一种具有AIE效应的8‑羟基喹啉类铜离子荧光探针及其制备方法与流程

本发明涉及金属离子的荧光探针领域，尤其涉及一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针及其制备方法。

背景技术：

铜在人们日常生活中随处可见，但由于在生产和生活中的不当使用，导致铜离子的污染问题日益严重。为了避免由于铜离子的过量堆积而造成对生态系统的破坏问题，铜离子的分析检测就显得尤为重要，目前常用的铜离子的分析检测方法主要分为直接法和间接法两大类，直接法是一类直接利用铜离子自身物理、化学性质对其进行分析检测的方法；间接法是一类利用铜离子和指示剂(也可称为化学分子探针)之间的特异性化学反应或超分子作用产生的信号变化对铜离子进行分析检测的方法，间接法常用的方法有配位滴定法荧光分子探针、原子吸收法、碘量法、催化光度法、二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法、催化显色光度法，但是目前公开的这些方法测定条件比较苛刻，使得应用范围受到一定的限制。

因此，提供一种测定条件简单、且高效、高灵敏度的用于检测铜离子的方法就显得尤为重要了。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供了一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针及其制备方法，本发明提供的荧光探针检测铜离子，检测条件不苛刻，且检测结果准确，灵敏度高。

本发明提供了一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针，具有式(i)所示结构，

本发明还提供了一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针的制备方法，包括：

将式(ii)结构的化合物与式(iii)结构的化合物反应，得到式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针；

其中，

优选的，所述反应助剂为碳酸钾和碘化钾。

优选的，所述反应的温度为60～80℃。

优选的，所述式(ii)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将氯乙酰氯、8-氨基喹啉、三乙胺和溶剂混合反应，得到式(ii)结构的化合物。

优选的，所述式(iii)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将式(iv)结构的化合物转化为式(iii)结构的化合物；

优选的，所述式(iv)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将式(v)结构的化合物、8-羟基喹哪啶和乙酸酐反应，得到式(iv)结构的化合物，

其中，

优选的，所述式(v)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将三苯溴乙烯、4-甲酰基苯硼酸和溶剂混合反应，得到式(v)结构的化合物。

优选的，所述反应的催化剂为碳酸钾和[1，1-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯。

与现有技术相比，本发明提供了一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针及其制备方法，本发明提供的具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针具有式(i)结构的，，本发明所述的8-羟基喹啉类荧光探针用于cu²⁺检测，检测条件不苛刻，且检测灵敏度高，检测结果准确；实验结果表明，本发明所述化合物作为荧光探针使用时，对cu²⁺具有明显的响应；对于不同浓度的cu²⁺进行检测时，呈现出良好的线性关系，可用于cu²⁺的定量检测；且对于cu²⁺的检测具有高灵敏度，除cu²⁺以外，其它金属离子对于测定结果干扰很小，检测方法可靠稳定。

附图说明

图1为实施例1制备的式(i)结构的化合物的¹h-nmr图谱；

图2为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针对于聚集诱导发光效应的检测的荧光光谱图；

图3为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针在370nm的激发波长下测定对于cu²⁺选择性的测定结果；

图4为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针在370nm的激发波长下测定加入不同浓度的cu²⁺前后的荧光光谱测定结果；

图5为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针的荧光强度的对数值ln(i501)与cu²⁺浓度的关系示意图；

图6为实施例1制得的式(i)结构的化合物作为荧光探针时，其它常见的金属离子对于cu²⁺的荧光检测干扰实验测定。

具体实施方式

本发明提供了一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针，具有式(i)所示结构，

本发明还提供了一种具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针的制备方法，包括：

将式(ii)结构的化合物与式(iii)结构的化合物反应，得到式(i)结构的具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针；

其中，

按照本发明，本发明将式(ii)结构的化合物与式(iii)结构的化合物反应，得到具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针；所述反应助剂优选为碳酸钾和碘化钾；所述式(ii)结构的化合物、式(iii)结构的化合物、碳酸钾、碘化钾和丙酮的投料比优选为0.7mmol∶0.5mmol∶0.7mmol∶0.01mmol∶10ml；所述反应的温度优选为60～80℃，更优选为65～70℃；所述反应的时间优选为12～18小时，更优选为15～16小时。

按照本发明，所述式(ii)结构的化合物优选按照以下方法制备得到：

将氯乙酰氯、8-氨基喹啉、三乙胺和溶剂混合反应，得到式(ii)结构的化合物；其中，所述溶剂优选为二氯甲烷或三氯甲烷；所述8-氨基喹啉、氯乙酰氯、三乙胺和溶剂的投料比优选为10mmol∶2.7ml∶1.5ml∶7.5ml；所述反应的温度优选为20～40℃，更优选为25～30℃；所述反应的时间优选为2～4小时，更优选为3小时。

按照本发明，所述式(iii)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将式(iv)结构的化合物转化为式(iii)结构的化合物；

