一种中性阴离子荧光化学传感器、制备及其应用的制作方法

专利名称：一种中性阴离子荧光化学传感器、制备及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中性的阴离子荧光化学传感器，并提供了制备该中性阴离 子荧光化学传感器的方法及其用途，属生物分析和医药生物学领域。
背景技术：
由于二羧酸阴离子在生物过程中具有特殊意义，其识别和传感持续引起了 人们研究的兴趣。单、双羧酸及其阴离子广泛存在于抗生素(antibiotics)、止痛药 (analgesics)、抗炎齐U(anti-inflammatory)中。而一些含羧酸的生物活性分子如叶酸 (folic acid)、胆酸(bile acid)、前列腺素(prostaglandin)、胆红素(billirubin)等，是分 子识别领域中重要的靶标。二羧酸是某些生物活性分子如氨基酸、蛋白质等的重 要结构组成单元，如戊氨酸是神经传输系统中重要的兴奋神经递质。二羧酸(戊 二酸、己二酸、癸二酸等)也是体内脂肪酸代谢的微量产物，是众多代谢过程(如 柠檬酸和乙醛酸(glyoxylate滩环)的关键组分。动物体内贮存的脂肪酸进行a-氧 化，不产生二羧酸，但机体内存在有少量的十二碳以下的脂肪酸，如十碳的癸酸 和十一碳酸，通过co-氧化途径降解为a, a-二羧酸，w-氧化在脂肪酸分解代谢过 程中不占主要地位。脂肪酸代谢先天不足(如酸血症或酰基CoA脱氢酶缺乏)或糖 尿病酮酸中毒的病人，体液中二羧酸含量上升。测定二羧酸对代谢紊乱的迅速诊 断和准确治疗有着重要意义。二羧酸阴离子的比色检测可用于测定饮料中柠檬 酸、酒石酸及苹果酸阴离子的含量。此外，二羧酸在高能磷酸酯键的生成和重要 中间体的生物合成等方面起着重大作用。正是由于二羧酸或其阴离子在生物学上 具有极为重要的意义，其灵敏性检测在生物分析和医药生物学中备受瞩目，人们 致力于计合成具有选择性识别二羧酸阴离子的受体，结合荧光方法的高灵敏性检 测性能，开发二羧酸类阴离子荧光化学传感器。吴世康(M. Mei， S. Wu, Fluorescent Sensor for a， co—Dicarboxylate Anions, WevvJ Ctem. 2001，乃,471.)等曾经报道了一种基于萘环的双臂荧光化学传感器， 并研究了其在有机溶剂中传感二羧酸阴离子的性质。在本申请专利中，利用胆酸 分子骨架的特殊构型和氢键给体基团(硫)脲可以选择性络合特定链长的二羧酸 阴离子，本发明制备出了基于胆酸分子骨架的中性荧光阴离子传感器，络合行为 则通过引入的荧光基团灵敏地表达出来，并进一步探索了其在二羧酸阴离子荧光 检测中的应用价值。发明内容本发明的目的在于提供一种生物相容性好、具有特定光学性质的中性阴离 子荧光化学传感器。本发明的又一目的在于提供一种具有特定光学性质的中性阴离子荧光化学 传感器的制备方法。本发明的再一目的在于提供一种具有特定光学性质的中性阴离子荧光化学 传感器的生物荧光检测用途。本发明所述的一种中性阴离子荧光化学传感器为一种以胆酸分子骨架为基 础，同时引入两个中性阴离子键合基和荧光探针分子，使得其在溶剂中对生物二 羧酸阴离子具有特定的荧光响应。具体而言是以胆酸分子为分子骨架，在其3 位碳原子和24位碳原子上引入中性硫脲或脲基，作为键合单元；在3位碳原子 和24位碳原子上或其他位置引入具有荧光化学官能团，作为信号单元，合成中 性阴离子荧光化学传感器。本发明提供的中性阴离子荧光化学传感器，包括胆酸 分子骨架、阴离子键合单元硫脲或者脲基以及传感的信号单元荧光分子基团，其 通式为[R「(丽CXNH)—R2—]2—(Cholic acid) 其中，间隔基Ri为含苯环的芳烃或稠环芳烃；R2为烷烃或芳烃；X为O 或S元素；Cholic acid为胆酸，即3，7,12-三羟基甾代异戊酸。