一种多羟基杯芳烃荧光化合物及其应用的制作方法

本发明涉及型荧光化合物技术领域，尤其是涉及一种多羟基杯芳烃荧光化合物及其应用。

背景技术：

荧光分析是一种灵敏性高、选择性强、使用简便的分析方法，被广泛应用于分析化学、生物分析、环境工程、材料科学、医药等领域。荧光化合物是一种具有特殊光学性能的物质，当吸收紫外、可见光等能量后，电子跃迁至激发态，然后发生辐射衰变回复到基态，放出光子，产生荧光。近年来，人们以杯芳烃——一类由亚甲基桥连苯酚单元所形成的新型空穴状化合物为分子平台，研制出各种荧光探针化合物，在临床诊断、分子生物学等医学领域有着广阔的潜在应用价值。例如，杯芳烃衍生物可作为金属离子荧光识别试剂测定人体血浆内na⁺、k⁺、ca²⁺和mg²⁺等金属离子。

铁，是人体必需的微量元素之一，丰富存在于生物体内。在许多生化反应中，fe³⁺扮演着非常重要的角色，它的缺乏与过量都会使机体的功能发生紊乱，例如，阿尔兹海默症、帕金森综合征和贫血等疾病的发生发展都与体内铁离子浓度的异常有密切关系。因此，开发用于定量检测人体内fe³⁺的选择性荧光探针，对于保证生命健康具有重要意义。目前铁离子荧光探针有金属有机骨架材料(如tb-mof)、罗丹明类、纳米材料(如s-gqds、gsh@agnc)等，但是这些荧光探针合成方法繁琐，毒副作用较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多羟基杯芳烃荧光化合物，其易于合成，选择性高，无明显细胞毒性，对fe³⁺检测极限达到6.89ppm，可以根据荧光强度的变化检测出体内fe³⁺的含量。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多羟基杯芳烃荧光化合物，具有如式i所示的结构。

作为一种优选方案，具有如式i所示结构的荧光化合物对li⁺、na⁺、k⁺、ca²⁺、mg²⁺、al³⁺、pb²⁺、zn²⁺、cd²⁺、cu²⁺、co²⁺、ni²⁺和fe³⁺均具有选择性，特别是fe³⁺。

作为一种优选方案，具有如式i所示结构的荧光化合物对fe³⁺的检测极限达到6.89ppm。

一种多羟基杯芳烃荧光化合物的制备方法，包括以下步骤，

1).将间苯二酚和丁醛充分溶于乙醇中，形成混合物a；

2).将混合物a冰冻，并在冰冻后的混合物a上逐滴滴加盐酸，形成混合物b；

3).将混合物b温热至室温，再在温度为80℃的条件下加热24小时，待冷却至室温后，真空干燥10小时得到黄色粉末；

4).将黄色粉末放置在冷水中洗涤，直至废液的ph呈中性，得到浅黄色固体；

5).将浅黄色固体放置在温度为100℃的条件下真空干燥16小时，得到多羟基杯芳烃荧光化合物。

作为一种优选方案，步骤1)中的间苯二酚、丁醛和乙醇的质量比为1-2:1:2-3，所述乙醇的体积浓度为50％。

作为一种优选方案，步骤2)中的盐酸与混合物a的质量比为1:8.5-9.5，所述盐酸的体积浓度为37％。

作为一种优选方案，步骤3)中的室温的温度范围为18℃-25℃。

作为一种优选方案，步骤3)和步骤5)中的真空度为0.1mpa。

本发明荧光化合物对金属离子的识别能力是依据其自身荧光激发峰强度的变化来进行分析判断的。通过各种不同金属离子对本发明荧光化合物的荧光滴定实验，发现金属离子的存在可以使荧光强度发生变化，尤其是fe³⁺能使荧光发生猝灭，而且对fe³⁺检测极限达到6.89ppm。因此，本发明化合物能作为荧光探针对fe³⁺进行识别检测。

本发明荧光化合物的细胞毒性也进行了探讨，通过使用不同浓度本发明荧光化合物对hek293细胞(人胚肾细胞)生长进行干预，检测本发明荧光化合物对人类正常细胞的影响。具体使用mtt方法：外源性的mtt(3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2、5-二苯基四氮唑溴盐)在活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶的作用下能被还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒并沉积在细胞中，而死细胞无此作用。dmso(二甲基亚砜)能溶解细胞中的甲瓒，用酶联免疫检测仪在490nm波长处测定光吸收值，可间接反映活细胞数量。mtt实验表明，一定浓度范围内的本发明荧光化合物对正常活细胞无明显毒性。

