu²⁺具有选择性响应外，往往还对Hg²⁺等其它金属离子有一定的弱响应，这样会造成干扰。上述这些缺陷限制了荧光探针的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中Cu²⁺检测荧光探针的溶剂适用性不够且抗干扰性差等上述缺陷，提供一种溶剂适用性好且抗干扰性强的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针，其结构式如式(1)所示：

作为对本发明所述技术方案的一种改进，式(1)顶部的氧杂蒽环上设有烃基取代基。本发明提供的Cu²⁺荧光探针Mrh不限于式(1)中的结构，还可再式(1)顶部的氧杂蒽环上设置烃基取代基，并有助于增强所述Cu²⁺荧光探针Mrh的溶剂适用性。

本发明还提供了一种上述基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法，具体技术方案如下：

一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法，基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的合成线路如下：

作为对本发明所述技术方案的一种改进，包括如下工艺步骤：

(1)罗丹明B酰肼制备：采用罗丹明B制备获得罗丹明B酰肼；

(2)罗丹明B酰肼悬浮液制备：在反应器皿中加入2.28g由步骤(1)获得的罗丹明B酰肼和3.6-4.4ml的四氢呋喃，研磨4-8min后冷却至0℃即获得罗丹明B酰肼悬浮液；

(3)丙烯酰氯悬浮液制备：将0.45-0.55ml丙烯酰氯溶于1.8-2.2ml四氢呋喃中获得丙烯酰氯悬浮液；

(4)Cu²⁺荧光探针制备：将由步骤(3)制备获得的丙烯酰氯悬浮液加入到由步骤(2)制备获得的罗丹明B酰肼悬浮液中反应5-8h并生成沉淀，该沉淀即为Cu²⁺荧光探针Mrh；

(5)Cu²⁺荧光探针Mrh表面清洗：待Cu²⁺荧光探针Mrh生成后，过滤步骤(4)中的反应悬浮液获得Cu²⁺荧光探针Mrh，并对Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色，即获得符合要求的Cu²⁺荧光探针Mrh。

在本发明所述基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针中，据已有文献报道，罗丹明B酰肼能够作为对Cu²⁺产生特异响应的荧光探针，可以用于生物细胞内、环境水体中及食品领域金属离子的检测；本发明提供的Cu²⁺荧光探针Mrh也能对生物细胞内、环境水体中及食品领域中的Cu²⁺进行检测。

在遇到Cu²⁺时，罗丹明B酰肼和Cu²⁺荧光探针Mrh底部内酰胺环均打开，二者的分子均由无荧光状态变成强荧光状态，但罗丹明B酰肼存在一些缺点，比如水溶性不足，不能在纯水溶液中使用，而且罗丹明B酰肼对Hg²⁺等其它金属离子也有一定的响应，从而Hg²⁺等其它金属离子便对罗丹明B酰肼对Cu²⁺的检测产生了干扰。

本发明提供的所述Cu²⁺荧光探针Mrh在罗丹明B酰肼的基础上引入了吸电子取代基，即引入了丙烯酰基团，大大地降低了罗丹明B底环N原子上的电子云，增强了罗丹明B酰肼的极性，根据相似相容的原理，所述Cu²⁺荧光探针Mrh的水溶性也得到提高，即提高了所述Cu²⁺荧光探针Mrh的溶剂适用性。除此之外，与罗丹明B酰肼相比，本发明所述Cu²⁺荧光探针Mrh开环更容易，从而增强了所述Cu²⁺荧光探针Mrh对Cu²⁺的敏感性，且不会对Hg²⁺等其它金属离子产生特异性响应，排除了Hg²⁺等其它金属离子的干扰，即使得所述Cu²⁺荧光探针Mrh的抗干扰性得以增强。

在本发明所述基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法中，步骤(2)和步骤(3)中均采用四氢呋喃分别作为罗丹明B酰肼和丙烯酰氯的分散剂来制备罗丹明B酰肼悬浮液和丙烯酰氯悬浮液，减少了罗丹明B酰肼和丙烯酰氯完成分散过程所需的时间和能量，可防止悬浮液中固体颗粒的沉降和凝聚，有助于罗丹明B酰肼悬浮液和丙烯酰氯悬浮液进行下一步的反应。

在上述步骤(2)中，采用四氢呋喃对2.28g罗丹明B酰肼进行分散以形成稳定的罗丹明B酰肼悬浮液，此时对四氢呋喃的用量有要求，如若四氢呋喃的用量少于3.6ml，则会导致罗丹明B酰肼分散不彻底，即可能会导致形成的罗丹明B酰肼悬浮液中存在未分散的固体颗粒，不利于后续的反应；如若四氢呋喃的用量大于4.4ml，则会造成物质浪费，影响制备成本。

