CN115677744B - 一种用于检测Ag+的荧光探针及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于检测Ag+的荧光探针及其制备方法，涉及机合成和分析化学领域，为希夫碱型化合物，化合物的名称为（E）‑2‑（（2‑（苯并[d]噻唑‑2‑基）喹啉‑8‑基）氧基）‑N'‑（4‑（5，5‑二氟‑1，3，7，9‑四甲基‑5H‑4λ 4，5λ 4‑二吡咯[1，2‑c：2'，1'‑f][1，3，2]二氮杂硼烷‑10‑基）亚苄基）乙酰肼，化合物的分子式为：C38H31BF2N6O2S。本申请通过合成一种高灵敏、高选择性的可检测微量Ag+的荧光探针试剂，从而方便应用于微量Ag+的检测。
Description
技术领域
本发明涉及机合成和分析化学领域，具体涉及一种用于检测Ag+的荧光探针及其制备方法。
背景技术
荧光探针是一类通过受体与客体作用后改变荧光发射波长、荧光强度和寿命等荧光特性，实现客体检测的含有大共轭体系的有机功能荧光分子。其是一种新兴的分析测试方法，可以对阳离子、阴离子、小分子、生物分子等进行检测，用于环境检测、食品分析、生命科学、医药诊断等领域。
BODIPY最大吸收波长约为500nm，荧光量子产率大于80%，并且其荧光寿命不易受其他极性溶剂的影响，具有稳定的化学性质和优异的光学特性。BODIPY基传感器连接特异性基团作为识别基团，可实现对不同检测物的精准检测。其结构的1、2、3、5、6、7、8号位上均可引入识别基团，在1、2、3、5、6、7号位上连接甲基、乙基、氨基和羟基等给电子基团时，可提高传感器荧光基团的发光性能，3、5和8号位上的空间位阻小，可以在这三个位点利用C=C双键连接共轭识别基团，增加传感器的有效共轭长度，以获得红光甚至近红外发射的荧光化学传感器。引入吗啉这类的靶向基团，设计合成具有靶向识别功能的荧光化学传感器，可实现对检测物的精准检测，或是引入羧基这样的水溶性基团，可提高传感器分子的水溶性。因此，设计合成新型BODIPY类荧光化合物具有重要意义。苯并噻唑分子是噻唑和苯环稠合，具有良好的光热稳定性，是一个缺电子基团，具有一定的吸电子能力，同时具有较大的共轭刚性平面，存在离域大π键，因此其荧光量子产率高，具有优异的光学性能。苯并噻唑类化合物中的硫、氮原子对金属离子有很好的配位能力，含苯并噻唑基团的荧光探针对于金属离子有优异的光学响应。
银的滥用导致大量重金属银离子被排放到自然环境中，对水质和土壤环境等产生潜在的毒性，Ag+在水、土壤环境中的积累可直接危害植物的生理生长，破坏了自然环境的平衡。同时，银离子在动植物体内富集，并沿食物链累积，对人体健康造成潜在威胁。目前，关于Ag+检测的荧光探针依然较少，因此，建立一种高选择性、高灵敏度的识别Ag+的荧光探针将具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种用于检测Ag+的荧光探针及其制备方法，具有高选择性、高灵敏度，能够识别Ag+，从而方便应用于微量Ag+的检测。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种用于检测Ag+的荧光探针，为希夫碱型化合物，化合物的名称为（E）-2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）-N'-（4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）亚苄基）乙酰肼，化合物的分子式为：C38H31BF2N6O2S。
优选地，以2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）乙酰肼为氮源，4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）苯甲醛为碳源，形成具有强配位能力的希夫碱键。
优选地，化合物的分子量：684.57；熔点：＞300ºC；溶解性：易溶于二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺有机溶剂；光谱性质：在甲醇溶液中最大紫外吸收波长500nm，荧光发射波长526nm。
优选地，还包括该用于检测Ag+的荧光探针的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：以2-氨基苯硫酚、8-羟基-2-甲基喹啉、氯乙酸乙酯和水合肼为原料合成2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）乙酰肼，简称化合物1；
S2：合成化合物4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）苯甲醛，简称化合物2；
S3：探针TQB的合成：经化合物1和化合物2通过脱水缩合反应制得目标化合物TQB：控制化合物1和化合物2摩尔比为1.0～1.2：1，以无水乙醇为溶剂回流2～12h，有橘红色沉淀析出，降至室温，过滤，滤饼用冰乙醇洗涤，得目标产物TQB，为橘红色固体；黄色固体以二氯甲烷和甲醇为洗脱剂进行硅胶柱色谱分离提纯，得亮黄色固体TQB。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益效果：
本发明以8-羟基-2-甲基喹啉、2, 4-二甲基吡咯和对苯二甲醛为原料，经过一系列反应制备得到一种新型的席夫碱型荧光探针，通过1H NMR和ESI-MS对其进行结构表征。在特定的介质条件下，该化合物可作为一种高灵敏、高选择性的裸眼定量检测微量Ag+的荧光探针，络合常数为3.37×104 M-1，检测限低至0.648μM，且几乎无干扰，适用于弱碱性水环境。
