Binol‑diform缩氨基酸类席夫碱及其合成方法与应用与流程

本发明涉及一种2,2’-二羟基-1,1’-联萘-3,3’-二甲醛缩氨基酸类席夫碱及其合成方法与应用。

背景技术：

稀土元素是宝贵的战略资源，我国的蕴藏量居世界首位。近年来，随着稀土需求量的逐年增加稀土矿藏的大量开采，导致了越来越多的稀土元素迁移到环境中，造成了严重的生态破坏和环境污染问题，使耕地退化、粮食减产甚至绝产。此外，研究表明，长期低剂量摄入稀土金属对脑、肝、骨、内分泌和免疫功能等都具有损伤。铈(ce)是地壳中含量最高的稀土金属，对其进行定性定量检测具有重要意义。

目前常见的金属离子检测方法包括原子吸收光谱法，原子发射光谱法，离子色谱法，比色法，荧光光谱法等。其中，荧光光谱法由于其成本低廉，操作简单，良好的选择性以及原位实时无损检测等特性，受到了广泛的关注。邻羟基醛缩氨基酸类席夫碱因其结构中同时含有羧基、碳氮双键、羟基三种官能团，与金属络合时能迅速形成稳定的环状结构，因此这类化合物在荧光探针领域引起了广泛关注。但在研究过程中发现，具有平面结构2-羟基-1-萘醛缩氨基酸得到的席夫碱对金属没有体现出识别能力，其结构式如下：

技术实现要素：

本发明是要解决平面结构2-羟基-1-萘醛缩氨基酸得到的席夫碱对金属没有识别能力的问题，提供binol-diform缩氨基酸类席夫碱及其合成方法与应用。

本发明binol-diform缩氨基酸类席夫碱类荧光探针化合物的结构式如下：

其中r为或

上述binol-diform缩氨基酸类席夫碱的合成方法，包括以下步骤：

一、将氨基酸和koh溶解于有机溶剂中，再加入binol-diform(2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛)，反应2～3h，得到黄色液体，即2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱粗品；

二、将2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱粗品浓缩后溶于乙酸乙酯，过滤除去不溶的氨基酸钾，浓缩得亮黄色固体，有机溶剂重结晶，得到的纯品为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱；其中步骤一中氨基酸和koh的摩尔比为1:1～1.7，binol-diform与氨基酸的摩尔比为1:2～3。

进一步的，步骤一中氨基酸为l-缬氨酸、l-苯丙氨酸、l-亮氨酸或l-异亮氨酸。

进一步的，步骤一中有机溶剂是甲醇或乙醇。

本发明的反应方程式如下：

其中r为或

2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱与铈离子的配位反应：

取上述方法制备得到的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱，加入甲醇溶解，再向甲醇溶液中滴加铈离子水溶液，室温下反应2～3h，抽滤，浓缩，得浅黄色固体状铈离子络合物粗品，将粗品水洗3～5次，有机溶剂洗涤两次(pe:etoac＝5:1)，即得到铈络合物，制备出的铈络合物在室温下是浅黄色固体。其中2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱与铈离子的摩尔比为1:2。

制备铈络合物，并分别测定络合物与探针2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的荧光强度，是为了比较铈络合物与席夫碱探针两者之间的荧光强度，以便于考察探针对铈离子是否具有较好的识别能力。

上述binol-diform缩氨基酸类席夫碱作为荧光探针在稀土金属离子ce³⁺的定性及定量分析中的应用。

稀土金属离子ce³⁺的定性及定量的具体方法为：

取10μg/ml的含ce³⁺的溶液，并稀释至不同浓度的ce³⁺溶液，再加入ce³⁺浓度1倍的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的四氢呋喃溶液，室温下反应10min，并测定溶液的荧光强度，绘制计算铈离子浓度的标准曲线。

进一步的，2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱与铈离子的摩尔比为1:1～3。

进一步的所述铈离子浓度为0.2μg/ml、0.4μg/ml、0.6μg/ml、0.8μg/ml或1μg/ml。

本发明的有益效果：

本发明是以binol-diform和氨基酸为原料合成了2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱，作为荧光探针用于微量铈离子的检测，检出限量为0.11μg/l。本方法反应进行彻底，产率达82.1％～91％。

本发明方法制备得到的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱，由于立体交叉的体型结构，表现出优异的荧光性能。实验结果表明，与具有平面结构的类似物相比，所合成的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱其荧光识别能力明显增强。

本发明方法制备得到的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱，可以用于微量铈离子的检测，为荧光探针检测铈离子领域提供了一种新思路。

