一种双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱合成方法与应用与流程

本发明涉及一种5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱合成方法与应用。

背景技术：

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，促使铝及其合金应用极为广泛，因此，使得自然界中铝离子的浓度正在不自然的增加。随着食物链的传递，铝离子会在生物体蓄积导致铝中毒而引发多种疾病。例如，由于肾功能不全的病患无法正常将体内铝排出体外，将会严重威胁到病患的骨骼、脑及神经系统，因此，对铝离子的分析检测，显得尤为重要。

目前常见的铝离子检测方法包括原子吸收光谱法，原子发射光谱法，离子色谱法，比色法，荧光光谱法等。其中，荧光光谱法由于其成本低廉，操作简单，良好的选择性以及原位实时无损检测等特性，受到了广泛的关注。然而，由于铝离子具有配位能力差、水化能力强、光谱性质差等性质，导致铝离子荧光探针的发展较为困难。

水杨醛衍生物类席夫碱化合物，具有络合金属离子能力强、荧光性能优良等优点，可以用于金属离子的荧光检测。本文以5,5'-亚甲基双水杨醛为荧光基团，与3-氯-2-肼基吡啶缩合后形成双席夫碱片段，具有多氮、多氧结构，可快速与铝离子络合成稳定的环状结构，实现对铝离子的“off-on”荧光检测。

技术实现要素：

本发明设计并合成一种新型双水杨醛-3-氯-2-肼基吡啶席夫碱荧光探针并将其应用于铝离子分析检测中。

本发明双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱化合物的结构式如下：

上述双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱合成方法，包括以下步骤：

在加热条件下将双水杨醛、3-氯-2-肼基吡啶分别溶解在不同种类的有机溶剂中；将双水杨醛的热溶液缓慢滴加至3-氯-2-肼基吡啶热溶液中，加热回流1h，析出固体，冷却，抽滤，用有机溶剂洗涤，干燥，得到荧光探针纯品。其中，双水杨醛与3-氯-2-肼基吡啶的摩尔比为1:2～3。

本发明合成双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱的合成反应式如下：

微量铝离子检测：取铝离子水溶液，将其连续滴加到浓度为1×10^-4mol/l的荧光探针-dmf溶液中，并测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与铝离子浓度线性关系。

进一步的，荧光探针与铝离子的摩尔比为1:1～2。

进一步的，检测体系中铝离子溶液的浓度为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种新型双水杨醛-肼基吡啶席夫碱及制备方法，并作为荧光探针用于微量铝离子的检测。本方法制备的荧光探针，合成方法简单，反应进行彻底，产率达93.8％。

本发明制备的双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱，结构中具有双席夫碱片段，同时具有多个氮原子、氧原子，更有利于荧光探针与铝离子的络合。

本发明制备的双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱，荧光性能优异，识别铝离子后荧光强度增强17倍，在紫外灯365nm下即可看到明显变化。

本发明方法制备得到的双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱，可以用于微量铝离子的检测，检测限为9.4×10^-7mol/l，为铝离子的荧光探针检测提供了一种新思路。

