一种用于检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针及其制备方法和应用

1.本发明属精细有机合成技术领域，涉及一种用于检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针及其制备方法与应用。


背景技术：

2.硫化氢(h2s)是一种无色、恶臭、高毒性的气体，被称为生命系统中仅次于一氧化氮和一氧化碳的第三种内源性气体传输器。h2s作为一种活性硫物质 (reactive sulfur species，rss)，是一种必需的含硫醇分子，在抵抗氧化应激和维持生物的正常生理功能，包括神经传递、血管舒张、胰岛素分泌、细胞凋亡和炎症等方面发挥着多功能的作用。此外，h2s水平和浓度的异常波动与一系列疾病有关，如新陈代谢异常、神经退行性疾病、糖尿病、阿尔茨海默病、心血管疾病、癌症和炎症。此外，硫化氢已被证实存在于许多食品和工业废水中。排放的含硫化氢废水会严重污染水环境和食品，对人体健康造成严重危害。一般来说，变质的鸡蛋含有一定量的h2s气体，这是细菌降解各种硫化物产生的，并散发出令人恶心的臭鸡蛋气味。此外，h2s也被认为是判断红葡萄酒质量的重要指标之一，劣质葡萄酒通常含有更高浓度的h2s。因此，h2s的波动水平是监测食品新鲜程度和质量的重要指标。鉴于h2s的重要生物功能及其对食品质量的重要影响，有必要对食品样品和生物体内的h2s浓度进行准确的评价。
3.目前有许多关于检测硫化氢的有机荧光探针的合成研究报道，根据荧光探针发光基团的不同结构，通常包括：氧杂蒽类、香豆素类、菲醌类和花菁类等荧光探针。而采用可再生的天然萜烯为原料合成用于硫化氢检测的有机荧光探针的相关报道更少，因此此类荧光探针技术具有很大的研究价值和开发前景。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针，可专一地与硫化氢反应，其荧光光谱迅速增强，对硫化氢进行定性和定量分析。本发明所要解决的另一技术问题是提供一种检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针的制备方法。本发明还要解决的另一技术问题是提供一种检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针的应用。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.用于检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针，其名称为 4-(2
′‑
氨基-3
′‑
氰基-7
′
，7
′‑
二甲基-5
′
，6
′
，7
′
，8
′‑
四氢-6
′
，8
′‑
桥亚甲基喹啉-4
′‑
基)-2-(苯并 [d]噻唑-2
′‑
基)苯酚2，4-二硝基苯磺酸酯，简称nps，其结构式为：
[0007][0008]
所述的用于检测硫化氢的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针的制备方法，具体的合成步骤如下：
[0009]
1)以诺蒎酮为原料，与丙二腈、对羟基苯甲醛、醋酸铵发生环化反应得到 4-(2
′‑
氨基-3
′‑
氰基-7
′
，7
′‑
二甲基-5
′
，6
′
，7
′
，8
′‑
四氢-6
′
，8
′‑
桥亚甲基喹啉-4
′‑
基)苯酚化合物i；
[0010]
2)在三氟乙酸催化下，化合物i与乌洛托品发生甲酰化反应，得到3-甲酰基-4-(2
′‑
氨基-3
′‑
氰基-7
′
，7
′‑
二甲基-5
′
，6
′
，7
′
，8
′‑
四氢-6
′
，8
′‑
桥亚甲基喹啉-4
′‑
基)苯酚化合物ii；
[0011]
3)在焦亚硫酸钠催化下，化合物ii与邻氨基苯硫酚发生环化反应，得到4-(2
′‑ꢀ
氨基-3
′‑
氰基-7
′
，7
′‑
二甲基-5
′
，6
′
，7
′
，8
′‑
四氢-6
′
，8
′‑
桥亚甲基喹啉-4
′‑
基)-2-(苯并[d]噻唑-2
