一种乙烯基醚类Hg2+荧光探针及其制备方法和应用与流程

本发明属于化学、生物分析检测技术领域，具体涉及一种乙烯基醚类hg²⁺荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术：

汞是一种毒性大、易流动、易挥发的液体金属，可通过墙壁的吸附以及衣服上的吸附等途径对环境和人体造成二次污染及伤害。汞在工业生产和日常生活中有着广泛的用途，如气压表、压力计、温度计、日光灯等。作为一种广泛存在于各类环境介质中且具有严重生理毒性的重金属，汞对环境和生物体具有较大的危害。汞金属以及汞元素的相关化合物都拥有相似或者相同的毒性，微量的汞就可能引起中毒现象。汞的毒性可以通过食物链的富集作用最终传输到食物链顶端人的体内，进而严重危害人类的健康。汞离子可以和人体内的一些化学物质发生反应，对细胞内能量的产生、蛋白质和核酸的合成等代谢途径造成影响。例如，汞离子基可以与细胞膜上的巯基结合，从而改变细胞膜的通透性，影响细胞膜的正常功能。当细胞膜的功能被破坏后，存在于细胞膜上的各种酶的活性会受到影响，从而影响一系列的生物化学反应和细胞的功能使用，严重的话，可能会造成细胞坏死。因此，准确有效的测定环境和生物样品中汞离子的含量，对于生物科学、环境保护和医学方面都具有重要意义。

迄今为止，对汞离子的检测方法主要有原子吸收发射光谱法(aas/aes)、电化学方法、和感应耦合等离子体质谱分析(icp-ms)法，这些方法兼具灵敏度高和选择性好的优点，但这些方法普遍存在检测速度慢、仪器价格昂贵、操作复杂等问题，限制了它们在汞离子定位检测上的应用。基于此，现代分析化学已发展出一类新颖的检测试剂，即荧光探针。由于其具有高效性、高灵敏度、能够快速的检测汞离子等多个优点，而逐渐成为检测汞离子存在的重要手段之一。基于汞离子反应的特殊性，部分带有双键、三键的化合物可以识别汞的存在，本发明设计合成了乙烯基醚类汞离子探针，探针分子在汞离子的催化下水解断裂，然后环化以得到荧光香豆素而改变。此类乙烯基醚类汞离子探针本身无荧光性或者是具有弱的荧光性，通过与hgcl2发生反应生成具有强荧光性的化合物，以此来识别汞离子的存在，减少汞离子对人类健康造成的危害，然而，目前尚没有该方面的相关报道。

本专利申请得到了国家自然科学基金(21702051)、河南师范大学博士启动课题(qd15108)、河南师范大学青年科学基金(2016qk10)、河南省高等学校重点科研项目计划(17a350006，18a150009)及环境化学与生态毒理学国家重点实验室(kf2016-01)的资助与支持。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种乙烯基醚类hg²⁺荧光探针及其制备方法，该乙烯基醚类hg²⁺荧光探针能够与hgcl2发生反应生成具有强荧光性的化合物，以此来识别hg²⁺的存在，在生物和化学分析检测方面具有重要意义。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种乙烯基醚类hg²⁺荧光探针，其特征在于该乙烯基醚类hg²⁺荧光探针具有如下结构：

其中r为

本发明所述的乙烯基醚类hg²⁺荧光探针的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤s1：在反应容器中加入4-(二乙氨基)水杨醛和弱酸盐，并溶于有机溶剂中，室温搅拌下加入1,2-二溴乙烷溶液，反应直至tlc监控原料反应完全，蒸发浓缩产物，收集有机相后进行柱层析分离得到中间体a，其中弱酸盐为碳酸钙、碳酸钾、碳酸钠或碳酸氢钠，有机溶剂为乙醇、正己烷、乙酸乙酯或丙酮；

步骤s2：在反应容器中加入的丙二腈和邻氨基硫酚，并溶于有机溶剂中，室温搅拌下加入酸性催化剂，反应直至tcl监控原料反应完全，过滤洗涤产物，收集有机相后进行重结晶提纯得到中间体b，其中有机溶剂为二甲基亚砜、甲醇、正丁醇或丙酮，酸性催化剂为三氟乙酸、冰醋酸、次氯酸或盐酸；

步骤s3：以二甲基亚砜为溶剂，在反应容器中加入中间体a，室温搅拌下加入强碱化合物，tlc监测反应完全，用乙酸乙酯萃取反应体系，收集有机相后进行柱层析分离得到中间体c，其中强碱化合物为叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钠、叔丁基锂或正丁基锂；

步骤s4：以无水乙醇为溶剂，在反应容器中加入中间体c和中间体b，室温搅拌下加入有机碱化合物，反应直至tlc监测原料反应完全，收集有机相后进行柱层析分离提纯得到目标产物m即乙烯基醚类hg²⁺荧光探针，其中有机碱化合物为吡啶、二乙胺、三乙胺、三乙醇胺或4-二甲氨基吡啶；

制备过程对应的合成路线为：

进一步优选，步骤s1的具体过程为：将4-(二乙氨基)水杨醛0.639g和碳酸钾0.549g加入到100ml的圆底烧瓶中，用15ml丙酮溶解后将1,2-二溴乙烷溶液571μl加入到上述反应液中，回流反应48h，反应过程中补加1,2-二溴乙烷溶液2.855ml和碳酸钾0.54g，反应直至tlc监测原料反应完全，将反应液冷却至室温，蒸发浓缩，柱层析分离得到0.2695g黄色晶体中间体a。

进一步优选，步骤s2中所述丙二腈与邻氨基硫酚的投料摩尔比为1:1，步骤s3中所述中间体a与强碱化合物的投料摩尔比为1:1，步骤s4中所述中间体c与中间体b的投料摩尔比为1:1。