附图说明

图1为实施例1制备的产物的¹hnmr谱；

图2为实施例1制备的产物的¹³cnmr谱；

图3为实施例1制备的产物的红外谱；

图4为实施例1制备的产物1与探针的荧光谱；

图5为实施例1制备的产物2与探针的荧光谱；

图6为实施例1制备的产物1的标准曲线谱。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式binol-diform缩氨基酸类席夫碱类荧光探针化合物的结构式如下：

其中r为或

具体实施方式二：本实施方式binol-diform缩氨基酸类席夫碱的合成方法，包括以下步骤：

一、将氨基酸和koh溶解于有机溶剂中，再加入binol-diform，反应2～3h，得到黄色液体，即2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱粗品；

二、将2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱粗品浓缩后溶于乙酸乙酯，过滤除去不溶的氨基酸钾，浓缩得亮黄色固体，有机溶剂重结晶，得到的纯品为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱；其中步骤一中氨基酸和koh的摩尔比为1:1～1.7，binol-diform与氨基酸的摩尔比为1:2～3。

步骤一所述binol-diform为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中氨基酸为l-缬氨酸、l-苯丙氨酸、l-亮氨酸或l-异亮氨酸。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤一中有机溶剂是甲醇或乙醇。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱作为荧光探针在稀土金属离子ce³⁺的定性及定量分析中的应用。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：稀土金属离子ce³⁺的定性及定量的具体方法为：

取10μg/ml的含ce³⁺的溶液，并稀释至不同浓度的ce³⁺溶液，再加入ce³⁺浓度1倍的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的四氢呋喃溶液，室温下反应10min，并测定溶液的荧光强度，绘制计算铈离子浓度的标准曲线。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱与铈离子的摩尔比为1:1～3。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述铈离子浓度为0.2μg/ml、0.4μg/ml、0.6μg/ml、0.8μg/ml或1μg/ml。其它与具体实施方式六相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

本实施例2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的制备方法，包括以下步骤：

取l-亮氨酸(1.24g，9.5mmol)溶于甲醇中，加入koh(0.64g，11.4mmol)，50℃下反应30min，之后加入binol-diform(1.50g，4.4mmol)，继续反应2h使原料充分反应。此反应结束，得到了黄色液体的粗产品，浓缩得黄色粘稠固体，再用乙酸乙酯溶解，过滤除去不溶的亮氨酸钾盐，然后浓缩得亮黄色固体，甲醇溶剂重结晶。最后抽滤得黄色固体binol-diform-le-schiff(2.1g，3.4mmol)，为产物1，产率82.1％。

本实施例制备的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩亮氨基酸钾席夫碱的结构式如下：

本实施例制备的2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩亮氨基酸钾席夫碱的¹hnmr(300mhz,cd3cl,δ)(如图1所示):0.925-0.960(d,12h,4ch3),1.634-1.719(m,2h,2ch),1.787-1.834(d,4h,2ch2),4.016-4.074(m,2h,2ch),7.069-8.129(m,10h),8.719(s,1h,-hc＝n).

¹³cnmr(75mhz,cd3cl)(如图2所示):18.46,18.50,19.35,19.39,31.75,31.79,31,31.95,52.07,76.59,78.51,78.61,78.65,78.71,116.72,116.75,120.75,120.79,120.81,123.42,124.99,127.58,128.51,128.54,128.85,128.88,128.92,134.15,134.21,135.55,154.52,154.55,154.57,166.88,166.94,171.19,171.21,171.40.

ir(kbr)(如图3所示)ν:3390,2963,1642,1617,1506,1388,1300,748,618.

由以上数据可知，产物1结构正确，为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩亮氨基酸钾席夫碱。

分别称取探针binol-diform-le-schiff(0.19g,0.30mmol)和氯化铈(0.28g,0.75mmol)，在100ml的烧杯中，加入20ml的甲醇溶解binol-diform-le-schiff，氯化铈用30ml的蒸馏水溶解，将铈离子的水溶液缓慢滴加到探针的甲醇溶液中，发现立即有浅黄色絮状物生成，室温搅拌2h，抽滤，水洗三次，有机溶剂洗涤两次(pe:etoac＝5:1)，最后真空干燥，得浅黄色固体(0.25g,0.26mmol)，即为铈离子络合物，产率为90.2％。ir(kbr)ν:3381,3056,2955,2869,1640,1614,1580,1451,1300,1256,1120,951,748.

