本發(fā)明屬于無機材料合成及應用技術(shù)領域，具體涉及一種簡便制備香豆素席夫堿類比色傳感材料的制備方法及其應用。

背景技術(shù)：

生物體內(nèi)及環(huán)境中離子的識別在生命科學、食品行業(yè)、環(huán)境保護以及藥物學等領域具有重要意義。眾所周知,鈷是人體內(nèi)必需的一種微量元素，與人的健康緊密相關(guān)，其主要功能是用于形成葉酸和脂肪酸的新陳代謝所必需的維生素b12并實現(xiàn)甲基的轉(zhuǎn)移。研究表明，鈷離子的濃度大小會導致多種疾病的發(fā)生，例如人體內(nèi)鈷的攝入量不足會引起心血管疾病，而攝入過量的鈷離子則會引起鈷中毒，因此如果能現(xiàn)場識別、檢測生物體內(nèi)的鈷離子，就能使人們在細胞層次或組織層次上了解鈷離子參與生化反應的過程，對于揭示鈷離子的生理功能有極大的研究價值。在各種探測鈷離子的方法中，光分析法中比色傳感因為具備儀器設備簡單、響應快速，可裸眼識別等優(yōu)勢得到了廣泛關(guān)注。而要實現(xiàn)鈷離子的高效光學識別，光學分子探針的設計是關(guān)鍵。常見的光學傳感分子探針通常由結(jié)合位點和信號單元通過連接基團構(gòu)成，當結(jié)合位點與目標物通過氫鍵作用、特殊反應或配位作用結(jié)合后，會導致探針分子中的電荷分布、能量分布、分子構(gòu)型等發(fā)生變化，甚至信號單元與結(jié)合位點脫離，最終使探針分子將識別信息轉(zhuǎn)化為熒光響應，達到在線、快捷、定性、定量檢測目標物的效果。現(xiàn)有的鈷離子比色和熒光識別分子探針化合物種類繁多，但仍然存在制備方法繁雜、響應靈敏度低，特異識別性不高、微量檢測難等缺陷，因此基于香豆素衍生物所表現(xiàn)出的穩(wěn)定的光學效應加上席夫堿化合物作為獨特的性能所構(gòu)建出分子探針的應用潛力，設計采用更為合理、簡單、條件溫和的合成方法制備出結(jié)構(gòu)新型的香豆素席夫堿化合物分子探針化合物，并用于鈷離子的在線識別和檢測，極大地改善比色識別效果，開發(fā)出更加高效、高選擇性、低毒以及可裸眼識別微量鈷離子的新型光學傳感材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的鈷離子比色和熒光分子探針原料昂貴，合成過程復雜，反應溫度較高，反應時間長，耗能多，提純分離困難、光學傳感靈敏度和選擇性低等缺點，通過簡單的反應，較為溫和的反應條件，采用綠色無污染溶劑，較高產(chǎn)率和純度制備分離出優(yōu)良性能的香豆素席夫堿類化合物分子探針，使得該分子探針可以裸眼、高靈敏度、單一選擇性識別并檢測鈷離子。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。

本發(fā)明一種6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將5-氯水楊醛、乙酰甘氨酸以及無水乙酸鈉溶于乙酸酐溶劑中在138～145℃條件下加熱回流反應7～10小時，冰水冷卻后抽濾并在25～40℃下真空干燥8～10小時得到中間產(chǎn)物。

所述5-氯水楊醛、乙酰甘氨酸以及無水乙酸鈉的摩爾比為1:1:2～4。

(2)將步驟(1)的中間產(chǎn)物置于濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于70～90℃溫度下加熱回流3～5小時后冷卻，并用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)酸度至5.5～6.5，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在25～40℃下真空干燥15～24小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素。

所述濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中，濃鹽酸和乙醇的體積比為1.5:1或2:1。

(3)將步驟(2)得到的3-氨基-6氯香豆素與4-二乙胺基水楊醛以質(zhì)量比1:1.0～1.5溶于乙醇中，在70～90℃溫度下加熱回流3～5小時，自然冷卻后抽濾，洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

上述6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素可以作為分子探針在鈷離子比色識別和檢測中加以應用。