本发明提供的中性阴离子荧光化学传感器，其中的一种结构式如下其中，R为任意化学基团；X为O或S元素；3、 7、 12和24分别表示3-碳原子(C3)、 7-碳原子(C7)、 12-碳原子(C12)和24-碳原子(C24);间隔基 Ri为含苯环的芳烃或稠环芳烃；R2为烷烃或芳烃。进一步R,为苯、萘、蒽、芘、 菲或1,10-菲绕啉基，或者它们的衍生物。具体而言为以胆酸分子为分子骨架， 在其C3和C24上引入中性硫脲或脲基，作为键合单元；在C3和C24或其他位 置引入具有荧光化学官能团，作为信号单元，合成中性阴离子荧光化学传感器。本发明提供的中性阴离子荧光化学传感器的制备方法，还可以在胆酸C3 和C24上引入中性硫脲或脲基，作为键合单元；在C7和C12上或其他位点引入 具有荧光的化学官能团，作为信号单元，合成中性阴离子荧光化学传感器。在C原子上引入某化学基团的方法是本领域技术人员熟知的方法，具体而 言是通过以下方法来实现本发明采用一类中性阴离子键合基团(硫)脲，通过 多步化学衍生引入胆酸分子骨架，同时引入荧光探针分子，使得化学传感器分子 在选择性络合二羧酸阴离子时，其络合行为可以通过荧光分子探针的荧光变化表 达出来。各步合成如下(1) 合成在胆酸分子的C3上引入氨基的衍生物第一步2， 2-二甲氧基丙垸和无水甲醇中与胆酸混合，以对甲基苯磺酸为催化剂，反应液在5(TC下搅拌过夜，减压蒸出溶剂，向残余物中加入CH2C12，有机相用饱和食盐水洗涤三次，无水硫酸钠干燥后过滤。滤液旋干，得白色泡沫状固体；第二步在氮气保护下，向(1)第一步中所得白色固体在有机醚溶液和4-(M iV-二甲基)氨基吡啶的混合溶剂中与甲基磺酸反应，三苯基磷和有机碱做催化剂， 搅拌数分钟后加入甲基磺酸，立即有大量白色固体沉淀生成。在15分钟内向反 应液滴加偶氮二甲酸二乙酯(EDAD)，继续在室温下搅拌48h。减压蒸除溶剂， 残余物经硅胶柱层析分离，得到白色固体。该步中有机溶剂以四氢呋喃(THF) 和二氧六环为佳，有机催化碱以4-(W， W-二甲基)氨基吡啶或吡啶为佳。第三步该白色固体溶于1,3-二甲基-3，4,5,6-四氢-2(lH)-吡啶酮(DMPU)中， 加入叠氮化钠，干燥条件下室温搅拌48h。反应完毕后，反应液倾入蒸馏水中， 用乙醚萃取，收集有机相，用蒸馏水洗三次，硫酸钠干燥，过滤，滤液旋干，残 余物经硅胶柱层析分离，得白色固体，为胆酸C3位上羟基被叠氮基取代的化合 物；该步中可用iV，iV-二甲基甲酰胺(DMF)取代DMPU。第四步向(1)第三步中经与叠氮化钠反应后所得白色固体溶在优级纯(GR 级)的冰醋酸中，干燥条件下加入锌粉室温剧烈搅拌，过滤除去残余锌粉，固体 用冰醋酸和甲苯依次洗涤，收集滤液，旋干，所得产物用三乙胺调节溶液至略呈 碱性，用的乙酸乙酯从水相萃取，有机相用硫酸钠干燥，过滤，旋干，得白色泡 沫状固体，即为胆酸分子的3-碳原子(C3)上引入氨基的衍生物；(2) 合成在胆酸分子的24-碳原子(C24)上引入氨基的衍生物 向醇溶液中加入(1)第三步所得白色固体和大大过量的水合肼，室温下密封搅拌，减压蒸除醇和绝大部分的水合肼后，向残余物中加入冰水搅拌15min， 过滤，所得固体用大量的冰水洗涤数次，真空中6(TC干燥过夜，得到白色固体。 此步中的醇以甲醇和乙醇为优。当加入水合肼后，如果体系变浑浊，可以适量添 加少量的氯仿或二氯甲烷溶液，增强体系的溶解性。(3) 基于胆酸的中性阴离子荧光化学传感器的合成向干燥的非质子性溶剂中加入(2)中所得白色固体与适量的含异硫氰酸酯 基或异氰酸酯基的芳香化合物或稠环芳烃，在氮气保护下，5(TC加热24h。减压蒸除溶剂，向残余物中加入二氯甲烷，有机相用饱和食盐水洗涤三次，Na2S04 干燥，过滤，滤液旋干后残余物经硅胶柱层析(EtOH/CH2Cl2)分离得固体目标产 物。此步中非质子性溶剂以氯仿或DMF为优选。本发明提供的另一种中性阴离子荧光化学传感器的制备方法，具体为-第一步在上述制备方法中的(1)中的第三步制备胆酸C3位上羟基被叠 氮基取代的化合物；第二步在C7和C12上引入荧光基团。