一種基于羅丹明b的汞離子熒光探針化合物的制備與應(yīng)用
【專利說明】一種基于羅丹明B的汞離子熒光探針化合物的制備與應(yīng)用
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種汞離子熒光探針化合物及其制備與應(yīng)用，屬于熒光探針技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0003]汞是一種廣泛存在于自然界的重金屬元素，也是對人體損害最大的重金屬元素之一。它可以在動植物體內(nèi)富集，經(jīng)食物鏈進入人體。在人體中，無極汞離子通過細菌可轉(zhuǎn)化為毒性更大的有機汞，并最終引起全身中毒。比如甲基汞進入人體后往往會對腦部神經(jīng)產(chǎn)生特異性的選擇傷害，可導(dǎo)致行為紊亂和神經(jīng)損傷。發(fā)生在日本的‘水俁病’就是由甲基汞中毒引起的。然而食鹽電解、貴金屬冶煉等工業(yè)工程往往涉及到汞金屬的應(yīng)用。因此對其產(chǎn)生的廢水、廢液、廢氣等進行汞金屬的檢測極其重要。對機體造成神經(jīng)毒性和腎臟損害等從而對人類健康產(chǎn)生巨大的威脅。
[0004]相對于傳統(tǒng)的汞離子的檢測方法，熒光探針檢測法具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，近幾年受到研究人員的廣泛關(guān)注。在常用的熒光基團中，羅丹明及其衍生物具有激發(fā)波長長、熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點。同時，羅丹明及其衍生物往往在金屬離子存在下發(fā)生開關(guān)環(huán)引起溶液由無色到紅色的變化，這為構(gòu)造顏色和熒光雙響應(yīng)的探針分子汞離子探針分子提供了極佳的選擇。
[0005]在現(xiàn)有的技術(shù)中，CN104327843A提供了一種基于冠醚的汞離子熒光探針的制備方法和用途，該探針可以應(yīng)用于水體中汞離子的檢測，但是其存在以下不足:1、該探針的制備步驟有五步反應(yīng)，合成路線冗長;2、該探針沒有一個準確的工作曲線，不能定量的測定汞離子的含量;3、該探針沒有提供最低檢測極限，可能難以滿足更低濃度的測試;4、該探針的激發(fā)波長390 nm，對生物體有一定的傷害作用；5、該探針未能應(yīng)用于細胞中汞離子的檢測以及細胞成像研究。此外，CN104151326A提供了一種基于茈二亞酰胺-羅丹明B的汞離子熒光探針的制備方法，該熒光探針的水溶性較差，使用的溶劑為含有90%THF的水溶液。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種汞離子熒光探針化合物，可以靈敏檢測汞離子。
[0008]本發(fā)明還提供所述汞離子熒光探針化合物的制備方法與應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種汞離子熒光探針化合物，具有式I所示(圖1)的結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明所述的汞離子熒光探針化合物的制備方法，包括如下步驟:
(I)將2，2’_聯(lián)吡啶在氮氣保護下溶于乙醚中，加入甲基鋰反應(yīng)后，在用高錳酸鉀的丙酮溶液氧化脫氫，得到化合物II，6-甲基-2，2’ -聯(lián)吡啶(如圖2);
(2)上步制得6-甲基-2，2’_聯(lián)吡啶溶于二氧六環(huán)中，用過量二氧化砸氧化甲基，得到化合物III，6-醛基-2，2’ -聯(lián)吡啶(如圖3);
(3)上步制得的6-醛基-2，2’_聯(lián)吡啶與羅丹明B的酰肼混合溶于乙醇中，加熱回流得到目標探針產(chǎn)物1(如圖4)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)所述2，2’_聯(lián)吡啶、甲基鋰的摩爾比為1:1.1;
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟⑵所述6-甲基-2，2’_聯(lián)吡啶、二氧化砸的摩爾比為1:3; 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)所述6-醛基-2，2’_聯(lián)吡啶、羅丹明B酰肼的摩爾比為1:
1.2；根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)、(2)全程在氮氣保護下進行；
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)反應(yīng)回流溫度為lOrC ;
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)反應(yīng)回流溫度為78°C。
[0012]更為詳細的，所述的汞離子熒光探針化合物的制備方法，步驟如下:
