【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于金屬離子檢測的分子探針領(lǐng)域，特別是一種用于選擇性檢測銅離子和鋅離子的分子探針及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

離子探針能夠?qū)㈦x子存在信息轉(zhuǎn)換成易被檢測的光信號，進(jìn)而獲得特定離子的識別功能。在體系中與特定離子的相互作用會發(fā)生特定的物理化學(xué)變化，從而導(dǎo)致相應(yīng)的光信號發(fā)生改變。離子探針具有高靈敏度，簡單易行等諸多優(yōu)點。

銅離子是常見的有毒重金屬之一，對動植物及環(huán)境有嚴(yán)重危害。同時，銅離子還是人體必需的微量元素，與細(xì)胞繁殖、內(nèi)分泌以及造血功能相關(guān)，但如果體內(nèi)過量銅離子無法降解，會對人體產(chǎn)生危害。迄今為止的銅離子檢測方法存在局限性，多依賴昂貴的檢測儀器，成本較高。因此發(fā)展快速、簡便、靈敏的銅離子檢測方法具有十分重要的意義。

鋅離子是人體必需的微量元素，在體內(nèi)的含量僅次于鐵離子。鋅離子參與生物體內(nèi)的諸多生理活動，比如腦功能、基因轉(zhuǎn)染、免疫功能以及中樞神經(jīng)信號傳導(dǎo)等。由于鋅離子的3d¹⁰4s⁰的電子結(jié)構(gòu)，自身無可測定的光譜以及核磁信號，因此常用的檢測手段如紫外光譜、核磁共振、電子順磁共振等都難以應(yīng)用于鋅離子的檢測。現(xiàn)有的鋅離子檢測手段大多基于熒光探針方法，但是檢測過程中易受到鎘離子的干擾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析和存在問題，提供了一系列基于[5]螺烯母體的亞胺化合物及其制備方法，及其在銅離子和鋅離子檢測中的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

該化合物是在[5]螺烯羥基的鄰位引入亞胺結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)亞胺的n和螺烯的o能夠與金屬離子配位，能夠利用紫外吸收光譜以及熒光光譜分別選擇性檢測銅離子和鋅離子。

本發(fā)明用于檢測銅離子和鋅離子的熒光分子探針試劑dc，為螺烯的亞胺衍生物，符合通式結(jié)構(gòu)：

其中，r選自碳原子數(shù)為1-10的直鏈或支鏈烷基、碳原子數(shù)為2-10的直鏈或支鏈烯基、具有3-8個環(huán)碳原子的環(huán)烷基、6-20個碳原子的單環(huán)或多環(huán)芳族基、5-20個碳原子的單環(huán)或是多環(huán)雜芳族基。

一種所述用于銅離子和鋅離子檢測的分子探針試劑的制備方法，步驟如下：

(1)冰浴條件下，dmf中加入氫化鈉，慢慢加入螺烯(化合物a)，攪拌反應(yīng)0.5小時后，滴加氯甲基甲醚，滴加完成后室溫攪拌2小時，抽濾，得到化合物b。

(2)氬氣保護(hù)下，化合物b加入異丙醚中，冰浴下加入四甲基乙二胺0.5小時后，滴加正丁基鋰，滴加完畢后，冰浴攪拌2小時，室溫攪拌2小時，冰浴下加入dmf，繼續(xù)冰浴攪拌2小時，加飽和氯化銨溶液淬滅反應(yīng)，用乙酸乙酯萃取，用飽和氯化鈉洗滌。有機(jī)層旋干，柱層析方法提純得到化合物c。

(3)冰浴條件下，濃鹽酸滴加化合物c的異丙醚溶液中，滴完后繼續(xù)冰浴攪拌1小時，繼續(xù)升至室溫攪拌4小時。飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)ph至中性，抽濾得到化合物d。