向胆酸C3位上羟基被叠氮基取代 的化合物的邻二甲苯/二氯甲垸的混和溶液中加入的氢化钙和苯基三乙基氯化铵 作为催化剂，反应体系在氮气保护下回流10mim后，加入含有甲酰氯的荧光分 子(萘、蒽、芘、菲或l,10-菲绕啉基，或者它们的衍生物)的邻二甲苯溶液(IO mL)，继续回流24 h。停止加热，冷却后减压过滤，滤液用的乙酸乙酯稀释， 用NaHCO3(10X)的水溶液洗涤三次。有机相用无水Na2S04干燥后减压蒸除溶剂 (可以反复加入乙酸乙酯以带出邻二甲苯)，残余物经硅胶柱层析分离(乙酸乙酯/ 石油醚(60-8(TC))后，收集强的绿色荧光带，再用纯的二氯甲垸作淋洗剂进行第 二次硅胶柱层析分离，得目标固体；第三步该固体化合物依次重复上述制备方法(1)中第四步和其后的反应 步骤，得一种中性阴离子荧光化学传感器。本发明还提供了该中性阴离子荧光化学传感器在生物二羧酸阴离子检测中 的应用。尤其是中性阴离子荧光化学传感器在对已二酸、癸二酸以及天冬氨酸和 谷氨酸阴离子的选择性的荧光响应和荧光检测方面的应用。阴离子识别荧光检测在CH3OH/H20(l:l, 0.01 M HEPPS缓冲溶液，pH=7.4， HEPPS = 4-羟乙基哌嗪丙磺酸)溶液或二甲亚砜(DMSO)或乙腈(CH3CN)中 进行。配制一系列中性阴离子荧光化学传感器浓度固定(5.0X10—6 mol七—"而二 羧酸阴离子浓度变化的溶液，静置4小时后测其荧光光谱。配制中性阴离子荧光化学传感器和丙二酸、己二酸阴离子的总浓度不变其浓 度比例不断变化的一系列溶液，静置4小时后测其荧光光谱。本发明提供一种制备具有特殊光学性质的中性阴离子荧光化学传感器的新 方法，利用胆酸分子骨架的特殊构型和氢键给体基团(硫)脲可以选择性络合特 定链长的二羧酸阴离子，制备出了基于胆酸分子骨架的中性荧光阴离子传感器， 该阴离子化学传感器可以在溶液中选择性灵敏响应二羧酸阴离子，最低检测浓度 可达10—8mol/L，其灵敏性检测在生物分析和医药生物学中具有重要意义。


图1: 一种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的核磁氢谱图(溶 剂DMSO-c4)。图2: —种含芘荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的核磁氢谱图(溶剂CDC13)。图3: —种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器在不同溶剂体系中 的荧光谱图。图4: 一种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器在DMSO中检测 己二酸阴离子荧光光谱图。图5: —种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器在CH3OH/H20(l:l, 0.01 M HEPPS缓冲溶液，pH=7.4， HEPPS = 4-羟乙基哌嗪丙磺酸)溶液中检测N-甲酰基-L-谷氨酸阴离子荧光光谱图。图6:—种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器在CH30H/H20(1:1， 0.01 M HEPPS缓冲溶液，pH=7.4， HEPPS = 4-羟乙基哌嗪丙磺酸)溶液中与不同二 羧酸阴离子相互作用荧光变化图。图7: —种含芘中性阴离子荧光传感器在i:H3CN中检测辛二酸阴离子的 荧光光谱图。图8: —种含芘中性阴离子荧光传感器在CH3CN中检测辛二酸阴离子的 荧光光谱变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述 实施例l: 一种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的合成 (1)合成在胆酸分子的C3上引入氨基的衍生物第一步在150 mL的烧瓶中加入4.08 g (10 mmol)3a，7a, 12a-三羟基-5(3-氢 -24-羟基胆酸，2.08 g (20 mmol) 2, 2-二甲氧基丙垸和100 mL的无水甲醇，催化 剂量的对甲基苯磺酸(0.01 g)，反应液在5(TC下搅拌过夜。