一种含有吲哚和喹啉骨架的化合物及其应用

本发明涉及一种含有吲哚和喹啉骨架的化合物及其应用，属于化学。

背景技术：

1、过渡金属在化学、医药、生物及环境等领域得到广泛的应用。cu和mn属于第一过渡系金属，同时也是人体必需的微量元素，当人体摄入不足或超出需求量时会引发特定疾病或中毒。其中，锰可以作为特定蛋白质的辅助因子，参与调节人体免疫、能量生成、生长、凝血和止血等功能，以及去除异常氧化应激副产物。锰中毒主要表现为锥体外系副作用，类似于帕金森综合征，多见于特定职业群体如采矿、焊接、冶炼和电池制造等。饮用受污染的水源也是锰中毒重要原因，目前世界卫生组织饮用水水质标准(第四版)(guidelines fordrinking-water quality,who)建议饮用水中的锰含量低于每升400μg/l。此外，日常生活中的一些不锈钢产品如304不锈钢制品也会出现锰超标(>2％)的情况，农药代森锰的使用也增加了环境中锰中毒风险。铜是许多蛋白质的辅基，参与催化生物体内氧化还原化学过程，但过量的铜会引起氧化应激，还会诱发dna损伤和抑制细胞增殖。铜中毒通常由意外食用受污染的水源、使用含铜盐外用乳膏、在无涂层铜炊具中烹制酸性食物引起。硫酸铜作为一种非常容易获得的化学品，常用于农业中的杀细菌剂、杀真菌剂、除藻剂等，还用于工业领域如纺织品、皮革、木材、电池、墨水、石油和油漆等。因此，监测环境或特定工农业产品中铜和锰的含量，并发展低成本的检测试剂和检测方法具有重要意义。

2、目前，铜和锰等金属离子的检测方法，主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱此外、紫外-可见分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱、荧光法以及色谱法、质谱法和电化学分析法等。荧光光谱法因具有成本低、操作简单、灵敏度高等优点，是检测极微量金属离子的首选方法之一。开发合适的荧光探针是荧光法实施的基础与前提。

3、近年来，已有多种具有不同荧光团结构的荧光探针被报道。喹啉作为一种良好的荧光团骨架，目前已被用于多种荧光探针的开发中，获得的探针可以用于金属离子(zn2+、mg2+、fe2+/fe3+、hg2+、al3+、co2+、cu2+等)检测。(见2015年吉林大学周晨的博士论文，论文题目为基于喹啉衍生物的荧光探针的合成及在检测金属离子方面的应用)

4、然而，现有技术也存在如下问题：

5、1.很多用于金属离子检测的方法，如x射线光电子能谱(xps)、原子吸收光谱法、电感耦合等离子发射光谱等，需要复杂的样品处理程序以及使用大型仪器。

6、2.目前缺少能在同一测试体系中同时检测cu2+和mn2+两种过渡金属离子的低成本荧光探针。

7、因此，开发一种无须复杂的样品处理程序以及使用大型仪器，又能同时检测cu2+和mn2+两种过渡金属离子的双功能荧光探针和检测方法，将使得检测更加高效，同时降低成本。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的空白，本发明提供了一种含有吲哚和喹啉骨架的化合物及其应用。

2、本发明的构思如下：本发明以8-羟基喹啉骨架为基础，首次引入吲哚片段，设计并合成了未见报道的含有吲哚和喹啉骨架的荧光探针。与现有的荧光探针相比，本发明设计的探针分子首先具有新颖的化学结构，此外其能在同一测试体系中以极高的灵敏度同时检测cu2+和mn2+两种金属离子。

3、本发明的具体技术方案如下：

4、在本发明的第一方面，提供了一种含有吲哚和喹啉骨架的化合物，所述化合物具有如通式(i)所示的结构式：

5、

6、其中，r选自以下基团中的任意一种：h、卤素及其他常见取代基如c1-c6烷基、甲氧基、硝基、氨基、氰基、羧基、酯基、三氟甲基、三氟甲氧基等。其中，“烷基”是指完全饱和的烃链，该烃链可以是直链或支链的。

7、优选地，所述的通式(i)所示的结构式中，r为h或cl。

8、在本发明的一个优选实施方式中，本发明的通式(i)为化合物，选自以下两种化合物中的任意一种：

9、n'-{(8-羟基-2-喹啉基)亚甲基}-1h-吲哚-2-甲酰肼

10、5-氯-n'-{(8-羟基-2-喹啉基)亚甲基}-1h-吲哚-2-甲酰肼

11、两种化合物的具体结构分别如下表所示：

12、表1优选化合物结构

13、

14、在本发明的第二方面，提供了一种组合物，所述的组合物包含如第一方面所述的化合物以及常用的化学溶剂和辅料。

15、在本发明的第三方面，提供了一种负载物，所述的负载物包含如第一方面所述的化合物或如第二方面所述的组合物，以及用于负载或成型的特定载体材料。本发明中，负载物指将如第一方面所述的化合物或如第二方面所述的组合物负载于特定载体材料，载体材料包括但不限于各种膜材料、纸质材料、高分子聚合物材料、纳米材料、碳基材料。

