一种3?苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种3?苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针及其制备方法，属于分析检测技术领域。本发明的3?苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针具有良好的荧光性能，可以在缓冲溶液中选择性地识别苯硫酚，表现为响应迅速、检测限低(仅为8nM)、大Stokes位移、荧光增强、选择性高、抗干扰能力强，可以对苯硫酚进行实时的定性或定量分析，因此本发明制备的苯硫酚荧光探针可应用于含水环境中的苯硫酚检测。
【专利说明】
一种3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及分析检测技术领域，特别涉及一种3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探 针及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 苯硫酚为无色液体，具有特殊臭味。广泛用于化学合成，特别是用于医药、农药、高 分子材料及有机合成的助剂等方面，也用于制备局部麻醉剂。吸入后可引起喉、支气管痉 挛、水肿及化学性肺炎、肺水肿，长期接触水或者空气中的苯硫酚会对健康造成一系列严重 危害，包括中枢神经系统受损、心率变快、肌肉萎缩、下肢瘫痪、昏迷甚至死亡。遇明火、高热 或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。因此，能够快速、高灵敏和高选择性的检测生物 体内以及环境中的苯硫酚越来越受到人们的重视。
[0003] 基于2，4-二硝基苯磺酰基作为识别基团的苯硫酚荧光探针，因其具有可针对性识 别苯硫酚的性能，近年来被广泛报道。包括： Chunchang Zhao , et. a 1 . Deve1opment of an Indole-Based Boron-Dipyrromethene Fluorescent Probe forBenzenethiols, J. Phys. Chem. B，2011， 115， 642-647;Dehuan Yu， et. al.Near-Infrared Fluorescent Probe for Detection of Thiophenols inffater Samples and Living Cells,Anal. Chem., 2014， 86,8835-8841;Xiangmin Shao， et. al. Highly Selective and Sensitive 1-Amino B0DIPY-Based RedFluorescent Probe for Thiophenols with High Off-t〇-〇n ContrastRatio， Anal. Chem. 2015，87，399-405等，但是由于这些探针对苯硫酚的检测需要的时间长，大 大限制其实际应用。因此，开发一种可即时检测苯硫酚的荧光探针具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明目的之一是提供一种成本低廉、合成简单和反应条件温和的苯硫酚荧光探 针合成方法；目的之二是提供一种响应迅速、灵敏度高、选择性高、抗干扰能力强的检测苯 硫酚的荧光探针。
[0005] 本发明的技术方案为： 一种3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针，为如下结构式(1)所示的化合物；
[0006] 所述3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针的制备方法，结构式(2)所示的化合物 7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮与2，4-二硝基苯磺酰氯反应制得结构式(1)所示的化合物；
[0007] 进一步的，结构式(2)所示的化合物7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮与2,4_二硝基苯磺 酰氯在三乙胺存在的条件下在有机溶剂中反应。
[0008] 反应方程式如下：
[0009] 作为优选方案，2，4_二硝基苯磺酰氯的用量为7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮用量的 100%-150%，三乙胺的用量为7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮用量的100%-600%。该物料比范围 下，广率尚，易提纯。
[0010] 作为优选方案，所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或氯仿。以四氢呋喃、二氯甲 烷或氯仿为溶剂可在室温下反应，且产率较高。
[0011] 作为优选方案，结构式(2)所示的化合物7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮、2,4-二硝基 苯磺酰氯和三乙胺依次加入到反应容器中，加入有机溶剂溶解，室温下反应1-6小时。
[0012] 所述3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针在苯硫酚识别与检测中的应用。
[0013] 本发明的有益效果为： 本发明的3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针具有良好的荧光性能，可以在缓冲溶液 中选择性地识别苯硫酚，表现为响应讯速、检测限低(仅为8nM)、大Stokes位移、荧光增强、 选择性强、抗干扰能力强，可以对苯硫酚进行定性或定量分析，因此本发明制备的苯硫酚荧 光探针可应用于含水环境中的苯硫酚检测。