减压蒸出溶剂，向残 余物中加入100mL的CH2Cl2，有机相用饱和食盐水洗涤三次，无水硫酸钠干燥 后过滤。滤液旋干，得白色泡沫状固体甲基-3a,7a, 12a-三羟基-5(3-氢-24-胆酸甲 酯4.23 g，产率100% 。 & NMR (CDC13, 270 MHz) & 0.68 (s, 3 H, CH3), 0.89 (s, 3 H, CH3)， 0.98 (d, /= 5.94 Hz, 3 H， CH3), 3.44 (m, 1 H, H3a), 3.85 (br, 1 H, H7a), 3.97 (br, 1 H, H12a)。与目标化合物结构一致。第二步在氮气保护下，向100 mL的三口瓶中加入1.75 g (4.15 mmol)甲基 -3a,7a, 12a-三羟基-5p-氢-24-胆酸甲酯，3.38 g (12.5 mmol)三苯基磷，1.07 g (8.7 mmol)4-(7V， iV-二甲基)氨基吡啶和15 mL的干燥THF溶液，搅拌数分钟后加入 0.6mLC9.24mmol)的甲基磺酸，立即有大量白色固体沉淀生成。在15分钟内向 反应液滴加2.0 mL (12.5 mmol)偶氮二甲酸二乙酯(EDAD)，反应液逐渐变澄清， 搅拌片刻后又有沉淀生成，反应体系变得粘稠，继续在室温下搅拌48h。减压蒸 除溶剂，残余物经硅胶柱层析分离(乙酸乙酯/石油醚(60-80°。)/二氯甲烷=1:4:0.5 (v/v/v))，得到白色固体1.80 g。第三步(1)中第二步所得白色固体溶于15mL的l，3-二甲基-3，4，5,6-四氢 -2 (1H)-吡啶酮(DMPU)中，加入1.25 g(19.25 mmol)的叠氮化钠，干燥条件下室 温搅拌48 h。反应完毕后，反应液倾入50 mL的蒸馏水中，用乙醚萃取(30 mLx3)，收集有机相，用蒸馏水洗三次，硫酸钠干燥，过滤，滤液旋干，残余物 经硅胶柱层析分离(乙酸乙酉旨/石油醚(60-80。Chl:3(v/v)),得白色固体1.30g，产 率76X。m. p. 109-110°C; ^NMR(CDCl3, 270 MHz) & 0.69 (s, 3 H, CH3)， 0.91 (s, 3 H， CH3)， 0.98 (d, /= 5.9 Hz, 3 H， CH3), 3.11-3.20 (m， 1 H， H3a), 3.67 (s, 3 H, OCH3)， 3.86 (br， 1 H, H7a), 3.99 (br, 1 H， H12a)。第四步将活化的锌粉0.83 g (12.6 mmol)和(1)中第三步所得白色固体溶 在lOmL的GR级的冰醋酸中，干燥条件下室温剧烈搅拌24h。过滤除去残余锌 粉，固体用冰醋酸(5 mLx2)和甲苯(10 mLx2)依次洗涤，收集滤液，旋干，残余 的冰醋酸在减压蒸除时通过反复加入加甲苯带出，所得产物为目标产物的醋酸 盐。将该醋酸盐溶于50 mL的饱和食盐水中，用三乙胺调节溶液至略呈碱性， 用30 mLx2的乙酸乙酯萃取，有机相用硫酸钠干燥，过滤，旋干得纯的白色泡 沫状固体0.36g，产率90%。 m.p. 98-100°C; ^ NMR (CDC13, 270 MHz) & 0.69 (s, 3 H， CH3)， 0.90 (s, 3 H, CH3), 0.98 5.9 Hz, 3 H， CH3), 2.56 (m, 1 H, H3a),3.66 (s, 3 H, OCH3), 3.85 (br, 1 H, H7a), 3.97 (br, 1 H, H12a)。