一类荧光探针化合物及其制备方法和用途的制作方法

专利名称：一类荧光探针化合物及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类荧光探针化合物及其制备方法和用途，该化合物适用于精细化工
领域中钯离子的检测。
背景技术：
钯在社会生产活动中应用范围非常广泛。例如，牙冠、催化剂，燃料电池及珠宝等。 钯用于设计催化转化器，有效地控制汽车尾气污染问题，但与此同时，钯也在公路附近的土 壤(< 0. 3卯m)及植物中大量沉积。雨水会把这些沉积在土壤中的钯带入河流、湖泊及海 洋中，进一步造成水系统的污染。另外，钯作为催化剂常用于合成结构复杂的化合物，在制 药工业中有着极其重要的应用。尽管在催化反应中广泛应用，大量的钯将残留在产物(通 常300-2000卯m)及反应器中，会造成潜在的污染。例如，药物中限制钯含量在5-10卯m。因 此，迫切需要一种方便、快捷，并且对于钯有着高灵敏度，专一选择性的检测手段。
传统的钯检测方法通常有原子吸收光谱法，等离子发射光谱法，固相微萃取_高 效液相色谱联用法，X射线荧光法等，但是这些方法往往需要复杂的样品预处理过程，需要 经过专门培训的人员进行操作，检测成本较高，因此应用受到很大的限制。荧光探针具有灵 敏度高、选择性好、反应时间快、能够实现可视化检测等特点，受到普遍的重视。由于钯离子 是"开壳"过渡金属离子，具有很强的荧光淬灭作用，目前钯离子检测用分子探针多数是基 于比色法、荧光淬灭法等，荧光增强型的钯离子探针仅有三例。通常情况下，检测增强的荧 光信号比检测淬灭的荧光信号更加准确、可信，一般检出限也较低，性能更加优良。因此如 何避免钯离子的荧光淬灭作用，是钯离子探针设计急需解决的问题。我们首次合成了基于 三苯基膦配体络合钯离子的罗丹明类系列荧光增强型分子探针，很好地解决了上述问题， 此类探针可以实现用荧光及比色两种可视化方法对钯离子进行检测。 已报道的对钯离子有选择性的荧光增强型探针有以下三例第一例是硫杂醚类马 来腈钯离子荧光探针；第二例是基于Tsuji-Trost烯丙基的氧化插入反应钯荧光探针；第 三例是本研究组基于烯丙基络合钯离子设计的罗丹明类探针。但是依然存在各自性能上 的不足第一例硫杂醚类马来腈钯离子荧光探针通过硫杂原子对钯离子的络合而产生光 谱的变化，激发光不在可见光区，并且不能用于检测零价钯。(Thomas Schwarze， Holger Muller， Carsten Dosche， Tillma皿Klamroth， Wulfhard Mickler， Alexandra Kelling， Hans—Gerd Lohma皿sroben， Peter Saalfrank， and Hans—Jurgen Holdt， Angew. Chem. Int. Ed. ，2007，46， 1671-1674)第二例烯丙基氧化插入反应型钯荧光探针，其最大的不足就是难 以避免同方知勺钼的干扰。(Fengling Song， Amanda L Garner, and Kazunori Koide，J. Am. Chem. Soc. ，2007， 129(41) ， 12354-12355)。第三例烯丙基络合钯离子探针尽管解决了前两 例探针存在的问题，却也有平衡时间过长的不足之处(Honglin Li， Jiangli Fan, Jianjun Du， Kexin Guo， Shiguo S皿，Xiaojian Liu and Xiaoj皿Peng， Chem. Comm皿.，2010， DOI : 10.1039/b916915f)。

发明内容
由上述可知，本行业需求能够克服上述缺陷的检测钯离子用的探针化合物。
本发明目标在于改进现有技术中的比色及荧光淬灭法检测钯离子的分子探针性 能上的不足，设计并合成出适于检测低浓度钯离子以及零价钯的荧光增强型罗丹明荧光染 料探针化合物。 申请人:发现钯离子的络合能够促进本发明合成的罗丹明类探针化合物内部螺环 打开，使整个分子的紫外吸收和荧光发射显著增强，识别过程在20s内完成。由此，本发明 的罗丹明探针化合物能够用于选择性检测环境中的ppb级浓度的钯离子及零价钯，同时提 供增强型的荧光信号，从而克服了现有技术中的上述缺点。 本发明使用罗丹明荧光染料，通过钯离子的络合诱导探针分子的"开环"反应，使 得整个分子有明显的颜色变化(无色到紫色)和荧光信号的显著增强，变化肉眼可见。
基于络合_开环机理的罗丹明类探针由于在检测到钯离子后会在其促进下发生 开环反应，荧光强度以及紫外吸收都显著增强。该识别反应条件温和，在室温下即可快速完 成，具有单一 的选择性。此外，该探针灵敏度很好，在ppb级浓度钯离子存在下荧光有明显 的增强，并且荧光强度增加与钯离子的浓度呈现良好的线性关系。此外该探针分子可以用 于药物、水样、土壤及反应器中残留钯的检测评估。
本发明的钯离子检测用的罗丹明染料荧光探针化合物具有下列结构通式I :
其中 &、 R2、 R3和R4各自独立选自H、 C卜6烷基、6烷基取代的苯基、C卜6烷基取代的萘 基、卤素、0R8、 N (R8) 2、 CN、 (CH2CH20) nH、 (CH2)迈COOM或(CH2) mS03M ; R5、 R6和R7各自独立选自H、 C卜6烷基、C卜6烷基取代的苯基、C卜6烷基取代的萘基、 卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、杂环基、卤代烷基、烷基氨基、酰氨基、0R8、 N(R8)2、 (CH2CH20) nH、 (CH2)mC00M或(CH2)mS03M; R8为H、 C卜6烷基、(V6烷基取代的苯基、(V6烷基取代的萘基、卤素、CN、 (CH2CH20) nH、 (CH2)mC00M或(CH2)mS03M;
n、m各自为0-6的整数；M为H、 K、 Na、 Li 、 NH4、 NH3R9、 NH2 (R9) 2、 NH (R9) 3或N (R9) 4 ;
R9为H、 (V6烷基或CH2CH20H。 在另一个方面，本发明还提供合成上述式I化合物的方法。该方法包括如下步骤
(1)使含有内酯环结构的式I'罗丹明类荧光染料与水合肼反应，得到中间体II : 将所述的式I'罗丹明类荧光染料加入醇溶剂中，室温搅拌，使该罗丹明荧光染料均匀分散
