萘并吡喃卡巴腙衍生物及其制备方法和应用与流程

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及萘并吡喃卡巴腙衍生物及其制备方法和应用。

背景技术：

铜离子广泛分布于细胞和体液中，直接参与体内细胞的生长发育、生殖、组织修复、基因转录、金属酶催化、神经传递、免疫功能等生命代谢过程。研究报道铜离子与阿尔茨海默病及癫痫症等疾病有着密切关系。此外，由于铜矿大量地开采和广泛地使用，使得铜离子也成为重要的金属污染物。科学家们一直致力于采用选择性荧光传感探针实现对铜离子在生物和环境系统中检测的研究。

近年来，荧光分子探针技术由于具有灵敏度高、操作简单、成本低等特点，已经成为检测金属离子污染的重要手段。另外，比率荧光信号可减少检测错误，对复杂体系检测准确。但现有铜离子的比率荧光探针合成工艺复杂且水溶性差，限制了其实际应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种萘并吡喃卡巴腙衍生物及其制备方法和应用，该萘并吡喃卡巴腙衍生物作为荧光探针可以实现水相中检测铜离子，具有较高的灵敏度和较强的选择性。

本发明采用如下技术方案：

萘并吡喃卡巴腙衍生物，其结构式如下：

所述的萘并吡喃卡巴腙衍生物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将3h-萘并[2,1-b]吡喃-2-甲醛加入有机溶剂中溶解，再加入卡巴肼，得混合物；

s2：将s1所得混合物在常压下进行回流搅拌反应；

s3：反应结束后，冷却至室温，有固体析出，减压过滤，取滤渣；

s4：将s3所得滤渣进行洗涤，得到萘并吡喃卡巴腙衍生物。

更进一步地，步骤s1中所述有机溶剂为乙醇，

更进一步地，所述乙醇为无水乙醇或体积浓度为95％的乙醇溶液。

更进一步地，步骤s2中所述回流搅拌反应的时间为1-2h。

更进一步地，步骤s4中，用乙醇洗涤s3所得滤渣。

更进一步地，步骤s1中加入的3h-萘并[2,1-b]吡喃-2-甲醛和卡巴肼的摩尔比为1:1。

更进一步地，步骤s1中每0.1-0.3l有机溶剂中加入0.01-0.03mol的3h-萘并[2,1-b]吡喃-2-甲醛。

本发明还提供所述的萘并吡喃卡巴腙衍生物作为荧光探针在测定铜离子光学性质中的应用。

所述的萘并吡喃卡巴腙衍生物作为荧光探针在测定铜离子光学性质中的应用，具体步骤如下：将所述萘并吡喃卡巴腙衍生物加入dmso和h2o的混合介质中，配制成摩尔浓度为2×10^-5mol/l的荧光探针溶液，分别在含摩尔浓度为2×10^-5mol/l的ag⁺，al³⁺，ca²⁺，cd²⁺，co²⁺，cr³⁺，cu²⁺，fe³⁺，hg²⁺，k⁺，mg²⁺，mn²⁺，na⁺，ni²⁺，pb²和zn²⁺的金属离子的溶液中加入等量的上述荧光探针溶液，分别进行荧光光谱分析，其中，所述混合介质中dmso和h2o的体积比为0.5：99.5。

基于铜离子能够与卡巴腙配位形成稳定配合物，诱导卡巴腙衍生物水溶液中的聚集，从而导致不同波长的荧光发射，故萘并吡喃卡巴腙衍生物具有较好的铜离子识别性能。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明通过用缩合反应制备萘并吡喃卡巴腙衍生物荧光探针，合成方法简单，原料易得，在多种常见金属离子中，对铜离子表现出较高的选择性比率荧光识别性能。探针溶液中加入铜离子，荧光颜色由蓝色变为绿，具有比率荧光效应，可实现裸眼辨别检测，具有快速、简便、灵敏度高、选择性强的特点。探针检测体系几乎为纯水相，具有广泛的潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的荧光探针的¹hnmr谱图；

图2为本发明实施例1制得的荧光探针的质谱谱图；

图3为本发明实施例1制得的荧光探针(2×10^-5mol/l)的dmso/h2o(0.5/99.5,v/v)溶液中加入等量不同金属离子(ag⁺，al³⁺，ca²⁺，cd²⁺，co²⁺，cr³⁺，cu²⁺，fe³⁺，hg²⁺，k⁺，mg²⁺，mn²⁺，na⁺，ni²⁺，pb²⁺，zn²⁺，2×10^-5mol/l)溶液的f525/f480比率荧光值图；插图表示加入不同金属离子后探针荧光光谱图和365nm紫外灯下加入铜离子前后探针溶液颜色变化图。

图4为本发明实施例1制得的荧光探针的dmso/h2o(0.5/99.5,v/v)溶液(2×10^-6mol/l)滴定不同浓度cu²⁺的荧光光谱图；插图表示f525/f480随铜离子浓度的线性变化趋势图。

图5为在hela细胞中，荧光探针与cu²⁺的荧光成像图；hela细胞用2×胞用^-5mol/l荧光探针培育0.5小时后加入2×加入^-5mol/lcu²⁺，继续培育0.5小时使用olympusfv500-ix70激光共聚焦显微镜进行荧光成像。

