一種基于杯芳烴的1,3,4-噁二唑類Cu²⁺熒光探針及其合成方法

一種基于杯芳烴的1,3,4-噁二唑類Cu²⁺熒光探針及其合成方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于杯芳烴的1，3，4?噁二唑類化合物的合成方法及其在選擇性識別Cu2+的用途，其結構如通式I所示。該化合物對Cu2+具有專一選擇性識別性能，靈敏性高且不受其它共存離子干擾等優點，還具有結構簡單、合成路線短、收率高等特點。該化合物在水溶液及生物細胞內Cu2+的檢測等方面等具有廣泛應用前景。
【專利說明】
一種基于杯芳烴的1，3,4-噁二唑類Cu2+熒光探針及其合成 方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于熒光探針及其制備技術領域，具體涉及基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類 化合物的合成方法及其在選擇性識別Cu2+的用途。
【背景技術】
[0002] 銅元素是人體必需的第三大微量元素，在多種細胞過程和神經系統中發揮著至關 重要的作用。銅離子在生物體內是很多酶類的輔酶因子，在多種生理過程中起著重要作用。 Cu2+也是自然環境中重金屬污染的主要污染源，隨著工業的發展，越來越多的Cu2+隨廢氣、 污水及廢渣的排放等途徑進入到環境中，危害環境進而為人類健康帶來嚴重威脅。Cu 2+過少 或過多對自然環境與人體內環境均具有重要影響。例如，人體內缺少Cu2+會導致貧血，而過 量的Cu 2+又會造成神經退行性綜合癥、嬰幼兒肝損傷和肝硬化等疾病。開發對Cu2+具有專一 選擇性的熒光探針，用于定性定量檢測環境及人體內的Cu 2+，對于環境保護和保證生命健康 等方面具有重要意義。
[0003] 熒光分析法具有高選擇性、高靈敏性、低檢出限和響應迅速等優勢，在分析化學， 生物分析，環境科學等領域中得到廣泛應用。熒光探針通常由熒光基團、識別基團（受體)和 它們的連接臂組成。常見的有機熒光基團有熒光素、香豆素、羅丹明、萘酰亞胺、芘、氟硼二 吡咯等類型，常見的受體基團有環糊精、杯芳烴、冠醚等超分子結構單元。熒光基團和受體 通過連接臂連接，當受體選擇性識別底物后產生的化學信息變化通過連接臂傳導給熒光基 團，使熒光基團產生可以觀測到的熒光性質的變化，從而實現底物的定性或定量檢測。近年 來，依據熒光探針的基本原理，已報道了大量的Cu 2+熒光探針。但這些熒光探針在識別Cu2+ 時，易受到其它金屬離子或陰離子的干擾，選擇性不高，此外還具有結構復雜、合成困難、穩 定性差等缺點。開發選擇性高、穩定性好、易于合成的Cu 2+焚光探針是一個挑戰性課題。
[0004] 1，3,4_噁二唑類化合物具有良好的化學穩定性及優異的熒光性能，廣泛用于制備 有機發光材料及液晶材料。此外，1，3,4_噁二唑雜環中含有可與金屬離子配位的N，0原子， 可作為熒光探針的受體。本課題組曾報道了一種1，3,4_噁二唑類化合物，該類化合物對Cu 2+ 具有專一選擇性熒光識別，但靈敏性較低(1他11^.-1^1&叫，￥.4丄^.-￥.211&叫，了·-B · Meng，Z · -J · He，ChemPlusChem 2012，77，196-200 ·)。最近，Yu課題組報道了一種基于 1，3， 4-噁二挫基團的共聚物，該聚合物也可焚光識別Cu2+，但受到Ni2+，Hg 2+的干擾，實用性差 (C.-Y.Yu，T.-Y.Shih，Synth .Met ·，2014,191，12-18)。為此，本發明將結合 1，3,4_噁二唑及 杯芳烴的特點，設計合成選擇性高、靈敏性好、性能穩定、易于合成的新型Cu2+熒光探針。

【發明內容】

[0005] 本發明提供一種基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類化合物的合成方法及其作為Cu2+熒 光探針的用途。
[0006] 本發明通過以下技術方案實現：
[0007] 一種基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類Cu2+熒光探針I，其結構式為：
[0008]
[0009]上述基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類Cu2+熒光探針的合成路線為：
[0011]上述基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類Cu2+熒光探針的合成方法包括以下反應步驟： [0012] 中間體2a，2b的制備：
