CN104529890B - 特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法及其应用 - Google Patents

特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

一种特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，所述化合物名称为8‑[4'‑N‑((2‑乙氧基)乙醇)甲基氨基苯甲酰基]甲基喹啉，化学分子式为C22H24N4O3，分子结构式为：制备方法是：以对甲酰基苯甲酸甲酯、二甘醇胺为原料形成席夫碱在发生还原反应、肼解反应形成4‑N‑[(2‑乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼，其与喹啉‑8‑甲醛反应形成目标化合物。本发明的优点是：该制备方法工艺简单、原料易得、易于实施，制备的荧光探针对Zn2+具有较高的选择性，实现了对锌离子的高灵敏度检测，对在水溶液中快速检测金属锌离子具有重要的应用价值。

Description

特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及荧光探针领域，具体是一种特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法及其应用。
背景技术
锌离子是人体内重要的营养元素之一，在人体所含有的重金属元素中，锌的含量仅次于铁排在第二位，其总量可以达到 2-3 g，在血液中的浓度可以达到 10 µM，在人体的免疫防卫、创伤愈合、核酸及蛋白质代谢、生殖功能等方面发挥着重要的作用，在生命过程中譬如神经传递和基因表达中发挥着及其重要的作用。因此，在生物体中定量检测锌离子引起了科学家们的极大兴趣。近些年来，人们逐渐认识到了荧光分子探针在检测生物体内低浓度的锌离子的重要性。
目前常见的用于锌离子检测的方法主要包括原子吸收光谱法、离子色谱法、比色法、荧光光谱法等。由于分子光谱法（比色法、荧光光谱法）所需仪器设备简单、分析迅速、信号可用肉眼直接观测等特点，近年来越来越多的受到人们的关注。
相比于普通的席夫碱类配合物，酰腙类化合物较为稳定，并且表现出较强的生物活性, 它们具有优良的光物理性质、电化学以及非线性光学性质，因此许多学者用酰腙与金属离子作用从而形成金属配合物，并且研究了它们的生物活性，以便寻找出活性更好的金属基药物。黄明智等合成了11个2-甲硫基-1-苯基乙酮苯甲酰腙类配合物，并测试了它们的生物活性，结果表明有些配合物具有杀菌或者杀虫活性。龙德清、杨正银等人都为酰腙类金属配合物的研究作出了一定贡献，一系列研究表明酰腙金属配合物部分具有良好的发光与催化活性，因此在材料科学领域中有潜在的应用价值。
在医药领域，酰腙类配合物分子中氧原子与氮原子因可参与生物体中氢键的形成,抑制生物体内诸多生理化学过程,如抗高血糖、抗肿瘤、抗真菌和制备免疫抑制剂(如类风湿)中有广泛应用。酰腙类配体本身因配位能力较强，配位形式多样，具有生物和药物活性，所以在农药、医药、分析试剂、非线性光学性质、催化等方面有广泛应用。
酰腙类化合物作为一类具有强配位能力的配体, 在其化学结构中含有 N、O配位原子，取代基上还可能含有理想的配位点，在一定条件下就可以和过渡金属、稀土金属甚至主族元素发生配位组装。
结合以上分析，本发明设计、合成出的一种小分子荧光探针，可将其应用于Zn2+ 的分析检测。该荧光分子探针分子具有灵敏度高，选择性好，检测成本低等特点，为生物体中检测Zn2+的荧光探针的进一步研究指出了一个方向。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种选择性高和灵敏度好的特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法及其应用。
本发明的技术方案：
一种特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，所述化合物名称为8-[4'-N-((2-乙氧基)乙醇)甲基氨基苯甲酰基]甲基喹啉，化学分子式为C22H24N4O3，分子结构式为：
制备步骤如下：
1）将对甲酰基苯甲酸甲酯和二甘醇胺加入无水乙醇中，室温下搅拌5 h后，将三乙酰氧基硼氢化钠均分三次加入到反应体系中，TLC检测反应进程，待反应完全后，加入蒸馏水，用二氯甲烷萃取、浓缩、干燥后，得到油状化合物4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯；
2)将上述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯和80wt%的水合肼加入无水乙醇中，回流反应24 h ，旋出乙醇，柱层析提纯产物，得化合物4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼；
3）将上述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼中，逐滴加入溶解在无水乙醇中的喹啉-8-甲醛，室温下搅拌7 h，然后柱层析提纯粗产物，得黄棕色目标化合物8-[4'-N-((2-乙氧基)乙醇)甲基氨基苯甲酰基]甲基喹啉。
所述对甲酰基苯甲酸甲酯、二甘醇胺、三乙酰氧基硼氢化钠与无水乙醇的质量比为1:2:4:12；三乙酰氧基硼氢化钠与蒸馏水的质量比为3:4.5-5.5。
所述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯、80wt%的水合肼与无水乙醇的质量比为1:1.9:15。
所述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼、喹啉-8-甲醛与无水乙醇的质量比为1:1:16。
一种所制备的特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的应用，用作快速检测金属锌离子的水溶性荧光探针。
该方法制备的荧光探针对金属锌离子具有很好的荧光性能，可以在水溶液中选择性的结合金属锌离子，使紫外吸收光谱发生红移、荧光强度大大增强。
本发明的优点是：该制备方法工艺简单、原料易得、易于实施，制备的荧光探针对金属锌离子具有较高的选择性，实现了对锌离子的高灵敏度检测，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为该探针水溶液(浓度为1×10-5 mol/L) 与Zn2+反应后紫外吸收变化图。
图2为该探针水溶液(浓度为1×10-5 mol/L) 与Zn2+反应后荧光发射光谱的变化图
图3为该探针水溶液(浓度为1×10-5 mol/L)与相同浓度的不同金属离子(Sn2+、Cd2+、Al3+、Mn2+、K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+、Hg2+、Pd2+、Co2+)反应后紫外吸收变化图。
图4为该探针水溶液(浓度为1×10-5 mol/L)与Zn2+反应后的最低检测线的测定图。
