一种荧光探针及其在检测爆炸物中的应用和制备的制作方法

本发明涉及荧光探针领域，具体涉及一种荧光探针的合成方法及其在检测硝基化合物等爆炸物中的应用。

背景技术：

近年来全球各地恐怖主义活动日益猖獗，比如2004年俄罗斯飞机爆炸案、2006年孟买列车爆炸案、2008年印度斋普尔爆炸案及2010年莫斯科地铁爆炸案等，这是由于基于硝基化合物的爆炸性武器非常容易制造，但是它们却可以造成巨大的危害和损失，尤其是在车站、机场等人口密集区。因此，发展高效灵敏的检测硝基化合物等爆炸物的方法已成为关乎全球的安全问题而被提上日程。

目前，已经发展起来的检测爆炸物的方法很多，如化学现场测试法、化学电阻法、便携质谱法、气相色谱质谱联用法、气相色谱-电子捕获法、表面增强拉曼光谱法、核四极共振法、热快中子分析法、离子迁移谱法和X-射线法等。然而，大部分的检测方法成本投入较高，检测过程过于复杂，这些因素都严重制约了某些方法在实际检测中的应用。比如，化学现场测试法虽然检测特异性很强但灵敏度不高，也无法实现远程检测；X-射线法能检测出大量隐藏的爆炸性装置，便携质谱法能准确识别出爆炸物的化学结构，但其硬件密集型的特点降低了在复杂环境中的实用性。

荧光探针技术是有效检测硝基化合物等爆炸物的手段之一，因为该技术相对来说技术性要求并不高，易于实用化，而且检测灵敏度高，对诸多爆炸物分子甚至某些特定官能团都具有识别作用。目前，尚没有基于2-乙炔基吡啶结构的五蝶烯醌类荧光探针的合成方法及应用，因此，本专利描述了该类荧光探针的合成方法及其在检测硝基化合物等爆炸物中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能检测硝基化合物等爆炸物的荧光探针的制备方法及应用，该荧光探针是以稠环芳烃制得的五蝶烯醌类化合物与2-乙炔基 吡啶锂为原料合成的一种具有检测硝基化合物等爆炸物功能的荧光探针。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

一种具有检测硝基化合物等爆炸物功能的荧光探针的合成方法，包括以下步骤：

(1)以稠环芳烃、乙酸和对苯醌为原料，合成得到三蝶烯醌类化合物Ⅱ；

(2)以稠环芳烃、乙酸、化合物Ⅱ和四氯苯醌为原料，合成得到五蝶烯醌类化合物Ⅲ；

(3)以2-乙炔基吡啶、正丁基锂、正己烷和四氢呋喃为原料，合成得到2-乙炔基吡啶锂，即化合物Ⅳ；

(4)以化合物Ⅲ、四氢呋喃和化合物Ⅳ为原料，合成得到荧光探针前体，即化合物Ⅴ；

(5)以化合物Ⅴ、氯化亚锡、乙酸和丙酮为原料，合成得到所需的荧光探针，即一种具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针，其结构通式Ⅰ如下：

通式Ⅰ中，R1～R4为H、烷基、芳基或含杂原子的取代基。R1～R4为烷基、芳基时，为C1～C20的烷基、芳基，优选为C1～C10的烷基、芳基；R1～R4为含杂原子取代基时，为磺酸基、羧基、羟基、卤素、氨基、胺基、烷氧基、氰基或硝基。

上述的具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针的合成方法，所述的 步骤(1)、(2)中的稠环芳烃为蒽或蒽取代物，取代基为烷基、芳基或含杂原子的取代基；取代基为烷基、芳基时，为C1～C20的烷基、芳基，优选为C1～C10的烷基、芳基；取代基为含杂原子取代基时，为磺酸基、羧基、羟基、卤素、氨基、胺基、烷氧基、氰基或硝基。

上述的具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针的合成方法，所述的步骤(1)中的反应条件为在三口烧瓶中加入稠环芳烃、乙酸和对苯醌，稠环芳烃与对苯醌的摩尔比为1:0.5～1:2；开动搅拌器，加热回流4～10h,反应冷至室温后，抽滤，滤渣用热水洗涤，烘干后得化合物Ⅱ。

上述的具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针的合成方法，所述的步骤(2)中的反应条件为在三口烧瓶中加入稠环芳烃、乙酸、化合物Ⅱ和四氯苯醌，稠环芳烃与化合物Ⅱ的摩尔比为1:0.5～1:2；开动搅拌器，加热回流30～40h,反应冷至室温后，抽滤，滤渣用乙醚洗涤，烘干后得化合物Ⅲ。

上述的具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针的合成方法，所述的步骤(3)中的反应条件为在三口烧瓶中加入2-乙炔基吡啶和经无水无氧处理的四氢呋喃；开动搅拌器并使反应物冷却至-10～0℃，在搅拌和氮气保护下滴加含正丁基锂的正己烷溶液，得含化合物Ⅳ的溶液。

上述的具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针的合成方法，所述的步骤(4)中的反应条件为在三口烧瓶中加入化合物Ⅲ和经无水无氧处理的四氢呋喃；开动搅拌器，在搅拌和氮气保护下滴加(3)中得到的含化合物Ⅳ的溶液；室温下反应10～20h,用稀盐酸中和后，用氯仿萃取，有机相用无水Na2SO4干燥后蒸出氯仿，得化合物Ⅴ。

