CN104830312A

CN104830312A - 一种荧光增强型探针化合物的制备以及三价铬离子检测

Info

Publication number: CN104830312A
Application number: CN201510160991.4A
Authority: CN
Inventors: 范春华; 黄曦明; 齐俊杰; 吕正亮; 张瑞雪; 杨荣; 张新明
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: CN104830312B

Abstract

本发明涉及一种新型荧光探针化合物的制备以及三价铬离子检测，所述铬离子荧光探针化合物具有式Ⅰ的结构。制备方法是将氰基联苯酚、无水氯化镁、无水三乙胺在乙腈溶剂中混合并氮气保护，再加入多聚甲醛，回流得到中间产物，然后与2-氯吡啶盐酸盐、无水碳酸钾、碘化钾在乙腈溶剂中回流，得到第二步中间产物。将其与菲醌、乙酸铵在乙醇溶剂中混合，乙酸作催化剂，反应得到目标产物探针。该探针化合物对三价铬离子具有良好的选择性、灵敏性，且响应速度快，检测样品前处理简单，适用于水体和环境中微量三价铬离子的检测。

Description

一种荧光增强型探针化合物的制备以及三价铬离子检测

技术领域

本发明涉及一种新型荧光探针化合物的制备以及三价铬离子检测，属于荧光探针技术领域。

技术背景

重金属和过渡金属广泛存在于自然界中，然而大量的富集往往会对环境以及生物体造成严重的重金属污染。铬离子作为人体必需的微量元素之一，对人体的正常新陈代谢起着重要作用。比如，铬离子也可以防止细胞内遗传物质的基因突变、调节糖类和脂质的代谢、降低血液中胆固醇和甘油三脂的水平。铬的不足也易导致动脉硬化、糖尿病等严重疾病发生。相反，铬的过量摄取却会造成中毒，引起肾脏、肝脏、神经***等方面的病变。在工业上，铬及其化合物也被广泛用于冶金、电镀、皮革、颜料、印染、涂料等工业生产中，大量废气、废液的排放往往导致其以离子形态进入生态环境。因此，准确监测环境及生物体中的铬离子水平具有重要意义。

常用的铬离子识别和测定方法主要有分光光度法、高效液相分析法、原子吸收法等，这些传统的测试方法往往具有选择性差、预处理复杂、需要昂贵的仪器等缺点。近年来，荧光光谱法由于具有仪器设备简单、灵敏度高、检测限低、方便快捷等特点已成为重金属离子监测的最有效手段之一。目前，荧光探针已经被广泛应用于许多重大疾病的影像学和临床诊断研究中。因此，设计、合成具有高选择性和高灵敏度的、可用于监测铬离子的新型荧光分子探针已成为科研人员广泛关注的热门研究课题。

现有技术CN103387830A提供一种铬离子荧光探针化合物及其制备方法，但是所述荧光探针的设计合成复杂、荧光量子产率不高、检测限不够低，因此难以达到当前科学研究以及实际应用的要求。基于以上不足，本发明所设计的荧光探针具有以下优势：仅需三步简单的合成；测试样品前处理简单；探针分子稳定性高；对目标离子响应速度快；选择性和灵敏度高；检测限低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种三价铬离子荧光探针化合物，可以灵敏检测三价铬离子。

本发明还提供所述检测三价铬离子荧光探针化合物的制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种三价铬离子荧光探针化合物，具有图1中的化合物I。

本发明所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氰基联苯酚与无水氯化镁、无水三乙胺混合溶于无水乙腈中，在氮气保护下，加入多聚甲醛并搅拌回流，得到图2中的产物Ⅱ。

（2）上步制得化合物II与2-氯甲基吡啶盐酸盐、无水碳酸钾、碘化钾混合溶于乙腈中，搅拌回流，得到图3中的产物Ⅲ。

（3）上步制得化合物Ⅲ与菲醌、乙酸铵混合溶于乙醇中，加入乙酸作催化剂，反应回流，得到图4中的产物Ⅰ。

根据本发明，优选的，步骤（1）所述氰基联苯酚、无水氯化镁、无水三乙胺、多聚甲醛的摩尔比为2:3:8:30；

根据本发明，优选的，步骤（2）所述2-氯甲基吡啶盐酸盐、化合物Ⅱ、无水碳酸钾、碘化钾的摩尔比为2:2:10:1;