附图说明
图1为本发明荧光探针TQB的化学结构；
图2为本发明荧光探针TQB的核磁氢谱图；
图3为本发明荧光探针TQB的高分辨质谱图；
图4为本发明荧光探针TQB对不同金属阳离子响应的紫外光谱曲线；
图5为本发明荧光探针TQB对不同Ag+浓度滴定的紫外光谱；
图6为本发明荧光探针TQB对不同金属阳离子响应的荧光光谱图；
图7为本发明荧光探针TQB的离子竞争实验；
图8为本发明荧光探针TQB对不同Ag+浓度滴定的荧光光谱曲线；
图9为本发明荧光探针TQB对Ag+的检测限直线；
图10为本发明荧光探针TQB对Ag+的络合常数直线；
图11为本发明荧光探针TQB的Job′s Plot曲线；
图12为本发明荧光探针TQB的化学反应式图。
具体实施方式
以下结合附图1-12对本发明作进一步详细说明。
实施例一，本发明公开了一种用于检测Ag+的荧光探针，也称之为是一种新型香豆素基的荧光化学传感器，为希夫碱型化合物，以2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）乙酰肼为氮源，4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）苯甲醛为碳源，形成具有强配位能力的希夫碱键。化合物的名称为（E）-2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）-N'-（4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）亚苄基）乙酰肼，化合物的化学结构式如图1所示。
分子式为：C38H31BF2N6O2S。
分子量：684.57。
熔点：＞300ºC。
溶解性：易溶于二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺有机溶剂。
光谱性质：在甲醇溶液中最大紫外吸收波长500nm，荧光发射波长526nm。
结构表征如下：1H NMR(CDCl3，600 MHz，TMS)：δ(ppm) 10.96(s，1H)，8.51(d，1H，J = 8.4 Hz)，8.32(d，1H，J=9 Hz)，8.24(s，1H)，8.13(d，1H，J=7.8 Hz)，7.82(d，1H，J = 7.8Hz)，7.57(d，3H，J = 7.8 Hz)，7.55-7.50(m，2H)，7.39(t，1H，J = 7.2 Hz)，7.24(d，1H，J =7.2 Hz)，7.18(d，2H，J = 7.8 Hz)，5.91(s，2H)，4.99(s，2H)，2.48(s，6H)，1.28(s，6H).HRMS (ESI)： m/z calcd for C38H31O2N6BF2NaS [(M+Na)+]：707.21825，found 707.21825。
该种希夫碱型化合物可作为检测Ag+的荧光探针，以Ag+的浓度为横坐标，混合体系的荧光强度为纵坐标作图，建立Ag+溶液浓度梯度变化与探针TQB溶液荧光强度变化值的标准线，应用时根据荧光强度从图中读出待测溶液中的Ag+的浓度，检测限最低至0.648μM。
实施例二，基于与上述实施例一相同的构思，还包括该用于检测Ag+的荧光探针的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：根据文献Li S L，Cao D L，Meng X J，et al. A novel fluorescentchemosensor based on coumarin and quinolinyl-benzothiazole for sequentialrecognition of Cu2+ and PPi and its applicability in live cell imaging[J].Spectrochimica Acta Part A： Molecular and Biomolecular Spectroscopy，2020，230：118022；以2-氨基苯硫酚、8-羟基-2-甲基喹啉、氯乙酸乙酯和水合肼为原料合成2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）乙酰肼，简称化合物1。
S2：根据文献Matsumoto T，Urano Y，Takahashi Y，et al. In Situ Evaluationof Kinetic Resolution Catalysts for Nitroaldol by Rationally esignedFluorescence Probe[J]. Journal of Organic Chemistry，2011，76(10)：3616–3625，合成化合物4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）苯甲醛，简称化合物2。
S3：探针TQB的合成：经化合物1和化合物2通过脱水缩合反应制得目标化合物TQB：具体为：控制化合物1和化合物2摩尔比为1.0～1.2：1，以无水乙醇为溶剂回流2～12h，有橘红色沉淀析出，降至室温，过滤，滤饼用冰乙醇洗涤，得目标产物TQB，为橘红色固体（探针TQB的合成如图12所示）。黄色固体以二氯甲烷和甲醇为洗脱剂进行硅胶柱色谱分离提纯，得亮黄色固体TQB。
如图4所示，横坐标为波长、纵坐标为吸光度。在甲醇/水=7:3的体系中，紫外光谱吸光度对Ag+的变化最为明显，而且溶液颜色由浅黄色变为粉红色，表明探针TQB易于裸眼识别Ag+。
