CN1174079C - 哌嗪基荧光化合物及其在正离子超敏光信号识别中的应用 - Google Patents
哌嗪基荧光化合物及其在正离子超敏光信号识别中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1174079C CN1174079C CNB011423102A CN01142310A CN1174079C CN 1174079 C CN1174079 C CN 1174079C CN B011423102 A CNB011423102 A CN B011423102A CN 01142310 A CN01142310 A CN 01142310A CN 1174079 C CN1174079 C CN 1174079C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fluorescent
- transition metal
- straight
- metal ion
- fluorescence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 15
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 title description 2
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 125000004193 piperazinyl group Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012443 analytical study Methods 0.000 claims description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical class [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 2
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 claims 1
- 125000000467 secondary amino group Chemical class [H]N([*:1])[*:2] 0.000 claims 1
- 125000001302 tertiary amino group Chemical group 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 28
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 4
- PVOAHINGSUIXLS-UHFFFAOYSA-N 1-Methylpiperazine Chemical class CN1CCNCC1 PVOAHINGSUIXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical class CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 3
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- ABRVLXLNVJHDRQ-UHFFFAOYSA-N [2-pyridin-3-yl-6-(trifluoromethyl)pyridin-4-yl]methanamine Chemical compound FC(C1=CC(=CC(=N1)C=1C=NC=CC=1)CN)(F)F ABRVLXLNVJHDRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 2
- -1 iron ion Chemical class 0.000 description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010534 nucleophilic substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 2
- DLKQHBOKULLWDQ-UHFFFAOYSA-N 1-bromonaphthalene Chemical compound C1=CC=C2C(Br)=CC=CC2=C1 DLKQHBOKULLWDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 150000008431 aliphatic amides Chemical group 0.000 description 1
- 150000001350 alkyl halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002152 alkylating effect Effects 0.000 description 1
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 150000003983 crown ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009610 hypersensitivity Effects 0.000 description 1
