一种香豆素发光化合物的制备及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机材料合成技术领域，具体涉及一种香豆素类锰离子荧光传感材料 的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 在生物体内，很多过渡金属离子在生化反应或代谢过程中起着巨大的作用，它们 在细胞内外的传输是在结合蛋白质的控制下完成的，但是当这些离子在人体内缺失或者富 集过多时会造成对人体的伤害。因此，有效的跟踪、识别、检测人体内可能存在的过渡金属 阳离子，就能在细胞层次或者组织层次上揭开生物体内这些阳离子参与生理、生化过程的 奥秘，对于生物化学、环境科学、食品工业以及医学等学科具有重大的意义。这当中对锰离 子的检测尤为重要，这是因为锰是人体及动物体内的必需元素之一，它参与了生物体内各 种不同酶的产生以及光合作用过程，高自旋锰离子还是一种优良的磁共振成像弛豫试剂而 成为神经系统中一种重要的研究工具，而且锰离子与其它微量元素在生物体内的拮抗和协 同作用是生物无机化学研究的重要课题。另一方面，锰化合物短时期内慢性曝光会使神经 系统发生病变，直接导致运动障碍，神经系统紊乱，认知障碍等，所以近年来对锰离子的检 测越来越受到人们的重视。
[0003] 随着科学技术的进步，具备操作简便、仪器价廉、能耗低、分析迅速、产生的光学信 号可用肉眼观测等特点的比色和荧光法检测金属离子受到了广大科研工作者的关注。而在 金属离子的比色和荧光检测中，设计能结合金属离子引起光谱变化的分子探针是关键，它 决定了与被识别客体的结合灵敏度和选择性。一般来说，分子探针至少有两部分组成，即能 选择性的与被分析物结合，使得探针所处的环境改变的受体(识别单元)和能把受体与被分 析物结合引起的化学环境变化转化成容易观察到的光谱或电化学输出信号的发色团（信号 传导单元）。近年来，键连不同荧光团的分子探针用于锰离子识别和监测相继被报道，实现 了通过颜色或荧光变化直接显示样品中金属离子的存在并进一步定性或定量检测金属离 子的目标。然而已有的锰离子分子探针原材料价格昂贵，合成步骤繁琐，反应条件苛刻，使 得它们的实用性受到一定的限制;此外，合成的分子探针结构复杂、难以纯化分离，过剩的 毒性较强的反应溶剂或处理试剂对环境危害较大;再次，有些分子探针对锰离子的检测灵 敏度不高，选择性低下，应对复杂的生理环境等许多方面存在着不同程度的不足。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有的技术中分子探针合成过程复杂，反应温度较高，原 材料价格昂贵，耗时冗长、后处理复杂，提纯分离困难、光学传感灵敏度和选择性低等缺点， 通过简单的反应，温和的反应条件，主反应以乙醇作为绿色无污染溶剂，较高产率和纯度制 备分离出优良性能的香豆素类化合物分子探针，使得其与锰离子结合后，可用肉眼观察到 其荧光强度显著的变化，而其它离子几乎不干扰测定，从而实现高灵敏度和高选择性识别 及定量检测锰离子的功效。
[0005]本发明所提供的一种香豆素发光化合物的制备方法，其合成路线如下所示。第一 步反应：
[0011] 其中：第一步反应中5-氯水杨醛、乙酰甘氨酸摩尔比为1:1，在含有乙酸钠的乙酸 酐溶剂中溶解后加热回流，充分冷却后析出沉淀，抽滤，干燥，再将产物置于浓盐酸和乙醇 的混合溶剂中于加热回流，冷却，并用NaOH溶液调节酸度至近中性，析出沉淀，过滤、干燥后 用无水乙醇重结晶得到3-氨基-6-氯香豆素前驱体。第二步反应是采用间二苯酚与乙酰乙 酸乙酯在浓硫酸溶剂中于〇-5°C条件下并不断搅拌一定时间，然后将反应液倒入冰水中，快 速析出淡黄色固体，抽滤，水洗干燥后得到的固体再使用甲醇重结晶，最后得淡黄色晶体4-甲基-7-羟基香豆素，后续通过乌洛托品或三氯氧磷将4-甲基-7-羟基香豆素中的羟基氧化 为醛基。最后一步反应是将上述合成的3-氨基-6-氯香豆素前驱体以1:1的摩尔比进一步与 4-甲基-7羟基-8-醛基香豆素在无水乙醇中加热回流反应，胺醛缩合生成大量沉淀，冷却至 室温后，抽滤、洗涤、真空干燥，获得目标产物。
[0012] 上述合成的香豆素发光化合物可作为分子探针用于识别和定量检测锰离子。
[0013] 本发明与其它锰离子光学传感分子探针材料的合成方法和应用相比，具有以下技 术效果：
[0014] 1、反应操作较简单，原材料用量较少(小于3g)。反应条件比较温和，节能减耗；
[0015] 2、反应原料价格低廉，主反应溶剂和检测溶剂（均为乙醇)低毒性，对人和环境友 好；
[0016] 3、反应原料利用率高，产率较高（大于75%)。制备后处理过程简单，易于分离提 纯；
[0017] 4、采用两种分别含有氨基和醛基的光稳定性好、可见区光激发、荧光量子产率高、 毒性小等优点的的香豆素化合物通过胺醛缩合反应制备了一种新型的香豆素化合物类荧 光分子探针，当与锰离子作用后，改变了香豆素母体的结构和电荷分布，引起其荧光强度产 生明显的变化，而其它离子几乎没有响应，从而达到可视化特异性识别和定量检测锰离子 的效果。
