一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu²⁺熒光探針及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針及其制備方法，屬于分析化學(xué)領(lǐng)域，該Cu2+熒光探針的分子式為C21H24N4O3，結(jié)構(gòu)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(chǎn)物的制備，本發(fā)明提供的基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針及其制備方法，該Cu2+熒光探針在純水環(huán)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(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及分析化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅是人體中也是生命周期中營養(yǎng)物質(zhì)代謝過程必不可少的痕量元素，同時由于在 很多行業(yè)中的廣泛應(yīng)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(yǎng)物質(zhì)，但是過量的銅離子的存在對人體會產(chǎn)生毒性，同時也會擾亂正常 細胞的功能。因此，銅離子在體內(nèi)的平衡與許多重大疾病有關(guān)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(wèi)生組織規(guī)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(huán)境的影響。所以開發(fā)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(huán)境科學(xué)和 生命科學(xué)有著重要的意義。
[0003] 許多傳統(tǒng)的定性定量方法被應(yīng)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(zhì)譜，原子發(fā)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(yè)的操作人員。同時這些方法并不能實現(xiàn)實時原 位檢測。因此，光學(xué)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(fù)雜的儀器，所以逐漸發(fā)展成人體內(nèi)和水環(huán)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(shè)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(jiān)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(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)的Cu 2+熒光探針 及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 本發(fā)明中一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針，其結(jié)構(gòu)式如式I所示：
[0008]
[0009] 本發(fā)明中一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(yīng) 若干小時； 3 步驟B、將上述反應(yīng)液冷卻至一定溫度后，將反應(yīng)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(jié)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(yīng)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(chǎn)物。 8 優(yōu)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(zhì)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(yīng)，反應(yīng)時間為3h。 9 優(yōu)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(yīng)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(diào)解至PH8-9之間，所述干燥在真空條件下進行。
[0020] 優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yīng)時長為 10h〇
[0023] 優(yōu)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(fā)明中一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針在銅離子化學(xué)傳感器領(lǐng)域的應(yīng) 用，所述Cu2+熒光探針可用于水環(huán)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(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供了一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針，本 發(fā)明提供的Cu2+熒光探針能夠?qū)ι锛毎麅?nèi)、環(huán)境水體中Cu 2+進行檢測。
[0026] 本發(fā)明提供一種分子結(jié)構(gòu)簡單、合成方法簡單、產(chǎn)率高、對銅離子具有較好選擇 性、極強的抗干擾能力，以及優(yōu)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(fā)明提供的確認銅離子化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)的氫譜和碳譜；
[0028] 圖2為本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)明提供的銅離子化學(xué)傳感器與銅離子反應(yīng)氫譜示意圖；
[0032]圖5-2為本發(fā)明提供的銅離子化學(xué)傳感器與銅離子反應(yīng)識別機理示意圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明提供的銅離子化學(xué)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(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0035] 本實例中一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針，其分子結(jié)構(gòu)式如下：
[0036]
本實例中一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)，反應(yīng)時間為3h;
[0041] 步驟B、將上述反應(yīng)液冷卻至60°C以上后，將反應(yīng)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(jié)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(yīng)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(chǎn)物，洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯=1:1，v:v。
[0046] 基于上述，最終產(chǎn)物銅離子熒光探針化合物的氫譜和碳譜如圖1所示，本發(fā)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(yīng)，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(yīng)，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(fā)生 配位，使熒光迅速減弱，從而實現(xiàn)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(fā)明的探針在生理pH下對銅離子具有 良好的選擇性。
[0047]該發(fā)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(jīng)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(huán)上的氫的化學(xué)位移基本上沒有發(fā)生移動，主要是N-羥乙基哌嗪環(huán)上的氫 與酰胺基相連的亞甲基上的氫，以及羥基上的氫發(fā)生了較大的位移變化，說明這些氫附近 的雜原子與Cu 2+發(fā)生了配位。同時根據(jù)熒光滴定可知銅離子與配體的物質(zhì)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(yīng)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(xiàn)銅離子與 配體的物質(zhì)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(fā)波長為286nm，發(fā)射光譜范圍290-600nm，響應(yīng)曲線 如圖3所示，從圖3的響應(yīng)曲線可以看出，發(fā)明的熒光探針對Cu 2+濃度的變化有很好的響應(yīng)， 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(nèi)，線性擬合常數(shù)為0.99514， 說明該發(fā)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(nèi)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(fā)波長為286nm，發(fā)射光譜范圍290-600nm，所得光 譜數(shù)據(jù)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(fā)明的熒光探針也能夠應(yīng)用到生命體中檢測銅離子。
[0053]本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)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(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)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(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍 由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針，其特征在于，其結(jié)構(gòu)式如式I所示：2. -種如權(quán)利要求1所述的基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(yīng)若 干小時； 步驟B、將上述反應(yīng)液冷卻至一定溫度后，將反應(yīng)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(jié)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(yīng)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(chǎn)物。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)，反應(yīng)時間 為3h。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(yīng)時長為10小時。9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的一種基于苯并惡唑結(jié)構(gòu)的Cu2+熒光探針在銅離子化學(xué)傳感 器領(lǐng)域的應(yīng)用，其特征在于，所述Cu 2+熒光探針可用于水環(huán)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(fā)明人】田林, 莊文昌, 周穎梅, 盛風(fēng)濤, 李昭, 李靖, 顧越飛
【申請人】徐州工程學(xué)院