(2) 合成在胆酸分子的C24上引入氨基的衍生物向5mL甲醇溶液中加入0.21g(5mmo1) (1)中第四步所得白色固体和0.5 mL(大大过量)水合肼，室温下密封搅拌48h，减压蒸除甲醇和绝大部分的水合 肼后，向残余物中加入30 mL的冰水搅拌15 min，过滤，所得固体用大量的冰 水洗涤数次，真空中6(TC干燥过夜，得到白色固体0.20g ，产率96%。111. . 166°C 时分解；'H NMR (270MHz, DMSO-^) : 3 0.57 (s, 3 H, CH3), 0.81 (s， 3 H， CH3)， 0.91 (d, 3 H, J= 6.4 Hz, CH3), 2.38 (m, 1 H, H3a), 3.60 (br， 1 H, H7a), 3.77 (br, 1 H, H12a), 4.08-4.13 (m, 3 H,NH2) 。 MALDITOF HRMS: C24H43N303 + H，理论值 422.3382;实测值，422.3394。(3) —种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的合成向5 mL干燥的DMF溶液中加入0.13 g(0.3 mmol) (2)中所得白色固体与 0.18g(0.7mmol)9-异硫氰酸酯亚甲基蒽，在氮气保护下，50'C加热24h。减压蒸 除DMF，向残余物中加入50 mLCH2Cl2，有机相用饱和食盐水洗涤三次，Na2S04 干燥，过滤，滤液旋干后残余物经硅胶柱层析分离(EtOH/CH2Cl^l: 20(v/v))， 得黄色固体0.11 g，产率37%。 m. p. 198-200°C; & NMR (270MHz, DMSO-c/6): ^ 0.51 (s， 3 H, CH3), 3.87 (m, 1 H， H3a), 4.04 (br, 1 H, H7a)， 4.11 (br, 1 H， H12a), 5.57,5.67 (2s， total 4 H， CH2)， 7.20 (s, 1 H, NH), 7.46 (s, 1 H, NH), 7.54-7.68 (m, 8 H， AnH)， 7.93 (br， 1 H, NH), 8.16 (m， 4 H， AnH), 8.42 (m, 4 H， AnH), 8.68 (s， 1 H,AnH)， 9.51 (br， 2 H, NH)。 MALDI TOF HRMS: C56H65N503S2 + H，理论值 920.4607;实测值，920.4645。实施例2: —种含芘荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的合成(1) 如实施例1 (1)中的第三步制备胆酸C3位上羟基被叠氮基取代的化合物；(2) 合成在胆酸分子的C7和C12上引入芘荧光基团的中间产物向0.45 g(l mmol)实施例1 (1)中第三步所得白色固体的邻二甲苯/二氯甲 烷(10:1， 5 mL)的混和溶液中加入0.63 g(15 mmol)的氢化钙和0.01g(0.04mmo1) 苯基三乙基氯化铵，反应体系在氮气保护下回流IO mim后，加入含有0.79 g(3 mmol)l-芘基甲酰氯的邻二甲苯溶液(10 mL)，继续回流24 h。停止加热，冷却 后减压过滤，滤液用50mL的乙酸乙酯稀释，用NaHCO3(10X)的水溶液洗涤三 次。有机相用无水Na2S04干燥后减压蒸除溶剂(可以反复加入乙酸乙酯以带出邻 二甲苯)，残余物经硅胶柱层析分离(乙酸乙酯/石油醚(60-8(TC"l:4(v/v))后，收 集强的绿色荧光带，再用纯的二氯甲烷作淋洗剂进行第二次硅胶柱层析分离，得 纯的黄色固体0.33g，产率37%。 m.p. 130-131°C; 'HNMR (270MHz, CDC13): <5 0.88 (s， 3 H, CH3), 0.96 (d, /= 8.91 Hz， 3 H, CH3), 1.11 (s， 3 H, CH3)， 3.03 (m, 1 H, H3a)， 3.52 (s, 3 H, OCH3), 5.48 (br, 1 H, H7a), 5.70 (br， 1 H， H12a), 7.58-8.61 (m， 16 H， PyH), 9.16-9.57 (m, 2 H, PyH)。