本發(fā)明屬于化學分析檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于芘激基復合物的鎘離子熒光探針、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鎘是一種對人體和環(huán)境最有威脅和毒害作用的金屬之一。在自然界中，鎘離子被各種動植物吸收并通過食物鏈富集而進入人體，對身體健康造成一系列有害影響。盡管鎘離子對環(huán)境以及人體健康造成不良影響，但是它仍然被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中。因此尋求快速、高效的鎘離子檢測方法，使其應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)境、食品等領(lǐng)域是十分必要的。熒光檢測法方法簡便，而且在靈敏度、選擇性、響應(yīng)時間以及生物應(yīng)用等方面具有突出優(yōu)點。近年來，得到廣泛應(yīng)用。

目前，大多數(shù)已報道的鎘離子熒光探針主要是基于EDTA酰胺衍生物為配體或DPEA/DPA為配體的鎘離子探針,通過與鎘離子絡(luò)合后發(fā)生熒光的淬滅或增強，或熒光發(fā)射波長的紅移或藍移來實現(xiàn)檢測鎘離子[(a)Gunnlaugsson,T.；Lee,T.C.；Parkesh,R.Org.Lett.2003,5,4065.(b)Yang,Y.-Y.；Cheng,T.-Y.；Zhu,W.-P.；Xu,Y.-F.；Qian,X.-H.Org.Lett.2011,13,264.(c)Taki,M.；Desaki,M.；Ojida,A.；Iyoshi,S.；Hirayama,T.；Hamachi,I.；Yamamoto,Y.J.Am.Chem.Soc.2008,130,12564.(d)Liu,Z.P.；Zhang,C.L.；He,W.J.；Yang,Z.H.；Gao,X.；Guo,Z.J.Chem.Commun.2010,46,6138.]。這些鎘離子探針通常具有較好的靈敏度以及快速的響應(yīng)時間，但是對鎘離子的結(jié)合選擇性比較差，容易受到其他金屬離子特別是同族金屬鋅離子的干擾。本發(fā)明涉及的這類基于芘激基復合物探針很好的解決了選擇性問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于芘激基復合物的鎘離子熒光探針、其制備方法及應(yīng)用，該探針對鎘離子具有專一的熒光響應(yīng)信號和較高的靈敏度，制備方法簡單，適合放大合成和實際應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種基于芘激基復合物的鎘離子熒光探針，該熒光探針結(jié)構(gòu)如下：

本發(fā)明提供基于芘激基復合物的鎘離子熒光探針的制備方法，該方法具體步驟如下：

1)1-(2-氯乙?；?芘的合成：1-氨基芘加入CH₂Cl₂中，再加入DMAP， 冰浴條件下，向其中緩慢滴加氯乙酰氯。緩慢升至室溫，攪拌反應(yīng)5-8h。反應(yīng)結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)掉溶劑，過硅膠柱分離，洗脫劑石油醚:乙酸乙酯＝100:5-100:20；旋干收集到的含產(chǎn)物的洗脫劑得到1-(2-氯乙酰基)芘。2)探針的合成：1-(2-氯乙酰基)芘加入乙腈作為溶劑，再加入KI和DIPEA，向其中緩慢滴加DPA。80-120℃回流反應(yīng)8-14h，反應(yīng)結(jié)束后，旋干溶劑，過硅膠柱分離，洗脫劑二氯甲烷:甲醇＝200:1-100:10；旋干收集到的含產(chǎn)物的洗脫劑得到權(quán)利要求書1中所示探針。步驟1)中，1-氨基芘:CH₂Cl₂:DMAP:氯乙酰氯＝1g:20-80mL:0.7-1mL:0.4-0.5mL。

步驟2)中，1-(2-氯乙酰基)芘:乙腈:KI:DIPEA:DPA＝1g:20-80mL:0.5-0.6g:8-12mL:2.4-2.8mL。

步驟1)中，所述硅膠柱分離溫度在15-40℃，流速為0.1mL/min–20mL/min，洗脫劑為二氯甲烷:甲醇＝200:1-100:10，收集到含有1-(2-氯乙?；?芘的洗脫劑低壓下30-60℃旋干。

步驟2)中，所述硅膠柱分離，溫度在15-40℃，流速為0.1mL/min–20mL/min，洗脫劑為二氯甲烷:甲醇＝200:0-100:10，收集到含有1-(2-氯乙酰基)芘的洗脫劑低壓下30-60℃旋干。

本發(fā)明提供的熒光探針應(yīng)用于在環(huán)境保護中檢測水溶液中的鎘離子。

本發(fā)明具有以下具體特征：

探針分子原料易得，合成路線簡單、反應(yīng)條件溫和、后處理簡單方便，對鎘離子有特異的識別能力，響應(yīng)速度較快，酰胺-DPA受體與鎘離子的2:1的結(jié)合方式，導致激基復合物的熒光峰增強。探針在5％CH₃CN的水混合溶液中溶解性較好，單體發(fā)射波長在380nm，隨著鎘離子的加入，探針分子在490nm出現(xiàn)較強的激基復合物發(fā)射峰。因此可以用于檢測水溶液中的鎘離子，可應(yīng)用在環(huán)境當中鎘離子的檢測。

