一種鋅離子熒光探針化合物、制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及分析化學技術領域，尤其涉及一種鋅離子熒光探針化合物、制備方法 及其應用。
【背景技術】
[0002] Zn2+是一種重要的微量元素，在動植物體內的許多生理過程中發揮著重要作用，例 如神經信號的傳導與調節、基因表達、細胞凋亡和酶催化等諸多方面。因此，Zn 2+的檢測，尤 其是活體細胞和組織中Zn2+的測定與熒光顯微成像技術成為近年來化學家和生物學家們非 常關注的領域之一。但不同于其它過渡態金屬離子，Zn 2+由于最外層電子分布為3(^43而不 顯示任何波譜或磁信號，所以設計合成高選擇性和高靈敏度的Zn2+熒光探針就顯得尤為重 要。
[0003] 傳統Zn2+熒光探針的設計從原理上一般分為分子內電荷轉移（ICT)、光誘導電子轉 移(PET)、熒光共振能量轉移(FRET)、扭曲分子內電荷轉移(TICT)和亞胺異構化等機理。但 是這些機理存在著一些缺陷，例如ICT受pH值的影響比較大，PET受結構的影響比較大，TICT 和亞胺異構化是Zn2+的結合導致其分子內扭曲的間接測量結果。而激發態分子內質子轉移 (ESIPT)機理是指某些有機分子受光激發后，分子中某一基團上的質子(通常為羥基或氨 基）轉移到分子內鄰近N、0、S等雜原子上，形成互變異構體的過程。當其與Zn 2+相結合時， ESIPT進程受到抑制，表現出斯托克斯位移(Stokes shift)，實現對Zn2+的檢測。
[0004] 理想的Zn2+熒光探針還應同時具備化學光穩定性好、選擇性和靈敏性高、良好的脂 溶性兼水溶性、對細胞毒害作用小以及對細胞pH值環境不敏感等性質，從而實現其在生物 領域中的廣泛應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的一個目的在于提出一種分子結構簡單、產率高、對鋅離子具有良好的選 擇性和靈敏性的鋅離子熒光探針化合物。
[0006] 本發明的另一個目的在于提出一種工藝簡單、原料易得、易于實施的鋅離子熒光 探針化合物的制備方法。
[0007] 本發明的再一個目的在于提出一種鋅離子熒光探針化合物的應用。
[0008] 為達此目的，一方面，本發明采用以下技術方案：
[0009] -種鋅離子焚光探針化合物，其化學分子式為C15H13NO4,分子結構式為：
[0010]
[0011]優選的，所述鋅離子熒光探針化合物是以2-(2'-羥基苯基)苯并噁唑化合物為母 體結構，經過衍生化得到的。
[0012] 另一方面，本發明采用以下技術方案：
[0013] -種鋅離子熒光探針化合物的制備方法，按下列步驟進行：
[0014] 步驟A、將2-(2 羥基苯基）苯并噁唑溶解于三氟乙酸溶液中，分批加入六亞甲基 四胺對原料進行甲酰化，純化后得到中間體I;
[0015] 步驟B、將硼氫化鈉逐步加入到中間體I的甲醇溶液中進行反應；
[0016] 步驟C、減壓并蒸發去除溶劑后進行純化；
[0017] 步驟D、將步驟C中純化后的有機相在二氯甲烷中重結晶，獲得最終化合物。
[0018] 優選的，步驟A中的所述中間體I的化學分子式為C15H9NO4,分子結構式為：
[0019] <w>n
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[0020]優選的，所述最終化合物其化學分子式為C15H13NO4,分子結構式為：
[0021]
[0022] 優選的，步驟A中，對原料進行甲酰化后進行步驟A2,步驟A2為，加熱回流至反應完 全；
[0023] 優選的，步驟A2后進行步驟A3，步驟A3為，將反應完全后的溶液冷卻后加入鹽酸酸 化，并采用乙酸乙酯溶液進行萃取；
[0024] 優選的，步驟A3后進行步驟A4,步驟A4為，對步驟A3獲得的有機相用飽和食鹽水沖 洗后用無水硫酸鈉干燥；
[0025] 優選的，步驟A4后進行步驟A5,步驟A5為采用柱層析方式對步驟A4中干燥后的有 機相進行分離獲得所述中間體I;
[0026] 優選的，2_( 2 羥基苯基)苯并噁唑與六亞甲基四胺的摩爾比為1:2;
[0027]優選的，步驟A5中，所述柱層析方式采用的洗脫劑包括乙酸乙酯、正己烷；
[0028] 優選的，步驟A5中，乙酸乙酯與正己烷的比例為7:1。
[0029] 優選的，步驟B中，中間體I與硼氫化鈉的摩爾比為1:4;
[0030] 優選的，步驟B中，在冰浴條件下將硼氫化鈉分批加入到中間體I的甲醇溶液中。 [0031]優選的，步驟C中，采用柱層析方式進行純化；
[0032]優選的，步驟C中，所述柱層析方式采用的洗脫劑包括乙酸乙酯、正己烷；
[0033] 優選的，步驟C中，乙酸乙酯與正己烷的比例為1:1。
[0034] 再一方面，本發明采用以下技術方案：
[0035] -種鋅離子熒光探針化合物的應用，鋅離子熒光探針用于動物細胞中鋅離子的檢 測。
[0036] 還一方面，本發明采用以下技術方案：
[0037] -種鋅離子熒光探針化合物的應用，鋅離子熒光探針用于在植物體內的傳導以及 植物體內鋅離子的檢測。
[0038]本發明的有益效果為：