[0013] 在圓底燒瓶中加入33〇-332mg la或lb(la，lb按照文獻方法合成Q.Zhang，M.Yang， P · Wu，Η· Ye，X · Liu，Synth ·Met ·，2006，156，135-140 ·)，17mg過氧化苯甲酰（ΒΡ0)，130mg N-溴代丁二酰亞胺(NBS)，25mL四氯化碳，攪拌，加熱回流2h，再加入130mg NBS，繼續加熱回流 3h;冷卻后減壓蒸餾除去溶劑，加入25mL二氯甲烷，所得溶液分別用飽和食鹽水和蒸餾水洗 滌，無水硫酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑，粗產品用硅膠柱層析提純，分別得到中間體 2a，2b〇
[0014] 基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類Cu2+熒光探針I的制備：
[0015] 在圓底燒瓶中加入195mg中間體3a或127mg 3b，74_148mg無水碳酸鈉及10mL無水 丙酮，攪拌，加熱回流lh;稍冷后，加入190-380mg中間體2a或2b，加熱回流24h;冷卻至室溫， 減壓蒸餾除去溶劑，向殘余物中加入10mL水，用二氯甲烷(3X10mL)萃取三次，合并有機相， 所得有機相依次用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑， 粗產品用硅膠柱層析提純，得到熒光探針I。
[0016] 本發明具有如下的優點是：
[0017] 1.本發明中基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類熒光探針對識別銅離子具有選擇性強， 靈敏性高且不受其它共存離子干擾。
[0018] 2.所發明的熒光探針分子具有優異的穩定性，發射藍色熒光且熒光效率高。
[0019] 3.熒光探針分子中的1，3,4_噁二唑既是熒光基團也是客體離子的受體基團，分子 結構簡單，合成路線短，反應條件溫和，收率高。
【附圖說明】
[0020]圖1.熒光探針分子13(1^=(013)3(：: R3 = H)的核磁共振數
9 據氫譜；
[0021 ]圖2.熒光探針分子la的核磁共振數據碳譜；
[0022]圖3.熒光探針分子la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈溶液的紫外-可見吸 收光譜（二氯甲烷/乙腈體積比125:1，la濃度為8 Xl(T6m〇l/L，金屬離子的濃度為8X10- 5mol/L)；
[0023]圖4.熒光探針分子la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈溶液的紫外-可見吸 收光譜（二氯甲烷/乙腈體積比125:1，la濃度為8 Xl(T6m〇l/L，金屬離子的濃度為8X10- 5mol/L，激發波長λ=293ηπι)。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。
[0025] 實施例1
[0026]中間體化合物2a的合成
[0027] 在一個50mL圓底燒瓶中分別加入la(0.33g，1.4mmol)，過氧化苯甲酰（17mg，70y mol)，N-溴代丁二酰亞胺（130mg，0 · 75mmol)，25mL四氯化碳，攪拌，加熱回流2h，再加入N-溴 代丁二酰亞胺（13〇11^，0.75臟〇1)，繼續加熱回流311。冷卻后減壓蒸餾除去溶劑，加入251^二 氯甲烷，所得溶液分別用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥1小時。過濾，減壓蒸餾 除去溶劑，粗產品用硅膠柱層析提純(淋洗劑:釀=1:15)，得到2a，白色固體。產率 85%〇
[0028] 實施例2
[0029]
>為例說明熒光探針分子I的合成
[0030]在一個25mL圓底燒瓶中加入3a( 195mg，0 · 3mmol)，無水Na2C〇3(71mg，0 · 7mmol)及 1 OmL無水丙酮，電磁攪拌，加熱回流lh。稍冷后，加入2a(190mg，0.6mmo 1)，加熱回流24h。冷 卻至室溫，減壓蒸餾除去溶劑，向殘余物中加入10mL水，用二氯甲烷(3X10mL)萃取三次，合 并有機相，依次用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥1小時。過濾，減壓蒸餾除去溶 劑，粗產品用硅膠柱層析提純(淋洗劑:Vzar?: 1:3)，得到la，白色固體。產率46 %。
[0031] 如圖 1 所示，la的核磁共振數據氫譜為:? NMR(400MHZ，CDCl3)S8.13(d，J = 8.3Hz， 4H)，8·00(d，J = 8· 3Hz，4H)，7 ·93-7.87(m，4H)，7.53(s，2H)，7.50-7.45(m，2H)，7.41 (t，J = 7.3Hz，4H)，7.12(s，4H)，6.90(s，4H)，5.24(s，4H)，4.36(d，J=13. lHz，4H)，3.39(d，J = 13.1Hz，4H)，1.34(s，18H)，1.03(s，18H).