本发明的有益效果为：本发明荧光化合物对fe³⁺具有很好的识别性能，该荧光化合物对fe³⁺检测极限达到6.89ppm，且制备方法简易，产率高，无明显细胞毒性，在环境、生物体内fe³⁺的检测等方面具有广泛应用前景。

附图说明

图1为本发明的荧光化合物的核磁共振碳谱；

图2为本发明的荧光化合物的核磁共振氢谱；

图3为本发明的荧光化合物对各种金属离子的荧光识别光谱；

图4为本发明的荧光化合物对不同浓度的铁离子的荧光识别光谱；

图5为经不同浓度本发明的荧光化合物干预hek293细胞24、48和72h后的细胞活性图。

具体实施方式

一种多羟基杯芳烃荧光化合物，具有如式i所示的结构。

具有如式i所示结构的荧光化合物对li⁺、na⁺、k⁺、ca²⁺、mg²⁺、al³⁺、pb²⁺、zn²⁺、cd²⁺、cu²⁺、co²⁺、ni²⁺和fe³⁺均具有选择性，特别是fe³⁺。且具有如式i所示结构的荧光化合物对fe³⁺的检测极限达到6.89ppm。

实施例1

1).将21.2g间苯二酚和13.5ml丁醛充分溶于80.6ml体积浓度为50％的乙醇中，形成混合物a；

2).将混合物a冰冻，并在冰冻后的混合物a上逐滴滴加15.3ml体积浓度为37％的盐酸，形成混合物b；

3).将混合物b温热至室温，再在温度为80℃的条件下加热24小时，待冷却至室温后，真空干燥10小时得到黄色粉末；

4).将黄色粉末放置在冷水中洗涤，直至废液的ph呈中性，得到浅黄色固体；

5).将浅黄色固体放置在温度为100℃的条件下真空干燥16小时，得到多羟基杯芳烃荧光化合物，产率为97％。

实施例2

1).将10.6g间苯二酚和13.5ml丁醛充分溶于53.7ml体积浓度为50％的乙醇中，形成混合物a；

2).将混合物a冰冻，并在冰冻后的混合物a上逐滴滴加11.4ml体积浓度为37％的盐酸，形成混合物b；

3).将混合物b温热至室温，再在温度为80℃的条件下加热24小时，待冷却至室温后，真空干燥10小时得到黄色粉末；

4).将黄色粉末放置在冷水中洗涤，直至废液的ph呈中性，得到浅黄色固体；

5).将浅黄色固体放置在温度为100℃的条件下真空干燥16小时，得到多羟基杯芳烃荧光化合物，产率为96％。

实施例3

1).将15g间苯二酚和13.5ml丁醛充分溶于70ml体积浓度为50％的乙醇中，形成混合物a；

2).将混合物a冰冻，并在冰冻后的混合物a上逐滴滴加13.5ml体积浓度为37％的盐酸，形成混合物b；

3).将混合物b温热至室温，再在温度为80℃的条件下加热24小时，待冷却至室温后，真空干燥10小时得到黄色粉末；

4).将黄色粉末放置在冷水中洗涤，直至废液的ph呈中性，得到浅黄色固体；

5).将浅黄色固体放置在温度为100℃的条件下真空干燥16小时，得到多羟基杯芳烃荧光化合物，产率为97.6％

以上实施例中室温的温度范围为：18℃-25℃，真空度为0.1mpa。

综上可知，本发明荧光化合物的制备方法简易，产率高，便于工业生产。

以上实施例中，实施例3为最优方案，以下实施例中实验使用的荧光化合物均由实施例3制得。

实施例4

对本发明荧光化合物中的碳进行核磁共振，得到核磁共振碳谱，结果如图1所示。

实施例5

对本发明荧光化合物中的氢进行核磁共振，得到核磁共振氢谱，结果如图2所示。

实施例6

本发明荧光化合物对各种金属离子的荧光识别实验

实验说明：参与荧光识别的金属化合物是lino3、nano3、kno3、ca(no3)2、mg(no3)2、al(no3)3、pb(no3)2、zn(no3)2、cd(no3)2、cu(no3)2、co(no3)2、ni(no3)2和fe(no3)3。所有的金属浓度为0.01m。

实验步骤：在若干个5ml容量瓶中加入5mg本发明荧光化合物，然后再分别加入以上金属溶液，最后加入经5a分子筛干燥的定溶剂dmf(n,n-二甲基甲酰胺)定容，在超声频率为10khz的条件下超声20分钟，室温下放置12小时后进行测试，记录数据，得到实验结果。