5于醇溶剂中；再滴加化学计量过量的水合肼；滴加完毕后，加热，使溶剂回流并反应，直至 反应液变为澄清；然后冷却到室温，蒸发去除溶剂，加入酸调至PH为2-5，再在搅拌下加入 碱溶液，调至PH达到9-10，出现大量沉淀；过滤并洗涤沉淀物，真空干燥后，重结晶提纯；
關—NH:
R
ji、
II
2 其中所述的含有内酯环结构的罗丹明类染料优选而不局限于罗丹明B，罗丹明 110，罗丹明6G，罗丹明3GB，罗丹明3G0，罗丹明123等。 所述的水合肼优选采用浓度为50%或85%的水溶液。这样的水合肼可以在市场 上直接买到。 所述的醇溶剂优选而不局限于甲醇、乙醇、丙醇、和异丙醇。使用这些醇的优点是
其沸点不高。其回流温度不高，便于进行回流反应、也便于在反应后蒸发脱除。 罗丹明染料在室温下为固体，当其加入醇溶剂后，需要进行搅拌，优选剧烈搅拌，
以使其均匀分散于醇溶剂中，优选完全溶解于醇溶剂中，以利于其与水合肼的反应。 罗丹明染料分散或溶解于醇溶剂后，滴加水溶液形式的水合肼。水合肼的加入量
优选相对于罗丹明染料过量，以利于反应进行。 水合肼滴加完毕后，加热使溶剂回流并反应，直至反应液变为几乎澄清。优选加热 使溶剂回流并反应的时间为l-3小时。然后，将反应液冷却到室温，蒸去溶剂。然后加入酸 (优选盐酸)调至酸性(pH 2-5)，在搅拌同时加入碱溶液，优选碱性水溶液，更优选氢氧化 钠水溶液，调至PH达到9-10之间，出现大量沉淀。过滤，并优选用去离子水洗涤滤饼3次。 真空干燥后，优选用乙醇进行重结晶。做核磁和高分辨质谱表征。^ NMR(CDC13) S (卯m): 5. 73(s，2H， NH2)(其他位置氢的化学位移因不同罗丹明类染料而不同)。
(2)将步骤(1)中得到的中间体II与2-二苯基膦苯甲醛反应，得到产物式I化 合物将中间体11化合物加入反应容器中，再加入乙醇溶剂和化学计量的2-二苯基膦苯甲
醛，然后回流搅拌反应5-10小时，蒸去溶剂，柱层析分离提纯，得到式I化合物
该步骤中的溶剂优选乙醇，便于进行回流和反应、也便于反应后的脱除。 2-二苯基膦苯甲醛优选采用市售产品。加入量优选等量于中间体II，以利于反应 <formula>formula see original document page 6</formula>后提纯。 该步骤优选在惰性气体保护下进行反应，这样可以使产率更高。
反应时间优选5-10小时，更优选10小时。 反应结束后，蒸去溶剂。优选用二氯甲烷/乙酸乙酯作为洗脱液进行色谱柱分离 提纯产物。产物通过核磁和高分辨质谱进行表征。9. 17(d， 1H， J = 6. 4Hz， NNCH) ，8. 11 (s， 1H，C6H4) ，7. 99(d， 1H，C6H4) ，7. 39 (s， 2H， C6H4) ， 7. 25(d，3H， J = 7. 2Hz，C6H4) ，7. 19(d，4H， J = 7. 6Hz， C6H4) ，7. 10(t， 1H， J = 7. 2Hz C6H4) ， 7. 01(t，5H， J = 6. 4Hz， C6H4) ，6. 79(s， 1H， C6H4)， (其他位置氢的化学位移因不同罗丹明类染料而不同)。其中R。因不同罗丹明类染料而不同，一般为H或是长度不等的烷基链；R" R2、 R3、
R4、R5、R6、R7、R8、m、n、M^P R9的定义同上述式I化合物中的定义。 所得荧光染料可通过本领域公知的分离和纯化技术回收，以达到需要的纯度。 本发明中使用的各种原料均可市售获得，或者可通过本领域技术人员公知的方法
或现有技术中公开的方法由本领域公知的原料简单地制备得到。 应认识到，本发明化合物中的各种环取代基有一些可在上述步骤进行之前或刚完 成后，通过标准的芳族取代反应来引入或通过常规的官能团修饰来产生，这包括在本发明 的方法步骤方面。这种反应和修饰包括例如取代基通过芳族取代反应的引入、取代基的还 原、取代基的烷基化和取代基的氧化。用于这些过程的试剂和反应条件是化学领域公知 的。芳族取代反应的具体实例包括用浓硝酸引入硝基，用例如酰卤和路易斯酸(如三氯化 铝)在Friedel Crafts条件下引入酰基，用烷基卤和路易斯酸(如三氯化铝)在Friedel Crafts条件下引入烷基，和引入卤素基团。修饰的具体实例包括通过例如用镍催化剂进行 催化氢化或者用铁在盐酸存在下进行加热处理，将硝基还原成氨基；将烷硫基氧化成烷基 亚磺酰基或烷基磺酰基。 除另有说明外，本文中使用的术语具有以下含义。 本文中使用的术语"烷基"包括直链烷基和支链烷基。如提及单个烷基如"丙基"， 则只特指直链烷基，如提及单个支链烷基如"异丙基"，则只特指支链烷基。例如，"C卜6烷基" 包括C卜4烷基、(V3烷基、甲基、乙基、正丙基、异丙基和叔丁基。类似的规则也适用于本说明 书中使用的其它基团。 本文中使用的术语"卤素"包括氟、氯、溴和碘。 在另一个方面，本发明还提供使用上述式I化合物以检测钯离子的方法将探针 化合物溶于匿SO配制成浓度为10mM的探针母液，再取适量探针母液加入含钯样品的乙醇 溶液中，探针最终浓度为IOPM，然后测量荧光强度。 本发明的有益效果是该系列探针化合物对pH变化不敏感，检测灵敏度高，选择 性好，响应迅速，并且可以用于含钯药物、土壤及水样品的分析。同时，探针分子还可用于钯 催化反应器中钯残留的可视化评估检测。由以上描述以及本领域技术人员公知的常识，可 了解罗丹明类染料荧光探针化合物的各种优点 (1)该荧光探针化合物，激发和发射光谱在可见区，荧光量子产率高，对溶剂极性 不敏感，并且化学/光稳定性好。 (2)该荧光探针化合物的设计基于以钯离子络合诱导探针分子开环为机理，探针 分子络合钯离子前后荧光发射约有400倍的增强。荧光探针化合物对钯离子有单一选择
7性，并且对pH变化不敏感，在pH 5. 2-10. 5的范围内，pH变化对钯离子的荧光检测基本无 影响。 (3)该荧光探针化合物灵敏度高，在ppb级浓度钯离子存在下荧光有明显的增强， 并且荧光强度增加与钯离子的浓度呈现良好的线性关系，最低可以检测到5nM的钯离子。