(4)化合物d與r-nh2溶于乙醇中，加熱回流1小時。過濾得到通式dc的化合物。r的選擇如前面所述。

其中步驟(1)中所述化合物a、氫化鈉與氯甲基甲醚的摩爾比為1mol:5-10mol:2-10mol，具體可為1mol:6-8mol:3-5mol

步驟(2)中所述反應(yīng)需在氬氣保護(hù)下進(jìn)行；

所述化合物b、1.6m正丁基鋰及dmf的用量比為1mol:2-3l:0.6-1l，具體可為1mol:2.8l:0.7l

步驟(3)中所述化合物c、異丙醚與濃鹽酸的用量比為1mol:5-15l:2-10l，具體可為1mol:10l:3.7l

步驟(4)中所述化合物d、r-nh2的摩爾比為1mol:2-5mol，具體可為1mol:2-3mol

本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明制備的螺烯衍生物dc，合成簡單方便，產(chǎn)率高，易于制備，適于放大合成及實際生產(chǎn)應(yīng)用。能夠利用紫外可見吸收光譜檢測二價銅離子，并能夠利用熒光方法檢測二價鋅離子，其作為新型探針可以應(yīng)用于離子檢測領(lǐng)域。探針分子選擇性好且靈敏度高，具有響應(yīng)快、現(xiàn)象明顯的優(yōu)勢，有著廣闊的應(yīng)用前景。

【附圖說明】

圖1為dc-1加入10當(dāng)量不同金屬離子后的吸收光譜。

圖2為dc-1加入10當(dāng)量不同金屬離子后的熒光光譜。

圖3為dc-1加入0-7當(dāng)量銅離子的吸收光譜。

圖4為dc-1加入0-7當(dāng)量鋅離子的熒光光譜。

【具體實施方式】

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，給出以下系列具體實施例，但本發(fā)明并不受這些具體實施例的限制，了解該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的些許改動將可以達(dá)到類似的結(jié)果，這些改動也包含在本發(fā)明中。

實施例1：

制備r＝正丁基的化合物dc-1

(1)在100ml單口瓶內(nèi)，加入氫化鈉0.46g(19.2mmol)，后加入50ml的dmf作為溶劑，冰浴下加入1g(2.77mmol)化合物a，攪拌0.5h后滴加氯甲基甲醚0.9ml(11.85mmol)，滴加完成后室溫攪拌2小時，抽濾，得到化合物b，產(chǎn)率為95％。

(2)在50ml雙口瓶內(nèi)加入0.5g(1.11mmol)化合物b后，加入異丙醚25ml作為溶劑，冰浴下攪拌通氬氣5分鐘。氬氣保護(hù)下加入四甲基乙二胺0.84ml(5.47mmol)，后滴加1.6m的正丁基鋰3.12ml(5.0mmol)，冰浴攪拌2小時，室溫攪拌2小時，后冰浴下加入0.77ml(9.99mmol)的dmf，繼續(xù)冰浴攪拌2小時，加飽和氯化銨7ml淬滅反應(yīng)，用乙酸乙酯萃取分出有機(jī)層，。有機(jī)層旋干，經(jīng)過柱層析分離，得到化合物c，產(chǎn)率為44.7％。

(3)在50ml單口瓶內(nèi)，加入0.1g(0.2mmol)化合物c，加入15ml異丙醚作為溶劑，后在冰浴攪拌下滴加0.74ml濃鹽酸，滴完后繼續(xù)冰浴攪拌1小時，繼續(xù)升至室溫攪拌4小時。飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)ph至中性，抽濾得到化合物d，產(chǎn)率為95％。

(4)化合物d(416mg，1mmol)溶于5ml乙醇中，緩慢加入正丁胺(2mmol)，滴加完畢，回流1小時，有沉淀析出，冷卻，過濾固體，并用冰乙醇洗滌，固體真空干燥得到化合物dc-1，產(chǎn)率90％。

檢測結(jié)果：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ12.98(s,2h),8.70-8.62(m,2h),8.53(s,2h),8.48(d,j＝8.8hz,2h),7.97(d,j＝8.7hz,2h),7.87(s,2h),7.69(dd,j＝5.9,2.9hz,2h),7.60(s,2h),3.64(t,j＝6.7hz,4h),1.76-1.64(m,4h),1.50-1.36(m,4h),0.96(t,j＝7.3hz,6h).

¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ164.01,156.74,133.44,131.82,130.61,130.44,127.82,127.38,125.99,124.87,123.59,120.59,117.89,114.30,59.73,32.82,13.73.

實施例2：

制備r＝環(huán)己基的化合物dc-2

(1)化合物d的制備按照實施例1中的制備方法制備。

(2)化合物d(416mg，1mmol)溶于5ml乙醇中，緩慢加入環(huán)己胺(2mmol)，滴加完畢，回流2小時，有沉淀析出，冷卻，過濾固體，并用冰乙醇洗滌，固體真空干燥得到化合物dc-2，產(chǎn)率92％。

檢測結(jié)果：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ13.08(s,2h),8.66(dd,j＝5.7,3.2hz,2h),8.55(s,2h),8.47(d,j＝8.8hz,2h),7.95(d,j＝8.8hz,2h),7.85(s,2h),7.68(dd,j＝5.9,2.9hz,2h),7.59(s,2h),3.29(s,2h),1.95–1.74(m,8h),1.57(m,6h),1.33(m,6h).

本發(fā)明的具體應(yīng)用及效果如下：

用紫外可見分光光度計以及熒光分光光度計分別對其識別cu²⁺和zn²⁺的性能進(jìn)行了研究。所有測試均在乙腈溶液中進(jìn)行。dc濃度為2×10^-5m以及1×10^-6m，分別用于紫外以及熒光測試。測試用的鹽溶液為對應(yīng)的高氯酸鹽的乙腈溶液。

圖1為dc-1化合物對于金屬陽離子的選擇性吸收圖。2×10^-5m的dc-1的乙腈溶液中，分別加入10當(dāng)量不同的金屬離子(na⁺，k⁺，mg²⁺，ca²⁺，ba²⁺，cd²⁺，hg²⁺，pb²⁺，fe³⁺，co²⁺，al³⁺，cr³⁺，ag⁺，cu²⁺，zn²⁺)，發(fā)現(xiàn)只有加入銅離子會在可見光區(qū)400-600nm出現(xiàn)吸收峰，對應(yīng)溶液的顏色由無色變?yōu)榧t色。

圖2為dc-1化合物對于金屬陽離子的選擇性熒光圖。1×10^-6m的dc-1的乙腈溶液中，分別加入10當(dāng)量不同的金屬離子(na⁺，k⁺，mg²⁺，ca²⁺，ba²⁺，cd²⁺，hg²⁺，pb²⁺，fe³⁺，co²⁺，al³⁺，cr³⁺，ag⁺，cu²⁺，zn²⁺)，發(fā)現(xiàn)只有加入鋅離子會在480nm處出現(xiàn)熒光發(fā)射峰，其它離子不會導(dǎo)致探針的熒光變化。

圖3是dc-1在加入0-7當(dāng)量的銅離子的吸收光譜變化圖。不加銅離子時，dc-1在可見光區(qū)400-600nm處沒有吸收。隨著銅離子的量的逐步增加，400-600nm處的吸收峰逐漸變強(qiáng)。

圖4是dc-1在加入0-7當(dāng)量的鋅離子的發(fā)射光譜變化圖。不加鋅離子時，dc-1幾乎沒有熒光發(fā)射峰。隨著鋅離子的量的逐步增加，480nm處的熒光強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)。

結(jié)果表明，合成的基于螺烯骨架的亞胺衍生物dc對于銅離子和鋅離子都有很好的響應(yīng)，可以作為比色探針檢測銅離子也可以作為熒光探針檢測鋅離子，本類化合物在銅離子和鋅離子檢測中有廣泛的應(yīng)用前景。