如图5所示，在甲醇/水=7:3的体系中，横坐标为波长、纵坐标为吸光度。Ag+浓度依次为探针TQB浓度的0～2.5倍。如图2所示，表明探针TQB吸光度随着Ag+浓度的升高，呈明显下降趋势。分别在371nm、442nm、512nm处出现三个等浓度点，说明探针TQB和配合物TQB-Ag+处于动态平衡。
如图6所示，在甲醇/水=7:3的体系中，横坐标为波长、纵坐标为荧光强度。相较于其他离子，探针TQB在加入Ag+之后，荧光强度明显降低。
如图7所示，通过比较各溶液在同一激发波长(485nm)下的荧光强度，可以看出，探针TQB对Ag+的选择性识别不受其他离子的影响。
如图8所示，随着Ag+浓度的增加，探针TQB荧光强度逐渐降低，当Ag+增加的浓度达到3.5倍时，荧光强度显著降低，其淬灭率达94%，这也说明探针TQB对Ag+具有较高的敏感度。
如图9所示，以Ag+浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标，拟合曲线，加入6-14倍当量的Ag+时的相关度较高。取该区间的数据，再次拟合得检测限方程：y=-1.1487×108x+2271.56，R2=0.99307。由检测限方程知m=1.1487×108，再依据测得四组探针荧光强度数据，计算出其标准偏差σ=24.80。根据公式LOD=3σ/m，计算得探针TQB对Ag+的检测限为0.648μM，表明探针TQB的灵敏度比较高。
如图10所示，得拟合线性方程y=4.76479×109x+1.60408×10-4，R2=0.99346。依据Benesi-Hilderbrand方程，计算得探针TQB与Ag+的络合常数Ka=3.37×104M-1。这说明探针TQB与Ag+形成了具有较好稳定性的配合物。
如图11所示，通过实验进行了Job曲线的测定，总浓度不变的情况下，随着Ag+浓度比的增加，探针TQB的荧光强度在逐渐降低，当Ag+的浓度为0.51倍时，曲线出现拐点，说明探针和Ag+离子的配位比是1:1。
实施例三，在单口烧瓶中加入350mg化合物1（1 mmol）和352mg化合物2（1 mmol），然后加入15mL无水乙醇，回流6h，有橘红色沉淀析出，降至室温，过滤，滤饼用冰乙醇洗涤，得橘红色固体582mg，产率85%。
实施例四，在单口烧瓶中加入350mg化合物1（1 mmol）和387mg 化合物2（1.1mmol），然后加入20mL无水乙醇，回流9h，有橘红色沉淀析出，降至室温，过滤，滤饼用冰乙醇洗涤，得橘红色固体616mg，产率90%。
实施例五，在单口烧瓶中加入350mg化合物1（1 mmol）和422mg化合物2（1.2mmol），然后加入30mL无水乙醇，回流12h，有橘红色沉淀析出，降至室温，过滤，滤饼用冰乙醇洗涤，得橘红色固体548mg，产率80%。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于检测Ag+的荧光探针，其特征在于：为希夫碱型化合物，化合物的名称为（E）-2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）-N'-（4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）亚苄基）乙酰肼，化合物的分子式为：C38H31BF2N6O2S。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测Ag+的荧光探针，其特征在于：以2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）乙酰肼为氮源，4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）苯甲醛为碳源，形成具有强配位能力的希夫碱键。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测Ag+的荧光探针，其特征在于：化合物的分子量：684.57；熔点：＞300ºC；溶解性：易溶于二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺有机溶剂；光谱性质：在甲醇溶液中最大紫外吸收波长500nm，荧光发射波长526nm。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于检测Ag+的荧光探针，其特征在于：还包括该用于检测Ag+的荧光探针的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：以2-氨基苯硫酚、8-羟基-2-甲基喹啉、氯乙酸乙酯和水合肼为原料合成2-（（2-（苯并[d]噻唑-2-基）喹啉-8-基）氧基）乙酰肼，简称化合物1；
S2：合成化合物4-（5，5-二氟-1，3，7，9-四甲基-5H-4λ 4，5λ 4-二吡咯[1，2-c：2'，1'-f][1，3，2]二氮杂硼烷-10-基）苯甲醛，简称化合物2；
S3：探针TQB的合成：经化合物1和化合物2通过脱水缩合反应制得目标化合物TQB：控制化合物1和化合物2摩尔比为1.0～1.2：1，以无水乙醇为溶剂回流2～12h，有橘红色沉淀析出，降至室温，过滤，滤饼用冰乙醇洗涤，得目标产物TQB，为橘红色固体；黄色固体以二氯甲烷和甲醇为洗脱剂进行硅胶柱色谱分离提纯，得亮黄色固体TQB。
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