实验结果：

由图3可知，no^3-不会影响本发明化合物的荧光强度，而荧光强度的变化确实是由金属离子本身引起的。本发明荧光化合物在未加任何金属的时候，在504nm处有最强激发峰，随着金属化合物的加入，最强激发峰的荧光强度出现了变化。尤为显著的是fe(no3)3可以使荧光猝灭，因此本发明荧光化合物可作为fe³⁺的荧光探针。除此之外，除了nano3、kno3、ca(no3)2和zn(no3)2能使本发明荧光化合物在504nm处的荧光强度增强外，lino3、mg(no3)2、al(no3)3、pb(no3)2、cd(no3)2、cu(no3)2、co(no3)2和ni(no3)2都能一定程度地减弱这个最强激发峰的荧光。

实施例7

本发明荧光化合物被fe(no3)3逐渐猝灭实验

实验步骤：称取5mg本发明荧光化合物溶于5ml经过5a分子筛干燥的dmf(n,n-二甲基甲酰胺)溶液中，在超声频率为10khz的条件下超声处理20分钟，静置12小时后再在超声频率为10khz的条件下超声处理20分钟，然后测试，逐滴滴加fe(no3)3(1000ppm)，记录数据，绘制得到实验结果。

实验结果：

由图4可知，随着fe(no3)3浓度的逐渐增加，荧光强度逐渐减弱，最后发生猝灭。

实施例8

本发明荧光化合物用于mtt细胞毒性实验

实验步骤：

(1)不同浓度本发明荧光化合物的配制

将hek293细胞(人胚肾细胞)放入96孔板内进行培养。用dmso(二甲基亚砜)将本发明荧光化合物配成40mg/ml，然后将40mg/ml的本发明荧光化合物溶液分别用不含血清的高糖dmem培养液稀释成25μg/ml、50μg/ml、100μg/ml、200μg/ml和300μg/ml的溶液放在温度为4℃的条件下保存。待96孔板内的细胞贴壁后，分别取10μl上述配好的溶液放于已经含有90μl含血清培养液的96孔板内培养(本发明荧光化合物的浓度被稀释10倍，在孔内的本发明荧光化合物浓度分别为2.5μg/ml、5μg/ml、10μg/ml、20μg/ml和30μg/ml)。

(2)细胞培养——计数——接板

hek293细胞(人胚肾细胞)贴壁生长至90-95％即可传代。在超净工作台内，吸弃上述96孔板内的培养液，再用2ml经高压除菌后的pbs(磷酸盐缓冲液)对96孔板内的贴壁细胞进行润洗，然后加入1ml胰蛋白酶(gibco公司生产的0.25％trypsin-edta)对96孔板内的贴壁细胞进行消化，在显微镜下观察至大部分细胞缩小变后圆后，立刻加入2ml培养液终止消化，然后用离心管吸取15ml经消化后的细胞液并将其放入离心机中，以1000r/min的转速进行离心5分钟。去除上清液后，加入1ml培养液，然后将底部沉淀的细胞打散均匀形成细胞悬液。吸取400μl细胞悬液放入另一培养器皿中进行培养，另外再吸取100μl细胞悬液放于细胞计数板数数，然后对余下500μl细胞悬液进行稀释使其密度达到5.6*10⁴/ml，并将稀释后的细胞悬液接种于3块96孔板(每孔加入90μl细胞悬液)内继续培养。

(3)mtt试验

次日观察96孔板内的细胞生长状况，待细胞贴壁后，分别加入10μl(25μg/ml)、10μl(50μg/ml)、10μl(100μg/ml)、10μl(200μg/ml)和10μl(300μg/ml)的本发明化合物和不含血清的高糖dmem培养液于孔内。mtt(3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2、5-二苯基四氮唑溴盐)溶解于pbs(磷酸盐缓冲液)中形成mtt溶液。培养1、2、3天后，在孔内分别加入10μl(5mg/ml)经过滤除菌的mtt溶液，继续培养4小时后，吸弃孔内废液，每孔加入150μldmso(二甲基亚砜)溶液，放置摇床(其林贝尔仪器制造有限公司生产的ts-2摇床)在摆振幅度为70rpm的条件下摇晃20分钟，最后用酶联免疫检测仪(伯腾仪器公司生产的epoch系列)在490nm波长处测定光吸收值，记录数据，以本发明荧光化合物的浓度为横坐标，细胞活力为纵坐标绘制柱状图，如图5所示。

实验结果：

由图5可知，在一定浓度范围内的本发明荧光化合物对正常活细胞无明显毒性。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。