一種基于苯并惡唑結構的Cu²⁺熒光探針及其制備方法

一種基于苯并惡唑結構的Cu²⁺熒光探針及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針及其制備方法，屬于分析化學領域，該Cu2+熒光探針的分子式為C21H24N4O3，結構式為該熒光探針的制備方法包括：2?(2’?氨基苯基)苯并惡唑的制備，中間體的制備，最終產物的制備，本發明提供的基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針及其制備方法，該Cu2+熒光探針在純水環境中對Cu2+具有較好的選擇性，線性范圍寬，極強的抗干擾能力，是一種理想的Cu2+傳感器。
【專利說明】
一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及分析化學領域，尤其涉及一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 銅是人體中也是生命周期中營養物質代謝過程必不可少的痕量元素，同時由于在 很多行業中的廣泛應用，銅也是一種重要的金屬污染物，當銅離子的濃度較低時，它對于各 種器官是一種營養物質，但是過量的銅離子的存在對人體會產生毒性，同時也會擾亂正常 細胞的功能。因此，銅離子在體內的平衡與許多重大疾病有關比如 :MenkeS氏稔毛綜合征、 帕金森氏癥、威爾遜疾病、朊毒體、老年癡呆癥等。世界衛生組織規定日常飲用水中銅離子 的濃度不能超過2ppm.由于銅離子在生物上有著重要的作用和對環境的影響。所以開發專 一選擇性、高靈敏度、低檢測限、線性范圍寬、抗干擾性強的水溶性Cu 2+傳感器對環境科學和 生命科學有著重要的意義。
[0003] 許多傳統的定性定量方法被應用在分析檢測不同樣品中銅離子的含量，例如利用 電感耦合等離子質譜，原子發射光譜，原子吸收光譜等大型精密儀器。但是這些方法都需要 昂貴的儀器，繁瑣的樣品處理過程以及專業的操作人員。同時這些方法并不能實現實時原 位檢測。因此，光學探針，特別是熒光探針，與其他分析方法相比，有著易于操作，分析時間 短，不需要復雜的儀器，所以逐漸發展成人體內和水環境中檢測金屬銅離子的一個強有力 的工具。
[0004] 目前大量的化合物被設計合成用來檢測銅離子的存在，但是，這些探針大都有以 下缺點：（1)銅離子探針的合成方法繁瑣(2)大部分的監測工作都是在有機溶液中進行很少 在純水溶液中進行⑶抗干擾能力差，特別容易受到取 2+，21!2+，(：〇2+，(>3+離子的干擾。上述這 些缺陷限制了熒光探針的應用。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中Cu2+檢測熒光探針需在有機溶劑 中參與且選擇性不好，抗干擾能力不強的缺點，提供了一種在水溶液中能夠很好的選擇性 識別銅離子，抗干擾能力極強，線性范圍寬，檢測限低的基于苯并惡唑結構的Cu 2+熒光探針 及其制備方法。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：
[0007] 本發明中一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針，其結構式如式I所示：
[0008]
[0009] 本發明中一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其合成路線如下：
[0010]
12345678910 更進一步地，所述制備方法具體包括如下工藝步驟： 2 步驟A、將鄰氨基苯甲酸和鄰氨苯酚混合后加入到多聚磷酸中，在一定溫度下反應 若干小時； 3 步驟B、將上述反應液冷卻至一定溫度后，將反應液倒入水中，過濾收集沉淀，少量 的水洗滌沉淀后，將沉淀溶于堿性溶液中，過濾，沉淀用水洗，然后干燥，乙醇重結晶得到2-(2'_氨基苯基)苯并惡唑純品； 4 步驟C、將2-(2'_氨基苯基)苯并惡唑和DMAP溶于二氯甲烷中； 5