(a)取2，2 ’ -聯(lián)吡啶5.30克置于三口燒瓶中，氮氣保護并用冰浴降溫至O°C以下，再取100毫升干燥的乙醚加入燒瓶中，攪拌直至2，2聯(lián)吡啶全溶;另取甲基鋰26毫升(1.3摩爾/升)緩慢滴入燒瓶，冰浴下反應(yīng)2小時后加熱回流3小時。待冷卻至室溫，加入10毫升水淬滅反應(yīng)，分液后，水相用乙醚萃取，蒸發(fā)溶劑，加入300毫升飽和高錳酸鉀的丙酮溶液，攪拌一小時，過濾除去生成的二氧化錳，蒸出溶劑，減壓蒸餾的純產(chǎn)物II 3.73克，產(chǎn)率64%。
[0013](b)取6-甲基-2，2’_聯(lián)吡啶3.31克、二氧化砸3.24克、水0.21毫升，混合溶于50毫升二氧六環(huán)中，加熱回流3小時，再次加入二氧化砸3.24克和水0.21毫升，加熱回流27小時，待冷卻至室溫后，蒸出溶劑，用二氯甲烷:甲醇=15:1為展開劑，過柱子分離，得到純產(chǎn)物III1.28克，產(chǎn)率31%。
[0014](c)取6-醛基-2，2，-聯(lián)吡啶0.18克，羅丹明B酰肼0.55克，溶于20毫升乙醇中，加熱回流6小時。產(chǎn)物用堿性硅膠柱分離，二氯甲烷為展開劑，得到純的產(chǎn)物探針0.36克，產(chǎn)率50%。
[0015]本發(fā)明所述的汞離子熒光探針化合物的應(yīng)用，可廣泛用于測試水體中的汞離子含量。
[0016]進一步優(yōu)選的，所述熒光探針用于在pH= 7.0的乙醇和水體積比1:4的溶液中汞離子的快速檢測。在20%乙醇溶液中最低可探測的汞離子濃度為10—7 mol/Lo
[0017]本發(fā)明通過實驗驗證，所述熒光探針在pH= 7.0的乙醇和水體積比1:4的溶液中，用波長520 nm的光作為激發(fā)光照射，未有任何發(fā)射，一旦加入萊離子，溶液在586 nm處焚光迅速增強，而其他金屬離子加入后溶液的熒光沒有變化，因此該探針分子對汞離子具有很尚的選擇性。
[0018]將本發(fā)明的熒光探針化合物溶于含有20%乙醇的水溶液中，配成熒光探針化合物濃度為10微摩爾每升的溶液，用HEPES緩沖溶液調(diào)節(jié)pH = 7.0，加入不同濃度的汞離子，用波長520 nm的光激發(fā)，在波長586nm處的熒光依次增強。得出工作曲線如圖2所示，通過測定待測樣品的熒光強度，就可以定量的計算出待測溶液中汞離子的濃度。
[0019]本發(fā)明所述的汞離子熒光探針化合物不僅可以用于水體中汞離子的檢測，還可以應(yīng)用于細胞內(nèi)的檢測和成像。
[0020]將MCF-7細胞在含有10%牛胚胎胎血清的I毫升細胞培養(yǎng)基培養(yǎng)12小時，然后用100微摩爾每升的汞離子處理10分鐘，在用10微摩爾每升的本發(fā)明的熒光探針處理30分鐘。細胞用激發(fā)波長為534 nm的光源激發(fā)，在共聚焦顯微鏡下成像。
[0021]與現(xiàn)有的檢測技術(shù)相比，本發(fā)明的熒光探針設(shè)計新穎，選擇性好，且具有良好的水溶性，而對細胞沒有毒性，在制備方面，均使用常用試劑，合成步驟簡單，產(chǎn)率較高。本發(fā)明的優(yōu)良效果如下:
1、本發(fā)明的熒光探針化合物具有較好的水溶性、生物相容性以及較好的膜穿透性，可用于細胞內(nèi)汞離子的探測及成像。
[0022]2、本發(fā)明的熒光探針化合物由于能用于水體中的定量汞離子檢測且檢測限較低；
3、本發(fā)明的熒光探針化合物具有良好的靈敏度和選擇性，測試樣品前處理簡單；
4、本發(fā)明的熒光探針化合物為固體粉末，便于儲存使用，并且合成方法簡單、收率高、成本低、具有良好的推廣前景；
5、與現(xiàn)有的技術(shù)CN104327843A相比，本發(fā)明的熒光探針的激發(fā)波長更長，在細胞成像研究時對細胞的損傷更小。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明探針分子化合物I的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明中化合物II的合成示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明中化合物III的合成示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明中探針分子I的合成示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明實施例1熒光離子探針在含有20%乙醇的水溶液中(pH= 7.0)，與不同金屬離子作用后的熒光強度。
[0028]圖6為本發(fā)明的熒光探針與不同濃度的汞離子的熒光強度工作曲線圖。
[0029]圖7本發(fā)明的熒光探針用于細胞成像。圖中a、b分別為暗場和亮場下用本發(fā)明熒光探針培養(yǎng)的MCF-7細胞圖；c、d分別為用暗場和亮場下用本發(fā)明的熒光探針培養(yǎng)，再加入汞離子進行培養(yǎng)的MCF-7細胞。
[0030]圖8本發(fā)明的熒光探針的核磁圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但不限于此。實施例中的各種原料均來自于市場購買。
[0032]實施例1、6_甲基-2，2’ -聯(lián)吡啶的合成(圖2)
取2，2’-聯(lián)吡啶5.30克置于三口燒瓶中，氮氣保護并用冰浴降低至O°C以下，再取100毫升干燥的乙醚加入燒瓶中至2，2’_聯(lián)吡啶全溶;另取甲基鋰