一種基于杯芳烴的1,3,4-噁二唑類Cu²⁺熒光探針及其合成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于杯芳烴的1，3，4?噁二唑類化合物的合成方法及其在選擇性識別Cu2+的用途，其結(jié)構(gòu)如通式I所示。該化合物對Cu2+具有專一選擇性識別性能，靈敏性高且不受其它共存離子干擾等優(yōu)點，還具有結(jié)構(gòu)簡單、合成路線短、收率高等特點。該化合物在水溶液及生物細(xì)胞內(nèi)Cu2+的檢測等方面等具有廣泛應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種基于杯芳烴的1，3,4-噁二唑類Cu2+熒光探針及其合成 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于熒光探針及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類 化合物的合成方法及其在選擇性識別Cu2+的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅元素是人體必需的第三大微量元素，在多種細(xì)胞過程和神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān) 重要的作用。銅離子在生物體內(nèi)是很多酶類的輔酶因子，在多種生理過程中起著重要作用。 Cu2+也是自然環(huán)境中重金屬污染的主要污染源，隨著工業(yè)的發(fā)展，越來越多的Cu2+隨廢氣、 污水及廢渣的排放等途徑進(jìn)入到環(huán)境中，危害環(huán)境進(jìn)而為人類健康帶來嚴(yán)重威脅。Cu 2+過少 或過多對自然環(huán)境與人體內(nèi)環(huán)境均具有重要影響。例如，人體內(nèi)缺少Cu2+會導(dǎo)致貧血，而過 量的Cu 2+又會造成神經(jīng)退行性綜合癥、嬰幼兒肝損傷和肝硬化等疾病。開發(fā)對Cu2+具有專一 選擇性的熒光探針，用于定性定量檢測環(huán)境及人體內(nèi)的Cu 2+，對于環(huán)境保護(hù)和保證生命健康 等方面具有重要意義。
[0003] 熒光分析法具有高選擇性、高靈敏性、低檢出限和響應(yīng)迅速等優(yōu)勢，在分析化學(xué)， 生物分析，環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。熒光探針通常由熒光基團(tuán)、識別基團(tuán)（受體)和 它們的連接臂組成。常見的有機(jī)熒光基團(tuán)有熒光素、香豆素、羅丹明、萘酰亞胺、芘、氟硼二 吡咯等類型，常見的受體基團(tuán)有環(huán)糊精、杯芳烴、冠醚等超分子結(jié)構(gòu)單元。熒光基團(tuán)和受體 通過連接臂連接，當(dāng)受體選擇性識別底物后產(chǎn)生的化學(xué)信息變化通過連接臂傳導(dǎo)給熒光基 團(tuán)，使熒光基團(tuán)產(chǎn)生可以觀測到的熒光性質(zhì)的變化，從而實現(xiàn)底物的定性或定量檢測。近年 來，依據(jù)熒光探針的基本原理，已報道了大量的Cu 2+熒光探針。但這些熒光探針在識別Cu2+ 時，易受到其它金屬離子或陰離子的干擾，選擇性不高，此外還具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成困難、穩(wěn) 定性差等缺點。開發(fā)選擇性高、穩(wěn)定性好、易于合成的Cu 2+焚光探針是一個挑戰(zhàn)性課題。
[0004] 1，3,4_噁二唑類化合物具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)異的熒光性能，廣泛用于制備 有機(jī)發(fā)光材料及液晶材料。此外，1，3,4_噁二唑雜環(huán)中含有可與金屬離子配位的N，0原子， 可作為熒光探針的受體。本課題組曾報道了一種1，3,4_噁二唑類化合物，該類化合物對Cu 2+ 具有專一選擇性熒光識別，但靈敏性較低(1他11^.-1^1&叫，￥.4丄^.-￥.211&叫，了·-B · Meng，Z · -J · He，ChemPlusChem 2012，77，196-200 ·)。最近，Yu課題組報道了一種基于 1，3， 4-噁二挫基團(tuán)的共聚物，該聚合物也可焚光識別Cu2+，但受到Ni2+，Hg 2+的干擾，實用性差 (C.-Y.Yu，T.-Y.Shih，Synth .Met ·，2014,191，12-18)。為此，本發(fā)明將結(jié)合 1，3,4_噁二唑及 杯芳烴的特點，設(shè)計合成選擇性高、靈敏性好、性能穩(wěn)定、易于合成的新型Cu2+熒光探針。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類化合物的合成方法及其作為Cu2+熒 光探針的用途。
[0006] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] 一種基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類Cu2+熒光探針I(yè)，其結(jié)構(gòu)式為：
[0008]
[0009]上述基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類Cu2+熒光探針的合成路線為：