根据本发明，优选的，步骤（3）所述菲醌、乙酸铵、化合物Ⅲ的摩尔比为1:10:1。

更为详细的，所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，步骤如下：

(a)取氰基联苯酚0.31克、无水氯化镁0.22克置于烧瓶中，氮气保护，在加入0.61克无水三乙胺和20毫升乙腈，搅拌使其混合均匀，加入多聚甲醛0.66克，加热回流6小时。反应停止后，加入少量水淬灭，过量稀盐酸酸化，混合物用乙酸乙酯萃取3次，干燥，硅胶柱纯化，得产物Ⅱ。

(b)取样品Ⅱ1.1克，2-氯甲基吡啶盐酸盐0.82克，无水碳酸钾2.5克，碘化钾0.36克，共同置于烧瓶中，并加入35毫升乙腈溶解。加热回流6小时后，停止反应，过滤除去无机盐，得到的粗产物浓缩，硅胶柱纯化，得产物Ⅲ。

(c)取菲醌0.04克，乙酸铵0.16克共同置于15毫升乙醇中，再加入1.5毫升二氯甲烷。待全溶后，稍冷，加入样品Ⅲ和一滴乙酸。反应2小时后，滤膜抽滤，乙醇洗涤得产物探针Ⅰ。

本发明所述的三价铬离子荧光探针化合物的应用，可广泛用于土壤或水体中的三价铬离子含量。

进一步优选的，所述荧光探针用于在pH=7.0的N,N-二甲基甲酰胺和水体积比1:1的溶液中三价铬离子的快速检测。在50% N,N-二甲基甲酰胺溶液中最低可探测的铬离子浓度为10^-7mol/L。

本发明通过实验验证，所述荧光探针在pH=7.0的N,N-二甲基甲酰胺和水体积比1:1的溶液中，用波长300 nm的光作为激发波长，在波长为412 nm处具有弱的荧光，一旦加入铬离子，溶液在412 nm处荧光迅速增强，而其他金属离子加入后溶液的荧光没有明显变化，对铬离子具有很高的选择性，如图1所示。

将本发明的荧光探针化合物加入含有50% N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，配成荧光探针化合物浓度为20微摩尔每升的溶液，用HEPES缓冲溶液调节pH=7.0，加入不同浓度的铬离子，用波长300 nm的光激发，在波长412 nm处的荧光依次增强。得出工作曲线如图2所示，通过测定待测样品的荧光强度，就可以定量的计算出铬离子的浓度。

本发明的荧光探针具有以下优势：仅需三步简单的合成；测试样品前处理简单；探针产物稳定性高；对目标离子响应速度快；选择性和灵敏度高；检测限低。

附图说明

图1为本发明实施例1荧光探针分子结构图。

图2为本发明实施例2化合物II分子制备及结构图。

图3为本发明实施例2化合物III分子制备及结构图。

图4为本发明实施例2化合物I分子制备及结构图。

图5为本发明实施例1荧光离子探针在含有50% N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中(pH=7.0)，与不同金属离子作用后的荧光强度，对铬离子有高选择性。

图6为本发明的荧光探针与不同浓度的三价铬离子的荧光强度工作曲线图。

图7为本发明的荧光探针的核磁图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不限于此。实施例中的各种原料均来自于市场购买。

实施例 1 、中间产物II的合成实验

取氰基联苯酚0.31克、无水氯化镁0.22克置于烧瓶中，氮气保护，在加入0.61克无水三乙胺和20毫升乙腈，搅拌使其混合均匀，加入多聚甲醛0.66克，加热回流6小时。反应停止后，加入少量水淬灭，过量稀盐酸酸化，混合物用乙酸乙酯萃取3次，干燥，硅胶柱纯化，得产物Ⅱ。核磁氢谱：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ ppm : 11.11 (s, 1H), 9.99 (s, 1H), 7.78 (m, 4H), 7.66 (dt, 2H, J=8.55, 1.99), 7.12 (d, 1H, J=8.46).

实施例 2 、中间产物Ⅲ的合成实验

取样品Ⅱ1.1克，2-氯甲基吡啶盐酸盐0.82克，无水碳酸钾2.5克，碘化钾0.36克，共同置于烧瓶中，并加入35毫升乙腈溶解。加热回流6小时后，停止反应，过滤除去无机盐，得到的粗产物浓缩，硅胶柱纯化，得产物Ⅲ。核磁氢谱：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ ppm : 10.65 (s, 1H), 8.64 (d, 1H, J=4.42), 8.12 (d, 1H, J=2.53), 7.78 (m, 2H), 7.73 (d, 2H, J=8.58), 7.67 (dd, 2H, J=8.66, 2.25), 7.55 (d, 1H, J=8.06), 7.29 (dd, 1H, J=7.62, 5.28), 7.18 (d,1H, J=8.74), 5.39 (s, 2H)。