[0015] 步驟D、將溶于二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，攪拌一段時 間后，旋蒸，混合物用柱層析分離提純，得中間體純品； 6 步驟E、將N-羥乙基哌嗪和中間體混合后溶解在DMF中，在攪拌下緩慢加入一定量 的無水碳酸鉀后于一定溫度下反應若干小時后； 7 步驟F、冷卻至室溫，過濾得到沉淀，濾液用乙酸乙酯萃取，合并有機相，干燥，過 濾，柱層析分離得最終產物。 8 優選地，所述步驟A具體條件為，鄰氨基苯甲酸和鄰氨苯酚混合后研磨均勻，將研 磨均勻的混合物加入到質量為混合物20倍的多聚磷酸中，然后于機械攪拌下在220°C下反 應，反應時間為3h。 9 優選地，所述步驟B具體條件為，冷卻的溫度在60°C以上，所述反應液倒入沸水中， 10 且沸水的體積為多聚磷酸體積的5倍，所述堿性溶液為飽和碳酸氫鈉溶液，所述飽和碳酸氫 鈉溶液用量為將溶液調解至PH8-9之間，所述干燥在真空條件下進行。
[0020] 優選地，所述步驟C具體條件為，所述2_(2'_氨基苯基)苯并惡唑和DMAP溶于干燥 的二氯甲烷中。
[0021] 優選地，所述步驟D具體條件為，在氬氣保護下，將溶于干燥二氯甲烷中的氯代乙 酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，攪拌2h，旋蒸，混合物用柱層析分離提純，提純時洗脫劑 為石油醚/二氯甲燒= 2:1，V:V。
[0022] 優選地，所述步驟E具體條件為，所述DMF使用前進行無水處理，所述反應時長為 10h〇
[0023] 優選地，所述步驟F具體條件為，所述乙酸乙酯萃取時分三次等體積萃取，所述干 燥時干燥劑選擇無水硫酸鎂干燥，柱層析分離時洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯=1:1，v:v。
[0024] 本發明中一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針在銅離子化學傳感器領域的應 用，所述Cu2+熒光探針可用于水環境和人體中銅離子含量的傳感檢測，所述的傳感檢測是熒 光強度檢測。
[0025] 本發明的有益效果在于，本發明提供了一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針，本 發明提供的Cu2+熒光探針能夠對生物細胞內、環境水體中Cu 2+進行檢測。
[0026] 本發明提供一種分子結構簡單、合成方法簡單、產率高、對銅離子具有較好選擇 性、極強的抗干擾能力，以及優良的線性范圍和低的檢測限的Cu 2+熒光探針。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明提供的確認銅離子化學傳感器結構的氫譜和碳譜；
[0028] 圖2為本發明提供的銅離子熒光探針化合物對不同的金屬離子的熒光強度圖譜； [0029]圖3為本發明提供的銅離子熒光探針化合物的熒光強度和銅離子的滴定曲線；
[0030] 圖4為本發明提供的銅離子熒光探針化合物的熒光探針和銅離子的濃度線性范 圍；
[0031] 圖5-1為本發明提供的銅離子化學傳感器與銅離子反應氫譜示意圖；
[0032]圖5-2為本發明提供的銅離子化學傳感器與銅離子反應識別機理示意圖；
[0033] 圖6為本發明提供的銅離子化學傳感器的熒光強度和銅離子與其他離子共存時的 熒光強度對比圖；
【具體實施方式】
[0034] 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。
[0035] 本實例中一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針，其分子結構式如下：
[0036]
本實例中一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其合成路線如下：
[0038]
[0039] 在本實例中，所述制備方法具體包括如下工藝步驟：
[0040] 步驟A、將鄰氨基苯甲酸和鄰氨基苯酚混合后研磨均勻，將研磨均勻的混合物加入 到質量為混合物20倍的多聚磷酸中，然后于機械攪拌下在220°C下反應，反應時間為3h;
[0041] 步驟B、將上述反應液冷卻至60°C以上后，將反應液倒入沸水中，且沸水的體積為 步驟A中多聚磷酸體積的5倍，過濾收集沉淀，少量的水洗滌沉淀后，將沉淀溶于飽和碳酸氫 鈉溶液中，過濾，沉淀用水洗，然后真空下干燥，乙醇重結晶得到2_(2'_氨基苯基)苯并惡唑 純品；