[0011]上述基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類Cu2+熒光探針的合成方法包括以下反應(yīng)步驟： [0012] 中間體2a，2b的制備：
[0013] 在圓底燒瓶中加入33〇-332mg la或lb(la，lb按照文獻(xiàn)方法合成Q.Zhang，M.Yang， P · Wu，Η· Ye，X · Liu，Synth ·Met ·，2006，156，135-140 ·)，17mg過氧化苯甲酰（ΒΡ0)，130mg N-溴代丁二酰亞胺(NBS)，25mL四氯化碳，攪拌，加熱回流2h，再加入130mg NBS，繼續(xù)加熱回流 3h;冷卻后減壓蒸餾除去溶劑，加入25mL二氯甲烷，所得溶液分別用飽和食鹽水和蒸餾水洗 滌，無水硫酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑，粗產(chǎn)品用硅膠柱層析提純，分別得到中間體 2a，2b〇
[0014] 基于杯芳烴的1，3，4-噁二唑類Cu2+熒光探針I(yè)的制備：
[0015] 在圓底燒瓶中加入195mg中間體3a或127mg 3b，74_148mg無水碳酸鈉及10mL無水 丙酮，攪拌，加熱回流lh;稍冷后，加入190-380mg中間體2a或2b，加熱回流24h;冷卻至室溫， 減壓蒸餾除去溶劑，向殘余物中加入10mL水，用二氯甲烷(3X10mL)萃取三次，合并有機(jī)相， 所得有機(jī)相依次用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑， 粗產(chǎn)品用硅膠柱層析提純，得到熒光探針I(yè)。
[0016] 本發(fā)明具有如下的優(yōu)點是：
[0017] 1.本發(fā)明中基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類熒光探針對識別銅離子具有選擇性強(qiáng)， 靈敏性高且不受其它共存離子干擾。
[0018] 2.所發(fā)明的熒光探針分子具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，發(fā)射藍(lán)色熒光且熒光效率高。
[0019] 3.熒光探針分子中的1，3,4_噁二唑既是熒光基團(tuán)也是客體離子的受體基團(tuán)，分子 結(jié)構(gòu)簡單，合成路線短，反應(yīng)條件溫和，收率高。
【附圖說明】
[0020]圖1.熒光探針分子13(1^=(013)3(：: R3 = H)的核磁共振數(shù)
9 據(jù)氫譜；
[0021 ]圖2.熒光探針分子la的核磁共振數(shù)據(jù)碳譜；
[0022]圖3.熒光探針分子la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈溶液的紫外-可見吸 收光譜（二氯甲烷/乙腈體積比125:1，la濃度為8 Xl(T6m〇l/L，金屬離子的濃度為8X10- 5mol/L)；
[0023]圖4.熒光探針分子la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈溶液的紫外-可見吸 收光譜（二氯甲烷/乙腈體積比125:1，la濃度為8 Xl(T6m〇l/L，金屬離子的濃度為8X10- 5mol/L，激發(fā)波長λ=293ηπι)。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0025] 實施例1
[0026]中間體化合物2a的合成
[0027] 在一個50mL圓底燒瓶中分別加入la(0.33g，1.4mmol)，過氧化苯甲酰（17mg，70y mol)，N-溴代丁二酰亞胺（130mg，0 · 75mmol)，25mL四氯化碳，攪拌，加熱回流2h，再加入N-溴 代丁二酰亞胺（13〇11^，0.75臟〇1)，繼續(xù)加熱回流311。冷卻后減壓蒸餾除去溶劑，加入251^二 氯甲烷，所得溶液分別用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥1小時。過濾，減壓蒸餾 除去溶劑，粗產(chǎn)品用硅膠柱層析提純(淋洗劑:釀=1:15)，得到2a，白色固體。產(chǎn)率 85%〇
[0028] 實施例2
[0029]
>為例說明熒光探針分子I的合成
[0030]在一個25mL圓底燒瓶中加入3a( 195mg，0 · 3mmol)，無水Na2C〇3(71mg，0 · 7mmol)及 1 OmL無水丙酮，電磁攪拌，加熱回流lh。稍冷后，加入2a(190mg，0.6mmo 1)，加熱回流24h。冷 卻至室溫，減壓蒸餾除去溶劑，向殘余物中加入10mL水，用二氯甲烷(3X10mL)萃取三次，合 并有機(jī)相，依次用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥1小時。過濾，減壓蒸餾除去溶 劑，粗產(chǎn)品用硅膠柱層析提純(淋洗劑:Vzar?: 1:3)，得到la，白色固體。產(chǎn)率46 %。
[0031] 如圖 1 所示，la的核磁共振數(shù)據(jù)氫譜為:? NMR(400MHZ，CDCl3)S8.13(d，J = 8.3Hz， 4H)，8·00(d，J = 8· 3Hz，4H)，7 ·93-7.87(m，4H)，7.53(s，2H)，7.50-7.45(m，2H)，7.41 (t，J = 7.3Hz，4H)，7.12(s，4H)，6.90(s，4H)，5.24(s，4H)，4.36(d，J=13. lHz，4H)，3.39(d，J = 13.1Hz，4H)，1.34(s，18H)，1.03(s，18H).