[0039] 本發明提供的鋅離子熒光探針化合物分子結構簡單、產率高、對鋅離子選擇性好、 靈敏度高、抗其它金屬離子干擾能力強、對pH值變化不敏感，并且更適合應用于動植物體系 中，是一種理想的鋅離子傳感分子。
[0040] 本發明提供的鋅離子熒光探針化合物的制備方法工藝簡單、原料易得、易于實施 且探針產率高。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物的合成路線圖；
[0042] 圖2是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在HEPES緩沖溶液中對不同金屬離子 的選擇性光譜圖；
[0043]圖3是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在HEPES緩沖溶液中加入不同金屬離 子后熒光強度變化柱狀圖；
[0044]圖4是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在HEPES緩沖溶液中逐漸加入Zn2+后紫 外吸收光譜變化圖；
[0045]圖5是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在HEPES緩沖溶液中逐漸加入Zn2+后熒 光發射光譜變化圖；
[0046]圖6是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在HEPES緩沖溶液中加入不同當量Zn2+ 后熒光強度與Zn2+濃度關系曲線圖；
[0047]圖7是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物以及與Zn2+相結合形成的絡合物的熒 光強度與pH值變化關系圖；
[0048]圖8a至圖8c是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在HepG2細胞內檢測Zn2+的熒 光成像圖；
[0049]圖9a和圖9b是本發明提供的鋅離子熒光探針化合物在植物體內的傳導及對Zn2+檢 測的熒光圖。
【具體實施方式】
[0050] 下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0051] 本發明提出一種鋅離子熒光探針化合物，對具有激發態分子內質子轉移(ESIPT) 特性的苯并噁唑基團進行衍生化而成，具體為以2_(2'_羥基苯基)苯并噁唑化合物為母體 結構，經過衍生化得到的，其化學分子式為C 15H13N04，分子結構式為：
[0052]
[0053]本發明提供的鋅離子熒光探針化合物分子結構簡單、產率高、對鋅離子選擇性好、 靈敏度高、抗其它金屬離子干擾能力強、對pH值變化不敏感，并且更適合應用于動植物體系 中，是一種理想的鋅離子傳感分子。
[0054]具體的，本發明提供的鋅離子熒光探針化合物對Zn2+的識別具有高選擇性，抗其它 金屬離子干擾能力強;具有高靈敏性，最低檢測限達到78nM;對pH值變化不敏感，在pH值1到 8的范圍內，pH值變化對熒光強度沒有影響，與Zn2+相結合形成的絡合物在pH值為7左右時， 熒光強度達到最大值。
[0055]進一步的，本發明還提供了上述鋅離子熒光探針化合物的制備方法，如圖1所示， 其制備方法具體按下列步驟進行：
[0056] 步驟A1、將2-(2'_羥基苯基）苯并噁唑（400mg，1.89mmol)溶解于30mL三氟乙酸溶 液中，然后分批加入六亞甲基四胺(489mg，3.78mmo 1)對原料進行甲酰化。
[0057] 步驟A2、加熱回流至反應完全，優選的采用TLC法檢測反應進程判斷反應是否完 全。
[0058]步驟A3、將反應完全后的溶液冷卻后加入鹽酸酸化，并采用乙酸乙酯溶液進行萃 取，優選的，加入30mL6M的鹽酸，然后用乙酸乙酯溶液萃取三次，每次20mL。
[0059] 步驟A4、對步驟A3獲得的有機相用飽和食鹽水沖洗后用無水硫酸鈉干燥，優選的， 用40mL飽和食鹽水進行沖洗。
[0060] 步驟A5、純化，優選采用柱層析方式對步驟A4中干燥后的有機相進行分離獲得黃 色粉末中間體I，（洗脫劑：乙酸乙酯/正己烷= 7:1)，產率91%。
[0061 ] 中間體I的化學分子式為C15H9NO4,分子結構式為：
[0062] '-人,*
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[0063] 優選的，2_( 2 羥基苯基)苯并噁唑與六亞甲基四胺的摩爾比為1:2。
[0064] 步驟B、將中間體I (100mg，0.374mmol)溶解于15mL甲醇溶液中，在冰浴條件下，將 硼氫化鈉(57mg，1.5mmol)分批加入到中間體I的甲醇溶液中進行反應，直至攪拌無氣泡生 成。
[0065] 步驟C、減壓并蒸去大部分溶劑即甲醇后進行純化，優選采用柱層析方式進行純 化，（洗脫劑：乙酸乙酯/正己烷= 7:1)。
[0066] 步驟D、將步驟C中純化后的有機相在二氯甲烷中重結晶，獲得白色針狀的探針化 合物，產率89 %。
[0067] 此時氫譜圖、碳譜圖以及質譜圖的