上述的具有硝基化合物等爆炸物检测功能的荧光探针的合成方法，所述的步骤(5)中的反应条件为在圆底烧瓶中加入化合物Ⅴ和丙酮；开动搅拌器，滴加含有氯化亚锡的乙酸溶液；室温下反应20～30h,将反应混合物过滤，滤渣用NaHCO3洗涤，而后用氯仿溶解，经无水硫酸镁干燥后蒸出氯仿，得所需的荧光探针。

一种根据上述的合成方法制备的荧光探针。

根据上述的合成方法制备的荧光探针在检测硝基化合物等爆炸物中的应用。

本发明的有益效果：

本发明采用将稠环芳烃制得的五蝶烯醌类化合物与2-乙炔基吡啶锂反应来制备所需的荧光探针，该荧光探针的氯仿溶液在有硝基化合物存在时会发生荧光猝灭现象，并且猝灭程度随着硝基化合物浓度的增加而增大。相比于现有的一些检测技术，本发明中的荧光探针成本投入较少，合成路线简单，后处理方便。

本发明所述荧光探针因其具有大的空腔结构而能够有效结合硝基化合物，其富电子结构及硝基化合物的缺电子性能决定了二者结合后电荷发生部分耦合作用，导致荧光发生猝灭，从而起到检测硝基化合物等爆炸物的作用。

附图说明

图1实施例1～5中合成荧光探针o-IPP的流程图；

图2实施例6中荧光探针o-IPP在加入不同浓度硝基苯10分钟后用260nm光激发时的荧光光谱图。

具体实施方式

实施例用于进一步说明本发明，但本发明不限于实施例。

实施例1 三蝶烯醌的合成：

在100mL三口烧瓶中加入0.41g(2.30mmol)蒽、1.39g(12.86mmol)对苯醌和40mL乙酸。开动搅拌器，加热回流6h,反应冷至室温后，抽滤，滤渣用热水洗涤，烘干后得0.37g(1.30mmol)三蝶烯醌，产率为56.6％。通过质谱、¹H-NMR及¹²C-NMR核磁谱图确认产物为三蝶烯醌。

实施例2 五蝶烯醌的合成：

在100mL三口烧瓶中加入0.18g(1.00mmol)蒽、0.28g(1.00mmol)三蝶烯醌、0.25g(1.00mmol)四氯苯醌和60mL乙酸。开动搅拌器，加热回流36h,反应冷至室温后，抽滤，滤渣用乙醚洗涤，烘干后得0.26g(0.57mmol)五蝶烯醌，产率为56.5％。通过质谱、¹H-NMR及¹²C-NMR核磁谱图确认产物为五蝶烯醌。

实施例3 2-乙炔基吡啶哩(化合物Ⅳ)的合成：

将10mL三口烧瓶置于冰水浴中并通氮气，加入0.5mL(4.56mmol)2-乙炔基吡啶和5mL经无水无氧处理的四氢呋喃。开动搅拌器并使反应物冷却至0℃，在搅拌和氮气保护下逐滴滴加1.9mL浓度为2.7M的正丁基锂/正己烷溶液，得含化合物Ⅳ的溶液。通过质谱确认产物中含化合物Ⅳ。

实施例4 荧光探针前体o-IPP precursor的合成：

在100mL三口烧瓶中加入0.25g(0.54mmol)五蝶烯醌和40mL经无水无氧处理的四氢呋喃。开动搅拌器，在搅拌和氮气保护下逐滴滴加7mL实施例3中得到的含化合物Ⅳ的溶液。室温下反应16h,用质量浓度为10％的稀盐酸中和至pH＝7后，用氯仿萃取，有机相用无水Na₂SO₄干燥后蒸出氯仿，得0.25g(0.37mmol)o-IPP precursor，产率为69.4％。通过质谱、¹H-NMR及¹²C-NMR核磁谱图确认产物为o-IPP precursor。

实施例5 荧光探针o-IPP的合成：

在50mL圆底烧瓶中加入0.20g(0.30mmol)o-IPP precursor和5mL丙酮。开动搅拌器，滴加10mL浓度为0.1mol/L的氯化亚锡/乙酸溶液。室温下反应24h,将反应混合物过滤，滤渣用饱和NaHCO₃溶液洗涤，而后用氯仿溶解，经无水硫酸镁干燥后蒸出氯仿得0.12g(0.19mmol)荧光探针o-IPP,产率为63.0％。通过质谱、¹H-NMR及¹²C-NMR核磁谱图确认产物为o-IPP。

实施例6 o-IPP对硝基苯的荧光检测：

将3mL浓度为10μM溶于氯仿的o-IPP探针溶液加入到1cm×1cm×4cm的比色皿中，而后分别加入不同体积的硝基苯使得其最终浓度分别为0、195μM、244μM、732μM、1220μM、1830μM、2440μM、3250μM，10分钟后，激发光选用260nm，用荧光光谱仪测量工作液的荧光光谱如图2所示。图2表明，加入硝基苯后，在385nm处荧光显著降低，并且随着加入硝基苯量的增加，荧光猝灭现象越明显，因而o-IPP可以实现对硝基苯的荧光检测。

结论：由以上附图和实施例可见，本发明所述荧光探针因其具有大的空腔结构而能够有效结合硝基化合物，其富电子结构及硝基化合物的缺电子性能决定了二者结合后电荷发生部分耦合作用，导致荧光发生猝灭，从而起到检测硝基化合物等爆炸物的作用。