(3) 合成在胆酸分子的C3和C24上引入氨基的衍生物第一步将活化的锌粉0.65 g(10 mmol)和0.45 g(0.5 mmol)实施例2 (2)中 第一步所得黄色固体溶于10 mL的GR级的冰醋酸中，在干燥条件下室温剧烈搅 拌24h。过滤除去残余锌粉，固体用冰醋酸(5mLx2)和甲苯(10mLx2)依次洗涤， 收集合并滤液，旋干，残余的冰醋酸在减压蒸除时通过反复加入加甲苯带出，所 得产物为目标产物的醋酸盐。将该醋酸盐溶于50 mL的饱和食盐水中，用三乙 胺调节溶液至略呈碱性，用30 mLx2的乙酸乙酯萃取，乙酸乙酯相用硫酸钠干 燥，过滤，滤液旋干得纯的黄色泡沫状固体0.44g，产率99%。 m.p. 122-124'C; 'H NMR (270MHz, CDC13): <5 3.54 (s, 3 H， OCH3), 5.47 (br, 1 H， H7a), 5.68 (br, 1 H, H12a)， 7.26-8.56 (m, 16 H， PyH), 9.24-9.30 (m, 2 H, PyH); IR (KBr): 3437, 2949, 2912， 2876， 1735， 1704, 1632， 1607， 1456, 1446, 1389， 1255， 1231, 1193， 1145, 1133， 1086,849,721 cm—1; MALDI TOF HRMS: C59H59N06 + H，理论值878.4420; 实测值878.4405。第二步向0.44 g (0.5 mmol)实施例2 (2)中第二步所得黄色固体和1.0 mL (大大过量)的水合肼中加入10 mL的CH3OH/CH2Cl2(v:v=3:l)，室温下密封搅拌 48 h，减压蒸除甲醇和绝大部分的水合肼后，向残余物中加入30mL的蒸馏水搅 拌15 min，过滤，所得固体用大量的蒸馏水洗涤数次，真空中6(TC干燥过夜，得到黄色固体0.33 g ，产率76%。 m. p. 166。C时分解；& NMR (270MHz, CDC13): <5 3.72 (br, 4 H, NH2), 5.46 (br, 1 H, H7a), 5.67 (br, 1 H, H12a)， 6.55 (br， 1 H， CONH), 7.60-8.55 (m， 16 H, PyH), 9.24-9.30 (m, 2 H, PyH)。(4) 一种含芘荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的合成把0.26 g (0.3 mmol)实施例2G)中第二步所得黄色固体与0.15 g ( 0.7 mmol) 4-三氟甲基苯基异硫氰酸酯溶于lOmL干燥的二氯甲垸溶液中，在氮气保护下， 于小于40 5(TC下加热搅拌36 h。减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析分离(乙 酸乙酯/二氯甲烷=20:100 (v/v))，得黄色固体0.20 g，产率52%。 m. p. 164-166 °C;NMR (270MHz, DMSO-c/6): 3 0.81 (d, /= 8.1 Hz, 3 H, CH3), 3.86 (m, 1 H， H3a)， 5.39 (br， 1 H, H7a), 5.57 (br, H, H12a), 7.33- 8.49 (m, 26 H, PhH, PyH和NH), 9.04-9.25 (m, 4 H, PyH和NH), 9.70 (br， 1 H, NH); ESI TOF HRMS: 理论值 C74H67F6N505S2 + Na，理论值1306.4385;实测值1306.4436。