具体的，本发明优选将式(iv)结构的化合物与吡啶和水混合反应，得到式(iii)结构的化合物；其中，所述式(iv)结构的化合物、吡啶和水的投料比优选为3.0mmol∶10ml∶5ml；所述反应的温度优选为130～150℃，更优选为135～140℃；所述反应的时间优选为5～8小时，更优选为6～7小时。

按照本发明，所述式(iv)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将式(v)结构的化合物、8-羟基喹哪啶和乙酸酐反应，得到式(iv)结构的化合物，其中，所述式(v)结构的化合物、8-羟基喹哪啶和乙酸酐的投料比优选为7.4mmol∶7.6mmol∶10ml，所述反应温度优选为130～150℃，更优选为140～145℃；所述反应的时间优选为35～55小时，更优选为40～45小时。

按照本发明，所述式(v)结构的化合物按照以下方法制备得到：

将三苯溴乙烯、4-甲酰基苯硼酸和溶剂混合反应，得到式(v)结构的化合物；所述溶剂为甲苯和甲醇的混合溶液；其中，所述甲苯和甲醇的体积比优选为1∶1；所述反应的催化剂优选为碳酸钾和[1，1-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯；所述三苯溴乙烯、4-甲酰基苯硼酸、碳酸钾、[1，1-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯、甲苯和甲醇的投料比优选为9mmol∶10.6mmol∶36.3mmol∶0.1mmol∶50ml∶50ml。所述反应温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃；所述反应的时间优选为10～20小时，更优选为12～16小时。

具体的，所述式(i)结构化合物的反应流程如下：

本发明提供了一种用于检测cu²⁺的荧光探针，所述荧光探针为本发明所述的具有式(i)所示结构化合物；所述荧光探针优选溶于二甲基亚砜-水混合液中对cu²⁺离子进行检测；

本发明提供了一种具有式(i)结构的、具有aie效应的8-羟基喹啉衍生物，本发明所述的8-羟基喹啉衍生物作为荧光探针能够应用于cu²⁺检测，且检测灵敏度高，检测结果准确；具体的，本发明所述化合物作为荧光探针使用时，对cu²⁺具有明显的响应；对于不同浓度的cu²⁺进行检测时，呈现出良好的线性关系，可用于cu²⁺的定量检测；且对于cu²⁺的检测具有高灵敏度，除cu²⁺以外，其它金属离子对于测定结果干扰很小，检测方法可靠稳定。

下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例为根据所述式(i)结构化合物的反应流程制备的具体实施例。

将2.7ml的氯乙酰氯溶于2.5ml的三氯甲烷中，形成溶液a。将10mmol的8-氨基喹啉与1.5ml的三乙胺一起溶于5.0ml的三氯甲烷中，形成溶液b。然后将溶液a在1h之内边搅拌边缓慢加入至冷却的溶液b中，待溶液a完全加入后，在25℃继续搅拌反应2h，用柱层析法进行分离纯化，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯，得到淡黄色固体，为式(ii)结构的化合物，产率为62％.

取甲苯50ml、甲醇50ml配制成体积比为1∶1的混合液。将9mmol三苯溴乙烯，10.6mmol4-甲酰基苯硼酸，36.3mmol碳酸钾和0.1mmol[1，1-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯，加入至100ml甲苯-甲醇混合液中。在氮气保护的条件下，在75℃下加热搅拌，冷凝回流反应16h。冷却至室温，用柱层析法进行分离纯化，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯，得到黄绿色固体，为式(v)结构的化合物，产率为86％。

将7.4mmol式(v)结构的化合物和7.6mmol8-羟基喹哪啶溶于10ml乙酸酐中。在氮气保护的条件下，在140℃下加热搅拌，冷凝回流反应40h。冷却至室温，用柱层析法进行分离纯化，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯，得到黄色粉末状固体，为式(iv)结构的化合物，产率为72％。

将3.0mmol式(iv)结构的化合物溶于10ml吡啶中，在氮气保护的条件下，在135℃下加热搅拌，冷凝回流反应30min后，缓慢加入5ml水，继续在此条件下反应5h。反应结束后，待反应液稍冷却，加入大量水，有黄色固体析出，用柱层析法进行分离纯化，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯，得到黄色粉末状固体，为式(iii)结构的化合物，产率为70％。

将0.7mmol式(ii)结构的化合物，0.5mmol式(iii)结构的化合物，0.7mmol碳酸钾，0.01mmol碘化钾溶于10ml丙酮中，在氮气保护的条件下，在65℃下加热搅拌，冷凝回流反应15h，冷却至室温，用柱层析法进行分离纯化，洗脱剂为正己烷-乙酸乙酯-冰乙酸，得到黄绿色粉末状固体，为式(i)结构的化合物，产率为20％，hplc检测，纯度为85％。