[0042] 步驟C、將2_(2'_氨基苯基)苯并惡唑和DMAP溶于干燥的二氯甲烷中；
[0043]步驟D、在氬氣保護下，將溶于干燥二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合 溶液中，攪拌2h，旋蒸，混合物用柱層析分離提純，提純時洗脫劑為石油醚/二氯甲烷= 2:1， v：v；
[0044] 步驟E、將N-羥乙基哌嗪和中間體混合后溶解在DMF中，所述DMF溶液使用前進行無 水處理，在攪拌下緩慢加入一定量的無水碳酸鉀后于一定溫度下反應l〇h。
[0045] 步驟F、冷卻至室溫，過濾得到沉淀，濾液用乙酸乙酯分三次等體積萃取，合并有機 相，無水硫酸鎂干燥，過濾，柱層析分離得最終產物，洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯=1:1，v:v。
[0046] 基于上述，最終產物銅離子熒光探針化合物的氫譜和碳譜如圖1所示，本發明提供 的銅離子熒光探針，以2_(2'_氨基苯基）苯并惡唑為熒光母體，依次通過與氯代乙酰氯反 應，在氨基上引入甲酰基，所得到的中間體與N-羥乙基哌嗪反應，引入N原子和羥基，羥基的 引入增加了該化合物的水溶性，同時也可以增強在水中的熒光性。通過在母體引入與銅離 子進行專一性配位的氮原子和氧原子，檢測過程中銅離子熒光探針能很快地和銅離子發生 配位，使熒光迅速減弱，從而實現對銅離子的檢測，在pH = 7.14條件下，熒光探針分別與15 種常見金屬離子混合后熒光圖譜如圖2所示，說明該發明的探針在生理pH下對銅離子具有 良好的選擇性。
[0047]該發明的銅離子熒光探針與銅離子識別機理如圖5-2所示。該機理經過以氘代 01^0為溶劑在配體中分別加入0,0.5，1倍當量的(：11(：12*2!120，然后測其氫譜如圖5-1所示可 以看到苯并惡唑環上的氫的化學位移基本上沒有發生移動，主要是N-羥乙基哌嗪環上的氫 與酰胺基相連的亞甲基上的氫，以及羥基上的氫發生了較大的位移變化，說明這些氫附近 的雜原子與Cu 2+發生了配位。同時根據熒光滴定可知銅離子與配體的物質的量比為2:1，所 以可以推斷出識別機理為圖5-2所示。
[0048] 該探針應用于水體中銅離子檢測實例：
[0049] 配置濃度為1X1 0-4Μ的銅離子溶液，溶劑為純水溶液。
[0050] 配置濃度為1χ10-4Μ的配體溶液，，溶劑為DMF。
[00511 量取3mLtris緩沖溶液(ρΗ=7.14)于熒光比色皿中，然后再加入3yL的探針溶液 (0 . ΙμΜ)，每次加入一定體積銅離子溶液后混合均勻后(依次加入銅離子的量實現銅離子與 配體的物質的量比為 0.1，0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8， 2.0，2.2)，測定熒光光譜。測量條件:激發波長為286nm，發射光譜范圍290-600nm，響應曲線 如圖3所示，從圖3的響應曲線可以看出，發明的熒光探針對Cu 2+濃度的變化有很好的響應， 從圖4中我們可以看出當銅離子的濃度在2χ10-6-9 Χ10-6Μ范圍內，線性擬合常數為0.99514， 說明該發明的探針濃度為1X1 0-5Μ時，可以對2χ 1 0-6-9χ 1 0-6Μ濃度范圍內的銅離子進行定量 分析。
[0052] 量取3mLtris緩沖溶液(ρΗ=7.14)于熒光比色皿中，然后再加入3yL的探針溶液 (0. ΙμΜ)，依次加入15yL的其他常見金屬離子（ΙμΜ)，然后再加入3μLΧ〇. ΙμΜ)的銅離子，最后 我們將人體中常見的金屬離子全部加到同一個比色皿中，然后再加入銅離子，所有的樣品 混合均勻后，測定熒光光譜。測量條件:激發波長為286nm，發射光譜范圍290-600nm，所得光 譜數據的柱狀圖如圖6所示，說明此傳感器具有極強的抗干擾能力，同時又由于具有較好的 選擇性和線性范圍，說明該發明的熒光探針也能夠應用到生命體中檢測銅離子。