′‑
基)苯酚化合物iii；
[0012]
4)化合物iii在三乙胺催化下，与2，4-二硝基苯磺酰氯发生酯化反应，制得化合物4-(2
′‑
氨基-3
′‑
氰基-7
′
，7
′‑
二甲基-5
′
，6
′
，7
′
，8
′‑
四氢-6
′
，8
′‑
桥亚甲基喹啉-4
′‑ꢀ
基)-2-(苯并[d]噻唑-2
′‑
基)苯酚2，4-二硝基苯磺酸酯化合物nps。
[0013]
步骤1)中，在三氟甲烷磺酸镱催化下，原料诺蒎酮与丙二腈、对羟基苯甲醛、醋酸铵发生环化反应，得到化合物i，具体的制备步骤为：
[0014]
(1)将10mmol诺蒎酮、10～15mmol丙二腈、10～15mmol对羟基苯甲醛、15～30mmol醋酸铵、30～50ml乙醇加入三口烧瓶中，再加入0.5～1mmol三氟甲烷磺酸镱，加热回流反应6～12h，用tlc法跟踪监测反应进程，直至诺蒎酮转化率达到100％后停止反应；
[0015]
(2)反应液冷却后减压抽滤并用冷乙醇洗涤后干燥，得到化合物i。
[0016]
步骤2)中，在三氟乙酸的作用下，化合物i与乌洛托品进行甲酰化反应，得到化合物ii，具体的制备步骤为：
[0017]
(1)将1mmol化合物i、2～4mmol乌洛托品、5～15ml三氟乙酸加入三口烧瓶中，回流反应4～8h，用tlc监测反应进程，直至化合物i反应完全，向反应液中加入1m稀盐酸水溶液5～15ml，继续搅拌反应1h后冷却至室温并停止反应；
[0018]
(2)反应液用乙酸乙酯萃取，有机相用和饱和碳酸氢钠水溶液和蒸馏水洗涤至中性；有机相经无水硫酸钠干燥、过滤、旋蒸除去溶剂后，得到化合物ii 的粗产物；
[0019]
(3)化合物ii的粗产物经硅胶柱分离(200～300目，洗脱液石油醚/乙酸乙酯＝6∶1，v/v)，得到化合物ii。
[0020]
步骤3)中，化合物ii在焦亚硫酸钠催化下，与邻氨基苯硫酚发生环化反应，得到化
合物iii，具体的制备步骤为：
[0021]
(1)将1mmol化合物ii、1～1.5mmol邻氨基苯硫酚、1～1.5mmol焦亚硫酸钠加入至5～10mln，n-二甲基甲酰胺中，在110℃下反应2～4h；
[0022]
(2)反应液冷却到室温后，将10～30ml冰的去离子水加入反应液中，得到的反应液经过减压抽滤、用乙醇和去离子水洗涤数次后干燥，得到化合物iii。
[0023]
步骤4)中，在三乙胺催化下，化合物iii与2，4-二硝基苯磺酰氯发生取代反应，得到化合物nps，具体的制备步骤为：
[0024]
(1)在氮气保护下，将1mmol化合物iii、2～4mmol三乙胺、5～15mmol 二氯甲烷加入三口烧瓶中，在0℃下搅拌反应，再将2～3mmol 2，4-二硝基苯磺酰氯滴加进烧瓶中，继续在室温下反应4～6h，用tlc监测反应进程，直至化合物 iii反应完全后停止反应；
[0025]
(2)反应液用水稀释后，用乙酸乙酯萃取，有机相用蒸馏水洗涤至中性；有机相经无水硫酸钠干燥、过滤、旋蒸除去溶剂后，粗产物经硅胶柱分离(200～300 目，洗脱液石油醚/乙酸乙酯＝4∶1，v/v)，得到化合物nps。
[0026]
化合物nps在检测硫化氢中的应用。能专一性地与硫化氢发生反应，荧光光谱迅速增强，检测极限达到8.3
×
10-8
m。
[0027]
本发明以诺蒎酮为原料，与丙二腈、对羟基苯甲醛、醋酸铵发生环化反应得到化合物i；化合物i再与乌洛托品进行甲酰化反应，得到化合物ii；化合物ii 与邻氨基苯硫酚发生环化反应，得到化合物iii；化合物iii与2，4-二硝基苯磺酰氯发生酯化反应，得到最终的化合物nps。化合物nps能选择性地与硫化氢发生硫解反应形成化合物iii，其荧光光谱迅速增强，可作为专一性的增强型荧光探针用于检测硫化氢。
[0028]
有益效果：与现有技术相比，本发明利用天然可再生资源β-蒎烯衍生物诺蒎酮为原料制得的噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针化合物nps，该噻唑耦合喹啉基苯酚苯磺酸酯增强型荧光探针能选择性地与硫化氢发生硫解反应，使2，4-二硝基苯磺酰基完全从nps分子上脱下并释放出具有黄色荧光的化合物 iii，使其荧光光谱迅速增强，可作为专一性的荧光探针用于检测硫化氢，检测极限达到8.3
