CN111825577B - 一种用于Al3+荧光探针的化合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分析检测技术领域，具体涉及一种用于Al3+荧光探针的化合物及其制备方法，其结构式如式(I)。本发明公开的用于Al3+荧光探针的化合物具有较好的水溶性。探针化合物的制备方法简单，Al3+荧光探针与A3+的结合比为1：1，探针化合物对Al3+有非常高的灵敏度和可逆性。

Description

一种用于Al3+荧光探针的化合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及分析检测技术领域，具体涉及一种用于Al3+荧光探针的化合物及其制备方法。
技术背景
于铝具有密度小、延展性好、抗腐蚀性强等优点，在包装材料、电器设备和食品、医药等诸多领域被广泛应用。人们生活中使用的含铝食品添加剂(如硫酸铝钾、硫酸铝铵等)、含铝药物(如复方氢氧化铝、磷酸铝凝胶、铝碳酸镁片等)、铝质包装材料等是人们日常饮食中铝的主要来源。然而，铝元素并非人体的必须微量元素，如果铝离子在人体内过多的积累就会对人体造成很大的危害。大量研究表明，人体内铝离子过量会损害中枢神经***，导致许多器官出现功能障碍，进而导致贫血、阿尔茨海默症、骨关节病等。在自然环境中，酸雨落到土壤的铝矿物中会使地表水中Al3+浓度增加，危害动植物的生长。建立准确、快速的Al3+检测方法在生物医学和环境检测等领域有重要意义。
检测铝离子的传统方法有高效液相色谱法(HPLC)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)等。虽然这些方法具有良好的准确度和较高的灵敏度，可以定性和定量同时测定，但它们往往成本高、选择性低或预处理方法复杂，需要昂贵的设备和专业的实验人员。因此可简便快速地检测铝离子的方法备受期待。近些年来，使用荧光探针检测铝离子的方法受到科学工作者们的极大关注，因为其具有高灵敏度、高选择性、操作简便、肉眼可观测等优势，所以被广泛应用于食品药品、环境科学及生命科学等众多领域。然而，由于铝离子的络合能力较弱，同时其在水溶液中的水合能力较强，使用荧光探针检测铝离子的方法经常因为干扰离子的存在而受到影响。同时，目前已有的大多数铝离子探针化合物存在合成方法复杂、水溶性较差等局限性，其大多应用于有机溶剂或混合溶剂中进行检测。因此开发出对铝离子具有高度选择性及特异性且能有效的在水溶液环境下络合铝离子的分子荧光探针，对于今后进一步进行生物体内检测等领域的研究是十分迫切且至关重要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中荧光探针合成方法负责，水溶性较差等技术问题，提供了一种用于Al3+荧光探针的化合物及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种用于Al3+荧光探针的化合物，其结构如式(I)：
Figure BDA0002550367390000021
一种所述用于Al3+荧光探针的化合物的制备方法，包括以下步骤：
S1.将4-(二乙基氨基)水杨醛和肼基甲酸苄酯按照摩尔比为(9～12):1的比例混合溶于有机溶剂中得到混合溶液A；
S2.在步骤S1中加入冰醋酸以100～120r/min的转速搅拌，并在75～90℃条件下回流反应4～7h，反应结束后纯化即得；其中，冰醋酸的体积为混合溶液A体积的0.1％～0.5％。
优选地，步骤S1中的有机溶剂为无水乙醇。
优选地，步骤S2中纯化过程具体为：反应结束后减压蒸馏，将无水乙醇蒸干后得到棕色油状物，再加入石油醚烧瓶壁上即出现浅棕色固体，然后用石油醚淋洗固体5到6次，干燥后即得。
优选地，所述步骤S1中，4-(二乙基氨基)水杨醛和肼基甲酸苄酯的摩尔比为11：1。
优选地，所述步骤S2中，反应温度为80℃，反应时间为5h。
优选地，所述步骤S2中，冰醋酸的体积为混合溶液A体积的0.15％。
上述用于Al3+荧光探针的化合物在检测Al3+中的应用。
优选地，检测环境的pH为5～9。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明公开的用于Al3+荧光探针的化合物具有较好的水溶性。Al3+荧光探针与A3+的结合比为1：1，探针化合物对Al3+有非常高的灵敏度和可逆性。
附图说明
图1本发明荧光探针化合物的结构式；
图2探针化合物溶液中加入不同浓度的Al3+时的荧光光谱；
图3荧光强度随不同Al3+浓度梯度变化的线性拟合；
图4探针化合物与Al3+的工作曲线；
图5探针化合物与Al3+结合常数拟合直线图；
图6探针化合物检测Al3+的可逆性图(循环3次)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
除特殊说明，本实施例中所用的设备均为常规实验设备，所用的材料、试剂若无特殊说明均为市售得到，无特殊说明的实验方法也为常规实验方法。
实施例1
一种用于Al3+荧光探针的化合物，其结构如式(I)：
Figure BDA0002550367390000041
一种所述用于Al3+荧光探针的化合物的制备方法：