称取0.188g的铈离子络合物于100ml的容量瓶中，加乙酸乙酯溶解定容，得到浓度为2×10^-3m的铈离子溶液，移取0.1ml置100ml的容量瓶中，得到浓度为2×10^-6m的铈离子络合物溶液，再称取0.133g的探针binol-diform-le-schiff于100ml的容量瓶中，加入乙酸乙酯溶解定容，得到2×10^-3m的探针溶液，移取0.1ml的探针溶液至100ml的容量瓶中，乙酸乙酯稀释定容至刻度，得到浓度为2×10^-6m的探针溶液，分别测定铈离子络合物和探针的荧光强度(如图4所示，图4中1为ce³⁺络合物，2为探针)。测定条件为：ex＝265nm，狭缝宽度ex＝5nm，em＝10nm。由图4可知，铈络合物的荧光强度是探针的3.6倍，表明本实施例制备的探针化合物(binol-diform-le-schiff)对铈离子有较好的识别能力。

对比试验：

取l-亮氨酸(0.9g,7.0mmol)溶于甲醇中，加入koh溶液(0.30g，5.0mmol)，55℃下反应30min，之后加入2-羟基-萘醛的甲醇溶液(1.00g，5.8mmol)，继续反应2h使原料充分反应，此反应结束。得到了黄色液体的粗产品，然后浓缩得黄色粘稠固体，再用乙酸乙酯溶解，过滤除去不溶的亮氨酸钾盐，然后浓缩得亮黄色固体，甲醇溶剂重结晶。最后抽滤得黄色固体2-羟基-1-萘醛缩亮氨酸钾席夫碱(2-hydroxy-1-naphth-le-schiff，1.5g，4.7mmol)，为产物2，产率83.3％。

本实施例制备的2-羟基-1-萘醛缩亮氨酸钾席夫碱的结构式如下：

本实施例制备的2-羟基-1-萘醛缩亮氨酸钾席夫碱的¹hnmr(300mhz,cd3oh,单位：ppm):1.006-1.060(m,3h,ch3),1.148-1.194(m,3h,ch3),1.262-1.315(m,2h,ch2),1.700-2.150(m,h，ch),4.055(s,h,ch)6.765-7.989(m,6h)，8.865(s,1h,hc＝n).¹³cnmr(75mhz,cd3od，单位：ppm):10.7,15.12,24.26,38.4,46.78,47.06,47.35,47.63,47.91,48.20,48.48,65.48,71.35,105.79,117.79,122.10,125.42,125.66,127.95,128.69,134.73,138.23,157.39,174.90,179.99.ir(kbr)ν:3481,3021,2951,1724,1624,1432,1259,834,755,701cm^-1.

由以上数据可知，产物2结构正确，为2-hydroxy-1-naphth-le-schiff。

称取0.170g的铈离子络合物于100ml的容量瓶中，加乙酸乙酯溶解定容，得到浓度为2×10^-3m的铈离子溶液，移取0.1ml置100ml的容量瓶中，得到浓度为2×10^-6m的铈离子络合物溶液，再称取0.152g的探针2-hydroxy-1-naphth-le-schiff于100ml的容量瓶中，加入乙酸乙酯溶解定容，得到2×10^-3m的探针溶液，移取0.1ml的探针溶液至100ml的容量瓶中，乙酸乙酯稀释定容至刻度，得到浓度为2×10^-6m的探针溶液，分别测定铈离子络合物和探针的荧光强度(如图5所示，图5中1为ce³⁺络合物，2为探针)。测定条件为：ex＝365nm，狭缝宽度ex＝5nm，em＝10nm。由图5可知，铈络合物的荧光强度与探针的荧光强度差别不大，表明本实施例制备的探针化合物2(2-hydroxy-1-naphth-le-schiff)对铈离子基本没有识别能力。

称取0.020g氯化铈于200ml的容量瓶中，用蒸馏水溶解定容，得到浓度为100μg/ml的铈离子储备液，用移液管分别移取1、0.8、0.6、0.4、0.2ml的铈离子储备液置5个100ml的容量瓶中，得到的铈离子浓度分别为1、0.8、0.6、0.4、0.2μg/ml。称取0.020g的binol-diform-le-schiff于200ml的容量瓶中，用乙酸乙酯溶解定容，得到浓度为100μg/ml的探针储备液，用移液管移取1ml的探针储备液置100ml的容量瓶中，得到的探针浓度为1μg/ml。分别取浓度为1、0.8、0.6、0.4、0.2μg/ml的铈离子溶液9ml于5个烧杯中，然后在每个烧杯中分别加入5ml浓度为1μg/ml的探针溶液。室温下，反应2h，用10ml的乙酸乙酯萃取两次，浓缩至5ml，定容至5ml，最后检测乙酸乙酯溶液的荧光强度。发现，铈离子浓度在0.2-1μg/ml，荧光强度呈现出良好的线性关系，其中，标准曲线方程为f＝512.34i0+406.92，r²＝0.990(如图6所示)。测定条件为：ex＝265nm，狭缝宽度ex＝5nm，em＝10nm。由图6可知，检测结果为随着铈离子浓度的增加，荧光强度也不断增强，铈离子浓度在0.2-1μg/ml，荧光强度呈现出良好的线性关系，其中，标准曲线方程为f＝512.34i0+406.92，r²＝0.990。测量5次探针的荧光强度，计算得标准偏差s＝1.8％，检出限量为0.11μg/l。