[0032] 如圖2所示，la的核磁共振數(shù)據(jù)碳譜為：13C NMR(101MHz，CDC13) δ164 · 35，164 · 29， 150.76,149.59,147.54,141.80,141.22,132.67,131.52,128.91，127.59,127.35,126.84， 125.84，125.26，123.90，123.51，77.30,34.12,33.97,31.87,31.83,31.12.
[0033] la 的高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)為：Calcd for C74H77N4〇6，[M + H]+ 1 1 17.5838， found.1117.5828.
[0034] 實施例3
[0035] 測試了 la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈(體積比125:1)溶液的紫外-可見 吸收光譜。具體方法為配制濃度為8X l(T6mol/L的la的二氯甲燒溶液和濃度為O.Olmol/L的 Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cd2+，Ni2+，Co 2+，Zn2+，Ag+，Mn2+，Cu2+的高氯酸鹽的乙腈溶液。取2 · 5mL la的 二氯甲烷溶液分別加入20yL不同金屬離子的乙腈溶液，震蕩后測試紫外-可見光譜。
[0036]如圖3所示，la的二氯甲烷溶液的最大吸收波長為285nm，當(dāng)加入Cu2+后，la的最大 吸收波長為290nm，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，同時吸光度也明顯下降，而加入其它離子，最大吸收波長 及吸光度沒有明顯變化。紫外-可見光譜說明la對Cu 2+有選擇識別能力。
[0037] 實施例4
[0038]測試了 la及加入不同金屬離子的二氯甲烷/乙腈(體積比125:1)溶液的熒光發(fā)射 光譜。具體方法為配制濃度為8X ΙθΛιοΙ/L的la的二氯甲燒溶液和濃度為0.01mol/L的Na+， K+，Ca2+，Mg2+，Cd2+，Ni2+，Co 2+，Zn2+，Ag+，Mn2+，Cu2+的高氯酸鹽的乙腈溶液。取2 · 5mL I a的二氯 甲烷溶液分別加入20yL不同金屬離子的乙腈溶液，以波長為293nm的光為激發(fā)光測試la的 熒光發(fā)射光譜。
[0039]如圖4所示，la的最大發(fā)射波長為363nm，加入不同金屬離子之后，最大發(fā)射波長不 變。但加入Cu2+之后熒光強(qiáng)度顯著猝滅，而加入其它金屬離子時熒光猝滅程度較弱，熒光光 譜說明la對Cu 2+具有選擇識別能力，為Cu2+的熒光探針。
[0040]以上實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的實施方式不受上述實 施例的限制。凡本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員依據(jù)本發(fā)明的思路進(jìn)行修飾、替代、簡化等方法得 到的技術(shù)方案，皆應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于杯芳烴的I，3,4-噁二唑類Cu2+熒光探針，其特征在于具有如式I所示的結(jié) 構(gòu)：其中 Ri 為（CH3)3C 或 H;R2:或N。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類Cu2+熒光探針I(yè)的制備方法，其 特征在于:通過溴代反應(yīng)制備1，3，4-噁二唑中間體化合物，所制備的中間體經(jīng)醚化反應(yīng)得 到基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類熒光探針I(yè)，合成反應(yīng)路線為：具體合成步驟如下： (1) 中間體2a，2b的制備 在圓底燒瓶中加入33〇-332mg Ia或lb，17mg過氧化苯甲酰(BP0)，130mg N-溴代丁二酰 亞胺(NBS)，25mL四氯化碳，攪拌，加熱回流2h，再加入130mg NBS，繼續(xù)加熱回流3h;冷卻后 減壓蒸餾除去溶劑，加入25mL二氯甲烷，所得溶液分別用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫 酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑，硅膠柱層析提純，分別得到中間體2a，2b; (2) 基于杯芳烴的1，3,4-噁二唑類Cu2+熒光探針I(yè)的制備 在圓底燒瓶中加入195mg中間體3a或127mg中間體3b，74-148mg無水碳酸鈉及IOmL無水 丙酮，攪拌，加熱回流Ih;稍冷后，加入190-380mg中間體2a或2b，加熱回流24h;冷卻至室溫， 減壓蒸餾除去溶劑，向殘余物中加入IOmL水，用二氯甲烷(3X IOmL)萃取三次，合并有機(jī)相， 所得有機(jī)相依次用飽和食鹽水和蒸餾水洗滌，無水硫酸鎂干燥;過濾，減壓蒸餾除去溶劑， 硅膠柱層析提純，得到熒光探針I(yè)。3. 權(quán)利要求1所述的基于杯芳烴的1，3,4_噁二唑類熒光探針在環(huán)境水溶液及生物體內(nèi) Cu2+的檢測應(yīng)用。
【文檔編號】C07D271/107GK105884710SQ201610402643
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】韓杰, 孫春, 謝迪歡, 王彥美
【申請人】南開大學(xué)