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007344 nucleophilic reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
本发明提供一类四种哌嗪基荧光开关化合物,可用作正离子的超敏光信号识别,其与过渡金属离子和氢质子结合后荧光有显著的增强,具有良好的开关性。可用作分子荧光开关,检测宏观及微环境中的过渡金属离子、pH值、酸性有机质等。其在生物组织、细胞、膜等微环境及试剂、药品、流体的分析检验中有重要价值。
Description
技术领域 本发明涉及一类四种新型哌嗪基荧光化合物及其在过渡金属离子和氢质子超敏光信号识别中的应用。
背景技术 利用光诱导电子转移(Photoinduced Electron Transfer,PET)原理设计开发出的有机荧光化合物用于生物微环境氢质子的检测或酸性成分的标记已较为常见并已实现商品化。但是针对在生物及环境体系中有重要作用的过渡金属离子开发出的荧光探针却较为少见,这可能是因为通常情况下过渡金属离子对荧光具有强烈的淬灭作用。已经报道的几种过渡金属离子荧光开关(或探针),或者结构复杂,制造成本很高,或者对离子的敏感性不高(过渡金属离子络合导致的荧光增强倍数只有几倍到几十倍)。PET荧光开关分子体系一般由荧光发色团,连接基,受体三部分组成。现有的各种PET荧光开关分子(包括用于H+和金属离子检测)中的连接基绝大多数采用柔性的单烷基链(含1-3个碳),已报道的只有个别使用刚性的连接基(如苯环)的荧光开关。
发明内容 本发明的目的在于研制结构简单,对过渡金属离子,氢质子都具有高敏感性的荧光开关化合物。其将在生物组织、细胞、膜等微环境及试剂、药品、流体的分析检验中发挥作用。
本发明中涉及一类四种化合物分别具有以下结构通式:
其中R1=H,-CN;R2=-CN;R3=-H,C1~C12直链或支链烷烃,-C2H4OH;
R4=C2~C12直链或支链烷基,-CH2CH2OH;R5=-H,C1~C12直链或支链烷烃,-C2H4OH;
R6=-H,C1~C12直链或支链烷烃,-C2H4OH;R7=-H,C1~C12直链或支链烷烃,-C2H4OH
本发明的构思在结构设计中采用的荧光发色团具有很高的量子产率,强烈推-拉电子体系。在荧光发色团的推电子部位一侧,通过连接基与受体相连,这样的布局有利于电子从受体向发色团的转移。受体部分为最简单的叔胺或仲胺,而不是复杂的诸如冠醚之类的受体,降低制造成本。连接基则采用半刚半柔性的哌嗪环,这是由于考虑到荧光化合物应具有适度的刚性以利于体系的电子转移,并避免由于过渡金属离子靠近化合物中的荧光团而可能发生的淬灭作用;同时具有一定柔性以便在络合离子时能作出适当的构型调整,增大络合的能力,从而降低检测下限。(4-烷基)哌嗪环上与芳环相连的氨基成为荧光发色团的供电子基团,而脂肪胺部分则作为光诱导电子转移的电子给体和金属离子及氢质子结合功能基团,六元环骨架作为光诱导电子转移的路径。
对以上四种化合物均可采用以下通用方法合成:1)哌嗪或4-烷基哌嗪与相应的卤代发色团前体进行亲核取代反应。其中II、III种化合物也可由其硝基取代发色团前体与哌嗪或4-烷基哌嗪亲核取代反应来合成。2)4-烷基哌嗪取代化合物的合成,也可以采用哌嗪与卤代或硝基取代发色团前体亲核反应的产物与卤代烷或其他烷基化试剂进行叔胺化反应来制备。
例如:合成通式结构(I),可用发色团卤代化合物与哌嗪及其衍生物,在溶剂中回流一定时间,然后减压蒸出部分溶剂,析出产物,过滤,即可制得产品(I):
其中R1、R2、R3代表前面所述的取代基团。
合成通式(II)或(III)化合物,可用硝基取代的发色团化合物与哌嗪及其衍生物,在溶剂中,于20-100℃下反应,减压蒸出部分溶剂,析出固体,过滤,制得产物(II):
其中R4、R5代表前面所述的取代基团。
合成通式(IV)化合物,可用硝基卤代化合物与哌嗪及其衍生物,在溶剂中低温下反应一定时间,减压蒸出部分溶剂,析出产物,过滤,得到产品(IV):
其中R7代表前面所述的取代基团。
本发明的荧光开关化合物可用作正离子的超敏光信号识别,可在多种常用溶剂如甲醇,乙醇,异丙醇,乙腈等中与多种过渡金属离子如Cr3+,Fe3+,Cu2+,CO2+,Ni2+和Mn2+,Hg2+,Zn2+,Ag-等相结合并且表现出很大的荧光增强(荧光量子效率为未结合离子前的100-200倍),同时荧光最大发射波长也会向短波方向移动15-30nrn。
本发明荧光开关化合物的特点为采用哌嗪环作为连接基,结构简单,对过渡金属离子和氢质子都有良好的开关性。
荧光开关化合物(I)、(II)、(III)、(IV)在生物组织、细胞、膜微环境及试剂、药品、流体的分析检验中有重要价值。
说明书附图1为铁离子对化合物1-1荧光的影响,纵座标为荧光量子效率,横座标为铁离子浓度(10-6mol/L);
说明书附图2为pH值对化合物1-1荧光的影响,纵座标为荧光量子效率,横座标为pH值。
本发明的荧光开关化合物在不同的pH值介质中荧光强度有明显变化:在碱性介质荧光很弱,在中性和酸性介质荧光增强很大(荧光量子效率为碱性条件下的200-400倍)。
具体实施方式
实施例1
1克4-溴萘二腈,溶于10克吡啶中,加入1.6克N-甲基哌嗪,回流3小时,减压浓缩溶剂后,过滤,得产品,产物I-1为黄色固体,收率80%,熔点:214-215℃
1H NMR(CDCI3,400M)δ2.55(s,3H,-CH3),2.90(s,4H,-NCH2CH2NCH3),3.30(s,4H,-NCH2CH2NCH3),7.21(d,J=8Hz,1H),7.62(t,J=8Hz,1H),8.02(d,J=7.6Hz,1H),8.08(d,J=7.2Hz,1H),8.46(d,J=8.4Hz,1H)。
实施例2