(4)响应迅速。探针化合物与钯离子的识别响应非常迅速，可以在20s内完成，是 迄今为止文献报道中响应最为迅速的钯离子探针。 (5)该探针化合物可用于实现荧光及比色两种方式对钯离子进行检测。在药物、水 样、土壤及催化反应器中钯污染及残留水平的检测中有潜在的应用价值。


图1是本发明实施例1的荧光探针化合物RPdl对钯离子的选择性荧光发射图。荧 光探针化合物RPdl及各种常见阳离子的浓度是10 M。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光 强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图2是本发明的荧光探针化合物RPdl对常见铂族金属离子的选择性荧光发射图。 荧光探针化合物RPdl及各种常见铂族阳离子的浓度是10 M。横坐标为波长(nm)，纵坐标 为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图3是本发明的荧光探针化合物RPdl的荧光强度和钯离子浓度的变化关系图。横 坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。荧光探针化合物RPdl的浓度是lOyM，钯离子的浓 度变化从小到大依次为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、15和20iiM。所用仪器为荧光分 光光度计，型号LS 55。 图4是本发明的荧光探针化合物RPdl的荧光强度以及RPdl-钯离子络合物的荧 光强度分别随pH变化的荧光发射图。横坐标为pH，纵坐标为荧光强度。荧光探针化合物 RPdl的浓度为10iiM。用NaOH(lM)和HCl (1M)调节pH。所用仪器为荧光分光光度计，型 号LS 55。 图5是用本发明的荧光探针化合物RPdl研究ppb级浓度钯离子与荧光强度线性 关系图。荧光探针化合物RPdl的浓度为lOyM。横坐标为钯离子浓度，纵坐标为荧光强度。 所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图6是用本发明的荧光探针化合物RPdl识别不同钯盐的响应。横坐标为不同的 钯盐，纵坐标为荧光强度。荧光探针化合物RPdl及各种钯盐的浓度是10 M，所用仪器为荧 光分光光度计，型号LS 55。 图7是用钯离子及硫负离子检验本发明的荧光探针化合物中RPdl对钯离子识别 的可逆过程。荧光探针化合物RPdl的浓度为10 ii M，加入的钯离子浓度为10 ii M，测试体系 为二氯甲烷。淬灭荧光过程是用浓度较高的硫化钠水溶液漂洗RPdl-PcT的二氯甲烷溶液。 横坐标为测试样品，纵坐标为吸收强度。所用仪器为紫外可见分光光度计，型号HP8453。
图8是考察本发明荧光探针化合物RPdl对药物中残留钯的检测能力。测试环境 为10mg/mL的扑热息痛乙醇溶液，滤去不溶物后，在不同浓度钯离子(0-10卯m以扑热息痛 质量计)存在下，加入探针化合物RPdllOiiM后的荧光响应。横坐标为钯离子浓度，纵坐标 为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图9是考察本发明荧光探针化合物RPdl对土壤中含钯的检测能力。测试环境为
810mg/mL的土壤乙醇溶液，滤去不溶物后，在不同浓度钯离子(0-10ppm以土壤质量计)存在下，加入探针化合物RPdllOiiM后的荧光响应。横坐标为钯离子浓度，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图10是考察本发明荧光探针化合物RPdl对水样中含钯的检测能力。测试环境为水样的50%乙醇溶液，在不同浓度钯离子(O-lppm以水含量计)存在下，加入探针化合物RPdllOiiM后的荧光响应。横坐标为钯离子浓度，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图11是用本发明的荧光探针化合物可视化检测钯催化反应器中残留钯的水平。横坐标为钯反应器编号，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
图12是本发明的荧光探针化合物对钯离子的识别机理。 图13是鉴别本发明的荧光探针化合物在钯离子络合作用下促进"开环"反应的高分辨质谱图，TOF MS(ES) :m/z Calcd for C45H41ClN402PPd+:841. 1 (探针+钯离子+氯离子的分子量)，Found :841. 2. 图14本发明的荧光探针化合物RPd2对钯离子的选择性荧光发射图。荧光探针化合物RPd2及各种金属离子的浓度是10yM。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图15本发明的荧光探针化合物RPd3对钯离子的选择性荧光发射图。荧光探针化合物RPd3及各种金属离子的浓度是10yM。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图16本发明的荧光探针化合物RPd4对钯离子的选择性荧光发射图。荧光探针化合物RPd4及各种金属离子的浓度是10yM。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 图17本发明的荧光探针化合物RPd5对钯离子的选择性荧光发射图。荧光探针化合物RPd5及各种金属离子的浓度是10yM。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
具体实施例方式
本发明的荧光探针化合物有望应用于检测药物、土壤、环境水溶液中的钯离子。也可以用于反应器中残留钯的可视化检测分析。下面进行简单介绍。
含钯药物样品检测分析 将市售扑热息痛药片溶于乙醇中制成10mg/L的含钯样品，搅拌过夜。滤去不溶物，分别加入不同量的钯离子(0-10ppm，以扑热息痛质量计)再加入荧光探针化合物RPdl(10iiM)，检测荧光信号。
含钯土壤样品检测分析 将烘干的土壤溶于乙醇中制成10mg/L的含钯样品，搅拌过夜。滤去不溶物，分别加入不同量的钯离子(0-10卯m，以土壤质量计)再加入荧光探针化合物RPdl(10iiM)，检测