图5为该探针水溶液(浓度为1×10-5 mol/L) )与Zn2+反应后的结合常数的测定图。
具体实施方式
下面通过实施例具体的说明本发明，但本发明不受下述实施例的限定。
实施例：
一种特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，所述化合物名称为8-[4'-N-((2-乙氧基)乙醇)甲基氨基苯甲酰基]甲基喹啉，化学分子式为C22H24N4O3，分子结构式为：
制备步骤如下：
1) 将1.64 g对甲酰基苯甲酸甲酯和3.28 g二甘醇胺加入25 mL无水乙醇中，室温下搅拌5 h后，将6.55 g三乙酰氧基硼氢化钠均分三次加入到反应体系中，TLC检测反应进程，待反应完全后，加入10 g蒸馏水，用二氯甲烷萃取、浓缩、干燥后，得到1.21 g油状化合物4- N –[（2-乙氧基）乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯（Ⅰ），产率47.8%。1H NMR (400MHz, CDCl3):δ (ppm) = 8.02 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar-H), 7.42 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar-H),3.93 (s, 3H, -CH3), 3.90 (s, 2H, -CH2-), 3.75 (t, J = 4Hz, 2H, -CH2-), 3.66(t, J = 5.2 Hz, -CH2-), 3.61 (t, J = 4.8 Hz, -CH2-), 2.85 (t, J = 5.2 Hz, -CH2-), 2.22 (s, 2H, -NH-, -OH),Analytically calculated for C13H19NO4：C, 61.64;H, 7.56; N, 5.53%. Found: C, 61.54 ; H, 7.67; N, 5.56%。
反应式为：
。
2)将0.76 g上述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯和1.47 g 80wt%的水合肼加入15 mL无水乙醇中，回流反应24 h ，旋出乙醇,柱层析提纯产物，得0.68 g化合物4- N – [（2 - 乙氧基）乙醇甲氨基]苯甲酰肼（Ⅱ）， 产率87.2%。1H NMR (400MHz, CDCl3):δ (ppm) = 7.70 (d, J = 8.4 Hz , 2H, Ar-H), 7.41 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar-H),7.34 (s, 1H, -NH-), 3.87 (s, 2H, -CH2-), 3.73 (t, J = 4 Hz, 2H, -CH2-), 3.64(t, J = 5.2 Hz, -CH2-), 3.59 (t, J = 4.8 Hz, -CH2-), 2.82 (t, J = 5.2 Hz, -CH2-), Analytically calculated for C12H19N3O3: C, 56.90; H, 7.56; N, 16.59%.Found: C, 56.85 ; H, 7.64 ; N, 16.46%。
反应式为：
。
3）将0.24 g 上述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼于50 mL圆底烧瓶中，逐滴加入溶解在20 mL无水乙醇中的0.24 g 喹啉-8-甲醛,室温下搅拌7 h，然后柱层析提纯粗产物,得黄棕色目标化合物0.17g 8-[4'-N-((2-乙氧基)乙醇)甲基氨基苯甲酰基]甲基喹啉（Ⅲ），产率：45%，1H NMR (400 MHz, DMSO): δ (ppm) = 12.14(s, 1H, -CO=NH-),9.79(s, 1H, -CH=N-), 9.01(d, 1H, J = 3.7 Hz, Ar-H), 8.48(d, 1H, J = 8.3 Hz,Ar-H), 8.41(d, 1H, J = 7.2 Hz, Ar-H), 8.11(d, 1H, J = 8.0 Hz, Ar-H), 7.98(d,2H, J = 7.8 Hz, Ar-H), 7.76(t, 1H, J = 7.7 Hz, Ar-H) 7.66(m, 1H, Ar-H), 7.53(d, 2H, J = 7.8 Hz, Ar-H), 3.88(s, 2H, Ph-CH 2 -NH), 3.52(m, 4H, -CH 2 -O-CH 2 -),3.43(m, 2H, -CH 2 -OH), 2.74( m, 2H,-NH-CH 2 -); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): δ(ppm) = 163.34, 150.84, 145.84, 145.09, 143.76, 137.17, 132.37, 131.76,130.49, 128.72, 128.53, 128.15, 127.05, 126.10, 122.38, 72.66, 60.69, 52.44,48.22. Analytically calculated for C22H24N4O3 : C, 67.58; H, 6.13; N, 104.06 %.Found: C, 67.33 ; H, 6.16 ; N, 14.28 %. ESI-MS: m/z: calcd: 393.1932, found:393.1927 [M+1].
反应式为：
所制备的特异性识别锌离子的荧光探针，用做快速检测金属锌离子的水溶性荧光探针。
荧光探针的光谱测试：
将制备的荧光探针溶于水中，配制成浓度为1×10-5 mol/L的水溶液，检测其光谱性能。
图1为向该探针水溶液逐渐加入不同浓度的Zn2+溶液，测定紫外滴定光谱变化，图1中可以看出最大吸收波长为323 nm，不断增加不同浓度的Zn2+水溶液后，紫外吸收光谱红移了30 nm。
图2是向该探针水溶液逐渐加入不同浓度的Zn2+溶液，设定的激发波长323 nm，狭缝宽度为1.0，2.5 nm，测定的荧光强度变化光谱，图中表明：探针的发射波长为505 nm，向溶液中不断加入Zn2+ 水溶液后该化合物的荧光强度逐渐增强。
图3是相同浓度的金属离子Sn2+、Cd2+、Al3+、Mn2+、K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Fe3+、Hg2+、Pd2+、Co2+与荧光探针反应后的荧光强度变化图谱，从图中可以看出，除了Zn2+使荧光强度增强外，加入的其他金属离子均不能使该化合物的荧光强度增强，可以说明该化合物对Zn2+具有很高的选择性。
图4是荧光探针与金属锌离子反应的线性关系图，由图可以求出该探针对Zn2+的最低检测线为0.366 μmol/L 。
图5是该探针与锌离子反应的荧光滴定的线性关系图，由图可以算出与锌离子的结合常数即Ks = 1.81×105 L/mol。