其核磁共振氢谱见图1，图1为实施例1制备的式(i)结构的化合物的¹h-nmr图谱；谱图数据如下：

¹hnmr(400mhz，cdcl3)δ11.41(s，1h)，8.87(d，j＝7.1hz，1h)，8.66(s，1h)，8.11(d，j＝8.6hz，1h)，8.02(d，j＝7.5hz，1h)，7.71(d，j＝8.6hz，1h)，7.63(d，j＝16.4hz，1h)，7.54(s，2h)，7.44(s，3h)，7.17(s，4h)，7.10(s，10h)，7.05(s，5h)，6.97(s，2h)，5.02(s，2h)

实施例2

实施例1制得的式(i)结构的化合物对于聚集诱导发光效应的检测。

在水的体积分数分别为0，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，99.8％的二甲基亚砜水溶液中，加入10μm的8-羟基喹啉类荧光探针后，在370nm的激发波长下测定不同溶剂体系中产品的荧光光谱，所得测定结果如图2所示；图2为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针对于聚集诱导发光效应的检测的荧光光谱图。

从图2可知，在水的体积分数分别为0、10％、20％以及30％的二甲基亚砜水溶液中，产品几乎不发射荧光。当水的体积分数达到40％及以上时，产品出现了明显的荧光效应，而当水的体积分数达到50％时，产品的荧光效应最强，荧光强度最大，说明由实施例1制得的式(i)结构的化合物具有明显的aie效应。

实施例3

实施例1制得的式(i)结构的化合物作为荧光探针对cu²⁺的选择性。

在体积比为1∶1的二甲基亚砜-水混合溶液中，加入10μm的具有aie效应的8-羟基喹啉类荧光探针后，再分别加入10μm的li⁺、na⁺、k⁺、mg²⁺、ca²⁺、fe³⁺、co²⁺、ni²⁺、cu²⁺、ag⁺、zn²⁺、cd²⁺、hg²⁺和al³⁺离子，在370nm的激发波长下测定加入离子前后体系的荧光光谱，所得测定结果如图3所示。

图3为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针在370nm的激发波长下测定对于cu²⁺选择性的测定结果；由图3可知，加入了cu²⁺之后，在501nm处的发射峰明显减弱，说明由施例1制得的式(i)结构化合物是一种对cu²⁺响应的猝灭型探针。

实施例4

实施例1制得的式(i)结构的化合物作为荧光探针对不同浓度的cu²⁺的荧光检测。

在体积比为1∶1的二甲基亚砜-水混合溶液中，加入10μm的8-羟基喹啉类荧光探针后，再分别按照浓度为0μm、1μm、2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm和50μm加入cu²⁺，在370nm的激发波长下测定加入cu²⁺前后的具有aie效应的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针的荧光光谱，结果如图4所示。

图4为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针在370nm的激发波长下测定加入不同浓度的cu²⁺前后的荧光光谱测定结果；从图4中可知，在一定浓度范围内，随着cu²⁺浓度的增加，8-羟基喹啉类荧光探针的荧光强度逐渐减弱，直到cu²⁺达到产品的3倍当量之后，继续增加cu²⁺浓度也不会使产品的荧光强度有明显的变化，并且当cu²⁺达到产品的3倍当量时，产品几乎不再发射荧光，荧光几乎完全猝灭。

以501nm处的荧光峰强度的对数值ln(i501)为纵坐标，c(c为cu²⁺的摩尔浓度)作为横坐标做工作曲线，工作曲线见图5。图5为具有aie效应的式(i)结构的8-羟基喹啉类铜离子荧光探针的荧光强度的对数值ln(i501)与cu²⁺浓度的关系示意图；根据图5可以看出，cu²⁺为产品的3倍当量时荧光猝灭效果达到极限，当cu²⁺浓度范围在0-30μm内时，ln(i501)与c呈现出良好的线性关系，趋势线方程为：ln(i501)＝-0.1081c+14.533(r²＝0.9653)；且求得检测限＝0.60μm。

本实施例所得实验结果显示，该8-羟基喹啉类荧光探针可以用于定量检测cu²⁺，且灵敏度高。

实施例5

实施例1制得的式(i)结构的化合物作为荧光探针，其它常见的金属离子对于cu²⁺的荧光检测干扰实验测定。

在体积比为1∶1的二甲基亚砜-水混合溶液中，加入10μm的具有aie效应的8-羟基喹啉类荧光探针后，加入30μmcu²⁺，再分别加入90μm的li⁺、na⁺、k⁺、mg²⁺、ca²⁺、fe³⁺、co²⁺、ni²⁺、ag⁺、zn²⁺、cd²⁺、hg²⁺和al³⁺离子，在370nm的激发波长下测定加入不同离子前后体系的荧光光谱，所得测定结果如图6所示，图6为实施例1制得的式(i)结构的化合物作为荧光探针时，其它常见的金属离子对于cu²⁺的荧光检测干扰实验测定。

从图6可看出，该8-羟基喹啉类荧光探针在二甲基亚砜-水混合液中对cu²⁺离子的检测具有高灵敏度，溶液中的其它金属离子的存在对其测定结果干扰较少，检测结果稳定可靠。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。