荧光信号。 含钯水样的检测分析 在不同的水样(自来水、池塘水及海水)中加入等量乙醇，滤去不溶物后分别加入
9不同量的钯离子(0-lppm，以水的质量计)再加入荧光探针化合物RPdl (10 M)，检测荧光信号。 反应器中残留钯的可视化检测 在三个反应器中分别加入lOmg碳酸钾和10mL四氢呋喃溶液，在其中两个反应
器中分别加入氯化钯、醋酸钯各10mg，室温下搅拌1小时。反应器去除混合物后用实验室
常规洗涤方法清洗，并用水及丙酮分别润洗三次。加入荧光探针化合物RPdl的乙醇溶液
(10 M)，搅拌后进行荧光测试。 实施例1 荧光探针化合物RPdl的合成 (l)中间体l的合成 将罗丹明6G(1. 2g，2. 5mmo1)加入装有30ml乙醇的100ml单口烧瓶中。室温下剧烈搅拌，再量取85X的水合肼3ml(过量)。滴加完毕后，空气中回流2小时。溶液颜色从深紫色先变为浅棕色最后到几乎澄清。冷却到室温，减压蒸去乙醇。然后加入50ml盐酸(1M)，得到红色溶液；搅拌同时加入70ml氢氧化钠(1M)，至pH达到9_10之间，出现大量沉淀。过滤，并用15ml水洗涤滤饼3次。真空干燥后，色谱柱分离得到0.64g目标产物，产率60.0%。 'H NMR(400MHz CDC13) S (卯m) : 1. 21 (t， 6H) ， 1. 87 (s， 6H) ， 3. 14 (t， 4H) ， 4. 23 (s，2H)，5. 01(s，lH)，6. 10(s，2H) ，6. 27(s，2H) ，6. 95(d， J = 8Hz， 1H) ， 7. 47 (d， J = 8Hz，lH)，7. 48(d， J = 8Hz， 1H) ，7. 85(t， 1H) ;13C NMR(400MHz， CDC13) ， S : 12. 7， 19. 8， 44. 5， 66. 04，98. 09， 103. 78， 108. 17， 123. 98， 124. 07， 126. 58， 128. 62， 134. 97， 149. 21， 152. 64， 152. 87，165. 87 ;TOF MS(ES) :m/z Calcd for C26H28N402+ :428 . 22 1 2， Found :428. 2234.
(2)荧光探针化合物RPdl的合成 将中间体l(0.22g，0.5mmol)，2-二苯基膦苯甲醛(0. 15g，0.5mmo1)加入100mL单口烧瓶中，再加入50mL乙醇，然后在氮气保护下，回流搅拌10h，减压蒸去溶剂。硅胶柱色谱分离，洗脱剂为二氯甲烷/乙酸乙酯(v/V 5 : 1)，得到0.27g的浅粉色固体RPdl(77.9X)。工H-NMR (400MHz ， CDC13) ， S (ppm) :9. 17 (d， 1H， J = 6. 4Hz， NNCH) ， 8. 11 (s， 1H， C6H4) ， 7. 99 (d，1H， C6H4)，7. 39(s，2H， C6H4) ， 7. 25(d，3H， J = 7. 2Hz， C6H4) ， 7. 19(d，4H， J = 7. 6Hz， C6H4)，7. 10(t， 1H， J = 7. 2Hz C6H4) ，7. 01(t，5H， J = 6. 4Hz， C6H4) ，6. 79(s， 1H， C6H4) ，6. 37(s，2H，Xanthene-H) ， 6. 30 (s， 2H， Xanthene—H) ， 3. 15 (q， 4H， J = 6. 8Hz， CH2) ， 2. 05 (s， 6H， CH3)，1. 26(t，6H， J = 6. 4Hz， CH3) ;13C NMR(100MHz， CDC13) ， Sc(ppm) : 165. 70， 153. 20， 151. 16，147. 46， 144. 66， 139. 91， 137. 40， 135. 31， 133. 75， 129. 64， 129. 08， 128. 30， 127. 78， 126. 41，125. 15， 123. 59， 118. 06， 105. 87，97. 38，65. 75，60. 50，38. 44，32. 32，29. 81，26. 52，23. 56，21. 16， 16. 81， 14. 90， 14. 32. TOF MS(ES) :m/z Calcd for C45H42N402P+:701. 3045 ;Found :701. 3033. 实施例2荧光探针化合物RPdl对钯离子选择性
10
使用上述合成的化合物RPdl评价对钯离子的选择性。将10 ii M的化合物RPdl加到等量的各种金属离子的乙醇溶液中，探针激发波长为505nm，探针发射波长552nm，测试结果显示于图1中。从图中可以看到，荧光探针化合物RPdl对钯离子具有很高的选择性，钯离子的加入产生很大的荧光和紫外的增强，另外钠、钾、钙、镁、铜等金属离子对检测没有干扰。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
实施例3荧光探针化合物RPdl对常见铂族金属离子的选择性
使用上述合成的化合物RPdl评价对钯离子的选择性。将10 ii M的化合物RPdl加到等量的各种常见铂族金属离子的乙醇溶液中，探针激发波长为505nm，探针发射波长552nm，测试结果显示于图2中。从图中可以看到，荧光探针化合物RPdl对钯离子具有很高的选择性，钯离子的加入产生很大的荧光和紫外的增强，另外铂、铑、钌等金属离子对检测没有干扰。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS55。
实施例4荧光探针化合物RPdl与不同浓度的钯离子响应后光谱的变化
图3是本发明的荧光探针化合物RPdl的荧光强度和钯离子浓度的变化关系图。横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。荧光探针化合物RPdl的浓度是lOyM，钯离子的浓度变化从小到大依次为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、15和20iiM。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 实施例5 pH对荧光探针化合物RPdl检测钯离子的干扰研究