实施例二：

本实施例2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的制备方法，包括以下步骤：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例一相同，只是将原料l-亮氨酸改为l-缬氨酸，加入量为(1.24g,15mmol)，最终得黄色固体2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩缬氨基酸钾席夫碱(binol-diform-val-schiff)，产率为91.0％。

本实施例制备的binol-diform-val-schiff的结构式如下：

binol-diform-val-schiff的¹hnmr(300mhz,cd3cl,单位：ppm):0.948-0.981(d,12h,4ch3),2.269-2.382(m,2h,2ch),3.760-3.807(m,2h,2ch),7.182-7.997(m,10h),8.592(s,1h,-hc＝n).¹³cnmr(75mhz,cd3cl,单位：ppm):17.50,17.80,18.00,19.37,19.60,31.75,31.79,31.92,31.95,52.07,76.59,78.51,78.61,78.65,78.71,116.72,116.75,120.75,120.79,120.81,123.42,124.99,127.58,128.51,128.54,128.85,128.88,128.92,134.15,134.21,135.55,154.52,154.55,154.57,166.88,166.94,171.06,171.21,171.36.ir(kbr)ν:3444,3055,2961,2871,1739,1574,1505,1436,1253,980,935,749cm^-1.

由以上数据可知，产物结构正确，为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩缬氨基酸钾席夫碱。

实施例三：

本实施例2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的制备方法，包括以下步骤：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例一相同，只是将原料l-亮氨酸改为l-苯丙氨酸，加入量为(1.36g,15mmol)，最终得黄色固体2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩苯丙氨基酸钾席夫碱(binol-diform-phe-schiff)，产率为90.3％。

本实施例制备的binol-diform-phe-schiff的结构式如下：

binol-diform-phe-schiff的¹hnmr(300mhz,cd3cl,单位：ppm):3.024-3.131(m,2h,ch2),3.346-3.391(m,2h,ch2),4.208-4.281(m,2h，2ch),7.173-7.840(m,20h)，8.302(s,2h,2hc＝n)，12.661-12.743(s,2h,oh).¹³cnmr(75mhz,cd3cl,单位：ppm):25.62,39.89,39.96,52.44,52.47,679.98,73.56,73.63,76.60,116.67,120.56,120,62,123.43,124.79,124.88,126.88,126.95,127.49,127.54,128.50,128.61,128.63,128.90,128.95,129.01,129.55,129.62,134.14,134.22,135.51,135.55,136.67,136.76,154.37,154.42,154.47,167.16,170.93,171.08.ir(kbr)ν:3448.4,3026.69,2949.76,1739.87,1638.41,1502.61,1254.15,934.47,748.96,699.75cm^-1.

由以上数据可知，产物结构正确，为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩苯丙氨基酸钾席夫碱。

实施例四：

本实施例2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩氨基酸类席夫碱的制备方法，包括以下步骤：

本实施例所有实验条件和处理方法与实施例一相同，只是将原料l-亮氨酸改为l-异亮氨酸，加入量为(1.36g,15mmol)，最终得黄色固体2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩异亮氨基酸钾席夫碱(binol-diform-ile-schiff)，产率为90.0％。

本实施例制备的binol-diform-ile-schiff的结构式如下：

binol-diform-ile-schiff的¹hnmr(300mhz,cd3cl,单位：ppm):0.925-0.936(d,6h,2ch3),0.940-0.984(d,6h,2ch3),2.269-2.382(m,4h,2ch2),3.712(m,2h,2ch),3.760-3.807(m,4h,2ch2),7.114-8.021(m,10h),8.589(s,1h,-hc＝n).¹³cnmr(75mhz,cd3cl,单位：ppm):18.46,18.50,18.55,19.35,19.39,20.12,20.35,31.75,31.79,31.92,31.95,52.07,76.59,78.51,78.61,78.65,78.71,116.72,116.75,120.75,120.79,120.81,123.42,124.99,127.58,128.51,128.54,128.85,128.88,128.92,134.15,134.21,135.55,154.52,154.55,154.57,166.88,166.94,171.19,171.21,171.40.ir(kbr)ν:3390,2963,1642,1617,1506,1427,1388,1337,1300,748,618cm^-1.

由以上数据可知，产物结构正确，为2,2’-二羟基-1,1’-联-3,3’-二萘醛缩异亮氨基酸钾席夫碱。