另外，在反应器皿中加入罗丹明B酰肼和四氢呋喃后，需研磨，以增强四氢呋喃的分散效果；在罗丹明B酰肼悬浮液制备过程和研磨过程中会产生热量，为防止该热量对后续反应产生不良影响，需在研磨4-8min后将混合液冷却至0℃。

在步骤(3)中，也采用四氢呋喃对0.45-0.55ml丙烯酰氯进行分散，同上所述，此时对四氢呋喃的用量有要求，如若四氢呋喃的用量少于1.8ml，则会导致丙烯酰氯分散不彻底，即可能会导致形成的丙烯酰氯悬浮液中存在未分散的固体颗粒，不利于后续的反应；如若四氢呋喃的用量大于2.2ml，则会造成物质浪费，不利于成本的最小化。

在步骤(4)中，将制备获得的丙烯酰氯悬浮液加入到罗丹明B酰肼悬浮液中进行反应，此时对反应时间也有要求，当反应时间低于5h时，则会导致反应不彻底，一是影响了Cu²⁺荧光探针的产率，二是残留在反应液中的罗丹明B酰肼和丙烯酰氯会对Cu²⁺荧光探针Mrh的纯度产生影响，进而会影响到该Cu²⁺荧光探针Mrh的溶剂适用性和抗干扰性能。当反应时间超过8h时，会造成反应时间的无谓延长，不利于反应时间的节约。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，在步骤(5)中，采用四氢呋喃对Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色。由步骤(4)生成的沉淀表面残留有红色液体，为了清洗掉该红色液体，故采用四氢呋喃对Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色。

另外，在本发明所述技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

因此，本发明的有益效果是提供了一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针及其制备方法，该Cu²⁺荧光探针的溶剂适用性好，且其抗干扰性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针Mrh的核磁共振氢谱测定结果；

图2是利用基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针Mrh在含有不同金属离子的溶液中的荧光曲线，其中，曲线1为浓度为10^-5M的Cu²⁺荧光探针Mrh在只含有Cu²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Li⁺和Mg²⁺的溶液中的荧光曲线，其中，溶液中Cu²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Li⁺和Mg²⁺的浓度均为10^-6M；曲线2为浓度为10^-5M的Cu²⁺荧光探针Mrh在不含任何金属离子的溶液中的荧光曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针，其结构式如式(1)所示：

在本实施例中，上述式(1)顶部的氧杂蒽环上还设有烃基取代基。

本实施例还提供了上述结构式的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法，其合成路线如下：

依据上述合成路线，该基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法包括如下工艺步骤：

(1)罗丹明B酰肼制备：采用罗丹明B制备获得罗丹明B酰肼；

(2)罗丹明B酰肼悬浮液制备：在反应器皿中加入2.28g由步骤(1)获得的罗丹明B酰肼和3.6ml的四氢呋喃，研磨8min后冷却至0℃即获得罗丹明B酰肼悬浮液；

(3)丙烯酰氯悬浮液制备：将0.45ml丙烯酰氯溶于1.8ml四氢呋喃中获得丙烯酰氯悬浮液；

(4)Cu²⁺荧光探针制备：将由步骤(3)制备获得的丙烯酰氯悬浮液加入到由步骤(2)制备获得的罗丹明B酰肼悬浮液中反应5h并生成沉淀，所述沉淀即为Cu²⁺荧光探针Mrh；

(5)Cu²⁺荧光探针Mrh表面清洗：待Cu²⁺荧光探针Mrh生成后，过滤步骤(4)中的反应悬浮液获得所述Cu²⁺荧光探针Mrh，并采用四氢呋喃对所述Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色，即获得符合要求的Cu²⁺荧光探针Mrh。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，二者在制备方法方面存在区别，具体如下：

依据上述合成路线，该基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法包括如下工艺步骤：

(1)罗丹明B酰肼制备：采用罗丹明B制备获得罗丹明B酰肼；

(2)罗丹明B酰肼悬浮液制备：在反应器皿中加入2.28g由步骤(1)获得的罗丹明B酰肼和4ml的四氢呋喃，研磨5min后冷却至0℃即获得罗丹明B酰肼悬浮液；

(3)丙烯酰氯悬浮液制备：将0.5ml丙烯酰氯溶于2ml四氢呋喃中获得丙烯酰氯悬浮液；

(4)Cu²⁺荧光探针制备：将由步骤(3)制备获得的丙烯酰氯悬浮液加入到由步骤(2)制备获得的罗丹明B酰肼悬浮液中反应6h并生成沉淀，所述沉淀即为Cu²⁺荧光探针Mrh；

(5)Cu²⁺荧光探针Mrh表面清洗：待Cu²⁺荧光探针Mrh生成后，过滤步骤(4)中的反应悬浮液获得所述Cu²⁺荧光探针Mrh，并采用四氢呋喃对所述Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色，即获得符合要求的Cu²⁺荧光探针Mrh。

