CN106883183B - 一种用于Cu2+检测的菲并咪唑可逆荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

一种用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针及其制备方法与应用，本发明涉及一种用于Cu²⁺检测的荧光探针及其制备方法与应用。本发明是要解决现有的荧光分子探针对Cu²⁺的检测可逆性差、易受其他金属离子干扰的技术问题。本发明的可逆荧光探针的结构式为：制备方法：一、用菲醌、邻硝基苯甲醛和乙酸铵合成中间体化合物I；二、中间体化合物I、雷尼镍、乙醇、水合肼合成中间体化合物II；三、用中间体化合物II和水杨醛反应，得到用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针。检测时可逆荧光探针与Cu²⁺作用后荧光强度萃灭；再加入Cr³⁺后，荧光强度恢复，可用于水中Cu²⁺与Cr³⁺的污染的检测。

Description

一种用于Cu2+检测的菲并咪唑可逆荧光探针及其制备方法与 应用

技术领域

本发明涉及一种用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针及其制备方法。

背景技术

铜是一种非常重要的过渡金属元素。在生命体中对调节生理机制、维持生理平衡发挥了重要的作用；在自然界中，铜是人类最早使用的金属之一，环境中常常可以检测出Cu²⁺离子的存在。然而，过量存在的Cu²⁺对生物体和环境均有不利影响，比如，神经退行性疾病就与人体中过量的Cu²⁺有关；而饮用水中如果Cu²⁺过量，则会引起人的胃肠功能紊乱，因此对Cu²⁺进行检测具有非常重要的意义。近年来，越来越多科研工作者开始了Cu²⁺荧光探针的研究工作。米小龙等人在《高等学校化学学报》2016第37卷第10期的1784 ～1791页报道了两种罗丹明类衍生物Cu²⁺的荧光探针，日光下，Cu²⁺可以使这两种罗丹明类衍生物由无色变为橘色或粉红色；2015年，《高等学校化学学报》2015年第36卷第 2期第287～292页报道了两种新型水溶性氮茚衍生物Cu²⁺的荧光探针，研究发现Cu²⁺可以选择性萃灭这两种氮茚衍生物的荧光。《RSC进展》(RSC Advances)在2014年的4 期的22613–22616页公开的文章《一种基于吡啶类苯乙烯菁染料的对铜离子和铅离子具有不同反应的新型荧光探针》(Anew fluorescent probe based on styrylcyanine dye containing pyridine:dissimilar fluorescent response to Cu²⁺and Pb²⁺和在46800–46805页公开的文章《检测活细胞中镁离子和铜离子的荧光探针》(A fluorescent probe for the detection ofMg(II) and Cu(II)and its application for imaging in living cells)都是关于Cu²⁺识别的技术。这两篇文章中，主体化合物除了可以识别Cu²⁺外，还分别对Pb²⁺和Mg²⁺具有识别性能。

根据目前文献报道的对于Cu²⁺荧光探针的研究，主要存在以下两个缺陷：

1.Cu²⁺对主体化合物的荧光只能进行萃灭或增强的一次性的识别性能，而没有可逆识别性能；

2.主体化合物除了能够识别Cu²⁺外，还对其他金属离子有识别性能，所以，易受其他金属离子干扰，识别不具有专一性。

发明内容

本发明是要解决现有的荧光分子探针对Cu²⁺的检测可逆性差、易受其他金属离子干扰的技术问题，而提供的主体化合物对Cu²⁺具有专一识别性能并实现可逆(off-on-off)荧光信号响应检测的一种用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针及其制备方法与应用。

本发明的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的结构式为：

上述的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的制备方法，按以下步骤进行：

一、中间体化合物I的合成：

将菲醌、邻硝基苯甲醛和乙酸铵按照1∶1.5∶2的摩尔比投入到反应器中，再加入冰乙酸作为溶剂，升温至90～110℃并搅拌6～10h后，反应停止，冷却至室温，向反应器中加入水，再用10％的氢氧化钠溶液调pH值至8～10，抽滤，得到黄色固体；干燥后，再用乙酸乙酯重结晶，再抽滤、干燥，得到中间体化合物I；