[0053]本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明 書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有 各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍 由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1. 一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針，其特征在于，其結構式如式I所示：2. -種如權利要求1所述的基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，其合成路線如下：3. 根據權利要求2所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，具體包括如下工藝步驟： 步驟A、將鄰氨基苯甲酸和鄰氨基苯酚混合后加入到多聚磷酸中，在一定溫度下反應若 干小時； 步驟B、將上述反應液冷卻至一定溫度后，將反應液倒入水中，過濾收集沉淀，少量的水 洗滌沉淀后，將沉淀溶于堿性溶液中，過濾，沉淀用水洗，然后干燥，乙醇重結晶得到2-(2'_ 氨基苯基)苯并惡唑純品； 步驟C、將2-(2'_氨基苯基)苯并惡唑和DMP溶于二氯甲烷中； 步驟D、將溶于二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，攪拌一段時間 后，旋蒸，混合物用柱層析分離提純，得中間體純品； 步驟E、將N-羥乙基哌嗪和中間體混合后溶解在DMF中，在攪拌下緩慢加入一定量的無 水碳酸鉀后于一定溫度下反應若干小時后； 步驟F、冷卻至室溫，過濾得到沉淀，濾液用乙酸乙酯萃取，合并有機相，干燥，過濾，柱 層析分離得到最終產物。4. 根據權利要求3所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，所述步驟A具體條件為，鄰氨基苯甲酸和鄰氨苯酚混合后研磨均勻，將研磨均勻的混合 物，加入到質量為混合物20倍的多聚磷酸中，然后于機械攪拌下在220°C下反應，反應時間 為3h。5. 根據權利要求3所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，所述步驟B具體條件為，冷卻的溫度在60°C以上，所述反應液倒入沸水中，且沸水的體積 為多聚磷酸體積的5倍，所述堿性溶液為飽和碳酸氫鈉溶液，所述干燥在真空條件下進行。6. 根據權利要求3所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，所述步驟C具體條件為，所述2-(2'_氨基苯基)苯并惡唑和DMP溶于干燥的二氯甲烷中。7. 根據權利要求3所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，所述步驟D具體條件為，在氬氣保護下，將溶于干燥二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入 到上述混合溶液中，攪拌2h，旋蒸，混合物用柱層析分離提純，提純時洗脫劑為石油醚/二氯 甲烷= 2:1，V:V。8. 根據權利要求3所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，所述步驟E具體條件為，所述DMF使用前進行無水處理，所述反應時長為10小時。9. 根據權利要求3所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針的制備方法，其特征在 于，所述步驟F具體條件為，所述乙酸乙酯萃取時分三次等體積萃取，所述干燥時干燥劑選 擇無水硫酸鎂干燥，柱層析分離時洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯=1:1，V:V。10. -種如權利要求1所述的一種基于苯并惡唑結構的Cu2+熒光探針在銅離子化學傳感 器領域的應用，其特征在于，所述Cu 2+熒光探針可用于水環境和人體中銅離子含量的傳感檢 測，所述的傳感檢測是熒光強度檢測。
【文檔編號】C09K11/06GK106008389SQ201610377277
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】田林, 莊文昌, 周穎梅, 盛風濤, 李昭, 李靖, 顧越飛
【申請人】徐州工程學院