用分析天平称取0.2126g(1.1mmol)4-(二乙基氨基)水杨醛,用10.0ml无水乙醇溶解。称取0.1662g(1.0mmol)肼基甲酸苄酯，用5.0ml无水乙醇溶解后加入到4-(二乙基氨基)水杨醛溶液中，再向混合溶液中滴加三滴冰乙酸。在搅拌下80℃加热回流反应5小时。反应结束后减压蒸馏，将无水乙醇蒸干后得到棕色油状物，再加入石油醚烧瓶壁上即出现浅棕色固体，然后用石油醚淋洗固体5到6次，干燥后得到产物的质量为0.2462g，产率为68.5％。
实验例1
在DMF体积分数为10％的水溶液中，配制探针化合物浓度为20.0μM的待测液，测其荧光发射光谱，再使用移液枪逐渐滴加Al3+溶液，测加入不同浓度Al3+之后的荧光图谱。如图2所示，加Al3+前溶液的荧光强度很低，加入Al3+后，在425nm处荧光发射明显增强了。随着Al3+的浓度的增加，体系的荧光强度呈现先快后慢的上升。当Al3+的浓度达到20.0μM之后，再增大Al3+的量荧光强度呈现出的变化较小，这可能是因为探针化合物与Al3+结合形成络合物改变了探针化合物的结构，所以出现荧光增强。当加入的Al3+到达一定量后，探针化合物结合Al3+的量达到饱和，所以再加入Al3+荧光强度不再增加。
实验例2
为了解探针化合物对Al3+的响应是否灵敏，首先测探针化合物浓度为20.0μM的空白样六次，求出六次测定的标准偏差，再逐渐加入Al3+，使Al3+的浓度分别为0.2μM、0.4μM、0.6μM、0.8μM、1.0μM，测定不同Al3+浓度下425nm处的荧光强度并作线性拟合图如图3。再用以下公式来计算灵敏度：灵敏度＝3S/ρ(S为探针荧光强度的标准偏差，ρ为线性拟合曲线的斜率)。通过计算得到，探针化合物对Al3+的检测极限浓度为10.3nM。所以该探针灵敏度较高。
实验例3
为了解探针化合物与Al3+的结合方式，进行了探针化合物与Al3+结合比的测定。如图4：在含DMF体积分数为10％的水溶液中,令探针化合物与Al3+的总浓度为20.0μM，通过改变探针化合物与Al3+的浓度比，测出不同浓度比下425nm处加入Al3+前后的荧光强度，然后对Al3+占总浓度的比例([Al3+]/([Al3+]+[Probe]))作图，即得Job’s plot图。如图所示，当Al3+比例为0.5时荧光强度差值最大，所以据此推测探针化合物与Al3+的结合比可能是1:1。
为了进一步确认上述的猜想，通过I0/(I-I0)对铝离子浓度的倒数作图，利用Hildebrand-Benesi方程能够线性拟合得到探针化合物与Al3+的结合常数，其中Hildebrand-Benesi方程(假设结合比为1：1时)如下：
Figure BDA0002550367390000051
探针化合物与Al3+结合常数拟合直线如图5所示。拟合相关系数R2达到0.99376，说明探针化合物与Al3+的结合比为1:1。同时通过计算可得到的探针化合物与Al3+的结合常数Kobs为1.30×105L·mol-1。
实验例4
为了探究探针化合物对Al3+识别的可逆性，对探针化合物进行了EDTA返滴定实验，在探针化合物浓度为20.0μM的待测溶液中加入20.0μM的Al3+后，荧光明显增强。再加入20.0μM螯合剂EDTA后，荧光强度降低到与未加Al3+时的状态几乎相同，重复上述加Al3+及EDTA的步骤几次，第二次加Al3+后的荧光强度与第一次加Al3+时相比虽稍有降低，但加Al3+后的荧光增强现象还是很明显的，加入EDTA后荧光再次降低，第三次加Al3+后荧光强度与第二次加加Al3+后的结果相近，如图6所示，结果表明探针化合物对Al3+的识别具有较好的可逆性，说明用探针化合物可回收重复利用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种用于Al3+荧光探针的化合物，其结构如式(I)：
Figure FDA0002550367380000011
2.一种权利要求1所述用于Al3+荧光探针的化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将4-(二乙基氨基)水杨醛和肼基甲酸苄酯按照摩尔比为(9～12):1的比例混合溶于有机溶剂中得到混合溶液A；
S2.在步骤S1中加入冰醋酸以100～120r/min的转速搅拌，并在75～90℃条件下回流反应4～7h，反应结束后纯化即得；其中，冰醋酸的体积为混合溶液A体积的0.1％～0.5％。
3.根据权利要求2所述用于Al3+荧光探针的化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，4-(二乙基氨基)水杨醛和肼基甲酸苄酯的摩尔比为11：1。
4.根据权利要求2所述用于Al3+荧光探针的化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，反应温度为80℃，反应时间为5h。
5.根据权利要求2所述用于Al3+荧光探针的化合物的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，冰醋酸的体积为混合溶液A体积的0.15％。
6.权利要求1所述用于Al3+荧光探针的化合物在检测Al3+中的应用。
7.根据权利要求6所述Al3+荧光探针的化合物在检测Al3+中的应用，其特征在于，检测环境的pH为5～9。
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