二、中间体化合物II的合成：

称取中间体化合物I、雷尼镍、乙醇、质量百分浓度为80％的水合肼溶液；其中中间体化合物I的物质的量与雷尼镍的质量的比为1mmol：(0.15～2)g；中间体化合物I的物质的量与乙醇的体积的比为1mmol：(25～40)mL；中间体化合物I的物质的量与质量百分浓度为80％的水合肼溶液的体积的比为1mmol：3～4mL；将中间体化合物I和雷尼镍加入到反应器中，再加入乙醇作为溶剂，通入氮气保护，在搅拌条件下，滴加质量百分浓度为80％的水合肼溶液，滴加完毕后，升温至65～85℃，反应5～9h，冷却至室温，抽滤，用乙酸乙酯洗涤，旋转蒸发去除滤液后，得到灰色固体，干燥后，再用乙酸乙酯重结晶，再抽滤、干燥，得到中间体化合物II；

三、Cu²⁺荧光探针的合成：

按照1：(1～3)的摩尔比称取中间体化合物II和水杨醛，加入到反应器中，再向其中加入酸性介质作为溶剂，搅拌反应1～4h，反应结束后，向反应体系中加入水淬灭反应，再用10％氢氧化钠溶液调pH值至8～10，析出固体；然后进行抽滤，滤饼用水洗至中性，干燥，再用乙酸乙酯重结晶，得到用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针。

步骤三中所述的酸性介质进一步优选为质量百分浓度为98％的浓硫酸、质量百分浓度为65～68％的浓硝酸、冰乙酸或甲酸。

本发明的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的应用是将该菲并咪唑可逆荧光探针用于Cu²⁺和/或Cr³⁺的相继检测或单独检测。

利用菲并咪唑可逆荧光探针检测Cu²⁺的方法，按以下步骤进行：

一、将pH＝6.8～7.4、浓度为0.01mol/L的HEPES缓冲溶液与DMF按体积比为1： 1混合均匀，得到溶剂；

二、将用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针用步骤一得到的溶液配制浓度为1.0×10^-5mol/L的溶液，得到主体溶液；

三、将待测溶液加入到主体溶液中，得到混合液；

四、在激发波长为360nm、激发狭缝宽度为10的条件下，检测主体溶液和混合液的荧光发射光谱，如果混合液的荧光强度萃灭，则可判定待测溶液中含有Cu²⁺。

利用菲并咪唑可逆荧光探针检测Cr³⁺的方法，按以下步骤进行：

一、将pH＝6.8～7.4、浓度为0.01mol/L的HEPES缓冲溶液与DMF按体积比为1： 1混合均匀，得到溶剂；

二、将用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针用步骤一得到的溶液配制浓度为1.0×10^-5mol/L的溶液，得到主体溶液；

三、在主体溶液中分别加入浓度为0.10mol/L的Cu²⁺，充分混合后静置5min，得到菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液；

四、将待测溶液加入到菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液中，得到混合液；

五、在激发波长为360nm、激发狭缝宽度为10的条件下，检测主体溶液、菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液和混合液的荧光发射光谱，如果混合液相对于菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液的荧光强度增强，则可判定待测溶液中含有Cr³⁺。

本发明的合成过程可用下面的式子表示：

本发明的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针是一种在水相体系中，pH为6.8～7.4的环境内，具有高选择性、高灵敏性的可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针。该荧光探针能选择性识别Cu²⁺，识别性能专一。利用菲并咪唑可逆荧光探针检测Cu²⁺的过程中，菲并咪唑与Cu²⁺形成了络合物，记为菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物，该络合物使菲并咪唑荧光分子的荧光强度萃灭，用来检测Cu²⁺；菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物继续与Cr³⁺络合后，荧光强度可在一定程度上恢复，用来对Cr³⁺进行识别检验，完成该荧光分子探针的可逆 (off-on-off)荧光信号响应。

附图说明

图1是试验1制备的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针对不同金属离子的紫外吸收光谱图；

图2是试验1制备的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针对不同金属离子的荧光发射光谱图；

图3是试验1制备的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针在其他金属离子存在的情况下，Cu²⁺荧光探针的荧光发射光谱图；

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针的结构式为：

具体实施方式二：制备具体实施方式一的所述的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的方法，按以下步骤进行：