实施例3: —种含芘荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的合成(1) 如实施例l (1)中的第三步制备胆酸CJ位上羟基被叠氮基取代的化合物；(2) 合成在胆酸分子的C7和C12上引入芘荧光探针的中间产物向0.45 g(l mmol)实施例1(1)中第三步所得白色固体的的邻二甲苯/二氯 甲烷(10:1, 5 mL)的混和溶液中加入 0.63 g(15 mmol)的氢化钙和 0.01g(0.04mmol)苯基三乙基氯化铵，反应体系在氮气保护下回流10 mim后，加 入含有0.92 g(3 mmol)l-芘基丁酰氯的邻二甲苯溶液(lO mL)，继续回流24h。 停止加热，冷却后减压过滤，滤液用50mL的乙酸乙酯稀释，用NaHCO3(10X) 的水溶液洗涤三次。有机相用无水Na2S04干燥后减压蒸除溶剂(可以反复加入乙 酸乙酯以带出邻二甲苯)，残余物经硅胶柱层析分离(乙酸乙酯/石油醚(60-80 'C一l:5(v/v))后，收集强的绿色荧光带，再用纯的二氯甲烷作淋洗剂进行第二次 硅胶柱层析分离，得纯的黄色固体0.34 g，产率35%。 m. p. 90-91°C; NMR (270MHz, CDC13): 3 0.75 (s, 3 H， CH3), 0.81 (d, 3 H， CH3), 0.94 (s, 3 H， CH3), 3.10-3.28 (m, 5 H， H3a$n CH2-Py), 3.57 (s, 3 H， OCH3), 5.02 (br, 1 H, H7a, 5.17 (br, 1H， H12a), 7.68-8.19 (m, 18 H， PyH); MALDI TOF HRMS: C65H69N306，理论 值987.5186;实测值987.5204。(3) 依次重复实施例2 (3)和其后操作步骤，得一种含芘荧光探针的中性 阴离子荧光化学传感器。实施例4: 一种含蒽荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器的二羧酸阴离子 荧光检测的应用配制一系列含相同浓度由实施例1所得的中性阴离子荧光化学传感器的不 同溶剂的溶液，静置0.5小时后测荧光光谱。相同浓度的含蒽中性阴离子荧光化学传感器在溶剂中随着溶剂极性的增强，其荧光强队逐渐降低。在极性较小的溶 剂如三氯甲烷中其荧光强度约为在甲醇中的五倍、在甲醇和水的混合体系(体积 比l: 1)中的十倍。阴离子识别荧光检测在CH3OH/H20(l:l, 0.01 M HEPPS缓冲溶液，pH=7.4， HEPPS)溶液或DMSO中进行。配制一系列实施例1中所得到的含蒽中性阴离子 荧光化学传感器的浓度固定(5.0X 10—6 mollT"而二羧酸阴离子浓度变化的溶 液，静置4小时后测其荧光光谱。含蒽中性阴离子荧光传感器在DMSO中检测 己二酸阴离子时，其荧光强度随着己二酸阴离子的浓度增大而下降，至达到平衡 时，其荧光强度约为原来的二分之一。含蒽荧光中性阴离子荧光化学传感器在 CH3OH/H20 (1:1, 0.01 M HEPPS缓冲溶液，pH=7.4， HEPPS )溶液检测W-甲酰基 -L-谷氨酸阴离子时，随着该阴离子浓度的增大，含蒽荧光阴离子传感器的荧光 强度也逐渐下降，但达平衡时，其总体下降约为原值的20%。对于不同的二羧 酸阴离子，在检测时，含蒽荧光阴离子传感器的荧光猝灭程度也不同，表现出对 特定二羧酸阴离子的选择性荧光传感性能。实施例5: —种含芘荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器二羧酸阴离子荧 光检测的应用阴离子识别荧光检测在乙腈(CH3CN)溶液中进行。配制一系列实施例2 中所得到的含芘中性阴离子荧光化学传感器的浓度固定(5.0X 10—6 moI七—"而二 羧酸阴离子浓度变化的溶液，静置4小时后测其荧光光谱。