其中：a为上述荧光探针蓝色通道荧光成像图；b为上述荧光探针绿色通道荧光成像图；c为上述荧光探针明场下的成像图；d为上述荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；e为上述荧光探针+cu²⁺蓝色通道荧光成像图；f为上述荧光探针+cu²⁺绿通道荧光成像图；g为上述荧光探针+cu²⁺明场下的成像图；f为上述荧光探针+cu²⁺明场图和荧光图叠加后的图片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

萘并吡喃卡巴腙衍生物的合成

将2.10g3h-萘并[2,1-b]吡喃-2-甲醛溶于100ml乙醇中，再加入0.90g卡巴肼，常压下回流搅拌1.5h，冷却至室温，析出大量固体，减压过滤，将滤渣用乙醇洗涤，得到黄色固体即为目标产物，目标产物的产率为86％。

采用核磁共振仪对制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物进行核磁共振分析，结果如下：

¹hnmr(400mhz,dmso-d6),δ(ppm):10.78/10.52(s,1h,nh),8.16-8.21(s,1h,ar-h),8.09/8.02(s,1h,c-h),7.76-7.88(m,3h,ar-h),7.55-7.64(m,2h,ar-h+nh),7.38-7.44(m,1h,ar-h),7.13-7.19(d,1h,ar-h),5.23/5.18(s,2h,ch2),4.15(s,2h,nh2)，具体核磁图谱见图1；

质谱：esi-ms:m/z＝283.1156for[m+h]⁺(calc.283.12),305.0923for[m+na]⁺(calc.305.10),and587.2130for[2m+na]⁺(calc.587.21)。具体质谱谱图见图2。

实施例2

将4.20g3h-萘并[2,1-b]吡喃-2-甲醛溶于200ml乙醇溶液中，再加入1.80g卡巴肼，常压下回流搅拌2h，冷却至室温，析出大量固体，减压过滤，将滤渣用乙醇洗涤得到黄色固体即为目标产物，目标产物的产率为90％。

实施例3萘并吡喃卡巴腙衍生物对铜离子光学性质测定

将上述实施例1制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物作为荧光探针在dmso/h2o(0.5/99.5,v/v)介质中配制成摩尔浓度为2×10^-5mol/l的溶液，分别在含摩尔浓度为1×10^-5mol/l的ag⁺，al³⁺，ca²⁺，cd²⁺，co²⁺，cr³⁺，cu²⁺，fe³⁺，hg²⁺，k⁺，mg²⁺，mn²⁺，na⁺，ni²⁺，pb²⁺，zn²⁺等金属离子的溶液中加入等量的上述荧光探针溶液，采用荧光光谱仪对其分别进行荧光光谱分析(激发波长为385nm)，所得的荧光光谱图见图3。通过图3可以看出，本发明实施例1制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物作为荧光探针与铜离子作用后荧光发射峰位置和强度均发生明显改变，荧光比率信号f525/f480可用于铜离子的快速鉴别。365nm紫外灯激发下，探针与铜离子作用，由蓝荧光变为绿荧光，具有比率荧光效应，可实现裸眼辨别检测。而本发明实施例1制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物对其它金属离子如ag⁺，al³⁺，ca²⁺，cd²⁺，co²⁺，cr³⁺，fe³⁺，hg²⁺，k⁺，mg²⁺，mn²⁺，na⁺，ni²⁺，pb²⁺，zn²⁺等无明显荧光发射峰位置变化。

dmso/h2o(0.5/99.5,v/v)溶液中，摩尔浓度为2×10^-5mol/l的萘并吡喃卡巴腙衍生物荧光探针对铜离子具有较高的选择性响应。通过图4荧光滴定光谱可以计算得到cu²⁺检出限为1.04×10^-8mol/l，线性范围分别为2.0-9.5×10^-6mol/l，因此本发明实施例1制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物可用于铜离子的荧光定量检测。

实施例4萘并吡喃卡巴腙衍生物衍生物荧光探针在细胞内铜离子的检测实验

hela细胞用2×10^-5mol/l的上述实施例1制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物荧光探针培育0.5小时后加入cu²⁺(2×10^-5mol/l)，继续培育0.5小时后使用olympusfv500-ix70激光共聚焦显微镜进行荧光成像，获得在hela细胞的荧光成像图，具体如图5所示，其中a为上述荧光探针蓝色通道荧光成像图；b为上述荧光探针绿色通道荧光成像图；c为上述荧光探针明场下的成像图；d为上述荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；e为上述荧光探针+cu²⁺蓝色通道荧光成像图；f为上述荧光探针+cu²⁺绿通道荧光成像图；g为上述荧光探针+cu²⁺明场下的成像图；f为上述荧光探针+cu²⁺明场图和荧光图叠加后的图片。hela细胞中加入上述萘并吡喃卡巴腙衍生物蓝色通道有强荧光，绿色通道弱荧光；而再加入铜离子后，蓝色通道荧光强度明显减弱，绿色通道荧光强度明显增强。故本发明实施例1制得的萘并吡喃卡巴腙衍生物可用于细胞中铜离子的荧光探针。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。