附圖說明

圖1為該熒光探針的結(jié)構(gòu)式；

圖2為該熒光探針的合成路線示意圖；

圖3為實施例1制備的中間體1-(2-氯乙酰基)芘的¹H NMR譜圖

圖4為實施例1制備的中間體1-(2-氯乙?；?芘的¹³C NMR譜圖

圖5為實施例1制備的熒光探針的¹H NMR譜圖

圖6為實施例1制備的熒光探針的¹³C NMR譜圖

圖7為在5％CH₃CN的水溶液中探針加入Cd²⁺前后的熒光光譜圖；

圖8為實施例1制備的熒光探針加入不同金屬離子后的熒光光譜圖變化情況；

圖9為J-P曲線，實施例1制備的探針與鎘離子的濃度總和為10μm，橫坐標為探針的濃度從0μM-10μM，縱坐標490nm激基復合物熒光峰強度與最大強度的比值；

圖10核磁滴定，所用溶劑為CD₃CN，探針的初始濃度為0.5mg/mL，向其中滴定不同濃度的Cd²⁺離子的核磁譜圖；

具體實施方式

下面的實施例將對本發(fā)明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。

實施例1：激基復合物型鎘離子熒光探針，基本合成過程如下：

1)1-(2-氯乙?；?芘的合成：在單口瓶中加入1g的1-氨基芘，加入100mL的CH₂Cl₂作為溶劑，再加入0.9g的DMAP，冰浴條件下，向其中緩慢滴加0.43mL的氯乙酰氯。緩慢升至室溫，攪拌6h。反應(yīng)結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)掉溶劑，過硅膠柱，洗脫劑石油醚：乙酸乙酯＝10:1。旋干收集到含有產(chǎn)物的洗脫劑，產(chǎn)物為白色固體，產(chǎn)率74％。中間體核磁氫譜、碳譜分別如圖3、圖4所示。

2)探針的合成：在單口瓶中加入0.63g 1-(2-氯乙?；?芘，加入150mL的乙腈作為溶劑，再加入0.38g的KI和6mL的DIPEA，向其中緩慢滴加1.6mL的DPA。80℃回流反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，旋干溶劑，過硅膠柱，洗脫劑為CH₂Cl₂，旋干收集到含有產(chǎn)物的洗脫劑，產(chǎn)物為黃色油狀物，產(chǎn)率70％。熒光探針核磁氫譜、碳譜分別如圖5、圖6所示。

探針的氫譜數(shù)據(jù)如下：¹H NMR(CD₃CN,400MHz)δ11.47(s,1H),8.65(t,3H),8.51(d,2H),8.25(m,4H),8.09(m,3H),7.70(t,2H),7.45(d,2H),7.21(t,2H),4.09(s,4H),3.66(s,2H)。

實施例2：實施例1制備的熒光探針對鎘離子測定的響應(yīng)情況

將實施例1制備的探針溶于CH₃CN溶液中，加入到CH₃CN:H₂O(1:19，v/v)混合溶劑中，制配成探針濃度為10^-5M的溶液，測試其熒光光譜變化。

圖7中探針濃度為10μM，當鎘離子的濃度為5μM時，其熒光光譜在490nm處發(fā)生明顯增強變化，表明兩分子探針與一個鎘離子以2:1方式結(jié)合以后，兩個芘熒光團靠近產(chǎn)生了激基復合物熒光峰。其激發(fā)波長為360nm。

實施例3：實施例1制備的熒光探針與鎘離子在CH₃CN溶液中的絡(luò)合比例

將實施例1制備的探針溶于的CH₃CN溶液中，制配成探針濃度為10^-5M的溶液，測試探針與不同金屬離子絡(luò)合后的熒光光譜變化。所加入的金屬離子為探針濃度的3eq，分別為含Zn²⁺，F(xiàn)e³⁺，Cr³⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Pd²⁺，Ag⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，Mn²⁺，Cu⁺，F(xiàn)e²⁺，Cd²⁺，Na⁺，Pb²⁺，Ca²⁺，Pt²⁺，Mg²⁺，K⁺高氯酸鹽水溶液。結(jié)果如圖8所示，表明加入過量的Cd²⁺，會使探針與Cd²⁺形成1:1絡(luò)合，導致單體熒光峰一定程度的淬滅。

保持探針與鎘離子的濃度總和為10μM，在CH₃CN：H2O＝5:95(v/v)溶劑中分別配置[探針]/[探針+Cd²⁺]＝0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1的溶液，測試其熒光光譜，去激基復合物的495nm處的熒光強度值做J-P曲線，探針的濃度從0μM-10μM，結(jié)果如圖9所示，橫坐標表示探針與濃度總和的比例，縱坐標為490nm激基復合物峰強度與最大熒光強度的的比值，線性擬合焦點在6.6處取最大值，說明此時激基復合物熒光峰最強，此時探針與鎘離子是2:1絡(luò)合的。

實施例4：實施例1制備的熒光探針在CD₃CN中與鎘離子絡(luò)合的核磁滴定

在CD₃CN中，實施例1制備的探針濃度為0.5mg/mL，向其中滴加不同當量的Cd²⁺,分別做核磁氫譜。結(jié)果如圖10所示，核磁譜圖從下到上以此為加入0eq，0.2eq，0.4eq，0.5eq，0.6eq，0.8eq，1eq，1.2eq，1.4eq的鎘離子探針與Cd²⁺離子。結(jié)果表明探針與Cd²⁺摩爾比為2:1時，可形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，繼 續(xù)滴加Cd²⁺時，絡(luò)合方式改變?yōu)?:1形式，Cd²⁺過量時再次形成穩(wěn)定絡(luò)合物，其2:1絡(luò)合與1:1絡(luò)合的絡(luò)合形式從核磁氫譜上看是不同的。