一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针及其制备方法和应用与流程

本发明属于荧光分子探针领域，特别涉及一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术：
三价金属离子尤其是Fe3+、Cr3+和Al3+在生命活动中发挥着非常重要的作用。Fe3+是构成蛋白、细胞色素和多种酶的基本元素，参与细胞的新陈代谢。人体内Fe3+失衡会引起新陈代谢紊乱导致贫血、肝损伤、肾衰竭等疾病。Cr3+的缺少会引发糖尿病和动脉硬化等多种疾病，但是当Cr3+含量过高时会破坏细胞结构和组成，对人体造成伤害。Al3+不属于人体所必需的微量元素。平时过多摄入Al3+会引发老年痴呆，对人体的中枢神经系统、造血系统、免疫系统、肝、肾造成不良影响。因此，开发快速、廉价、方便的监测以上三种金属离子的方法势在必行。荧光分子探针因具有选择性好、灵敏度高、简单快速并且不需要借助昂贵仪器的优点而被广泛应用与各种金属离子的检测。罗丹明类染料由于其摩尔吸光系数较大，荧光量子产率高、结构易于修饰、吸收波长范围广等优势，已经被广泛应用于分子探针设计。目前，罗丹明类荧光探针多用于检测一种金属离子如Zn2+、Cu2+、Hg2+、Fe2+、Fe3+、Cr3+和Al3+，作用和功能单一；同时Fe3+和Cr3+具有顺磁性特点，使得很多荧光探针与Fe3+和Cr3+作用后，通常表现为荧光淬灭，严重影响了检测的灵敏度。Al3+具有逆磁性，与荧光探针结合后通常表现为荧光增强。而检测Fe3+、Cr3+和Al3+需要采用不同的荧光探针，增加了检测成本。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好灵敏度、强抗干扰能力、可同时识别三价金属离子Fe3+、Cr3+和Al3+的基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针及其制备方法和应用。本发明的技术方案是：一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针，其具体结构式如下：其中R为或该多功能荧光探针具体结构式如下：该多功能荧光探针具体结构式如下：一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针的制备方法，其反应式如下：具体步骤是：取化合物2吗啡啉、KI和二异丙基乙胺按照摩尔比28:0.35:0.18:2.9溶于乙腈中，在氮气保护下，搅拌回流反应10h；反应完成后，冷却至室温，减压蒸馏掉溶剂，采用硅胶柱层析分离，得到荧光探针L1。回流反应温度为70℃。一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针的制备方法，其反应式如下：具体步骤是：将化合物3化合物6五水硫酸铜和抗坏血酸钠按照摩尔比1:1.5：(0.1～2)：(0.1～2)，溶解在二氯甲烷和水的溶剂中，其中，二氯甲烷和水的体积比为1:1，在室温条件下反应12h，用二氯甲烷萃取，用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干溶剂，硅胶柱层析得到荧光探针L2。一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针的应用，所述罗丹明类功能荧光探针能够选择性识别三价金属离子Fe3+、Cr3+和Al3+。一种基于罗丹明B类识别Fe3+、Al3+和Cr3+离子多功能荧光探针的应用，所述罗丹明B类多功能荧光探针识别Fe3+、Cr3+和Al3+的溶剂是体积比为1:1的甲醇和磷酸缓冲盐溶液(PBS)，其中，磷酸缓冲盐溶液的pH为7.4。本发明的有益效果：1)该荧光探针L1具有罗丹明类荧光团，螺内酰胺与Fe3+、Cr3+和Al3+作用后开环，由无荧光变为强荧光，实现了对Fe3+、Cr3+和Al3+的荧光增强识别，检测灵敏度高。2)该荧光探针L2通过三唑环将罗丹明类荧光团和苯并噻唑荧光团连接起来，三唑环中的N及苯并噻唑中的N、S元素为金属离子提供了结合位点，螺内酰胺与Fe3+、Cr3+和Al3+作用后开环，由无荧光变为强荧光，实现了对Fe3+、Cr3+和Al3+的荧光增强识别，检测灵敏度高。3)该荧光探针L1和荧光探针L2对三价金属离子Fe3+、Cr3+和Al3+的识别都有优良的选择性，与其它常见金属离子如Zn2+、Pb2+、Cu2+、Fe2+、Cd2+、Mn2+、Co2+、Ni+、Cr3+、Ag+、Na+、Ba2+、Sr2+、Hg2+、K+、Mg2+作用荧光信号基本没有变化，抗干扰能力强，可以用于二价金属离子和三价金属离子的识别。4)该荧光探针L1和荧光探针L2可以同时检测三种金属离子的存在，既可以节约检测费用，又节省了检测时间。