本發(fā)明所使用的香豆素席夫堿化合物采用溶液合成法制備，參考相關(guān)材料(jiangjq，gouc，luoj，yicl，liuxy.anovelhighlyselectivecolorimetricsensorforni(ii)ionusingcoumarinderivatives.inorg.chem.commun.,2012,15:12-15.)。

本發(fā)明的科學原理：

采用具有斯托克斯位移大、熒光量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性強、可見光激發(fā)和發(fā)射波長、生物相容性好等優(yōu)點的香豆素衍生物，通過胺醛縮合反應鍵連上合成方法簡單、結(jié)構(gòu)多樣化、配位作用強并具有優(yōu)良光電和催化性能的席夫堿基團，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)新穎的香豆素席夫堿化合物分子探針后研究對鈷離子的比色響應，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該分子探針對鈷離子可裸眼識別，靈敏度高，抗干擾性好，甚至可實現(xiàn)微量檢測。

本發(fā)明與其它鈷離子比色和熒光傳感分子探針材料的合成方法和應用相比，具有以下技術(shù)效果：

1.合成方法簡單，原材料用量較少；

2.反應條件溫和，節(jié)能減耗；

3.反應溶劑低毒性，綠色無污染；

4.合成產(chǎn)物穩(wěn)定性強，熒光效率較高；

5.對鈷離子有高的靈敏響應；

6.對鈷離子識別選擇性好，不受其它金屬離子的干擾；

7.可用于鈷離子的微量測定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素的合成路線圖。

圖2為本發(fā)明實施例4制備的6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液加入鈷離子和未加鈷離子后的照片及紫外可見吸收光譜比較圖。

圖3為本發(fā)明實施例4制備的6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液中逐漸加入不同量鈷離子后的紫外可見滴定光譜圖(a)；分子探針在481nm處吸收峰的吸光度變化值與鈷離子濃度(10-60μm)之間的校正曲線(b)。

圖4為本發(fā)明實施例4制備的6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液與鈷離子作用后的benesi-hildebrand圖(a)和job’s圖(b)(圖中l(wèi)代表6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素)。

圖5為本發(fā)明實施例4制備的6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液加入鈷離子和加入其它離子后的照片及紫外可見吸收光譜比較圖。

具體實施方式

本發(fā)明的實質(zhì)特點和顯著效果可以從下述的實施例中得以體現(xiàn)，但它們并不對本發(fā)明作任何限制，本領域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，均屬于本發(fā)明的保護范圍。下面通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明，其中實施例中反應產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)測試表征使用的是德國bruker公司的型號為avance-iii400mhz的核磁共振儀(tms為內(nèi)標)；紅外光譜測試表征采用美國nicolet/nexus-870ft-ir型紅外光譜儀(kbr壓片)；使用美國perkinelmerls55型熒光光譜儀和美國winaspectplus2000型紫外光譜儀分別測定熒光和紫外可見吸收光譜。

本發(fā)明所提供的一種可用于鈷離子比色識別的香豆素席夫堿類化合物的制備方法，其合成路線如圖1所示。首先5-氯水楊醛、乙酰甘氨酸和乙酸鈉在乙酸酐溶劑中加熱回流，冰水冷卻后析出沉淀，抽濾、真空干燥，再將中間產(chǎn)物置于濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中繼續(xù)加熱回流、冷卻，并用naoh調(diào)節(jié)反應介質(zhì)酸度至近中性，析出沉淀，過濾、干燥后用無水乙醇重結(jié)晶得到3-氨基-6-氯香豆素；接著采用3-氨基-6-氯香豆素與4-二乙胺基水楊醛在無水乙醇中加熱回流反應，胺醛縮合生成大量沉淀，冷卻至室溫后，抽濾、洗滌、真空干燥，最終用無水乙醇重結(jié)晶獲得黃色目標產(chǎn)物粉末。

一、本發(fā)明新型香豆素發(fā)光化合物的制備

實施例1

(1)準確稱取3.13g5-氯水楊醛，2.34gn-乙酰甘氨酸，3.28g無水乙酸鈉，溶于40ml的乙酸酐中，在138℃下冷凝回流反應10小時，反應結(jié)束后加入10ml冰水，抽濾后在25℃下真空干燥10小時得中間產(chǎn)物。