附图说明

图1为实施例1制备的荧光探针¹hnmr谱图；

图2为实施例1制备的荧光探针¹cnmr谱图；

图3为实施例1制备的荧光探针红外谱图；

图4为荧光强度与铝离子当量关系图；

图5为荧光强度与铝离子浓度关系线性图；

图6为荧光探针对铝离子选择性识别图；

图7为荧光探针抗干扰性能分析图；

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱的结构式如下：

具体实施方式二：双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶型席夫碱的合成方法如下：

在加热条件下将双水杨醛、3-氯-2-肼基吡啶分别溶解在不同种类的有机溶剂中；将双水杨醛的热溶液缓慢滴加至3-氯-2-肼基吡啶热溶液中，加热回流1h，析出固体，冷却，抽滤，用有机溶剂洗涤，干燥，得到荧光探针纯品。其中，双水杨醛与3-氯-2-肼基吡啶的摩尔比为1:2～3。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：溶解双水杨醛的有机溶剂为乙酸乙酯。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：溶解3-氯-2-肼基吡啶的有机溶剂为甲醇。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶类席夫碱作为荧光探针在重金属离子al³⁺的定量及定性检测中的应用。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：重金属离子al³⁺的分析具体方法为：取浓度为1×10^-1mol/l铝离子水溶液，将其连续滴加到浓度为1×10^-4mol/l的荧光探针-dmf溶液中，并测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与铝离子当量变化关系图。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：al³⁺的体积分别为1μl、2μl、3μl、4μl、5μl、6μl、7μl、8μl、9μl、10μl、11μl、12μl。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱与al³⁺的摩尔比为：1:1～2。其它与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五不同的是：重金属离子al³⁺的定量分析的具体方法为：取铝离子水溶液，将其连续滴加到浓度为1×10^-4mol/l的荧光探针-dmf溶液中，并测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与铝离子浓度线性关系。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：检测体系中铝离子的浓度为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm。其它与具体实施方式九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九、十不同的是：每次加入al³⁺的体积为1.5μl。其它与具体实施方式九、十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式五不同的是：荧光探针对铝离子定性分析的具体方法是：取浓度为1×10^-1mol/l的不同金属离子水溶液，分别滴加到浓度为1×10^-4mol/l的荧光探针-dmf溶液中，并测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与金属离子种类曲线图。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十二不同的是：金属离子可以为ag⁺、al³⁺、ca²⁺、cd²⁺、ce³⁺、co²⁺、cr²⁺、cs²⁺、cu²⁺、fe²⁺、hg²⁺、k⁺、li⁺、mg²⁺、mn²⁺、na⁺、ni²⁺或zn²⁺中的一种。其它与具体实施方式十二相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十二、十三不同的是：加入金属离子水溶液的体积为100μl。其它与具体实施方式十二、十三相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式五不同的是：荧光探针对不同金属离子抗干扰能力分析的具体方法为：取浓度为1×10^-4mol/l的荧光探针-dmf溶液，加入al³⁺水溶液，之后加入等量干扰离子水溶液，并测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与金属离子关系柱状图。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十五不同的是：干扰金属可以为ag⁺、ca²⁺、cd²⁺、ce³⁺、co²⁺、cr²⁺、cs²⁺、cu²⁺、fe²⁺、hg²⁺、k⁺、li⁺、mg²⁺、mn²⁺、na⁺、ni²⁺或zn²⁺中的一种。其它与具体实施方式十五相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十五、十六不同的是：金属离子水溶液的浓度均为1×10^-1mol/l。其它与具体实施方式十五、十六相同。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十五、十六或十七不同的是：加入金属离子水溶液的体积均为100μl。其它与具体实施方式十五、十六或十七相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

本实施例5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱的合成方法，包括以下步骤：

将5,5'-亚甲基双水杨醛(100mg，0.39mmol)溶于乙酸乙酯溶液，加热搅拌至澄清透明。将3-氯-2-肼基吡啶(120.5mg，0.84mmol)溶于甲醇溶液，加热搅拌至澄清透明。将5,5'-亚甲基双水杨醛的乙酸乙酯溶液加入到3-氯-2-肼基吡啶的甲醇溶液中，加热回流反应1h，tlc监控反应完全，有大量固体析出，抽滤得黄色固体，用甲醇淋洗3遍，真空干燥，得5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱(186.1mg,0.37mmol)，产率93.8％。

本实施例制备的双水杨醛缩肼基吡啶席夫碱的结构式如下：

本实施例制备的5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱¹hnmr(300mhz,cd3socd3,单位：ppm，如图1所示)：11.70(s，2h)，10.79(s，2h)，8.54(s，2h)，8.20(d，j＝3.9hz，2h)，7.78(d，j＝7.6hz，2h)，7.23(s，2h)，7.09(d，j＝8.2hz，2h)，6.82-6.88(m，4h)，3.84(s，2h).

¹³cnmr(75mhz,cd3socd3,单位：ppm，如图2所示)：155.8，150.4，147.2，144.9，138.0，132.5，130.8，129.6，119.2，116.8，116.6，114.0，39.0.

ir(kbr，如图3所示)v：3791.5，3445.4，3273.4，2914.2，1654.8，1623.3，1593.2，1525.5，1453.6，1402.3，1309.6，1265.5，1142.3，1033.2，944.7，781.4，676.6，466.8.

由以上数据可知，产物结构正确，为5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱。

实施例二：

本实施例重金属离子al³⁺分析，包括以下步骤：

称取5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱(0.0507g，1×10^-4mol)于100ml的容量瓶中，用dmf溶解，定容，得到浓度为1×10^-3mol/l的探针溶液。移取上述溶液10ml于100ml的容量瓶中，用dmf定容，得到浓度为1×10^-4mol/l的探针溶液。配制浓度为1×10^-1mol/l的硝酸铝水溶液备用。

荧光光谱测试条件为：ex＝390nm，em＝480nm，狭缝宽度均为2.5nm，探针溶液体积为3ml。测得荧光探针空白溶液荧光强度为17.02。

实施例三：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例二相同，只是加入浓度为1×10^-1mol/l铝离子水溶液1μl时测得荧光强度为61.09(如图4▲曲线所示)。

