一種香豆素發(fā)光化合物的制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)材料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種香豆素類錳離子熒光傳感材料 的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在生物體內(nèi)，很多過渡金屬離子在生化反應(yīng)或代謝過程中起著巨大的作用，它們 在細(xì)胞內(nèi)外的傳輸是在結(jié)合蛋白質(zhì)的控制下完成的，但是當(dāng)這些離子在人體內(nèi)缺失或者富 集過多時(shí)會造成對人體的傷害。因此，有效的跟蹤、識別、檢測人體內(nèi)可能存在的過渡金屬 陽離子，就能在細(xì)胞層次或者組織層次上揭開生物體內(nèi)這些陽離子參與生理、生化過程的 奧秘，對于生物化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品工業(yè)以及醫(yī)學(xué)等學(xué)科具有重大的意義。這當(dāng)中對錳離 子的檢測尤為重要，這是因?yàn)殄i是人體及動物體內(nèi)的必需元素之一，它參與了生物體內(nèi)各 種不同酶的產(chǎn)生以及光合作用過程，高自旋錳離子還是一種優(yōu)良的磁共振成像弛豫試劑而 成為神經(jīng)系統(tǒng)中一種重要的研究工具，而且錳離子與其它微量元素在生物體內(nèi)的拮抗和協(xié) 同作用是生物無機(jī)化學(xué)研究的重要課題。另一方面，錳化合物短時(shí)期內(nèi)慢性曝光會使神經(jīng) 系統(tǒng)發(fā)生病變，直接導(dǎo)致運(yùn)動障礙，神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，認(rèn)知障礙等，所以近年來對錳離子的檢 測越來越受到人們的重視。
[0003] 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具備操作簡便、儀器價(jià)廉、能耗低、分析迅速、產(chǎn)生的光學(xué)信 號可用肉眼觀測等特點(diǎn)的比色和熒光法檢測金屬離子受到了廣大科研工作者的關(guān)注。而在 金屬離子的比色和熒光檢測中，設(shè)計(jì)能結(jié)合金屬離子引起光譜變化的分子探針是關(guān)鍵，它 決定了與被識別客體的結(jié)合靈敏度和選擇性。一般來說，分子探針至少有兩部分組成，即能 選擇性的與被分析物結(jié)合，使得探針?biāo)幍沫h(huán)境改變的受體(識別單元)和能把受體與被分 析物結(jié)合引起的化學(xué)環(huán)境變化轉(zhuǎn)化成容易觀察到的光譜或電化學(xué)輸出信號的發(fā)色團(tuán)（信號 傳導(dǎo)單元）。近年來，鍵連不同熒光團(tuán)的分子探針用于錳離子識別和監(jiān)測相繼被報(bào)道，實(shí)現(xiàn) 了通過顏色或熒光變化直接顯示樣品中金屬離子的存在并進(jìn)一步定性或定量檢測金屬離 子的目標(biāo)。然而已有的錳離子分子探針原材料價(jià)格昂貴，合成步驟繁瑣，反應(yīng)條件苛刻，使 得它們的實(shí)用性受到一定的限制;此外，合成的分子探針結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以純化分離，過剩的 毒性較強(qiáng)的反應(yīng)溶劑或處理試劑對環(huán)境危害較大;再次，有些分子探針對錳離子的檢測靈 敏度不高，選擇性低下，應(yīng)對復(fù)雜的生理環(huán)境等許多方面存在著不同程度的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的技術(shù)中分子探針合成過程復(fù)雜，反應(yīng)溫度較高，原 材料價(jià)格昂貴，耗時(shí)冗長、后處理復(fù)雜，提純分離困難、光學(xué)傳感靈敏度和選擇性低等缺點(diǎn)， 通過簡單的反應(yīng)，溫和的反應(yīng)條件，主反應(yīng)以乙醇作為綠色無污染溶劑，較高產(chǎn)率和純度制 備分離出優(yōu)良性能的香豆素類化合物分子探針，使得其與錳離子結(jié)合后，可用肉眼觀察到 其熒光強(qiáng)度顯著的變化，而其它離子幾乎不干擾測定，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高選擇性識別 及定量檢測錳離子的功效。