使用上述合成的化合物RPdl评价对pH的响应，对于化合物RPdl在离子强度为0. 1的水溶液中调节pH值为5. 2左右，测定荧光强度后，加入碱液，使pH值缓慢增大至10. 5，记录相应的荧光强度变化，测试结果显示于图4中。从图中可以看出荧光探针化合物RPdl在pH 5.2-10.5的范围内，pH变化对荧光发射基本没有影响。因此荧光探针化合物RPdl可用于此pH范围内钯离子的检测。横坐标为pH，纵坐标为荧光强度。荧光探针化合物RPdl及钯离子的浓度为10 ii M。用NaOH(lM)和HC1 (1M)调节pH。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 实施例6荧光探针化合物RPdl检测钯离子的灵敏度 使用上述合成的化合物RPdl评价对ppb级浓度的钯离子的响应。将化合物RPdl (10 M)加入到含有0-10ppb浓度钯离子的乙醇溶液中，记录相应的荧光强度变化，测试结果显示于图5中。从图中可以看出荧光探针化合物RPdl，在0-10ppb的范围内荧光强度有明显增强，且荧光强度随钯离子浓度变化呈现很好的线性关系。因此荧光探针化合物RPdl可用于低浓度钯离子的检测。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
实施例7荧光探针化合物RPdl对不同钯盐的响应 图6是用本发明的荧光探针化合物RPdl识别不同钯盐的响应。横坐标为不同的钯盐，纵坐标为荧光强度。荧光探针化合物RPdl及各种钯盐的浓度是10 M，所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 实施例8荧光探针化合物RPdl识别钯离子的可逆性研究 图7是用钯离子及硫负离子检验本发明的荧光探针化合物RPdl对钯离子识别的可逆过程。荧光探针化合物RPdl的浓度为10 ii M，加入的钯离子浓度为10 ii M，测试体系为二氯甲烷。淬灭荧光过程是用硫化钠水溶液漂洗RPdl-Pd2+的二氯甲烷溶液。横坐标为测
11试样品，纵坐标为吸收强度。所用仪器为紫外可见分光光度计，型号HP8453。
实施例9荧光探针化合物RPdl对药物中钯离子的检测 图8是考察本发明荧光探针化合物RPdl对药物中残留钯的检测能力。测试环境 为10mg/mL的扑热息痛乙醇溶液，滤去不溶物后，在不同浓度钯离子(0-10卯m以扑热息痛 质量计)存在下，加入荧光探针化合物RPdllOiiM后的荧光响应。横坐标为钯离子浓度，纵 坐标为荧光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
实施例10荧光探针化合物RPdl对土壤中钯离子的检测 图9是是考察本发明荧光探针化合物RPdl对土壤中含钯的检测能力。测试环境
为10mg/mL的土壤乙醇溶液，滤去不溶物后，在不同浓度钯离子(0-10卯m以土壤质量计)
存在下，加入荧光探针化合物RPdllO M后的荧光响应。横坐标为钯离子浓度，纵坐标为荧
光强度。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 实施例11荧光探针化合物RPdl对水样品中钯离子的检测 图10是考察本发明荧光探针化合物RPdl对水样中含钯的检测能力。测试环境为
水样的50%乙醇溶液，在不同浓度钯离子(O-lppm以水含量计)存在下，加入荧光探针化合
物RPdllO iiM后的荧光响应。横坐标为钯离子浓度，纵坐标为荧光强度。所用仪器为荧光
分光光度计，型号LS 55。 实施例12荧光探针化合物RPdl对钯催化反应器中残留钯的可视化检测
在三个反应器中分别加入lOmg碳酸钾和10mL四氢呋喃溶液，在其中两个反应 器中分别加入氯化钯、醋酸钯各10mg，室温下搅拌1小时。反应器去除混合物后用实验室 常规洗涤方法清洗，并用水及丙酮分别润洗三次。加入荧光探针化合物RPdl的乙醇溶液 (lOyM)，搅拌后进行荧光测试。结果显示于图ll中。
实施例13荧光探针化合物RPd2的合成
(1)中间体2的合成 将罗丹明3GB(1. 16g，2. 5mmo1)加入装有30ml乙醇的100ml单口烧瓶中。室温 下剧烈搅拌，再量取85X的水合肼3ml(过量)。滴加完毕后，空气中回流2小时。溶液颜 色从深紫色先变为浅棕色最后到几乎澄清。冷却到室温，减压蒸去乙醇。然后加入50ml 盐酸(1M)，得到红色溶液；搅拌同时加入70ml氢氧化钠(1M)，至pH达到9_10之间，出现 大量沉淀。过滤，并用15ml水洗涤滤饼3次。真空干燥后，色谱柱分离得到0.67g目标产 物，产率65. 0%。 NMR (400MHz CDC13) S (卯m) : 1. 25 (t， 6H) ， 1. 97 (s， 3H) ， 3. 14 (t， 4H)， 4.23(s，2H)，5.81(s，2H)，6.01(s，2H)，6. 10 (m， 1H) ， 6. 27 (s， 2H) ， 6. 95 (d， J = 8Hz，lH)， 7.47(d，J = 8Hz，lH)，7.48(d，J = 8Hz，lH)，7.85(t，lH) ;13C NMR(400MHz， CDC13) ， S :12.7， 19. 8，44. 5，66. 04，98. 09， 103. 78， 108. 17， 109. 9， 123. 98， 124. 07， 126. 58， 128. 62， 134. 97， 149. 21 ， 152. 64， 152. 87， 165. 87 ;TOF MS(ES) :m/z Calcd for C25H26N402+:4 1 4. 20 56， Found :
12