一、中间体化合物I的合成：

将菲醌、邻硝基苯甲醛和乙酸铵按照1∶1.5∶2的摩尔比投入到反应器中，再加入冰乙酸作为溶剂，升温至90～110℃并搅拌6～10h后，反应停止，冷却至室温，向反应器中加入水，再用10％的氢氧化钠溶液调pH值至8～10，抽滤，得到黄色固体；干燥后，再用乙酸乙酯重结晶，再抽滤、干燥，得到中间体化合物I；

二、中间体化合物II的合成：

称取中间体化合物I、雷尼镍、乙醇、质量百分浓度为80％的水合肼溶液；其中中间体化合物I的物质的量与雷尼镍的质量的比为1mmol：(0.15～2)g；中间体化合物I的物质的量与乙醇的体积的比为1mmol：(25～40)mL；中间体化合物I的物质的量与质量百分浓度为80％的水合肼溶液的体积的比为1mmol：3～4mL；将中间体化合物I和雷尼镍加入到反应器中，再加入乙醇作为溶剂，通入氮气保护，在搅拌条件下，滴加质量百分浓度为80％的水合肼溶液，滴加完毕后，升温至65～85℃，反应5～9h，冷却至室温，抽滤，用乙酸乙酯洗涤，旋转蒸发去除滤液后，得到灰色固体，干燥后，再用乙酸乙酯重结晶，再抽滤、干燥，得到中间体化合物II；

三、Cu²⁺荧光探针的合成：

按照1：(1～3)的摩尔比称取中间体化合物II和水杨醛，加入到反应器中，再向其中加入酸性介质作为溶剂，搅拌反应1～4h，反应结束后，向反应体系中加入水淬灭反应，再用10％氢氧化钠溶液调pH值至8～10，析出固体；然后进行抽滤，滤饼用水洗至中性，干燥，再用乙酸乙酯重结晶，得到用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中所述的酸性介质为质量百分浓度为98％的浓硫酸、质量百分浓度为65～68％的浓硝酸、冰乙酸或甲酸。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤一中的反应温度为 95℃，反应时间为8h。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤一中的pH值至9。其它与具体实施方式二至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤二中反应温度为78℃，反应时间为8h。其它与具体实施方式二至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤三中搅拌反应2h。其它与具体实施方式二至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤三中pH值为 9。其它与具体实施方式二至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是步骤三中中间体化合物II与水杨醛反应物的摩尔比为1∶2.5。其它与具体实施方式二至八之一相同。

具体实施方式十：具体实施方式一所述的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的应用是将该菲并咪唑可逆荧光探针用于Cu²⁺和/或Cr³⁺的相继检测或单独检测。

具体实施方式十一：利用菲并咪唑可逆荧光探针检测Cu²⁺的方法，按以下步骤进行：

一、将pH＝6.8～7.4、浓度为0.01mol/L的HEPES缓冲溶液与DMF按体积比为1： 1混合均匀，得到溶剂；

二、将用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针用步骤一得到的溶液配制浓度为1.0×10^-5mol/L的溶液，得到主体溶液；

三、将待测溶液加入到主体溶液中，得到混合液；

四、在激发波长为360nm、激发狭缝宽度为10的条件下，检测主体溶液和混合液的荧光发射光谱，如果混合液的荧光强度萃灭，则可判定待测溶液中含有Cu²⁺。

具体实施方式十二：实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤四中所述的荧光强度萃灭是指荧光强度降低50％以上。其它与具体实施方式十一相同。

具体实施方式十三：利用菲并咪唑可逆荧光探针检测Cr³⁺的方法，按以下步骤进行：

一、将pH＝6.8～7.4、浓度为0.01mol/L的HEPES缓冲溶液与DMF按体积比为1： 1混合均匀，得到溶剂；

二、将用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针用步骤一得到的溶液配制浓度为1.0×10^-5mol/L的溶液，得到主体溶液；

三、在主体溶液中分别加入浓度为0.10mol/L的Cu²⁺，充分混合后静置5min，得到菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液；

四、将待测溶液加入到菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液中，得到混合液；

五、在激发波长为360nm、激发狭缝宽度为10的条件下，检测主体溶液、菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液和混合液的荧光发射光谱，如果混合液相对于菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液的荧光强度增强，则可判定待测溶液中含有Cr³⁺。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十三不同的是步骤五中所述的荧光强度增强是指荧光强度提高50％以上。其它与具体实施方式十三相同。