随着二羧酸阴离子浓 度的增大，含芘中性阴离子荧光传感器在乙腈中的荧光强度强烈减弱其单体荧 光(398nm处)猝灭了约50%，基激缔合物荧光(488nm处)猝灭了约90%， 可高灵敏响应二羧酸阴离子，对浓度为10—SM的辛二酸阴离子和癸二酸阴离子 仍具有灵敏的响应。实施例6: —种含芘荧光探针的中性阴离子荧光化学传感器二羧酸阴离子荧 光检测的应用阴离子识别荧光检测在乙腈(CH3CN)溶液中进行。配制一系列实施例3 中所得到的含芘中性阴离子荧光化学传感器的浓度固定(5.0X 10—6 mol'L—"而二 羧酸阴离子浓度变化的溶液，静置4小时后测其荧光光谱。随着二羧酸阴离子浓 度的增大，含芘中性阴离子荧光传感器在乙腈中的荧光强度强烈减弱其单体荧 光(375 nm处)猝灭了约50%，基激缔合物荧光(475 nm处)猝灭了约60。％。 随着二羧酸阴离子浓度的进一步增加，其在375 nm处的单体荧光反而增强，直 至恢复原值，而基激缔合物的荧光继续下降至约为原值的90%。该类含芘中性 阴离子荧光传感器可高灵敏响应二羧酸阴离子。对浓度为10—SM的辛二酸阴离 子和癸二酸阴离子仍具有灵敏的响应。
权利要求
1. 一种中性阴离子荧光化学传感器，包括胆酸分子骨架、阴离子键合单元硫脲或者脲基以及传感的信号单元荧光分子基团，其特征在于通式为[R1-(HNCXNH)-R2-]2-(Cholic acid)其中，间隔基R1为含苯环的芳烃或稠环芳烃；R2为烷烃或芳烃；X为O或S元素；Cholic acid为胆酸，即3，7，12-三羟基甾代异戊酸。
2. 如权利要求1所述的中性阴离子荧光化学传感器，其特征在于结构式如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中，R为任意化学基团；X为O或S元素；3、 7、 12和24分别表示胆酸分 子骨架中3位、7位、12位和24位上的碳原子，分别记作C3、 C7、 C12和C24; 间隔基Ri为含苯环的芳烃或稠环芳烃；R2为垸烃或芳烃。
3.如权利要求1或者2所述的中性阴离子荧光化学传感器，其特征在于& 为苯、萘、蒽、芘、菲或1,10-菲绕啉基，或者它们的衍生物。
4. 一种中性阴离子荧光化学传感器的制备方法，其特征在于以胆酸分子为分 子骨架，在其C3和C24上引入中性硫脲或脲基，作为键合单元；同时在C3和C24 上或其他位点引入具有荧光的化学官能团，作为信号单元，合成中性阴离子荧光化 学传感器。
5. 如权利要求4所述的一种中性阴离子荧光化学传感器的制备方法，其特征在 于在胆酸C3和C24上引入中性硫脲或脲基，作为键合单元；在C7和C12上引入 具有荧光的化学官能团，作为信号单元，合成中性阴离子荧光化学传感器。
6. —种中性阴离子荧光化学传感器在二羧酸阴离子荧光检测中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种中性的阴离子荧光化学传感器，并提供了制备该中性阴离子荧光化学传感器的方法及其用途，属生物分析和医药生物学领域。本发明所述的一种中性阴离子荧光化学传感器为一种以胆酸分子骨架为基础，同时引入两个中性阴离子键合基和荧光探针分子，使得其在溶剂中对生物二羧酸阴离子具有特定的荧光响应。具体而言是以胆酸分子为分子骨架，在其3位碳原子和24位碳原子上引入中性硫脲或脲基，作为键合单元；在3位碳原子和24位碳原子上或其他位置引入具有荧光化学官能团，作为信号单元，合成中性阴离子荧光化学传感器。传感器可以在溶液中选择性灵敏响应二羧酸阴离子，最低检测浓度可达10^-8mol/L，其灵敏性检测在生物分析和医药生物学中具有重要价值。
文档编号G01N21/76GK101261268SQ200710044109
公开日2008年9月10日 申请日期2007年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者余家会, 刘顺英, 张淑彦, 罗淑芳, 峰 高 申请人:华东师范大学