熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光学传感成像检测技术领域，具体涉及熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针及其制备方法和应用。

背景技术：

近年来，生物和环境中一些重要物质的识别和检测已经成为化学传感器这一方向的重要目标。其中一些检测方法，如高分辨液相色谱、质谱、原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱、电化学传感等方法已经被用于相关目标物的分析。然而这些检测方法由于需要复杂的仪器，因此具有步骤繁琐以及耗时等缺陷。以有机荧光团为基础的分子荧光探针具有灵敏度高、操作简便、重现性好、膜透性好、原位检测等众多优点，此外，与荧光成像技术相结合，分子荧光探针能方便用于生物体系中目标分子的原位适时无损伤检测，并可用于监控活细胞与活体中生物分子及其生物过程。因此，分子荧光探针日益成为现代生命科学及疾病诊断等领域不可缺少的研究手段，分子荧光探针的设计、合成及其生物成像应用已经成为当前跨学科的前沿交叉研究领域。

铜离子是人体所必须的一种微量元素，同时也是含量较多的过渡金属元素之一。铜在细胞内的浓度失衡会影响细胞的正常代谢和功能紊乱，从而引发一些疾病的产生。因此，建立一种简便、实时、快速、可靠的分析方法用于铜离子的定量检测十分有意义。基于有机小分子的荧光探针技术则以其高选择性、高灵敏性、原位实时检测、低生物组织破坏性等优点在铜离子检测方面得到了广泛的应用和发展。基于经典染料如氧杂蒽、萘酰亚胺、香豆素等而设计的铜离子探针常常存在选择性、灵敏性不高，并且结构以及光学信号不稳定等缺陷，不能很好的满足生物分子检测中对探针波长的要求。因此需要合成新型探针分子，以使其满足生物分子检测标准。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有铜离子探针常常存在选择性、灵敏性不高，并且结构以及光学信号不稳定等缺陷，不能很好的满足生物分子检测中对探针波长、选择性的要求，提供一种熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针及其制备方法和应用。

具体的技术方案为：

一种熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针，其结构通式如下：

该一种熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针的制备方法，，包括以下步骤：

(1)将2-(2,4-二羟基苯甲酰)苯甲酸和4-羟基咔唑在甲磺酸中加热搅拌进行反应，加热温度为85℃，反应时间48h，将上述液体冷却；加入水中析出沉淀，沉淀物经过过滤、干燥，溶于甲醇中，并加入浓硫酸回流，反应时间24h，冷却后得含有中间产物1的混合溶液；

(2)将上述混合溶液减压去除甲醇，加入水中，用碳酸氢化钠中和，二氯甲烷萃取，收集有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，用二氯甲烷/甲醇柱层析，即得纯中间产物1；

(3)中间产物1和苯肼在甲醇中加热搅拌，加热温度为60℃，反应时间约8h，至析出大量沉淀后冷却；

(4)将上述沉淀通过二氯甲烷/甲醇柱层析得到目标产物2。

所述邻苯二甲酸酐和4-羟基咔唑的摩尔比为1:2，二者的总重量与溶剂甲磺酸的重量比为1:2-5；邻苯二甲酸酐与甲醇和浓硫酸的质量比为1:20-50:1-5。

该熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针的应用，作为检测铜离子的分子荧光探针。

所述中间产物1和苯肼与甲醇的重量比为1:0.8-2:10-25。

本发明的优点和有益效果是：

该熔合咔唑和罗丹明结构的铜离子探针在一定的环境下，可实现对铜离子的高选择、高灵敏性、原位、实时响应，且检测限可达到10^-8m的数量级；其制备方法简单易行、成本低；利用该染料为光学信号报告基团设计了可作为检测铜离子的分子荧光探针；同时，该染料还可作为平台，设计出对各种分子或离子识别的探针。

附图说明

图1是本发明所得探针的单晶结构示意图；

图2是本发明所得的探针在乙腈水(体积比1：1，ph＝7.4)中逐渐滴加铜离子的荧光光谱图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