【附图说明】
[0018] 图1为3-[ (4-甲基-7羟基-8-亚甲基香豆素)-氨基]-7羟基香豆素乙醇溶液加入锰 离子后的焚光光谱图。
[0019] 图2为3-[ (4-甲基-7羟基-8-亚甲基香豆素)-氨基]-7羟基香豆素乙醇溶液中加入 不同金属离子后的荧光光谱图。
[0020] 图3为3-[ (4-甲基-7羟基-8-亚甲基香豆素)-氨基]-7羟基香豆素乙醇溶液的荧光 强度变化值(F-F0)与锰离子浓度之间的线性关系图。
【具体实施方式】
[0021] 本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本 发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均 属于本发明的保护范围。下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步的说明，其中实施例中 反应产物的核磁数据测试表征使用的是德国Bruker公司的型号为AVANCE-III 400MHz的核 磁共振仪(TMS为内标）；红外光谱测试表征采用美国Nicolet/Nexus-870FT-IR型红外光谱 仪(KBr压片）；使用美国Perkin Elmer LS55型荧光光谱仪和美国WinASPECT PLUS2000型紫 外光谱仪分别测定荧光和紫外可见吸收光谱。
[0022] -、本发明新型香豆素发光化合物的制备方法 [0023] 实施例1
[0024] (1)将1 ·38g 2,4_二羟基苯甲醛，1 · 17g乙酰甘氨酸，2.48g乙酸钠溶于25ml醋酸酐 中，加热至140°C冷凝回流反应8小时，加入少量蒸馏水，冷却后抽滤得到固体。将固体溶于 浓盐酸和乙醇的混合溶液中，体积比为2:1。在80°C条件下冷凝回流反应3小时，自然冷却后 使用30%的氢氧化钠溶液调节PH至6.5，抽滤得到固体。将固体放入真空干燥器烘干后用乙 醇重结晶，得到产物3-氨基-7-羟基香豆素。
[0025] (2)向含有l.lg间苯二酚的乙酰乙酸乙酯(3.9g)中逐滴加入10ml浓硫酸，在0°C的 条件下反应3小时。反应完成后将溶液倒入冰水中，抽滤得到固体后使用甲醇重结晶得到淡 黄色晶体4-甲基-7-羟基香豆素。
[0026] (3)准确称取0.88g 4-甲基-7-羟基香豆素和2. lg乌洛托品加入10ml冰醋酸中，加 热至130°C冷凝回流反应3小时后加入1 Oml 20 %盐酸继续反应0.5小时。反应结束后自然冷 却，使用乙醚萃取，烘干后得到黄色产物4-甲基-7-羟基-8-醛基香豆素。
[0027] (4)准确称取0.89g 3-氨基-7-羟基香豆素和1.02g 4-甲基-7-羟基-8-醛基香豆 素加入反应器，加入l〇ml乙醇后在80°C条件下加热回流反应3小时。抽滤烘干后得到产物3-[(4-甲基-7-羟基-8-亚甲基香豆素)-氨基]-7-羟基香豆素。
[0028] 实施例2
[0029] (1)将1.38g 2,4_二羟基苯甲醛，1.17g乙酰甘氨酸，2.48g乙酸钠溶于25ml醋酸酐 中，加热至140°C冷凝回流反应9小时，加入少量蒸馏水，冷却后抽滤得到固体。将固体溶于 浓盐酸和乙醇的混合溶液中，体积比为2:1。在80°C条件下冷凝回流反应3小时，自然冷却后 使用35%的氢氧化钠溶液调节PH至7.0，抽滤得到固体。将固体放入真空干燥器烘干后用乙 醇重结晶，得到产物3-氨基-7-羟基香豆素。
[0030] (2)向含有l.lg间苯二酚的乙酰乙酸乙酯(3.9g)中逐滴加入10ml浓硫酸，在2°C的 条件下反应3小时。反应完成后将溶液倒入冰水中，抽滤得到固体后使用甲醇重结晶得到淡 黄色晶体4-甲基-7-羟基香豆素。
[0031] (3)在无水无氧的条件下将三氯氧磷（2ml)与无水二甲基甲酰胺（2ml)加入反应 器，在30°C下反应半小时，再将1.5g 4-甲基-7-羟基香豆素溶于10ml无水二甲基甲酰胺后 加入反应器，在60°C条件下反应12小时。反应结束后，将溶液倒入100ml冰水中使用20%的 氢氧化钠溶液调节PH至有大量固体析出。抽滤烘干后得到黄色产物4-甲基-7-羟基-8-醛基 香豆素。
[0032] (4)准确称取0.89g 3-氨基-7-羟基香豆素和1.02g 4-甲基-7-羟基-8-醛基香豆 素加入反应器，加入l〇ml乙醇后在80°C条件下加热回流反应4小时。抽滤烘干后得到产物3-[(4-甲基-7-羟基-8-亚甲基香豆素)-氨基]-7-羟基香豆素。
[0033] 实施例3
[0034] (1)将1.38g 2,4_二羟基苯甲醛，1.17g乙酰甘氨酸，2.48g乙酸钠溶于25ml醋酸酐 中，加热至140°C冷凝回流反应10小时，加入少量蒸馏水，冷却后抽滤得到固体。将固体溶于 浓盐酸和乙醇的混合溶液中，体积比为1:1。在80°C条件下冷凝回流反应3小时，自然冷却后 使用40%的氢氧化钠溶液调节PH至7.5，抽滤得到固体。将固体放入真空干燥器烘干后用乙 醇重结晶，得到产物3-氨基-7-羟基香豆素。
[0035] (2)向含有l.lg间