将中间体2(0. 20g，0. 5mmo1) ，2-二苯基膦苯甲醛(0. 15g，0. 5mmo1)加入100mL单 口烧瓶中，再加入50mL乙醇，然后在氮气保护下，回流搅拌10h，减压蒸去溶剂。硅胶柱色谱 分离，洗脱剂为二氯甲烷/乙酸乙酯(v/V 5 : 1)，得到0.24g的浅粉色固体RPdl(69.3X)。 工H-NMR(400MHz， CDC13) ， S (ppm) :9. 22 (d， 1H， J = 6. 4Hz， NNCH) ， 8. 18 (s， 1H， C6H4) ， 7. 89 (d， 1H， C6H4)，7.41(s，2H， C6H4) ， 7. 31 (d， 3H， J = 7. 2Hz， C6H4) ， 7. 22(d，4H， J = 7. 6Hz， C6H4)， 7. 09 (t ， 1H， J = 7. 2Hz C6H4) ， 6. 99 (t ， 5H， J = 6. 4Hz ， C6H4) ， 6. 82 (s ， 1H， C6H4) ， 6. 33 (s ， 2H， Xanthene-H) ， 6. 28 (s， 2H， Xanthene—H) ， 3. 12 (q， 4H， J = 6. 8Hz， CH2) ， 2. 09 (s， 3H， CH3)， 1.23(t，6H， J = 6.4Hz， CH3) ;13C NMR(100MHz， CDC13) ， Sc(ppm) : 164. 66， 152. 88， 150. 96， 147. 46， 145. 06， 140. 01， 137. 40， 134. 91， 133. 65， 130. 14， 128. 98， 128. 30， 127. 88， 126. 31， 125. 15， 122. 88， 118. 06， 106. 17，96. 40，66. 88，61. 20，38. 44，33. 42，29. 81，25. 82，23. 45， 20. 66， 17. 31， 15. 20， 13. 72. TOF MS (ES) :m/z Calcd for C44H4(lN402P+:687. 2885 ;Found : 687. 2877. 实施例14荧光探针化合物RPd2对钯离子选择性 使用上述合成的化合物RPd2评价对钯离子的选择性。将10 ii M的化合物RPd2加
到等量的各种金属离子的乙醇溶液中，测试结果显示于图14。从图中可以看到，荧光探针化
合物RPd2对钯离子具有很高的选择性，钯离子的加入产生很大的荧光和紫外的增强，另外
钠、钾、钙、镁、铜等金属离子对检测没有干扰。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 实施例15荧光探针化合物RPd3的合成 (1)中间体3的合成 将罗丹明B(l. 2g，2. 5mmo1)加入装有30ml乙醇的100ml单口烧瓶中。室温下剧烈 搅拌，再量取85X的水合肼3ml(过量)。滴加完毕后，空气中回流2小时。溶液颜色从深紫 色先变为浅棕色最后到几乎澄清。冷却到室温，减压蒸去乙醇。然后加入50ml盐酸(1M)， 得到红色溶液；搅拌同时加入70ml氢氧化钠(1M)，至pH达到9_10之间，出现大量沉淀。过 滤，并用15ml水洗涤滤饼3次。真空干燥后，色谱柱分离得到0. 63g目标产物，产率55. 3% 。 工H NMR(400MHz CDC13) S (ppm) :1. 15 (t， 12H) ， 3. 31 (q， 8H) ， 3. 60 (s， 2H) ， 6. 25 (d， J = 8Hz， 2H) ， 6. 45 (m， 4H) ， 7. 07 (d， J = 8Hz ， 1H) ， 7. 45 (m， 1H) ， 7. 47 (d， J = 16Hz ， 1H) ， 8. 02 (d， J = 8Hz， 1H) ，9. 42(d， J = 8Hz， 1H) ;13C NMR (400MHz， CDC13) ， S : 12. 6， 44. 5， 66. 0， 98. 0， 103. 8， 108. 1， 123. 9， 124. 0， 127. 50， 128. 62， 134. 97， 147. 22， 149. 1， 152. 6， 165. 8 ;TOF MS(ES) :m/ z Calcd for C28H32N402+ :456 . 2 5 2 5， Found :456. 2536.
(2)荧光探针化合物RPd3的合成将中间体3(0. 23g，0. 5mmo1) ，2-二苯基膦苯甲醛(0. 15g，0. 5mmo1)加入100mL单
13口烧瓶中，再加入50mL乙醇，然后在氮气保护下，回流搅拌10h，减压蒸去溶剂。硅胶柱色谱 分离，洗脱剂为二氯甲烷/乙酸乙酯(v/V 5 : 1)，得到0.27g的浅粉色固体RPdl(75.3X)。 工H-NMR (400MHz ， CDC13) ， S (ppm) :9. 30 (d， 1H， J = 6. 4Hz， NNCH) ， 8. 24 (s， 1H， C6H4) ， 7. 79 (d， 1H， C6H4)，7. 39(s，2H， C6H4) ， 7. 28(d，3H， J = 7. 2Hz， C6H4) ， 7. 18(d，4H， J = 7. 6Hz， C6H4)， 7. 07 (t ， 1H， J = 7. 2Hz C6H4) ， 7. 01 (t ， 5H， J = 6. 4Hz ， C6H4) ， 6. 79 (s ， 1H， C6H4) ， 6. 32 (s ， 2H， Xanthene-H) ，6. 26(s，2H， Xanthene-H) ， 3. 02 (q， 8H， J = 6. 8Hz， CH2) ， 1. 20 (t， 12H， J = 6.4Hz，CH3) ;13C NMR(100MHz， CDC13) ， Sc(ppm) :163. 89， 153. 28， 151. 06， 148. 26， 145. 05， 139. 81， 137. 30， 135. 45， 132. 64， 130. 24， 128. 88， 128. 10， 127. 28， 126. 31， 125. 55， 123. 42， 117. 66， 107. 23， 98. 62， 67. 58， 39. 43， 34. 51 ，28. 39， 25. 78， 22. 88， 21. 06， 16. 31， 14. 50， 12. 92. TOF MS(ES) :m/zCalcd for C47H46N402P+ :729. 3385 ;Found :729. 3372.