[0005]本發(fā)明所提供的一種香豆素發(fā)光化合物的制備方法，其合成路線如下所示。第一 步反應(yīng)：
[0011] 其中：第一步反應(yīng)中5-氯水楊醛、乙酰甘氨酸摩爾比為1:1，在含有乙酸鈉的乙酸 酐溶劑中溶解后加熱回流，充分冷卻后析出沉淀，抽濾，干燥，再將產(chǎn)物置于濃鹽酸和乙醇 的混合溶劑中于加熱回流，冷卻，并用NaOH溶液調(diào)節(jié)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-氯香豆素前驅(qū)體。第二步反應(yīng)是采用間二苯酚與乙酰乙 酸乙酯在濃硫酸溶劑中于〇-5°C條件下并不斷攪拌一定時(shí)間，然后將反應(yīng)液倒入冰水中，快 速析出淡黃色固體，抽濾，水洗干燥后得到的固體再使用甲醇重結(jié)晶，最后得淡黃色晶體4-甲基-7-羥基香豆素，后續(xù)通過烏洛托品或三氯氧磷將4-甲基-7-羥基香豆素中的羥基氧化 為醛基。最后一步反應(yīng)是將上述合成的3-氨基-6-氯香豆素前驅(qū)體以1:1的摩爾比進(jìn)一步與 4-甲基-7羥基-8-醛基香豆素在無水乙醇中加熱回流反應(yīng)，胺醛縮合生成大量沉淀，冷卻至 室溫后，抽濾、洗滌、真空干燥，獲得目標(biāo)產(chǎn)物。
[0012] 上述合成的香豆素發(fā)光化合物可作為分子探針用于識別和定量檢測錳離子。
[0013] 本發(fā)明與其它錳離子光學(xué)傳感分子探針材料的合成方法和應(yīng)用相比，具有以下技 術(shù)效果：
[0014] 1、反應(yīng)操作較簡單，原材料用量較少(小于3g)。反應(yīng)條件比較溫和，節(jié)能減耗；
[0015] 2、反應(yīng)原料價(jià)格低廉，主反應(yīng)溶劑和檢測溶劑（均為乙醇)低毒性，對人和環(huán)境友 好；
[0016] 3、反應(yīng)原料利用率高，產(chǎn)率較高（大于75%)。制備后處理過程簡單，易于分離提 純；
[0017] 4、采用兩種分別含有氨基和醛基的光穩(wěn)定性好、可見區(qū)光激發(fā)、熒光量子產(chǎn)率高、 毒性小等優(yōu)點(diǎn)的的香豆素化合物通過胺醛縮合反應(yīng)制備了一種新型的香豆素化合物類熒 光分子探針，當(dāng)與錳離子作用后，改變了香豆素母體的結(jié)構(gòu)和電荷分布，引起其熒光強(qiáng)度產(chǎn) 生明顯的變化，而其它離子幾乎沒有響應(yīng)，從而達(dá)到可視化特異性識別和定量檢測錳離子 的效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1為3-[ (4-甲基-7羥基-8-亞甲基香豆素)-氨基]-7羥基香豆素乙醇溶液加入錳 離子后的焚光光譜圖。
[0019] 圖2為3-[ (4-甲基-7羥基-8-亞甲基香豆素)-氨基]-7羥基香豆素乙醇溶液中加入 不同金屬離子后的熒光光譜圖。
[0020] 圖3為3-[ (4-甲基-7羥基-8-亞甲基香豆素)-氨基]-7羥基香豆素乙醇溶液的熒光 強(qiáng)度變化值(F-F0)與錳離子濃度之間的線性關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明的實(shí)質(zhì)特點(diǎn)和顯著效果可以從下述的實(shí)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(lǐng)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(jìn)和調(diào)整，均 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，其中實(shí)施例中 反應(yīng)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-III 400MHz的核 磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo)）；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Perkin Elmer LS55型熒光光譜儀和美國WinASPECT PLUS2000型紫 外光譜儀分別測定熒光和紫外可見吸收光譜。
[0022] -、本發(fā)明新型香豆素發(fā)光化合物的制備方法 [0023] 實(shí)施例1