×
10-8
m，性能优良。
附图说明
[0029]
图1是化合物nps分别与不同干扰性化合物作用的荧光发射光谱图；
[0030]
图2是化合物nps分别与不同浓度的硫化氢在纯水中的荧光光谱图。
具体实施方式
[0031]
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0032]
实施例1
[0033]
化合物nps的合成路线为：
[0034][0035]
具体的合成步骤如下：
[0036]
1)化合物i的制备
[0037]
将10mmol诺蒎酮、10mol丙二腈、10mol对羟基苯甲醛、15mmol醋酸铵、30ml乙醇加入三口烧瓶中，再加入1ml体积分数10％的乙酸水溶液，加热回流反应6h，用tlc法跟踪监测反应进程，直至诺蒎酮转化率达到100％后停止反应。反应液冷却后减压抽滤并用冷乙醇洗涤后干燥，得到化合物i，得率为73％。1h nmr(600mhz，dmso-d6)δ：9.71(s，1h)，7.16(d，j＝8.3hz，2h)，6.87 (d，j＝8.3hz，2h)，6.52(s，2h)，2.70(t，j＝5.6hz，1h)，2.59(dd，j＝9.5，5.8hz， 1h)，2.50-2.48(m，1h)，2.40(dd，j＝16.5，2.7hz，1h)，2.19(tt，j＝6.1，3.0hz，1h)， 1.33(s，3h)，1.20(d，j＝9.5hz，1h)，0.65(s，3h)。
13
c nmr(150mhz，dmso-d6) δ：169.49，158.74，157.72，152.37，129.58，126.43，117.27，115.75，115.39，86.82， 50.18，38.46，29.50，29.20，25.65，21.12。
[0038]
2)化合物ii的制备
[0039]
将1mmol化合物i、2mmol乌洛托品、10ml三氟乙酸加入三口烧瓶中，回流反应4h，用tlc监测反应进程，直至化合物i反应完全，向反应液中加入10ml 1m稀盐酸水溶液，继续搅拌反应1h后冷却至室温并停止反应。反应液用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和碳酸氢钠水溶液和蒸馏水洗涤至中性；有机相经无水硫酸钠干燥、过滤、旋蒸除去溶剂后，得到化合物ii的粗产物。化合物ii 粗产物经硅胶柱分离(200～300目，洗脱液石油醚/乙酸乙酯＝6∶1，v/v)，得到中间体ii，得率为57％。1h nmr(600mhz，dmso-d6)δ11.04(s，1h)，10.32(s，1h)， 7.62(d，j＝2.4hz，1h)，7.53(dd，j＝8.5，2.4hz，1h)，7.13(d，j＝8.5hz，1h)，6.62 (s，2h)，2.71(t，j＝5.6hz，1h)，2.59(dt，j＝9.5，5.8hz，1h)，2.47(d，j＝3.1hz， 1h)，2.38(dd，j＝16.5，2.7hz，1h)，2.18(tt，j＝5.7，2.8hz，1h)，1.33(s，3h)，1.21 (d，j＝9.5hz，1h)，0.65(s，3h)。
13
c nmr(150mhz，dmso-d6)δ191.00，169.82， 160.84，158.74，150.92，136.28，128.72，127.01，122.23，117.76，117.02，115.63， 86.38，64.94，50.18，38.49，29.41，29.02，25.62，21.13。
[0040]
3)化合物iii的制备
[0041]
将1mmol化合物ii、1mmol邻氨基苯硫酚、1mmol焦亚硫酸钠加入至10mln，n-二甲