实施例16荧光探针化合物RPd3对钯离子选择性 使用上述合成的化合物RPd3评价对钯离子的选择性。将10 ii M的化合物RPd3加
到等量的各种金属离子的乙醇溶液中，测试结果显示于图15。从图中可以看到，荧光探针化
合物RPd3对钯离子具有很高的选择性，钯离子的加入产生很大的荧光和紫外的增强，另外
钠、钾、钙、镁、铜等金属离子对检测没有干扰。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。 实施例17荧光探针化合物RPd4的合成 (1)中间体4的合成 将罗丹明3G0(1. lg，2. 5mmo1)加入装有30ml乙醇的100ml单口烧瓶中。室温下 剧烈搅拌，再量取85X的水合肼3ml(过量)。滴加完毕后，空气中回流2小时。溶液颜色 从深紫色先变为浅棕色最后到几乎澄清。冷却到室温，减压蒸去乙醇。然后加入50ml盐酸 (1M)，得到红色溶液；搅拌同时加入70ml氢氧化钠(1M)，至pH达到9_10之间，出现大量沉 淀。过滤，并用15ml水洗涤滤饼3次。真空干燥后，色谱柱分离得到0.65g目标产物，产 率65.0%。 'H NMR(400MHz CDC13) S (卯m) : 1. 18 (t， 6H) ， 3. 35 (q， 4H) ， 3. 62 (s， 2H) ， 5. 85 (s， 2H) ，6. 14(d， J = 8Hz，2H) ，6. 25(m，4H) ，7. 10(d， J = 8Hz， 1H) ， 7. 48(t，2H) ，8. 02(d， J = 8Hz，lH) ;13C NMR (400MHz ， CDC13) ， S : 12. 7， 18. 89， 44. 5， 66. 04， 98. 09， 103. 78， 108. 17， 123. 98， 124. 07， 126. 58， 128. 62， 134. 97， 149. 21， 152. 64， 152. 87， 165. 87 ;TOF MS(ES) :m/ zCalcd for C24H24N402+ :400. 1899， Found :400. 1886.
(2)荧光探针化合物RPd4的合成 将中间体4(0. 20g，0. 5mmo1) ，2-二苯基膦苯甲醛(0. 15g，0. 5mmo1)加入100mL单 口烧瓶中，再加入50mL乙醇，然后在氮气保护下，回流搅拌10h，减压蒸去溶剂。硅胶柱色谱 分离，洗脱剂为二氯甲烷/乙酸乙酯(v/v 5 : 1)，得到0.24g的浅粉色固体RPd4(70.5X)。 工H-NMR (400MHz ， CDC13) ， S (ppm) :9. 22 (d， 1H， J = 6. 4Hz， NNCH) ， 8. 14 (s， 1H， C6H4) ， 7. 80 (d， 1H， C6H4)，7.41(s，2H， C6H4) ， 7. 29(d，3H， J = 7. 2Hz， C6H4) ， 7. 20(d，4H， J = 7. 6Hz， C6H4)，
147. 09(t，lH， J = 7.2Hz C6H4) ， 7. 03 (t， 5H， J = 6. 4Hz， C6H4) ， 6. 81 (s， 1H， C6H4) ， 6. 35 (s， 2H， Xanthene-H) ， 6. 24 (s， 2H， Xanthene—H) ， 3. 12 (q， 4H， J = 6. 8Hz， CH2) ， 1. 29 (t， 6H， J = 6. 4Hz， CH3) ;13C NMR(lOOMHz， CDC13) ， S c(ppm) :164. 19， 153. 33， 151. 12， 148. 55， 144. 95， 139. 88， 137. 38， 134. 85， 132. 54， 130. 62， 129. 38， 128. 18， 127. 02， 126. 42， 125. 66， 122. 72， 117. 76， 108. 84，97. 63，67. 68，38. 52，33. 42，28. 40，25. 82，23. 38，20. 76， 16. 86， 15. 53， 12. 80. TOF MS(ES) :m/zCalcd for C43H38N402P+ :673. 2729 ;Found :627. 2738.
实施例18荧光探针化合物RPd4对钯离子选择性 使用上述合成的化合物RPd4评价对钯离子的选择性。将10 ii M的化合物RPd4加 到等量的各种金属离子的乙醇溶液中，测试结果显示于图16。从图中可以看到，荧光探针化 合物RPd4对钯离子具有很高的选择性，钯离子的加入产生很大的荧光和紫外的增强，另外 钠、钾、钙、镁、铜等金属离子对检测没有干扰。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
实施例19荧光探针化合物RPd5的合成 (1)中间体5的合成 将罗丹明110(0. 9g，2. 5mmo1)加入装有30ml乙醇的100ml单口烧瓶中。室温下 剧烈搅拌，再量取85X的水合肼3ml(过量)。滴加完毕后，空气中回流2小时。溶液颜色 从深紫色先变为浅棕色最后到几乎澄清。冷却到室温，减压蒸去乙醇。然后加入50ml盐 酸(1M)，得到红色溶液；搅拌同时加入70ml氢氧化钠(1M)，至pH达到9_10之间，出现大 量沉淀。过滤，并用15ml水洗涤滤饼3次。真空干燥后，色谱柱分离得到0.52g目标产物， 产率60. 0%。 NMR(400MHz CDC13) S (卯m) :3. 62 (s， 2H) ， 5. 85 (s， 4H) ， 6. 14 (d， J = 8Hz， 2H) ，6. 25(m，4H) ，7. 10(d， J = 8Hz， 1H) ， 7. 48(t，2H) ，8. 02(d， J = 8Hz， 1H) ;13C NMR (400MHz ， CDC13) ， S (ppm) :66. 04，98. 09， 103. 78， 108. 17， 123. 98， 124. 07， 126. 58， 128. 62， 134. 97， 149. 21， 152. 64， 152. 87， 165. 87 ;TOF MS(ES) :m/z Calcd for C2(lH17N402+:345. 