(2)將該中間產(chǎn)物置于60ml體積比為1.5:1的濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于70℃溫度下加熱回流5小時后冷卻，并用質(zhì)量濃度為30％的naoh溶液調(diào)節(jié)酸度至5.5，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在25℃下真空干燥24小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)準確稱取0.5g3-氨基-6氯香豆素和0.5g4-二乙胺基水楊醛溶于30ml乙醇中，在70℃條件下冷凝回流反應5小時，自然冷卻后抽濾、洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

實施例2

(1)準確稱取3.13g5-氯水楊醛，2.34gn-乙酰甘氨酸，4.92g無水乙酸鈉，溶于45ml的乙酸酐中，在139℃下冷凝回流反應9小時，反應結(jié)束后加入12ml冰水，抽濾后在30℃下真空干燥9小時得中間產(chǎn)物。

(2)將該中間產(chǎn)物置于60ml體積比為1.5:1的濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于75℃溫度下加熱回流5小時后冷卻，并用質(zhì)量濃度為30％的naoh溶液調(diào)節(jié)酸度至6.0，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在30℃下真空干燥20小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)準確稱取0.5g3-氨基-6氯香豆素和0.6g4-二乙胺基水楊醛溶于35ml乙醇中，在75℃條件下冷凝回流反應4小時，自然冷卻后抽濾，自然冷卻后抽濾，洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

實施例3

(1)準確稱取3.13g5-氯水楊醛，2.34gn-乙酰甘氨酸，4.10g無水乙酸鈉，溶于45ml的乙酸酐中，在140℃下冷凝回流反應7小時，反應結(jié)束后加入10ml冰水，抽濾后在35℃下真空干燥8小時得中間產(chǎn)物。

(2)將該中間產(chǎn)物置于60ml體積比為2:1的濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于80℃溫度下加熱回流4小時后冷卻，并用質(zhì)量濃度為30％的naoh溶液調(diào)節(jié)酸度至6.5，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在35℃下真空干燥18小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)準確稱取0.5g3-氨基-6氯香豆素和0.5g4-二乙胺基水楊醛溶于30ml乙醇中，在80℃條件下冷凝回流反應4小時，自然冷卻后抽濾，自然冷卻后抽濾，洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

實施例4

(1)準確稱取3.13g5-氯水楊醛，2.34gn-乙酰甘氨酸，5.74g無水乙酸鈉，溶于50ml的乙酸酐中，在139℃下冷凝回流反應8小時，反應結(jié)束后加入15ml冰水，抽濾后在40℃下真空干燥8小時得中間產(chǎn)物。。

(2)將該中間產(chǎn)物置于70ml體積比為2:1的濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于80℃溫度下加熱回流3小時后冷卻，并用質(zhì)量濃度為30％的naoh溶液調(diào)節(jié)酸度至6.0，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在40℃下真空干燥15小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)準確稱取0.5g3-氨基-6氯香豆素和0.5g4-二乙胺基水楊醛溶于30ml乙醇中，在80℃條件下冷凝回流反應3小時，自然冷卻后抽濾，自然冷卻后抽濾，洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

實施例5

(1)準確稱取3.13g5-氯水楊醛，2.34gn-乙酰甘氨酸，6.56g無水乙酸鈉，溶于55ml的乙酸酐中，在140℃下冷凝回流反應8小時，反應結(jié)束后加入20ml冰水，抽濾后在25℃下真空干燥10小時得中間產(chǎn)物。。

(2)將該中間產(chǎn)物置于80ml體積比為2:1的濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于75℃溫度下加熱回流4小時后冷卻，并用質(zhì)量濃度為30％的naoh溶液調(diào)節(jié)酸度至6.5，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在35℃下真空干燥18小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)準確稱取0.5g3-氨基-6氯香豆素和0.7g4-二乙胺基水楊醛溶于35ml乙醇中，在75℃條件下冷凝回流反應4小時，自然冷卻后抽濾，自然冷卻后抽濾，洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

實施例6

(1)準確稱取3.13g5-氯水楊醛，2.34gn-乙酰甘氨酸，4.92g無水乙酸鈉，溶于45ml的乙酸酐中，在141℃下冷凝回流反應7小時，反應結(jié)束后加入10ml冰水，抽濾后在30℃下真空干燥9小時得中間產(chǎn)物。。