16、在本发明的第四方面，提供了如第一方面所述的化合物、如第二方面所述的组合物或如第三方面所述的负载物在检测金属离子中的应用，所述的金属离子为铜离子(cu2+)、锰离子(mn2+)、铅离子(pb2+)或铁离子(fe3+)。

17、进一步地，本发明提供了如第一方面所述的化合物、如第二方面所述的组合物或如第三方面所述的负载物在同一测试体系中同时检测cu2+和mn2+金属离子中的应用。

18、在本发明的第五方面，提供了如第一方面所述化合物的合成方法。

19、为了完成本发明的合成目的，本发明采用如下的合成技术方案制备如下通式(i)化合物，通式(i)化合物中的r为h或cl：

20、

21、当通式(i)化合物中的r为h时，所述化合物为n'-{(8-羟基-2-喹啉基)亚甲基}-1h-吲哚-2-甲酰肼，其制备方法包括如下步骤：

22、1)取化合物1a，即吲哚-2-羧酸乙酯与85％的水合肼进行缩合反应，得到化合物2a，即1h-吲哚-2-甲酰肼；其中吲哚-2-羧酸乙酯与水合肼的摩尔比为1:(2-10)，溶剂为dmf，反应温度为回流温度，反应时间为6～18h；

23、2)取化合物3，即2-甲基-8-羟基喹啉，与二氧化硒进行氧化反应，得到化合物4，即8-羟基喹啉-2-甲醛；其中化合物3与二氧化硒的摩尔比为1:(1.5～3)，溶剂为1，4-二氧六环，反应温度为95℃，反应时间为6～18h；

24、3)取化合物2a和化合物4在乙酸催化下进行缩合反应，得到化合物5a，即n'-{(8-羟基-2-喹啉基)亚甲基}-1h-吲哚-2-甲酰肼；化合物2a、化合物4与乙酸的摩尔比为1:(0.8～1.2):(0～6)，溶剂为乙醇，反应温度为80℃，反应时间为3～8h。

25、优选地，

26、所述的步骤1)中，所述的吲哚-2-羧酸乙酯与水合肼的摩尔比为1:3或1:5。

27、所述的步骤2)中，所述的化合物3与二氧化硒的摩尔比为1:2。

28、所述的步骤3)中，所述的化合物2a、化合物4与乙酸的摩尔比为1:1:3。

29、当通式(i)化合物中的r为cl时，所述化合物为5-氯-n'-{(8-羟基-2-喹啉基)亚甲基}-1h-吲哚-2-甲酰肼，其制备方法包括如下步骤：

30、1)取化合物1b，即5-氯吲哚-2-羧酸乙酯与85％的水合肼进行缩合反应，得到化合物2b，即5-氯-1h-吲哚-2-甲酰肼；5-氯吲哚-2-羧酸乙酯与水合肼的摩尔比为1:(2-10)，溶剂为乙醇，反应温度为回流温度，反应时间为6～18h；

31、2)取化合物3，即2-甲基-8-羟基喹啉，与二氧化硒进行氧化反应，得到化合物4，即8-羟基喹啉-2-甲醛；其中化合物3与二氧化硒的摩尔比为1:(1.5～3)，溶剂为1，4-二氧六环，反应温度为95℃，反应时间为6～18h；

32、3)取化合物2b和化合物4在乙酸催化下进行缩合反应，得到化合物5b，即5-氯-n'-{(8-羟基-2-喹啉基)亚甲基}-1h-吲哚-2-甲酰肼；化合物2b、化合物4与乙酸的摩尔比为1:(0.8～1.2):(0～6)，溶剂为乙醇，反应温度为80℃，反应时间为3～8h。

33、优选地，

34、所述的步骤1)中，所述的5-氯吲哚-2-羧酸乙酯与水合肼的摩尔比为1:3或1:5。

35、所述的步骤2)中，所述的化合物3与二氧化硒的摩尔比为1:2。

36、所述的步骤3)中，所述的化合物2b、化合物4与乙酸的摩尔比为1:1:3。

37、本发明包括如下技术效果：

38、1)本发明提供的新型含有吲哚和喹啉骨架化合物，作为荧光探针，能在同一测试体系中同时检测出微量的cu2+和mn2+两种金属离子，检测限低于5×10-7mol/l。

39、2)本发明提供了基于新型探针检测微量cu2+和mn2+的检测方法，该检测方法操作简单，成本低，无需借助大型仪器。仅需利用紫外可见分光光度计、荧光分光光度仪或简单的紫外灯或普通目视法即可做定性或定量判断。

40、3)本发明还提供了此荧光探针的合成方法，可以高效制备得到目标化合物。