本发明所述的乙烯基醚类hg²⁺荧光探针在乙腈、四氢呋喃或中性dmf-h2o体系中定量检测hg²⁺的应用，当乙烯基醚类hg²⁺荧光探针中r为时，对应乙烯基醚类hg²⁺荧光探针在中性dmf-h2o体系中定量检测hg²⁺的应用，其中体系的荧光强度与hg²浓度在1×10^-5-6×10^-6mol/l范围内呈线性关系。

本发明的乙烯基醚类hg²⁺荧光探针反应快速、操作简单、原料廉价易得且容易提纯、产率较高且合成步骤简单，具有较好的商业化应用价值；并且制得的乙烯基醚类hg²⁺荧光探针在乙腈、四氢呋喃或中性dmf-h2o体系中能够实现hg²⁺的定量检测。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

以上述化合物为例阐述合成过程：

步骤s1：将4-(二乙氨基)水杨醛(0.639g，3.31mmol)和碳酸钾(0.549g，3.97mmol)加入到100ml的圆底烧瓶中，用15ml丙酮溶解后将1,2-二溴乙烷(571μl，6.62mmol)加入到反应液中，回流反应48h，反应直至tlc监测原料反应完全，将反应液冷却至室温，蒸发浓缩，柱层析分离得到0.2695g黄色晶体中间体a，产率为28％。

¹hnmr(cdcl3,400mhz):δ10.2(s,1h),7.7(d,j＝9.2hz,1h),6.3(dd,j＝9.2,1.6hz,1h),6.0(d,j＝2hz,1h),6.0(d,j＝2hz,1h),4.4(t,j＝6hz,2h),3.7(t,j＝6hz,2h),3.4(q,j＝7.2hz,4h),1.2(t,j＝6.8hz,6h)；¹³cnmr(cdcl3,400mhz):δ187.0,162.8,153.8,130.3,114.4,105.1,93.7,68.2,44.8,29.1,12.6。

步骤s2：将丙二腈(0.66g，10mmol)和邻氨基硫酚(1.1ml，10mmol)加入到100ml的圆底烧瓶中，用10ml甲醇溶解，室温搅拌下滴加0.57ml冰醋酸，反应13h后通过tlc监测原料反应完全，将反应液过滤洗涤得到黄色晶体，然后用无水乙醇重结晶提纯得到1.26g黄色固体中间体b，产率为72％。

¹hnmr(cdcl3,400mhz)δ8.04(d,j＝7.8hz,1h),7.89(d,j＝7.8hz,1h),7.53(t,j＝7.8hz,1h),7.53(t,j＝7.8hz,1h),7.44(t,j＝7.8hz,1h),4.24(s,2h)；¹³cnmr(cdcl3,400mhz)δ160.4,152.2,135.0,126.4,125.5,122.5,122.2,116.4,22.3。

步骤s3：将中间体a(0.4334g，1.445mmol)加入到100ml的圆底烧瓶中，用5ml二甲基亚砜(dmso)溶解，室温搅拌下将叔丁醇钾(0.168g，1.455mmol)加入到反应液中，反应1h后tlc监测原料反应完全，体系用蒸馏水(20ml×3)进行洗涤和乙酸乙酯萃取，将有机相用无水硫酸钠干燥后真空浓缩，产物经柱色谱分离得到0.2367g黄棕色油状中间体c，产率为75％。

¹hnmr(cdcl3,400mhz):δ10.1(s,1h),7.7(d,j＝9.0hz,1h),6.7(dd,j＝13.7,6.1hz,1h),6.4(dd,j＝9.0,2.3hz,1h),6.1(d,j＝2.3hz,1h),4.8(dd,j＝13.8,1.7hz,1h),4.5(dd,j＝6.0,1.8hz,1h),3.4(q,j＝7.1hz,4h),1.2(t,j＝7.1hz,6h)；¹³cnmr(cdcl3,400mhz):δ186.7,161.4,153.6,148.1,130.3,115.0,106.8,98.0,96.4,44.8,12.5。

步骤s4：将中间体c(0.200g，0.913mmol)和中间体b(0.160g，0.913mmol)加入到25ml圆底烧瓶中，用0.1ml三乙胺和5ml无水乙醇溶解，将混合液在室温下搅拌，反应3h后tlc监测原料反应完全，产物经柱层析分离提纯得到0.186g黄色固体目标化合物m，产率为55％。

¹hnmr(cdcl3,400mhz):δ8.46(d,1h),8.44(s,1h),8.00(d,1h),7.84(d,1h),0.30(s,6h),1.11(s,9h),1.21-1.25(t,j＝7.2hz,6h),3.39-3.44(d,j＝7.2hz,4h),6.08(s,1h),6.42(s,1h),7.32-7.36(m,j＝7.2hz,1h),7.44-7.47(t,j＝12.8hz,1h).¹³cnmr(cdcl3,400mhz):δ12.69,18.40,25.89,44.89,100.91,106.32,109.79,111.33,121.23,122.97,124.87,126.31,130.32,134.32,141.87,152.31,153.96,158.44,165.76。

实施例2

通过上述方法已获得的部分化合物结构

实施例3

部分化合物初步测定的荧光活性数据分析

利用紫外和荧光对所有合成的化合物进行表征。结果显示，在乙腈、四氢呋喃或中性dmf-h2o体系中加入hg²⁺都可以使荧光探针分子的荧光强度大大增强，当荧光探针分子中r为时，体系荧光增强最大，特别是在中性dmf-h2o体系中，体系的荧光强度变化和hg²⁺浓度在1×10^-5-6×10^-6mol/l范围内呈线性关系，故乙烯基醚类hg²⁺荧光探针可以实现在中性dmf-h2o体系中对hg²⁺的定量检测。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。