用以下实例验证本发明的有益效果：

试验1：本试验的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的制备方法，按以下步骤进行：

一、中间体化合物I的合成：

称取菲醌5mmol、邻硝基苯甲醛7.5mmol、乙酸铵10mmol加入到50mL的三口瓶中，并向其中加入30mL的冰乙酸作为溶剂，升温至110℃，并不断搅拌，在反应过程中，用TLC跟踪检测(展开剂为乙酸乙酯和石油醚，V_{(乙酸乙酯)}：V_(石油醚)＝3∶7)，反应进行10h 后，反应基本完全，停止反应，冷却至室温，在三口瓶内加入50mL水，并置于200mL 的烧杯中，用10％的氢氧化钠溶液调pH值至9，抽滤，得到黄色固体，干燥；干燥后，再溶于25mL的乙酸乙酯中，加热搅拌2h后，冷却至室温，有大量固体析出，抽滤、干燥，得到中间体化合物I；

本步骤得到的中间体化合物I的产率为92％，熔点：258～260℃。用红外光谱、核磁氢谱和核磁碳谱表征该中间体化合物I，得到的结果如下：

IR(KBr,cm^–1)：3074,1616,1575,1537,1453,1364,781,754,734.¹H NMR(600MHz,DMSO)δ:14.33(s,H,OH)，9.28(s,H,NH)，8.90(d,J＝8.40Hz,2H,ArH)，8.53(d,J＝ 7.80Hz,2H,ArH),8.25(d,J＝8.40Hz,H,ArH),7.80(t,J＝7.20Hz,3H,ArH),7.71(t,J＝ 7.80Hz,2H,ArH),7.26(d,J＝9.0Hz,H,ArH).¹³C NMR(150MHz,DMSO)δ:149.4,132.8, 131.3,130.4,128.0,127.5,125.7,125.3,124.6,124.4,122.4.

从表征结果知该中间体化合物I的结构式为

二、中间体化合物II的合成：

在50mL的三口烧瓶中加入2.0mmol中间体化合物I、0.32g雷尼镍和30mL的乙醇溶剂，在通入2min氮气后，搅拌，并用恒压滴液漏斗慢慢滴加7.5mL质量百分浓度为 80％的水合肼溶液，滴加完毕后，升温至80℃回流反应5h后，用TLC跟踪检测(展开剂为V_{(乙酸乙酯)}：V_(石油醚)＝3∶7)，反应基本完全，冷却至室温后，抽滤，用乙酸乙酯洗涤五次，旋转蒸发滤液，得到褐色固体并干燥。再用乙酸乙酯重结晶，加热搅拌2.5h后，冷却至室温，有大量固体析出，抽滤、干燥，中间体化合物II。

本步骤得到的中间体化合物II的产率为85％，熔点：183～185℃；

用红外光谱、核磁氢谱和核磁碳谱进行表征，得到的结果如下：

IR(KBr,cm^–1)：3370,1616,1600,1543,1514,1487,1455,760,751,722,546.¹H NMR(600MHz,DMSO)δ:13.35(s,H,NH),8.85(d,J＝8.40Hz 2H,ArH),8.58(d,J＝8.40Hz, 2H,ArH),7.72(t,J＝7.20Hz,2H,ArH),7.62(t,J＝7.20Hz,2H,ArH),7.57(s,H,ArH),7.45 (d,J＝7.80Hz,H,ArH),7.23(t,J＝7.80Hz,H,ArH),6.69(d,J＝7.80Hz,H,ArH),5.33(s, 2H,NH₂).¹³C NMR(150MHz,DMSO)δ:150.8,148.1,130.4,127.9,127.6,125.6,124.4, 122.5,116.6,115.5,111.2.

从表征结果知该中间体化合物II的结构式为

三、Cu²⁺荧光探针的合成：

依次向三口瓶中加入0.62g(2.0mmol)中间体化合物II、0.24g(2.0mmol)水杨醛，再将20mL的冰乙酸加入三口瓶中作为溶剂，常温搅拌反应2h，反应结束后，向反应体系中加入水淬灭反应，再置于200mL的烧杯中，用10％氢氧化钠溶液调pH值至10，然后进行抽滤，滤饼水洗至中性，干燥，再用乙酸乙酯重结晶，收集固体，干燥后，得到用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针。本步骤中，该用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的产率为80％。

本试验的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的熔点为289～291℃。熔程为2℃，说明纯度较高，质量百分纯度大于95％。