实施例三：

本实施例与实施例一基本相同，二者在制备方法方面存在区别，具体如下：

依据上述合成路线，该基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法包括如下工艺步骤：

(1)罗丹明B酰肼制备：采用罗丹明B制备获得罗丹明B酰肼；

(2)罗丹明B酰肼悬浮液制备：在反应器皿中加入2.28g由步骤(1)获得的罗丹明B酰肼和4.4ml的四氢呋喃，研磨4min后冷却至0℃即获得罗丹明B酰肼悬浮液；

(3)丙烯酰氯悬浮液制备：将0.55ml丙烯酰氯溶于2.2ml四氢呋喃中获得丙烯酰氯悬浮液；

(4)Cu²⁺荧光探针制备：将由步骤(3)制备获得的丙烯酰氯悬浮液加入到由步骤(2)制备获得的罗丹明B酰肼悬浮液中反应8h并生成沉淀，所述沉淀即为Cu²⁺荧光探针Mrh；

(5)Cu²⁺荧光探针Mrh表面清洗：待Cu²⁺荧光探针Mrh生成后，过滤步骤(4)中的反应悬浮液获得所述Cu²⁺荧光探针Mrh，并采用四氢呋喃对所述Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色，即获得符合要求的Cu²⁺荧光探针Mrh。

为了验证实施例一至实施例三获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的结构与上述式(1)是否相同，申请人对实施例一至实施例三获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针进行了核磁共振氢谱测定，具体结果见附图1所示，且相关1H核磁数据为：¹H NMR(CDCl₃):δ＝9.98(s,1H),7.91(d,1H),7.70-7.63(m,2H),7.22(d,1H),7.00(d,2H),6.85(d,2H),6.71(d,2H),6.08(m,1H),5.96(m,1H),5.61(m,1H),3.41(m,8H),1.03(t,12H)。

根据附图1和相关1H核磁数据可知，实施例一至实施例三获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的结构与上述式(1)中体现的结构相同。

另外，为了检测实施例一至实施例三获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针对Cu²⁺的灵敏度，申请人准备了2种溶液对制备获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针对Cu²⁺的灵敏度和对其它金属离子的抗干扰性进行检测，第一种溶液中含有Cu²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Li⁺和Mg²⁺，且Cu²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Li⁺和Mg²⁺在溶液中的浓度均为10^-6M，该Cu²⁺荧光探针Mrh的浓度为10^-5M；第二种溶液中不含有任何金属离子，此时，Cu²⁺荧光探针Mrh的浓度也为10^-5M；检测结果如附图2所示。

Cu²⁺最大吸光度的波长为590nm左右，通过附图2中的曲线1可知，由实施例一至实施例三制备获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针在波长为590nm左右时的荧光强度达到顶峰，在波长为520-560nm时，该基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的荧光强度极弱；通过附图2中的曲线2可知，该基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针在所有波长范围内的荧光强度都极弱，并接近于0。由此可知，由实施例一至实施例三制备获得的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针不仅对Cu²⁺极敏感，而且还具有良好的对Hg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Li⁺和Mg²⁺等其它金属离子的抗干扰性能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针，其特征在于，其结构式如式(1)所示：

2.根据权利要求1所述的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针，其特征在于，所述式(1)顶部的氧杂蒽环上设有烃基取代基。

3.一种权利要求1所述的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法，其特征在于，所述基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的合成线路如下：

4.根据权利要求3所述的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

(1)罗丹明B酰肼制备：采用罗丹明B制备获得罗丹明B酰肼；

(2)罗丹明B酰肼悬浮液制备：在反应器皿中加入2.28g由步骤(1)获得的罗丹明B酰肼和3.6-4.4ml的四氢呋喃，研磨4-8min后冷却至0℃即获得罗丹明B酰肼悬浮液；

(3)丙烯酰氯悬浮液制备：将0.45-0.55ml丙烯酰氯溶于1.8-2.2ml四氢呋喃中获得丙烯酰氯悬浮液；

(4)Cu²⁺荧光探针制备：将由步骤(3)制备获得的丙烯酰氯悬浮液加入到由步骤(2)制备获得的罗丹明B酰肼悬浮液中反应5-8h并生成沉淀，所述沉淀即为Cu²⁺荧光探针Mrh；

(5)Cu²⁺荧光探针Mrh表面清洗：待Cu²⁺荧光探针Mrh生成后，过滤步骤(4)中的反应悬浮液获得所述Cu²⁺荧光探针Mrh，并对所述Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色，即获得符合要求的Cu²⁺荧光探针Mrh。

5.根据权利要求4所述的基于罗丹明结构的Cu²⁺荧光探针的制备方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，采用四氢呋喃对所述Cu²⁺荧光探针Mrh表面进行清洗至滤液变为无色。