[0032] 如圖2所示，la的核磁共振數據碳譜為：13C NMR(101MHz，CDC13) δ164 · 35，164 · 29， 150.76,149.59,147.54,141.80,141.22,132.67,131.52,128.91，127.59,127.35,126.84， 125.84，125.26，123.90，123.51，77.30,34.12,33.97,31.87,31.83,31.12.
[0033] la 的高分辨質譜數據為：Calcd for C74H77N4〇6，[M + H]+ 1 1 17.5838， found.1117.5828.
[0034] 實施例3
[0035] 測試了 la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈(體積比125:1)溶液的紫外-可見 吸收光譜。具體方法為配制濃度為8X l(T6mol/L的la的二氯甲燒溶液和濃度為O.Olmol/L的 Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cd2+，Ni2+，Co 2+，Zn2+，Ag+，Mn2+，Cu2+的高氯酸鹽的乙腈溶液。取2 · 5mL la的 二氯甲烷溶液分別加入20yL不同金屬離子的乙腈溶液，震蕩后測試紫外-可見光譜。
[0036]如圖3所示，la的二氯甲烷溶液的最大吸收波長為285nm，當加入Cu2+后，la的最大 吸收波長為290nm，產生紅移現象，同時吸光度也明顯下降，而加入其它離子，最大吸收波長 及吸光度沒有明顯變化。紫外-可見光譜說明la對Cu 2+有選擇識別能力。
[0037] 實施例4
[0038]測試了 la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈(體積比125:1)溶液的熒光發射 光譜。具體方法為配制濃度為8X ΙθΛιοΙ/L的la的二氯甲燒溶液和濃度為0.01mol/L的Na+， K+，Ca2+，Mg2+，Cd2+，Ni2+，Co 2+，Zn2+，Ag+，Mn2+，Cu2+的高氯酸鹽的乙腈溶液。取2 · 5mL I a的二氯 甲烷溶液分別加入20yL不同金屬離子的乙腈溶液，以波長為293nm的光為激發光測試la的 熒光發射光譜。
[0039]如圖4所示，la的最大發射波長為363nm，加入不同金屬離子之后，最大發射波長不 變。但加入Cu2+之后熒光強度顯著猝滅，而加入其它金屬離子時熒光猝滅程度較弱，熒光光 譜說明la對Cu 2+具有選擇識別能力，為Cu2+的熒光探針。
[0040]以上實施例為本發明較佳的實施方式，應當指出，本發明的實施方式不受上述實 施例的限制。凡本技術領域中的技術人員依據本發明的思路進行修飾、替代、簡化等方法得 到的技術方案，皆應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于杯芳烴的I，3,4-噁二唑類Cu2+熒光探針，其特征在于具有如式I所示的結 構：其中 Ri 為（CH3)3C 或 H;R2:或N。2. 根據權利要求1所述的基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類Cu2+熒光探針I的制備方法，其 特征在于:通過溴代反應制備1，3，4-噁二唑中間體化合物，所制備的中間體經醚化反應得 到基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類熒光探針I，合成反應路線為：具體合成步驟如下： (1) 中間體2a，2b的制備 在圓底燒瓶中加入33〇-332mg Ia或lb，17mg過氧化苯甲酰(BP0)，130mg N-溴代丁二酰 亞胺(NBS)，25mL四氯化碳，攪拌，加熱回流2h，再加入130mg NBS，繼續加熱回流3h;冷卻后 減壓蒸餾除去溶劑，加入25mL二氯甲烷，所得溶液分別用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫 酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑，硅膠柱層析提純，分別得到中間體2a，2b; (2) 基于杯芳烴的1，3,4-噁二唑類Cu2+熒光探針I的制備 在圓底燒瓶中加入195mg中間體3a或127mg中間體3b，74-148mg無水碳酸鈉及IOmL無水 丙酮，攪拌，加熱回流Ih;稍冷后，加入190-380mg中間體2a或2b，加熱回流24h;冷卻至室溫， 減壓蒸餾除去溶劑，向殘余物中加入IOmL水，用二氯甲烷(3X IOmL)萃取三次，合并有機相， 所得有機相依次用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑， 硅膠柱層析提純，得到熒光探針I。3. 權利要求1所述的基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類熒光探針在環境水溶液及生物體內 Cu2+的檢測應用。
【文檔編號】C07D271/107GK105884710SQ201610402643
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】韓杰, 孫春, 謝迪歡, 王彥美
【申請人】南開大學