用红外光谱及核磁共振谱进行表征，得到的结果如下：

IR(KBr,cm^–1)：3055,2937,3058,1613,1592,1486,1460,748,720.¹H NMR(600MHz,DMSO)δ:10.50(s,H,OH),8.89(d,J＝7.20Hz,H,ArH),8.83(d,J＝7.80Hz,H,ArH),8.69 (d,J＝7.80Hz,H,ArH),8.08(d,J＝7.20Hz,2H,ArH),7.92(s,H,NH),7.77(t,J＝7.20Hz, H,ArH),7.66(t,J＝7.20Hz,H,ArH),7.56(s,2H,ArH),7.22(s,H,CH),7.18(t,J＝7.20 Hz,H,ArH),7.04(t,J＝7.20Hz,H,ArH),6.98(d,J＝8.40Hz,H,ArH),6.91(d,J＝7.80Hz, H,ArH),6.85(t,J＝7.20Hz,H,ArH),6.43(d,J＝6.20Hz,H,ArH).¹³C NMR(150MHz, DMSO)δ:153.9,146.5,141.8,138.5,131.3,130.2,128.5,128.1,127.8,127.5,127.0,126.7,126.2,125.6,125.4,124.9,124.5,124.4,124.1,122.9,122.6,121.2,119.7,118.9,116.3,115.8, 113.5,64.8.

从以上的表征结果可知，用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的结构式为：

将本试验制备的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针进行光谱性能测试，步骤如下：

一、储备液的配置

将用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂配制成浓度为1.0×10^–4mol/L的主体化合物溶液，备用；

阳离子储备液的配制：用金属氯化盐和硝酸盐配制成浓度为0.10mol/L的阳离子溶液，备用；

HEPES缓冲溶液：秤取0.60g的N-2-羟乙基哌嗪-N’-2-乙磺酸加入250mL的容量瓶中，用蒸馏水定容，配成0.01mol/L的溶液并摇匀，静止2h后，用氢氧化钠溶液调pH 值，配成pH值为7.4缓冲溶液。摇匀，备用。

二、光谱性能测试

先考察用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针对金属离子的选择性识别。向10.0mL 的容量瓶中加入浓度为1.0×10^–4mol/L的主体化合物溶液1.0mL，再分别加入浓度为0.10 mol/L的K⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、 Ag⁺、Al³⁺和Hg²⁺金属离子溶液，用体积比是1∶1的DMF/HEPES的混合溶液(其中，HEPES 缓冲溶液的浓度为0.01mol/L，pH＝7.4)定容，此时，主体化合物与金属离子的摩尔浓度比为1∶10，恒温2h后，分别测定紫外吸收光谱，结果如图1所示。从图1中可知，加入不同金属离子后，K⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、 Hg²⁺、Ag⁺、Al³⁺和Fe³⁺与主体的紫外吸收光谱曲线形状类似。而加入Cu²⁺后，在紫外吸收波谱中，波长为420nm处，明显有一个新的紫外吸收峰出现。因此，从紫外吸收光谱图中可以初步推测，主体化合物(PA)对Cu²⁺具有选择识别特性。

为了进一步验证本试验制备的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针对Cu²⁺具有选择性识别的特性，以体积比是1∶1的DMF/HEPES的混合溶液(其中，HEPES缓冲溶液的浓度为0.01mol/L，pH＝7.4)为溶剂，配制浓度为1.0×10^-5mol/L的主体溶液，在主体溶液中分别加入浓度为0.10mol/L的K⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、 Hg²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Al³⁺和Fe³⁺金属离子溶液。并在激发波长为360nm，激发狭缝宽度为10的情况下，对其进行荧光发射光谱的测试，得到的荧光发射光谱强度，结果如图2所示。从图2中可知，主体化合物的荧光发射波长为420nm，荧光强度为780 a.u左右.。加入不同金属离子后，K⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、 Cr³⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Ag⁺、Al³⁺和Fe³⁺与对主体的荧光强度影响不大，强度均在770a.u.左右。而加入Cu²⁺时，荧光强度明显萃灭至100a.u.左右，萃灭程度为主体荧光强度的7倍。因此，从荧光发射光谱可以确定，主体化合物对Cu²⁺具有选择识别特性。