附图说明图1是本发明荧光探针L1的1HNMR谱图；图2是本发明荧光探针L1的13CNMR谱图；图3是本发明荧光探针L1的质谱谱图；图4是本发明荧光探针L1在甲醇溶液中加入不同金属离子的荧光光谱；图5是本发明荧光探针L1在甲醇溶液中Cr3+的荧光滴定光谱；图6是本发明荧光探针L1在甲醇溶液中Al3+的荧光滴定光谱；图7是本发明荧光探针L1在甲醇溶液中Fe3+的荧光滴定光谱；图8是本发明荧光探针L1在Al3+及其它金属离子存在下的荧光发射强度变化图；图9是本发明荧光探针L1在Cr3+及其它金属离子存在下的荧光发射强度变化图；图10是本发明荧光探针L1在Fe3+及其它金属离子存在下的荧光发射强度变化图；图11是本发明荧光探针L2的1HNMR谱图；图12是本发明荧光探针L2的13CNMR谱图；图13是本发明荧光探针L2的质谱谱图；图14是本发明荧光探针L2在甲醇溶液中加入不同金属离子的荧光光谱；图15是本发明荧光探针L2在甲醇溶液中Cr3+的荧光滴定光谱；图16是本发明荧光探针L2在甲醇溶液中Al3+的荧光滴定光谱；图17是本发明荧光探针L2在甲醇溶液中Fe3+的荧光滴定光谱；图18是本发明荧光探针L2在Al3+及其它金属离子存在下的荧光发射强度变化图；图19是本发明荧光探针L2在Cr3+及其它金属离子存在下的荧光发射强度变化图；图20是本发明荧光探针L2在Fe3+及其它金属离子存在下的荧光发射强度变化图。具体实施方式本发明可以通过以下的实施例进一步说明，但不仅仅局限于实施例。实施例1合成化合物2其反应式如下：(1)化合物1的合成将(3.0g,6.8mmol)罗丹明B置于圆底烧瓶中，加入100mL无水乙醇使其充分溶解，再加入7.5mL水合肼，回流搅拌4h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂乙醇，剩余固体用过量1mol/LHCl进行酸化，0.5mol/LNaOH调节pH值为7，此时析出大量沉淀，抽滤，用去离子水洗涤滤饼，真空干燥得土黄色固体化合物1(2)化合物2的合成将化合物1(0.5g,1mmol)放入100mL烧瓶中，加入30mL二氯甲烷使其完全溶解。再将0.1mL氯乙酰氯溶解在少量的二氯甲烷(5mL)中。冰浴下，将氯乙酰氯的混合溶液滴加到化合物1溶液中，搅拌2h。反应完成后，将所得物升至室温，减压蒸馏除掉溶剂。将0.1mol/LHCl(40mL)加入剩余固体中，充分振荡至其溶解，0.1mol/LNaOH调节pH值到7，将沉淀过滤收集，干燥，采用柱层析分离得到化合物2实施例2合成荧光探针L1，其反应式如下：具体步骤是：取化合物2(0.15g，28mmol)溶于20mL乙腈中，加入吗啡啉(0.031g，0.35mmol)、KI(0.03g，0.18mmol)和二异丙基乙胺(0.5mL，2.9mmol)，在氮气保护下，70℃搅拌回流反应10h；反应完成后，冷却至室温，减压蒸馏掉溶剂，采用柱层析分离，得到白色固体荧光探针L1，收率为85％。该罗丹明类多功能荧光探针的基本数据：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ8.25(s,1H),7.98(d,J＝8.0Hz,1H),7.51-7.49(m,2H),7.33(t,J＝7.5Hz,1H),7.15(d,J＝6.7Hz,1H),6.65(d,J＝8.8Hz,2H),6.32(m,4H),3.48(br,4H),4.53(s,2H),3.38-3.28(m,8H),2.96(s,2H),2.32(br,4H),1.17(t,J＝7.0Hz,12H)(如图1)。13CNMR(100.6MHz,CDCl3)167.3,165.1,153.5,151.3,148.9,133.1,129.4,128.4,124.1,123.4,108.1,104.0,97.2,66.9,66.0,60.8,53.4,44.3,12.6(如图2)。高分辨质谱(MALDI-TOF/TOF质谱仪)的计算值C34H41N5O4Na[M+Na]+:m/z606.3056实测值606.3051(如图3)。荧光探针L1的荧光光谱测定：荧光探针L1的荧光光谱测定溶液配制，以DMSO为溶剂，配制1.0×10-3mol/L的荧光探针L1的溶液，然后再用体积比为1:1的甲醇和磷酸缓冲(PBS,10mM,pH7.4)为溶剂，稀释成1.0×10-5mol/L；取2ml浓度为1.0×10-5mol/L的荧光探针L1的体积比为1:1的甲醇和磷酸缓冲(PBS,10mM,pH7.4)溶液，然后分别加入20μl浓度为1.0×10-3mol/L的各种离子(Zn2+、Pb2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cd2+、Mn2+、Co2+、Ni+、Cr3+、Al3+、Ag+、Na+、Ba2+、Sr2+、Hg2+、K+、Mg2+)溶液，摇匀，后在λ＝530nm的激发波长下测定其荧光发射光谱(如图4...