1克4-硝基-1,8-萘酰丁亚胺,溶于10克二甲基甲酰胺(即DMF),加入1.4克N-甲基哌嗪,室温放置一昼夜,浓缩溶剂后,过滤,得产品,产物II为黄色固体,收率90%,熔点:120-121℃;
1H NMR(CDCL3,400M)δ2.52(s,3H,-CH3),2.92(s,4H,-NCH2CH2NCH3),3.37(s,4H,-NCH2CH2NCH3),3.82(t,J=6.8Hz,-CH2CH2OH),4.35(t,J=6.4Hz,-CH2CH2OH),7.25(d,J=8Hz,1H),7.72(t,J=8Hz,1H),8.42(d,J=8.4Hz,1H),8.48(d,J=8Hz,1H),8.55(d,J=7.2Hz,1H)。
实施例3
1克Cl-NBD溶于5克二氯甲烷,2份N-甲基哌嗪溶于5克二氯甲烷,冰浴搅拌下,将后者缓慢滴入前者中,滴完后保持2小时,浓缩,析出固体,过滤得到产品,产物IV-1为红色固体,收率85%。熔点:184-185℃;
1H NMR(CDCI3,400M)δ2.39(s,3H,-CH3),2.67(t,4.8Hz,4H-CH2NCH3),4.12(t,4.8Hz,4H,CH2CH2NCH3),6.30(d,9.2Hz,1H),8.40(d,8.8Hz,1H)。
实施例4
实施例1中的化合物I-1溶于乙醇中配制浓度为1×10-6mol/L的溶液,测定其荧光光谱:最大发射波长为482nm,荧光量子效率为0.0034,加入不同量的三氯化铁时荧光强度有不同程度的增加,波长明显向短波移动。当加入的Fe3+浓度为10×10-6mol/L时荧光强度达到最大值(继续加入Fe3+则荧光反而减弱),此时最大发射波长为467nm,荧光量子效率为0.552,比不加三氯化铁时增大了160倍。
铁离子对化合物I-1荧光的影响
化合物I-1不仅对Fe3+表现出很好的荧光开关性,同时对其他多种过渡金属离子如:Cr3+,Cu2+,Co2+,Ni2+和Mn2+,Hg2+,Zn2+,Ag+等也有很好的敏感性。
本发明中的其它化合物均对多种过渡金属离子表现出高灵敏度的荧光开关性能(与不同过渡金属离子结合后,荧光增强100-200倍)。
实施例5
实施例1中的荧光开关化合物I-1溶解于甲醇-0.05mol/L K3PO4水溶液(V∶V=1∶4)缓冲体系中,用稀盐酸调节pH值。随着pH值的减小,荧光强度增加。在碱性条件下(pH=11),荧光量子效率为0.0022,酸性条件下(pH=3.2),荧光量子效率为0.601,是碱性条件下的273倍。
pH值对化合物I-1荧光的影响
本发明中的其它化合物均对pH值非常敏感,酸性介质中的荧光量子效率为碱性介质中的200-400倍。
Claims (4)
2、一类以权利要求1所述荧光化合物的用途,其特征在于这四种哌嗪基荧光化合物(I)、(II)、(III)、(IV)可用作正离子的超敏光信号识别,在甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈中与过渡金属离子和氢质子结合能增强荧光和良好开关性。
3、按照权利要求2所述荧光化合物的用途,其特征在于过渡金属离子有Cr3+,Fe3+,Cu2+,Co2+,Ni2+和Mn2+,Hg2+,Zn2+,Ag+。
4、一类以权利要求1所述荧光化合物的用途,其特征在于四种哌嗪基荧光化合物(I)、(II)、(III)、(IV)用作分子荧光开关,可检测宏观和微环境中的过渡金属离子、pH值、酸性有机质;在生物组织、细胞、膜微环境及试剂、药品、流体的分析检验中有重要价值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB011423102A CN1174079C (zh) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | 哌嗪基荧光化合物及其在正离子超敏光信号识别中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB011423102A CN1174079C (zh) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | 哌嗪基荧光化合物及其在正离子超敏光信号识别中的应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1374366A CN1374366A (zh) | 2002-10-16 |
CN1174079C true CN1174079C (zh) | 2004-11-03 |
Family
ID=4676753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB011423102A Expired - Fee Related CN1174079C (zh) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | 哌嗪基荧光化合物及其在正离子超敏光信号识别中的应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1174079C (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103342698B (zh) * | 2013-07-31 | 2015-06-17 | 齐齐哈尔大学 | 一种非荧光共振能量转移的双荧光团比率荧光分子探针的应用 |
CN104357063B (zh) * | 2014-07-28 | 2016-04-13 | 大连理工大学 | 含有4-(联苯乙炔基)-1,8-萘二腈的液晶化合物,其制备方法及应用 |