[0014] 本发明的制备方法原料易得，容易监测和控制，产品易于分离纯化。
【附图说明】
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为实施例1制得的荧光探针的THF/HEPES(10 mM，pH=7.4)溶液(THF:HEPES=1: 1，探针浓度为10 μΜ)及探针与分析物的混合溶液的荧光发射图谱(其中苯硫酚、对氨基苯 硫酚和对甲氧基苯硫酚浓度均为20 μΜ;其他分析物浓度为100μΜ，包括氟化钾、氯化钠、溴 化钠、碘化钠、碳酸钠、亚硝酸钠、硝酸钠、醋酸钠、硫化钠、硫氰酸钠、亚硫酸钠、硫酸钠、硫 代硫酸钠、连二亚硫酸钠、磷酸氢二钠、双氧水、乙硫醇、巯基乙酸、正戊硫醇、高同型半胱氨 酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、丙氨酸、甘氨酸和苯酚），激发波长为395nm，纵坐标表示荧光强度， 横坐标表示波长。
[0017] 图2为实施例1制得的荧光探针的THF/HEPES(10 mM，pH=7.4)溶液(THF:HEPES=1: 1，探针浓度为10 μΜ)及探针与分析物(其中苯硫酚、对氨基苯硫酚和对甲氧基苯硫酚浓度 均为20 μΜ;其他分析物浓度为100μΜ，包括氟化钾、氯化钠、溴化钠、碘化钠、碳酸钠、亚硝酸 钠、硝酸钠、醋酸钠、硫化钠、硫氰酸钠、亚硫酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、磷酸 氢二钠、双氧水、乙硫醇、巯基乙酸、正戊硫醇、高同型半胱氨酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、丙氨 酸、甘氨酸和苯酚)的混合溶液在538 nm处荧光强度对比图，激发波长为395nm。纵坐标表示 荧光强度，横坐标表示不同分析物;左起第一个黑色柱表示不加任何分析物;后面每组柱中 左边黑柱表示只有该分析物存在下的溶液荧光强度，右边灰柱表示该分析物和苯硫酚同时 存在下的溶液荧光强度;最后三个黑柱分别表示苯硫酚、对氨基苯硫酚、对甲氧基苯硫酚存 在时溶液的荧光强度。
[0018] 图3为实施例1制得的荧光探针的THF/HEPES(10 mM，pH=7.4)溶液(THF:HEPES=1: 1，探针浓度为10 μΜ)随着不同浓度苯硫酚(0-20μΜ)加入后的荧光变化图谱（λ0Χ = 395 nm)，纵坐标表示荧光强度，横坐标表示波长。
[0019] 图4为图3中538 nm处的荧光强度随着苯硫酚浓度(0-20μΜ)变化的散点图，纵坐标 表示荧光强度，横坐标表示苯硫酚浓度。
[0020] 图5为不同浓度的苯硫酚(其中苯硫酚浓度分别为0 μΜ、0·1 μΜ、0·5 μΜ、1 μΜ、2 μ Μ、4 μΜ、6 μΜ、8 μΜ、10 μΜ)加到实施例 1 制得的ΙΟμΜ荧光探针的THF/HEPES(10mM，pH=7.4) (THF:HEPES=1:1)溶液后，溶液在538 nm处荧光强度随时间的变化图，纵坐标表示荧光强 度，横坐标表示时间。
[0021] 图6为实施例1制得的荧光探针的THF/HEPES(10mM，pH=7.4)(THF:HEPES=l:l，探针 浓度为10 μΜ)溶液在不同pH条件与20μΜ苯硫酚作用前后，在538 nm处的荧光强度变化图， 纵坐标表示荧光强度，横坐标表示pH。
【具体实施方式】 [0022] 实施例1 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 在50mL的单口烧瓶中，依次将7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮(70 mg，0.29 mmol)、2,4-二 硝基苯磺酰氯(86 mg, 0.32 mmol)和三乙胺(81 yL, 0.58 mmol)溶于5 mL干燥四氢咲喃 中，室温搅拌反应3h，减压蒸馏除去溶剂，将所得残留物用二氯甲烷溶解，然后用50mL水洗 涤三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸乙酯=3/1 过硅胶(200-300目）柱分离得灰白色固体，产率82%。
[0023] 其中，7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮可根据文献K · Azuma，S · Suzuki，S · Uchiyama, T.Kajiro, Τ. Santa and Κ. Imai， A study of the relationship between the chemical structures and the fluorescence quantum yields of coumarins， quinoxalinones and benzoxazinones for the development of sensitive fluorescent derivatization reagents, Photochem. Photobiol. Sci., 2003,2, 443-449.报道的方法制备。