1、中间体产物1的制备

具体方法如下：

1)邻苯二甲酸酐(1.48g,10mmol)和4-羟基咔唑(3.66g,20mmol)加入8ml甲磺酸中搅拌，85℃油浴加热反应48h。

2)将反应液中加入60ml水中，析出沉淀，过滤，干燥。加入50ml甲醇溶解，4ml浓硫酸作催化剂，85℃油浴加热反应24h。整除大部分甲醇，残留物加入水中，用饱和碳酸氢钠中和至中性，二氯甲烷萃取(40ml×3),干燥，所得固体粗产物用二氯甲烷/甲醇(v/v＝20:1)硅胶色谱柱分离，得到中间产物1，红棕色固体0.93g，产率19％。熔点：202-204℃。

¹hnmr(400mhz,dmso-d6)δ(ppm)13.09(s,1h),8.70(d,j＝7.4hz,2h),8.42(d,j＝7.9hz,1h),8.09(t,j＝7.7hz,1h),8.00(t,j＝7.7hz,1h),7.83(d,j＝7.7hz,2h),7.71(d,j＝7.7hz,3h),7.56-7.49(m,4h),7.44(d,j＝7.4hz,2h),3.40(s,3h).¹³cnmr(100mhz,dmso-d6)δ(ppm)166.59,165.11,152.02,147.49,139.37,134.43,133.37,131.02,130.97,129.16,127.28,122.62,121.64,120.31,116.37,115.09,113.29,108.93,52.85.esi-hrms:calcd.m/z493.1552for[m+h]⁺,foundm/z493.1540for[m+h]⁺。

中间产物1在各种溶剂中以开环螺环酯的结构稳定存在，相应的光物理性质如表1所示。

表1化合物1在不同溶剂中的光物理性质

thereferencestandards[rhodamineb(φf＝0.50inethanol)],λex:500,slits:2.5nm,5nm.

2、铜离子探针2的制备

具体方法如下：

熔合咔唑和罗丹明结构铜离子探针2的合成步骤如下：

1)将上述实施例1得到的中间产物1(0.49g,1mmol)与苯肼(0.46g,6mmol)在10ml甲醇中搅拌，50℃油浴加热反应至大量沉淀出现。

2)收集沉淀，所得沉淀粗产物通过二氯/甲烷甲醇(体积比60/1)硅胶色谱柱分离得纯品2，白色固体粉末0.35g，产率40％。熔点：235-237℃。探针2的结构如图1所示。

¹hnmr(400mhz,dmso-d6)δ(ppm)11.66(s,2h),8.90(d,j＝7.6hz,2h),8.26(s,1h),7.98-7.96(m,1h),7.78(d,j＝3.9hz,1h),7.67-7.61(m,4h),7.53-7.44(m,4h),7.27-7.24(m,3h),7.19-7.16(m,1h),6.89(s,1h),6.47-6.44(m,1h),6.28(d,j＝8.4hz,1h).¹³cnmr(100mhz,dmso-d6)δ(ppm)164.92,158.57,152.07.148.01,147.12,146.85,141.13,139.43,137.59,136.74,133.62,129.66,128.89,125.34,124.58,122.78,121.66,120.73,119.21,117.87,114.76,113.95,111.34,109.73,108.24,107.56,106.50,65.89.esi-hrms:calcd.m/z570.1930for[m+h]⁺,foundm/z570.1952,1139.3679for[m+h]⁺and[2m+h]⁺,respectively.

述探针2的光学性质的测定：

将探针2配成浓度为5×10^-3mol/l的dmf溶液，保存备用。

化合物2在不同浓度铜离子中的光学性质的测定：将化合物2溶于ch3cn-h2o(ph＝7.4,v/v,1/1)溶剂中配制成5×10^-6mol/l的待测液3ml，逐渐加入cu²⁺离子(0-6×10^-5mol/l)，记录荧光发射光谱。如图2所示。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围，作为荧光染料是本发明新化合物的一种用途，不能认定本发明的化合物仅用于荧光染料，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在基于本发明化合物用作荧光染料的相同作用机理的考虑下，还可以做出若干简单推理，得出本发明的化合物的其他应用用途，都应当视为属于本发明的保护范围。