实施例 3 、本发明荧光探针Ⅰ的合成实验

取菲醌0.04克，乙酸铵0.16克共同置于15毫升乙醇中，再加入1.5毫升二氯甲烷。待全溶后，稍冷，加入样品Ⅲ和一滴乙酸。反应2小时后，滤膜抽滤，乙醇洗涤得产物探针Ⅰ。核磁氢谱：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ ppm : 12.97 (s, 1H), 9.00 (t, 2H, J=2.49), 8.34 (d, 1H, J=7.65), 8.79 (d, 1H, J=7.97), 8.74 (d, 1H, J=8.18), 8.39 (d, 1H, J=7.65), 7.55-7.90 (m, 10H), 7.42-7.48 (m, 2H), 7.24 (d, 1H, J=8.64), 5.53 (s, 2H)。

实施例 4 、荧光实验

取实施例1制备的荧光探针化合物，溶解到含有50% N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，用HEPES缓冲溶液调节pH=7.0；得荧光探针溶液，备用。

1、取荧光探针溶液，分16组，每组10毫升，其中1组不加金属离子，15组分别加入含有Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Na²⁺、Ba²⁺、K⁺、Mn²⁺、Li⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Ni²⁺的溶液，使得每组溶液中含有探针化合物的浓度为20 μΜ，金属离子浓度为120 μM，使得金属离子与探针化合物的摩尔比为6:1；采用激发波长为300 nm，荧光光度计测试其荧光强度，如图1所示，结果显示：在波长为412 nm处具有较弱的荧光，一旦加入铬离子，溶液在412 nm荧光迅速增强，而其他金属离子加入后溶液的荧光没有明显变化，因此对铬离子具有很高的选择性。

2、取荧光探针溶液，分11组，每组10毫升，分别加入不同浓度的铬离子溶液，调节到溶液中探针化合物的浓度为20 μM，铬离子的浓度分别为探针化合物浓度的0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8倍。采用激发波长为300 nm，荧光光度计测试其荧光强度，如图2所示，结果显示：溶液在412 nm处荧光迅速增强，在低浓度时其荧光强度与浓度成线性关系。根据测试计算，本探针化合物的最低检测限为2.36×10⁻ ⁸ mol/L。

Claims

1.一种三价铬离子荧光探针化合物，具有图1中的化合物I。

2.一种权利要求1所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氰基联苯酚与无水氯化镁、无水三乙胺混合溶于无水乙腈中，在氮气保护下，加入多聚甲醛并搅拌回流，得到图2中的产物Ⅱ。

3.(2)上步制得化合物II与2-氯甲基吡啶盐酸盐、无水碳酸钾、碘化钾混合溶于乙腈中，搅拌回流，得到图3中的产物Ⅲ。

4.(3)上步制得化合物Ⅲ与菲醌、乙酸铵混合溶于乙醇中，加入乙酸作催化剂，反应回流，得到图4中的产物Ⅰ。

5.如权利要求2所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（1）所述氰基联苯酚、无水氯化镁、无水三乙胺、多聚甲醛的摩尔比为2:3:8:30；

如权利要求2所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（2）所述2-氯甲基吡啶盐酸盐、化合物Ⅱ、无水碳酸钾、碘化钾的摩尔比为2:2:10:1;

如权利要求2所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，其特征在于步骤（3）所述菲醌、乙酸铵、化合物Ⅲ的摩尔比为1:10:1。

6.如权利要求2所述的三价铬离子荧光探针化合物的制备方法，其特征在于，步骤如下： (1)取氰基联苯酚0.31克、无水氯化镁0.22克置于烧瓶中，氮气保护，在加入0.61克无水三乙胺和20毫升乙腈，搅拌使其混合均匀，加入多聚甲醛0.66克，加热回流6小时。

7.反应停止后，加入少量水淬灭，过量稀盐酸酸化，混合物用乙酸乙酯萃取3次，干燥，硅胶柱纯化，得产物Ⅱ；(2)取样品Ⅱ1.1克，2-氯甲基吡啶盐酸盐0.82克，无水碳酸钾2.5克，碘化钾0.36克，共同置于烧瓶中，并加入35毫升乙腈溶解；加热回流6小时后，停止反应，过滤除去无机盐，得到的粗产物浓缩，硅胶柱纯化，得产物Ⅲ；(3)取菲醌0.04克，乙酸铵0.16克共同置于15毫升乙醇中，再加入1.5毫升二氯甲烷，待全溶后，稍冷，加入样品Ⅲ和一滴乙酸；反应2小时后，滤膜抽滤，乙醇洗涤得产物探针Ⅰ。

8.权利要求1所述的三价铬离子荧光探针化合物的应用，用于检测土壤或水体中的三价铬离子含量。