基甲酰胺中，在110℃下反应4h。反应液冷却到室温后，将30ml冰的去离子水加入反应液中，得到的反应液经过减压抽滤、用乙醇和去离子水洗涤数次后干燥，得到化合物iii，得率为92％。1h nmr(600mhz，dmso-d6)δ：11.80 (s，1h)，8.21(d，j＝2.3hz，1h)，8.14(d，j＝8.0hz，1h)，8.05(d，j＝8.1hz，1h)， 7.53(t，j＝7.5hz，1h)，7.43(q，j＝9.2，8.4hz，2h)，7.22(d，j＝8.4hz，1h)，6.65(s， 2h)，2.72(s，1h)，2.62-2.54(m，2h)，2.43(d，j＝16.6hz，1h)，2.18(td，j＝6.6，6.1， 3.2hz，1h)，1.33(s，3h)，1.25(d，j＝9.4hz，1h)，0.68(s，3h)。
13
c nmr(150mhz， dmso-d6)δ：169.78，163.76，158.77，156.27，151.41，151.37，134.83，132.20，128.14， 127.34，126.44，125.09，122.29，122.00，118.91，117.27，117.16，115.72，86.56，50.20， 38.49，29.46，29.12，25.62，21.13，14.09。
[0042]
4)化合物nps的制备
[0043]
在氮气保护下，将1mmol化合物iii、3mmol三乙胺、15mmol二氯甲烷加入三口烧瓶中，在0℃下搅拌反应，再将2mmol2，4-二硝基苯磺酰氯滴入烧瓶中，继续在室温下反应6h，用tlc监测反应进程，直至中间体iii反应完全后停止反应。反应液用水稀释后，用乙酸乙酯萃取，有机相用蒸馏水洗涤至中性；有机相经无水硫酸钠干燥、过滤、旋蒸除去溶剂后，粗产物经硅胶柱分离(200～300 目，洗脱液石油醚/乙酸乙酯＝4∶1，v/v)，得到化合物nps，得率为58％。1h nmr (600mhz，dmso-d6)δ：8.97(d，j＝2.3hz，1h)，8.34(dd，j＝8.7，2.3hz，1h)，8.24 (d，j＝8.7hz，1h)，8.12(d，j＝7.9hz，2h)，7.98(d，j＝8.1hz，1h)，7.70(dd，j＝ 8.5，2.2hz，1h)，7.54(t，j＝7.9hz，2h)，7.50-7.44(m，1h)，6.76(s，2h)，2.74(t，j＝ 5.6hz，1h)，2.63(dt，j＝9.4，5.8hz，1h)，2.56(dd，j＝16.5，3.2hz，1h)，2.43(dd，j ＝16.5，2.7hz，1h)，2.23(tt，j＝6.0，3.0hz，1h)，1.35(s，3h)，1.28(d，j＝9.3hz， 1h)，0.70(s，3h)。
13
c nmr(150mhz，dmso-d6)δ：170.34，170.16，160.67，158.67， 152.23，150.88，149.63，147.71，145.75，136.57，135.32，133.07，131.52，131.01， 127.25，127.08，126.82，126.10，124.29，123.21，122.27，120.76，116.75，115.48， 85.87，59.76，38.59，28.89，25.64，21.20，20.76，14.08。
[0044]
实施例2
[0045]
将化合物nps溶于乙醇，配制成浓度为1mm的溶液，并用超纯水稀释到 20μm用于荧光光谱测试。将不同的干扰性化合物溶于超纯水并稀释到20μm使用，采用荧光光谱分析法测得不同的干扰性化合物对探针化合物nps的荧光光谱，如图1所示。结果表明，相比于其他干扰性化合物，只有硫化氢能够引起化合物的荧光光谱强度的明显改变，说明化合物nps可以专一性识别硫化氢。
[0046]
实施例3
[0047]
将化合物nps溶于乙醇，配制成浓度为1mm的溶液，并用超纯水稀释到 10μm使用。同样将硫化氢溶于超纯水并配成浓度分别为0、2、4、6、8、10、 12、14、16、18、20μm的溶液。采用荧光光谱分析法测得不同浓度的硫化氢对探针化合物nps的荧光光谱，如图2所示。结果表明，荧光探针化合物nps的荧光光谱均发生了规律性的变化，说明荧光探针化合物nps可以作为检测硫化氢的增强型荧光探针。