(2)將該中間產(chǎn)物置于60ml體積比為2:1的濃鹽酸和乙醇的混合溶劑中于75℃溫度下加熱回流4小時后冷卻，并用質(zhì)量濃度為30％的naoh溶液調(diào)節(jié)酸度至6.0，沉淀析出，過濾，產(chǎn)物在40℃下真空干燥15小時后用乙醇重結(jié)晶得3-氨基-6-氯香豆素；

(3)準確稱取0.5g3-氨基-6氯香豆素和0.65g4-二乙胺基水楊醛溶于35ml乙醇中，在80℃條件下冷凝回流反應4小時，自然冷卻后抽濾，自然冷卻后抽濾，洗滌并使用乙醇重結(jié)晶后得到產(chǎn)物6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素。

目標產(chǎn)物表征：產(chǎn)率:72％。¹hnmr(400mhz，dmso-d6):1.09(t,6h)，3.39(m,4h)，6.07(dd,j＝2.4hz和2.4hz,1h)，6.34(m,1h)，7.40(s,1h)，7.43(s,1h)，7.51(dd,j＝2.4hz和2.4hz,1h)，7.86(d,j＝2.4hz,1h)，8.59(s,1h)，9.62(s,1h)，9.84(s,1h)；ir(kbr,cm^-1):1713(-coor)，1630(c＝n)，1592(c＝c)。

二、本發(fā)明香豆素席夫堿化合物對鈷離子的比色識別和檢測效果評價

以實施例4制備的6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素為分子探針，研究對鈷離子的比色傳感響應效果。

(1)經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，向6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素的二甲基甲酰胺溶液中加入鈷離子，溶液的顏色會在2s之內(nèi)由黃色迅速地轉(zhuǎn)變?yōu)榫萍t色(如圖2a所示)，表明該化合物可用于裸眼識別鈷離子。緊接著采用紫外可見光譜儀研究了鈷離子加入6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素的二甲基甲酰胺溶液后的光譜變化，如圖2b所示，可以觀察到分子探針在430nm處的吸收峰降低，并且在481nm處出現(xiàn)了一個新的吸收峰，可能是鈷離子與6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素之間配位后產(chǎn)生金屬配體電荷轉(zhuǎn)移作用(mlct)從而導致分子探針化合物的紫外可見光譜發(fā)生變化。

(2)通過紫外滴定的方法，研究發(fā)現(xiàn)6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液中連續(xù)不斷地加入鈷離子后，430nm處的吸收峰逐漸降低，在481nm處的吸收峰逐漸升高，在458nm處出現(xiàn)一個等吸收點，表明6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素與鈷離子形成了穩(wěn)定的一定摩爾比的配合物(如圖3a)，另外481nm處新生成吸收峰的吸光度差值與鈷離子濃度在0.2～10μm之間呈良好的線性關(guān)系，檢測限為6.3×10^-8m(信噪比為3，r＝0.9906)(如圖3b)，這表明6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素可用于鈷離子的定量檢測。使用修正后的benesi-hildebrand方程(singhts,paulpc,pramanikhar.fluorescentchemosensorbasedonsensitiveschiffbaseforselectivedetectionofzn²⁺.spectrochim.actaa.2014,121:520-526.)計算分子探針與鈷離子的配位結(jié)合常數(shù)(其中a0為分子探針在481nm處的吸光度，a為在加入特定濃度鈷離子后的吸光度，m為鈷離子濃度)為3.86×10⁴m^-1，表明6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素對鈷離子有很強的結(jié)合能力(如圖4a)。進一步采用job曲線計算出(liz,zhouy,yink,yuz,liy.j.ren.anewfluorescence“turn-on”typechemosensorforfe³⁺basedonnaphthalimideandcoumarin.dyespigments,2014,105:7-11)6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素與鈷離子之間的配位比為1:1(如圖4b)。

(3)采用紫外可見光譜儀研究了其它離子對6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液的影響，如圖5a所示。在6-氯-3-[(2-羥基-4-二乙胺基苯亞甲基)氨基]香豆素二甲基甲酰胺溶液中加入除了鈷離子之外的各種離子如鉀離子、鈉離子、鈣離子、銀離子、鋁離子、鎘離子、銅離子、鎂離子、鎳離子、鋅離子和二價鐵離子后，該化合物紫外可見光譜峰無顯著變化而且顏色也沒有改變，本質(zhì)上不同于鈷離子(如圖5b)，從而表明該分子探針對鈷離子的識別選擇性較高。