1346，Found : 345. 1351. (2)荧光探针化合物RPd5的合成 将中间体5(0. 17g，0. 5mmol)，2-二苯基膦苯甲醛(0. 15g，0. 5mmo1)加入lOOmL 单口烧瓶中，再加入50mL乙醇，然后在氮气保护下，回流搅拌10h，减压蒸去溶剂。硅 胶柱色谱分离，洗脱剂为二氯甲烷/乙酸乙酯(v/v 5 : 1)，得到0.24g的浅粉色固体 RPd5(76. 5% ) 。 'H-NMR(400MHz， CDC13) ， S (ppm) :9. 19(d， 1H， J = 6. 4Hz， NNCH) ，8. 22 (s， 1H，C6H4) ，7. 86 (d， 1H，C6H4) ，7. 42 (s， 2H， C6H4) ， 7. 27(d，3H， J = 7. 2Hz，C6H4) ，7. 18(d，4H， J = 7. 6Hz， C6H4) ，7. 08 (t， 1H， J = 7. 2Hz C6H4) ， 7. 02(t，5H， J = 6. 4Hz， C6H4) ，6. 71 (s， 1H， C6H4)， 6.45(s，2H， Xanthene-H) ，6. 33 (s，2H， Xanthene-H) ， 4. 52 (s， 4H， NH2) ;13C NMR(lOOMHz， CDC13) ， S C(ppm) :164. 19， 153. 33， 151. 12， 148. 55， 144. 95， 139. 88， 137. 38， 134. 85， 132. 54， 130. 62， 129. 38， 128. 18， 127. 02， 126. 42， 125. 66， 122. 72， 117. 76， 108. 84，97. 63，
1567. 68， 38. 52， 33. 42， 28. 40， 25. 82， 23. 38， 20. 76. TOF MS (ES) :m/z Calcd for C39H30N402P+ : 617. 2112 ;Found :617. 2120. 实施例20荧光探针化合物RPd5对钯离子选择性 使用上述合成的化合物RPd5评价对钯离子的选择性。将lOuM的化合物RPd5加 到等量的各种金属离子的乙醇溶液中，测试结果显示于图17。从图中可以看到，探针RPd5 对钯离子具有很高的选择性，钯离子的加入产生很大的荧光和紫外的增强，另外钠、钾、钙、 镁、铜等金属离子对检测没有干扰。所用仪器为荧光分光光度计，型号LS 55。
权利要求
一类荧光探针化合物，其特征在于所述探针化合物具有如下结构通式I其中R1、R2、R3和R4各自独立选自H、C1-6烷基、C1-6烷基取代的苯基、C1-6烷基取代的萘基、卤素、OR8、N(R8)2、CN、(CH2CH2O)nH、(CH2)mCOOM或(CH2)mSO3M；R5、R6和R7各自独立选自H、C1-6烷基、C1-6烷基取代的苯基、C1-6烷基取代的萘基、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、杂环基、卤代烷基、烷基氨基、酰氨基、OR8、N(R8)2、(CH2CH2O)nH、(CH2)mCOOM或(CH2)mSO3M；R8为H、C1-6烷基、C1-6烷基取代的苯基、C1-6烷基取代的萘基、卤素、CN、(CH2CH2O)nH、(CH2)mCOOM或(CH2)mSO3M；n、m各自为0-6的整数；M为H、K、Na、Li、NH4、NH3R9、NH2(R9)2、NH(R9)3或N(R9)4；R9为H、C1-6烷基或CH2CH2OH。F2010100101358C00011.tif
2.据权利要求1所述的一类荧光探针化合物的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤(1)使含有内酯环结构的式I'罗丹明类荧光染料与水合肼反应，得到中间体II :将式I'罗丹明类荧光染料加入醇溶剂中，室温搅拌，使该罗丹明荧光染料均匀分散于醇溶剂中；再滴加化学计量过量的水合肼；滴加完毕后，加热，使溶剂回流并反应，直至反应液变为澄清；然后冷却到室温，蒸发去除溶剂，加入酸调至pH为2-5，搅拌同时加入碱溶液，调至pH达到9-10，出现大量沉淀；过滤并洗涤沉淀物，真空干燥后，重结晶提纯产物；<formula>formula see original document page 2</formula>(2)将步骤(1)中得到的中间体II与2-二苯基膦苯甲醛反应，得到产物式I化合物将中间体II化合物加入反应容器中，再加入乙醇溶剂和化学计量的2- 二苯基膦苯甲醛，然后回流搅拌反应5-10小时，蒸去溶剂，柱层析分离提纯，得到式I化合物其中<formula>formula see original document page 3</formula>
3. 据权利要求2所述的一类荧光探针化合物的制备方法，其特征在于所述的罗丹明类染料优选自罗丹明B、罗丹明110、罗丹明6G、罗丹明3GB、罗丹明3G0或罗丹明123。
4. 据权利要求1所述的一类荧光探针化合物的用途，其特征在于所述化合物用于药物、土壤、水样及催化反应器中钯污染及残留水平的检测与评估。
全文摘要
一类荧光探针化合物及其制备方法和用途，属于精细化工领域中钯离子的检测。这种基于罗丹明荧光染料分子中螺环的“开-闭”性质设计的荧光探针化合物很好地解决了钯离子淬灭荧光的难题。该类探针化合物的激发和发射波长均在可见光区；在近中性pH的实用检测范围内，对钯离子有很好的选择性；具有很好的灵敏性，在检测0-10ppb的钯离子浓度时荧光增强明显，且钯离子浓度和荧光增强成良好的线性关系，最低可以检测到5nm的钯离子；探针化合物识别钯离子的响应非常迅速，是迄今为止已报道的响应时间最短的钯离子探针。该探针化合物可用于实现荧光及比色两种方式对钯离子进行检测，在药物、水样、土壤及催化反应器中钯污染及残留水平的检测中有潜在的应用价值。
文档编号G01N21/64GK101735277SQ20101001013
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者孙世国, 彭孝军, 李宏林, 樊江莉, 王静云 申请人:大连理工大学