[0024] (1)將1 ·38g 2,4_二羥基苯甲醛，1 · 17g乙酰甘氨酸，2.48g乙酸鈉溶于25ml醋酸酐 中，加熱至140°C冷凝回流反應(yīng)8小時(shí)，加入少量蒸餾水，冷卻后抽濾得到固體。將固體溶于 濃鹽酸和乙醇的混合溶液中，體積比為2:1。在80°C條件下冷凝回流反應(yīng)3小時(shí)，自然冷卻后 使用30%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至6.5，抽濾得到固體。將固體放入真空干燥器烘干后用乙 醇重結(jié)晶，得到產(chǎn)物3-氨基-7-羥基香豆素。
[0025] (2)向含有l(wèi).lg間苯二酚的乙酰乙酸乙酯(3.9g)中逐滴加入10ml濃硫酸，在0°C的 條件下反應(yīng)3小時(shí)。反應(yīng)完成后將溶液倒入冰水中，抽濾得到固體后使用甲醇重結(jié)晶得到淡 黃色晶體4-甲基-7-羥基香豆素。
[0026] (3)準(zhǔn)確稱取0.88g 4-甲基-7-羥基香豆素和2. lg烏洛托品加入10ml冰醋酸中，加 熱至130°C冷凝回流反應(yīng)3小時(shí)后加入1 Oml 20 %鹽酸繼續(xù)反應(yīng)0.5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后自然冷 卻，使用乙醚萃取，烘干后得到黃色產(chǎn)物4-甲基-7-羥基-8-醛基香豆素。
[0027] (4)準(zhǔn)確稱取0.89g 3-氨基-7-羥基香豆素和1.02g 4-甲基-7-羥基-8-醛基香豆 素加入反應(yīng)器，加入l〇ml乙醇后在80°C條件下加熱回流反應(yīng)3小時(shí)。抽濾烘干后得到產(chǎn)物3-[(4-甲基-7-羥基-8-亞甲基香豆素)-氨基]-7-羥基香豆素。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] (1)將1.38g 2,4_二羥基苯甲醛，1.17g乙酰甘氨酸，2.48g乙酸鈉溶于25ml醋酸酐 中，加熱至140°C冷凝回流反應(yīng)9小時(shí)，加入少量蒸餾水，冷卻后抽濾得到固體。將固體溶于 濃鹽酸和乙醇的混合溶液中，體積比為2:1。在80°C條件下冷凝回流反應(yīng)3小時(shí)，自然冷卻后 使用35%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至7.0，抽濾得到固體。將固體放入真空干燥器烘干后用乙 醇重結(jié)晶，得到產(chǎn)物3-氨基-7-羥基香豆素。
[0030] (2)向含有l(wèi).lg間苯二酚的乙酰乙酸乙酯(3.9g)中逐滴加入10ml濃硫酸，在2°C的 條件下反應(yīng)3小時(shí)。反應(yīng)完成后將溶液倒入冰水中，抽濾得到固體后使用甲醇重結(jié)晶得到淡 黃色晶體4-甲基-7-羥基香豆素。
[0031] (3)在無水無氧的條件下將三氯氧磷（2ml)與無水二甲基甲酰胺（2ml)加入反應(yīng) 器，在30°C下反應(yīng)半小時(shí)，再將1.5g 4-甲基-7-羥基香豆素溶于10ml無水二甲基甲酰胺后 加入反應(yīng)器，在60°C條件下反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將溶液倒入100ml冰水中使用20%的 氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至有大量固體析出。抽濾烘干后得到黃色產(chǎn)物4-甲基-7-羥基-8-醛基 香豆素。
[0032] (4)準(zhǔn)確稱取0.89g 3-氨基-7-羥基香豆素和1.02g 4-甲基-7-羥基-8-醛基香豆 素加入反應(yīng)器，加入l〇ml乙醇后在80°C條件下加熱回流反應(yīng)4小時(shí)。抽濾烘干后得到產(chǎn)物3-[(4-甲基-7-羥基-8-亞甲基香豆素)-氨基]-7-羥基香豆素。
[0033] 實(shí)施例3
[0034] (1)將1.38g 2,4_二羥基苯甲醛，1.17g乙酰甘氨酸，2.48g乙酸鈉溶于25ml醋酸酐 中，加熱至140°C冷凝回流反應(yīng)10小時(shí)，加入少量蒸餾水，冷卻后抽濾得到固體。將固體溶于 濃鹽酸和乙醇的混合溶液中，體積比為1:1。在80°C條件下冷凝回流反應(yīng)3小時(shí)，自然冷卻后 使用40%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至7.5，抽濾得到固體。將固體放入真空干燥器烘干后用乙 醇重結(jié)晶，得到產(chǎn)物3-氨基-7-羥基香豆素。
[0035] (2)向含有l(wèi).lg間