[0024]本实施例制得的3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物，其分子式为 C15H9N3O9S，核磁氢谱分析为1H NMR (400 MHz, DMSO-c/6) δ9·14 (s, 1H), 8.63 (d, / = 8.4 Hz, 1H), 8.31 (d, /= 8.4 Hz, 1H), 8.14 (d, /= 7.6 Hz, 2H), 7.88 (d, / = 8.4 Hz, 1H), 7.56 (d, /= 6.9 Hz, 1H), 7.53-7.49 (m, 3H), 7.45 (s, 3H), 7.24 (d, /= 8.4 Hz, 1H).核磁碳谱分析为 13C NMR (100 MHz, DMSO-c/6) δ160·61, 152.24， 147.97, 146.08, 134.64, 130.20, 130.14, 128.99, 128.73, 128.15, 127.98, 124.95, 113.81, 101.59.高分辨质谱分析为HRMS (ESI) calcd for [M+H]+ C2QH12N3O9S: 470.0294, found: 470.0286〇
[0025] 实施例2 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 在50mL的单口烧瓶中，依次将7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮(70 mg, 0.29 mmol)、2,4-二 硝基苯磺酰氯(86 mg, 0.32 mmol)和三乙胺(81 yL, 0.58 mmol)溶于5 mL干燥四氢咲喃 中，室温搅拌反应6 h，减压蒸馏除去溶剂，将所得残留物用50mL二氯甲烷溶解，然后用50mL 水洗涤三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸乙酯= 3/1过硅胶(200-300目）柱分离得灰白色固体，产率80%。
[0026] 实施例3 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 在50mL的单口烧瓶中，依次将7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮(70 mg，0.29 mmol)、2,4-二 硝基苯磺酰氯(86 mg, 0.32 mmol)和三乙胺(81 yL, 0.58 mmol)溶于5 mL干燥四氢咲喃 中，室温搅拌反应lh，减压蒸馏除去溶剂，将所得残留物用50mL二氯甲烷溶解，然后用50mL 水洗涤三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸乙酯= 3/1过硅胶(200-300目）柱分离得灰白色固体，产率70%。
[0027] 实施例4 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 在50mL的单口烧瓶中，依次将7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮(90 mg，0.6 mmol)、2,4-二 硝基苯磺酰氯（116 mg, 0.44 mmol)和三乙胺（162 yL, 1.16 mmol)溶于5 mL干燥四氢咲 喃中，室温搅拌反应2 h，减压蒸馏除去溶剂，将所得残留物用50mL二氯甲烷溶解，然后用 50mL水洗涤三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸 乙酯=3/1过硅胶(200-300目）柱分离得灰白色固体，产率77%。
[0028] 实施例5 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 在50mL的单口烧瓶中，依次将7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮(90 mg，0.6 mmol)、2,4-二 硝基苯磺酰氯（116 mg, 0.44 mmol)和三乙胺（162 yL, 1.16 mmol)溶于5 mL干燥四氢咲 喃中，室温搅拌反应6 h，减压除去溶剂，将所得残留物用50mL二氯甲烷溶解，然后用50mL水 洗涤三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸乙酯=3/ 1过硅胶(200-300目）柱分离得灰白色固体，产率85%。
[0029] 实施例6 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 在50mL的单口烧瓶中，依次将7-羟基-3-苯基苯并恶嗪酮(90 mg，0.6 mmol)、2,4-二 硝基苯磺酰氯（116 mg, 0.44 mmol)和三乙胺（162 yL, 1.16 mmol)溶于5 mL干燥二氯甲 烷中，室温搅拌反应2h，减压蒸馏除去溶剂，将所得残留物用50mL二氯甲烷溶解，然后用 50mL水洗涤三次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸 乙酯=3/1过硅胶(200-300目）柱分离得灰白色固体，产率65%。
[0030] 实施例7 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针化合物的合成 依次将羟基_3_苯基苯并恶嗪酮(90 mg, 0.6 mmol)、2,4-二硝基苯磺酰氯(116 mg, 0.44 mmol)和三乙胺（162 yL, 1.16 mmol)溶于5 mL干燥氯仿中，室温搅拌反应6 h，减压 蒸馏除去溶剂，将所得残留物用50mL二氯甲烷溶解，然后用50mL水洗涤三次，有机相用无水 硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂得粗品，以二氯甲烷/乙酸乙酯=3/1过硅胶(200-300目）柱 分离得灰白色固体，产率55%。
[0031] 实施例8 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酚荧光探针对苯硫酚的光物理检测应用研究。
[0032] 将实施例1制备的基于3-苯基苯并恶嗪酮的苯硫酚荧光探针溶于四氢呋喃中，配 制成浓度为lmM的储备液。然后用四氢呋喃/HEPES(10mM，pH=7.4)溶液（THF :HEPES=l:l) 配制浓度为10 μΜ探针测试溶液。