再考察荧光分子-Cu²⁺络合物对Cr³⁺具有选择性识别特性，选用的溶剂为体积比是1∶1 的DMF/HEPES的混合溶液(其中，HEPES缓冲溶液的浓度为0.01mol/L，pH＝7.4)为溶剂，配制浓度为1.0×10^-5mol/L的主体溶液。在主体溶液中分别加入浓度为0.10mol/L 的Cu²⁺，充分混合后静置5min。再分别加入0.10mol/L的K⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、 Zn²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Ni^{2 +}、Co²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Ag⁺、Al³⁺和Fe³溶液，混合均匀。随后对其进行荧光发射光谱的测试。测试结果如图3所示，其他金属离子(K⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、 Mg²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Ag⁺、Al³⁺和Fe³)的加入对该荧光探针识别 Cu²⁺几乎无影响，但加入Cr³⁺后荧光强度从100a.u.增强至710a.u.左右，说明荧光分子- Cu²⁺络合物对Cr³⁺具有选择性识别作用，完成该荧光分子探针的可逆(off-on-off)荧光信号响应。这个结果在主体化合物的实际应用中具有重要的意义。

本试验制备的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针，通过以上试验说明在以体积比是1∶1的DMF/H₂O的混合溶液(HEPES缓冲溶液的浓度为0.01mol/L，pH＝7.4)为溶剂的体系中，该主体化合物对Cu²⁺有选择性识别的作用，而对其他金属离子无识别特性，且该荧光分子-Cu²⁺络合物还可以对Cr³⁺进行选择性识别。

试验2：本试验与试验1不同的是试验1的步骤三用以下的操作代替：依次向三口瓶中加入中间体化合物II 0.62g(2.0mmol)、水杨醛0.31g(2.5mmol)和30mL的98％的浓硫酸作为溶剂，常温搅拌反应3.5h，反应结束后，向反应体系中加入水淬灭反应，并置于200mL的烧杯中，用10％氢氧化钠溶液调pH值至10，然后进行抽滤，滤饼水洗至中性，干燥，再用乙酸乙酯重结晶，收集固体，干燥后得到可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针。本试验得到的用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的结构式为：

产率为65％。

试验3：本试验与试验1不同的是试验1的步骤三用以下的操作代替：依次向三口瓶中加入中间体化合物II 0.62g(2.0mmol)、水杨醛0.34g(2.8mmol)，和28mL的甲酸作为溶剂，常温搅拌反应3h，反应结束后，向反应体系中加入水淬灭反应，并置于200mL 的烧杯中，用10％氢氧化钠溶液调pH值至9，然后进行抽滤，滤饼水洗至中性，干燥，再用乙酸乙酯重结晶，收集固体，干燥后得到可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针。本试验得到的可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针的结构式为：

产率为63％。

试验4：本试验与试验1不同的是试验1的步骤三用以下的操作代替：依次向三口瓶中加入中间体化合物II 0.62g(2.0mmol)、水杨醛0.37g(3.0mmol)，和20mL的65％的浓硝酸作为溶剂，常温搅拌反应4h，反应结束后，向反应体系中加入水淬灭反应，并置于200mL的烧杯中，用10％氢氧化钠溶液调pH值至10，然后进行抽滤，滤饼水洗至中性，干燥，再用乙酸乙酯重结晶，收集固体，干燥后得到可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针。本试验得到的可逆菲并咪唑Cu²⁺荧光探针的结构式为：

产率为75％。

Claims (1)

1.利用一种用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针检测Cr³⁺的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、将pH＝6.8～7.4、浓度为0.01mol/L的HEPES缓冲溶液与DMF按体积比为1：1混合均匀，得到溶剂；

二、将用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针用步骤一得到的溶剂配制浓度为1.0×10^-5mol/L的溶液，得到主体溶液；其中用于Cu²⁺检测的菲并咪唑可逆荧光探针的结构式为：

三、在主体溶液中分别加入浓度为0.10mol/L的Cu²⁺，充分混合后静置5min，得到菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液；

四、将待测溶液加入到菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液中，得到混合液；

五、在激发波长为360nm、激发狭缝宽度为10的条件下，检测主体溶液、菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液和混合液的荧光发射光谱，如果混合液相对于菲并咪唑荧光分子-Cu²⁺络合物溶液的荧光强度增强，则可判定待测溶液中含有Cr³⁺。