Claims (5)

1.一种特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，其特征在于：所述化合物名称为(E)-4-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]-N-(8-甲基喹啉)苯甲酰肼，化学分子式为C22H24N4O3，分子结构式为：
制备步骤如下：
1)将对甲酰基苯甲酸甲酯和二甘醇胺加入无水乙醇中，室温下搅拌5h后，将三乙酰氧基硼氢化钠均分三次加入到反应体系中，TLC检测反应进程，待反应完全后，加入蒸馏水，用二氯甲烷萃取、浓缩、干燥后，得到油状化合物4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯；
2)将上述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯和80wt％的水合肼加入无水乙醇中，回流反应24h，旋出乙醇，柱层析提纯产物，得化合物4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼；
3)将上述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼中，逐滴加入溶解在无水乙醇中的喹啉-8-甲醛，室温下搅拌7h，然后柱层析提纯粗产物，得黄棕色目标化合物(E)-4-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]-N-(8-甲基喹啉)苯甲酰肼。
2.根据权利要求1所述特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，其特征在于：所述对甲酰基苯甲酸甲酯、二甘醇胺、三乙酰氧基硼氢化钠与无水乙醇的质量比为1:2:4:12；三乙酰氧基硼氢化钠与蒸馏水的质量比为3:4.5-5.5。
3.根据权利要求1所述特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，其特征在于：所述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酸甲酯、80wt％的水合肼与无水乙醇的质量比为1:1.9:15。
4.根据权利要求1所述特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的制备方法，其特征在于：所述4-N-[(2-乙氧基)乙醇甲氨基]苯甲酰肼、喹啉-8-甲醛与无水乙醇的质量比为1:1:16。
5.一种权利要求1所制备的特异性识别锌离子的水溶性荧光探针的应用，其特征在于：用作快速检测金属锌离子的水溶性荧光探针。
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