[0033] 3-苯基苯并恶嗪酮类苯硫酸焚光探针在395 nm激发下，在538 nm处有极弱的焚光 发射，当向探针溶液中加入苯硫酚或对氨基苯硫酚或对甲氧基苯硫酚时，荧光增强，Stokes 位移达到160 nm;当苯硫酚加入量在0 μΜ-10 μΜ内，探针在538 nm处的荧光强度与苯硫酚 浓度成很好的线性，且检测限仅为8nM;当苯硫酚加入量为1.2个当量以上时，荧光强度趋于 稳定，且荧光增强236倍;加入其他常见分析物后，没有引起探针荧光发射的显著变化。
[0034] 由图 1 可知，向 10 μΜ荧光探针的THF/HEPES(10 mM, ρΗ=7·4)溶液（THF:HEPES=1: 1)中加入氟化钾、氯化钠、溴化钠、碘化钠、碳酸钠、亚硝酸钠、硝酸钠、醋酸钠、硫化钠、硫氰 酸钠、亚硫酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、磷酸氢二钠、双氧水、乙硫醇、巯基乙 酸、正戊硫醇、高同型半胱氨酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、丙氨酸、甘氨酸和苯酚后，探针溶液的 荧光没有发生明显的增强；而加入苯硫酚或对氨基苯硫酚或对甲氧基苯硫酚后，探针溶液 的荧光发射强度明显增强。
[0035] 由图2可知，在 10 μΜ荧光探针的THF/HEPES(10 mM, ρΗ=7·4)溶液（THF:HEPES=1: 1)中，当2个当量苯硫酚分别与10个当量的氟化钾、氯化钠、溴化钠、碘化钠、碳酸钠、亚硝酸 钠、硝酸钠、醋酸钠、硫化钠、硫氰酸钠、亚硫酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、磷酸 氢二钠、双氧水、乙硫醇、巯基乙酸、正戊硫醇、高同型半胱氨酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、丙氨 酸、甘氨酸和苯酚并存时，并不能干扰探针对苯硫酚的响应，探针表现出很好的抗干扰能 力。
[0036] 由图3可知，在 10 μΜ荧光探针的THF/HEPES(10 mM, ρΗ=7·4)溶液（THF:HEPES=1: 1)中，苯硫酚的加入，引起了探针溶液的荧光增强，并且随着苯硫酚浓度增大，荧光强度逐 渐增大。
[0037] 由图4可知，在 10 μΜ荧光探针的THF/HEPES(10 mM, ρΗ=7·4)溶液（THF:HEPES=1: 1)中，当苯硫酚加入量在0 μΜ-10 μΜ内时，探针溶液在538 nm处的荧光强度与苯硫酚浓度 成较好的线性;本发明的荧光探针对苯硫酚的检测限很低，仅为8nM;当苯硫酚加入量为1.2 个当量以上时，荧光强度趋于稳定，且荧光增强236倍。
[0038] 由图5可知，在 10 μΜ荧光探针的THF/HEPES(10 mM, ρΗ=7·4)溶液（THF:HEPES=1: 1)中加入不同浓度的苯硫酚后，探针溶液在538 nm处的荧光强度立即达到平衡且稳定，可 对苯硫酚进行实时检测。
[0039] 由图6可知，在荧光探针的THF/HEPES(10 mM)溶液(THF:HEPES=1:1，探针浓度为10 μΜ)中，荧光探针在pH为6-9范围内对苯硫酚的响应值较高，表明本探针适用性较好。
【主权项】
1. 一种3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针，其特征在于，为如下结构式（1)所示的化 合物；2. 如权利要求1所述3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针的制备方法，其特征在于:结 构式(2)所示的化合物7-径基-3-苯基苯并恶嗦酬与2,4-二硝基苯横酷氯反应制得结构式 (1)所示的化合物；3. 如权利要求2所述3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针的制备方法，其特征在于:结 构式(2)所示的化合物7-径基-3-苯基苯并恶嗦酬与2,4-二硝基苯横酷氯在Ξ乙胺存在的 条件下在有机溶剂中反应。4. 如权利要求3所述3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针的制备方法，其特征在于:2， 4-二硝基苯横酷氯的用量为7-径基-3-苯基苯并恶嗦酬用量的100%-150%，Ξ乙胺的用量为 7-径基-3-苯基苯并恶嗦酬用量的100%-600%。5. 如权利要求3所述3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针的制备方法，其特征在于:所 述有机溶剂为四氨巧喃、二氯甲烧或氯仿。6. 如权利要求3所述3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针的制备方法，其特征在于:结 构式(2)所示的化合物7-径基-3-苯基苯并恶嗦酬、2,4-二硝基苯横酷氯和Ξ乙胺依次加入 到反应容器中，加入有机溶剂溶解，室溫下反应1-6小时。7. 如权利要求1所述3-苯基苯并恶嗦酬类苯硫酪巧光探针在苯硫酪识别与检测中的应 用。
【文档编号】C07D265/36GK106085408SQ201610159892
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年3月21日 公开号201610159892.9, CN 106085408 A, CN 106085408A, CN 201610159892, CN-A-106085408, CN106085408 A, CN106085408A, CN201610159892, CN201610159892.9
【发明人】张大同, 安瑞冰
【申请人】齐鲁工业大学