实施例四：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例二相同，只是加入浓度为1×10^-1mol/l铝离子水溶液4μl时测得荧光强度为167.7(如图4■曲线所示)。

实施例五：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例二相同，只是加入浓度为1×10^-2mol/l铝离子水溶液8μl时测得荧光强度为266.8(如图4★曲线所示)。

实施例六：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例二相同，只是加入浓度为1×10^-1mol/l铝离子水溶液12μl时测得荧光强度为316.9(如图4●曲线所示)，荧光强度较空白样品时增强17倍。

实施例七：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例二相同，只是分别取不同体积的浓度为1×10^-1mol/l硝酸铝水溶液加入到席夫碱溶液中，测定其荧光强度，并绘制荧光强度随al³⁺溶液体积变化关系图(如图4所示)。

实施例八：

本实施例重金属离子al³⁺的定量分析，包括以下步骤：

荧光光谱测试条件为：ex＝390nm，em＝480nm，狭缝宽度均为2.5nm，探针溶液体积为3ml。向探针溶液中连续滴加浓度为1×10^-1mol/l硝酸铝水溶液，确保体系中铝离子浓度为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm，测定荧光体系变化。当体系中铝离子浓度为50μm时，荧光强度为22.78。

实施例九：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例八相同，只是当体系中铝离子浓度为150μm时，荧光强度为178.2。

实施例十：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例八相同，只是当体系中铝离子浓度为300μm时，荧光强度为346.5。

实施例十一：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例八相同，只是确保检测体系中铝离子浓度不同，测定其荧光强度，并绘制荧光强度随al³⁺浓度变化线性关系图(图5所示)。随着铝离子浓度的增加，荧光强度也不断增强，铝离子浓度在50-300μm间，荧光强度呈现出良好的线性关系，计算检出限量为9.4×10^-7mol/l。

由以上数据可知，5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱可以对al³⁺实现高效检测。

实施例十二：

本实施例，荧光探针分子对铝离子定性检测分析，包括以下步骤：

分别配制浓度为1×10^-1mol/l的ag⁺、al³⁺、ca²⁺、cd²⁺、ce³⁺、co²⁺、cr²⁺、cs²⁺、cu²⁺、fe²⁺、hg²⁺、k⁺、li⁺、mg²⁺、mn²⁺、na⁺、ni²⁺、zn²⁺水溶液备用。

荧光光谱测试条件为：ex＝390nm，em＝480nm，狭缝宽度均为2.5nm，探针溶液体积为3ml。取100ulal³⁺水溶液加入到席夫碱溶液中，测定荧光强度为294.5(如图6●曲线所示)。

实施例十三：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例十二相同，只是取100ulmg²⁺水溶液加入到席夫碱溶液中，测定荧光强度为79.27(如图6▲曲线所示)。

实施例十四：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例十二相同，只是分别取100ul不同金属离子水溶液加入到席夫碱溶液中，测定其荧光强度，绘制离子种类与荧光强度关系图(如图6所示)。

由数据可知，5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱对al³⁺识别具有较好的选择性。

实施例十五：

本实施例，荧光探针对不同金属离子抗干扰能力分析，包括以下步骤：荧光光谱测试条件为：ex＝390nm，em＝480nm，狭缝宽度均为2.5nm，探针溶液体积为3ml。

取席夫碱溶液，加入100ul浓度为1×10^-1mol/l的al³⁺水溶液，再分别加入等体积、等浓度的干扰离子k⁺水溶液，测定荧光强度为237.6，以荧光强度为纵坐标做柱状图，如图7所示。

实施例十六：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例十五相同，只是在al³⁺探针溶液体系中加入100ul浓度为1×10^-1mol/l的ca²⁺水溶液，荧光强度为249.8，以荧光强度为纵坐标做柱状图，如图7所示。

实施例十七：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例十五相同，只是在al³⁺探针溶液体系中再分别加入100ul浓度为1×10^-1mol/l的干扰离子ag⁺、ca²⁺、cd²⁺、ce³⁺、co²⁺、cr²⁺、cs²⁺、cu²⁺、fe²⁺、hg²⁺、k⁺、li⁺、mg²⁺、mn²⁺、na⁺、ni²⁺、zn²⁺水溶液中的一种，测定其荧光强度，以荧光强度为纵坐标做柱状图，如图7所示。

由数据可知，5,5'-亚甲基双水杨醛缩3-氯-2-肼基吡啶席夫碱对al³⁺识别时，可避免其它金属离子共存时产生的干扰，可实现对al³⁺的专一性识别。