CN104293356B (zh) * | 2014-07-28 | 2016-03-09 | 大连理工大学 | 一种液晶化合物作为高双折射率液晶材料或在提高液晶主体双折射率中的应用 |
CN104357045B (zh) * | 2014-11-05 | 2016-06-01 | 北京化工大学 | 具有极酸/极碱开关响应的螺吡喃小分子荧光探针的合成方法及其应用 |
CN107652234A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-02 | 陕西科技大学 | 检测Cu(Ⅱ)的双光子荧光探针及其制备方法与应用 |
CN108191760B (zh) * | 2018-02-05 | 2020-11-27 | 陕西科技大学 | 用于检测Cu(Ⅱ)的荧光探针及其制备方法和应用 |
-
2001
- 2001-11-22 CN CNB011423102A patent/CN1174079C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1374366A (zh) | 2002-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Geuder et al. | Single and double bridged viologenes and intramolecular pimerization of their cation radicals | |
Wang et al. | Rhodamine-based highly sensitive colorimetric off-on fluorescent chemosensor for Hg 2+ in aqueous solution and for live cell imaging | |
US8664406B2 (en) | Fluorescent probe compounds, preparation method and use thereof | |
Xiao-Ni et al. | Phenazine derivatives for optical sensing: a review | |
CN1174079C (zh) | 哌嗪基荧光化合物及其在正离子超敏光信号识别中的应用 | |
US8067602B2 (en) | Asymmetric cyanine fluorescent dyes, compositions and their use in staining biological samples | |
CN111518089B (zh) | 一种检测pH的比率型荧光探针及其制备方法和应用 | |
CN105017300B (zh) | 一种苝二酰亚胺‑氟硼二吡咯荧光树形分子及其制备方法和应用 | |
CN106117230A (zh) | 取代罗丹明b酰胺基硫脲类荧光探针化合物及其制备方法和应用 | |
DE19639169A1 (de) | Redoxaktive Verbindungen und deren Anwendung | |
CN111187247A (zh) | 一种微环境敏感型荧光探针的制备方法及其对hsa/bsa检测的应用 | |
CN105349135B (zh) | 一种检测铅离子的荧光探针及制备方法 | |
CN112409292B (zh) | 一种多功能荧光探针及制备方法和应用 | |
CN110981856B (zh) | 一种吡咯-萘酰亚胺衍生物荧光探针及其制备方法和应用 | |
DE2836644A1 (de) | Diagnostisches mittel zum nachweis von leukozyten in koerperfluessigkeiten und dafuer geeignete chromogene | |
He et al. | A fluorescent chemosensor for calcium with excellent storage stability in water | |
CN110128388A (zh) | 一种以cs为荧光团的小分子荧光探针及其制备方法与应用 | |
US10435564B2 (en) | Rhodamine-based colorant compound and process for producing same | |
CN110746423B (zh) | 芳基咪唑并菲啰啉荧光染料的合成及对金属离子的识别 | |
Matsumoto et al. | Chelate-free “turn-on”-type fluorescence detection of trivalent metal ions | |
CN108863984A (zh) | 用于检测Mg2+、Fe3+、Cu2+的硫氮杂冠醚-芴希夫碱荧光分子探针及制备方法 | |
CN113845655B (zh) | 一种用于汞离子检测的水溶性荧光素聚合物探针及其制备与应用 | |
CN110746339B (zh) | 一种吡咯双腙衍生物荧光探针及其制备方法和应用 | |
Spinner et al. | OXIDATION–REDUCTION POLYMERS: II. STANDARD OXIDATION POTENTIALS OF REDOX HOMOPOLYMERS AND THEIR MONOMERIC MODELS | |
JP2010111751A (ja) | 可溶性アニリン系クロミズムポリマー及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |