一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用与流程

本发明涉及荧光探针和分子检测，进一步涉及基于激发态分子内质子转移（esipt）机制的锌离子荧光探针及该类探针代表性化合物cpmdp与锌离子的荧光性质研究，具体涉及一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用。

背景技术：

1、锌是人体必需的微量元素之一，其含量仅次于铁元素，广泛分布于人体细胞和体液中。锌在生命体或人体中扮演重要的角色，承担许多生理功能，如参与酶的催化、蛋白质的结构稳定、神经信号传递、基因复制转录、dna损伤修复、信号转导和免疫反应等生理过程。因此，各种原因导致的锌缺乏会导致消化功能障碍、生长及智力发育滞后、生殖及性器官发育异常或性功能减退、神经精神障碍、免疫功能低下等。因此，开发快速、准确、高效的锌离子检测方法是目前最受关注的研究热点之一。

2、由于zn2+具有稳定的3 d104 s0满壳层电子构型，没有空的 d轨道及未成对电子，故而无任何磁信号表现，因此无法使用如x射线、核磁共振、电子顺磁性共振等方法对体内的zn2+进行实时检测。此外，传统的检测方法，例如原子吸收光谱法、电化学法、电感耦合等离子体质谱法等由于需要专属的大型仪器，因此并不适用于高效检测zn2+。荧光离子探针由于其在选择性、灵敏度、实时性和原位检测等方面的优势，已经发展成为检测生物体内zn2+动态分布的重要手段。

技术实现思路

1、本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用，以解决目前，基于磁信号的检测方法无法对体内的zn2+进行实时检测的技术问题。

2、本发明要解决的另一技术问题是，原子吸收光谱法、电化学法、电感耦合等传统检测方法需要专属的大型仪器，因而不适用于高效检测zn2+。

3、本发明要解决的再一技术问题是，目前缺少一种针对zn2+的荧光离子探针。

4、本发明要解决的又一技术问题是，当采用荧光离子探针检测zn2+时，如何保证探针化合物具有较高的选择性、灵敏度、稳定性以及抗干扰能力。

5、本发明要解决的又一技术问题是，如何扩展zn2+检测探针的可选范围。

6、为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

7、一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物，该化合物的分子结构如以下式1所示：

8、

9、在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了上述化合物的制备方法，该方法的合成路线如以下式2所示：

10、

11、该制备方法包括以下步骤：

12、步骤1： n,n’-二甲基甲酰胺作为溶剂，加入咔唑和1-氟-4-硝基苯，分批加入氢化钠；氮气保护下升温至130~140摄氏度，保持24~48小时；得到中间物质npc-no2；

13、步骤2：在钯碳催化下，中间物质npc-no2在乙醇中被氢气还原，压力为30~50psi，混合均匀后在60~100摄氏度下持续搅拌6~10小时，得到中间物质npc-nh2；

14、步骤3：中间物质npc-nh2和4-(二乙氨基)水杨醛在乙醇中均匀混合后在60~80摄氏度下回流10~15小时，得到锌离子探针化合物cpmdp，即为所述识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物。

15、作为优选，步骤1中，咔唑与1-氟-4-硝基苯的摩尔量相等。

16、作为优选，步骤1中，在120~140摄氏度保持体系回流状态24~48小时。

17、作为优选，步骤3中，4-(二乙氨基)水杨醛的摩尔量是npc-nh2摩尔量的1.2倍。

18、作为优选，步骤1中，在保持24~48小时的过程中，tlc跟踪反应进程，以原料咔唑消失作为反应终止点。

19、在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了上述化合物用于检测锌离子的应用。

20、作为优选，在该应用中，将所述化合物分散在乙醇中形成探针化合物溶液，再向其中加入待测样品，充分接触后使用波长为410 nm的荧光进行激发，检测在466 nm处的最大发射荧光强度。

21、作为优选，由以下公式计算锌离子浓度：y = 301.53333x–2042.5557，r2 =0.97148；式中，y为在466 nm处的最大发射荧光强度，x为锌离子浓度。

22、作为优选，探针化合物溶液的体积为2 ml，探针化合物溶液的浓度为10 μm，待测样品体积为10~20 μl。

23、作为优选，待测样品和探针化合物溶液在20~25摄氏度下混合10~15min后进行扫谱，激发波长为410 nm，最大发射波长在466 nm。

24、在以上技术方案中，由待测样品和cpmdp溶液组成检测体系，选择将锌离子探针化合物cpmdp分散在乙醇溶剂形成探针化合物溶液，再向其中加入待测样品。探针化合物溶液的体积为毫升数量级，待测样品体积为微升数量级。实际应用表明，在0~10 μm锌离子浓度范围内该探针荧光强度呈现出良好的线性关系，检测下限可低至1.25×10-8 m。

25、与现有的锌离子探针相比较，本发明的探针具有灵敏度高，检测下限低（可达纳摩尔浓度nmol/l量级），选择性高，稳定性强，具有良好的抗干扰能力等优点。同时，探针的制备方法具有简单、安全、反应条件温和、后处理简单、产率高、合成成本低等优势。

26、本发明提供了一种识别检测锌离子的咔唑类希夫碱探针化合物、其制备方法及应用。咔唑类化合物具有良好的共平面性、稳定性及溶解性，并具有很强的分子内电荷转移，常常被用作荧光团，在荧光探针中具有很强的应用价值。希夫碱类荧光探针具有合成简单、光稳定性好、stock' s 位移大、易于和金属离子络合等诸多优点，是荧光探针设计的优选结构。同时，希夫碱化合物由于其容易合成、合成成本低并具有巨大的应用，可作为化学传感器用于识别和监测金属离子。激发态分子内质子转移（esipt）机理是指一些有机分子受到光、热、电等作用后，分子内羟基或氨基上的质子经过氢键转移到邻近的o、n、s等原子上，形成互变异构体的过程。分子经激发后，分子的结构发生变化，并产生瞬时电子态的弛豫和排布，导致分子的光学性质发生变化。因此，本发明利用咔唑及希夫碱在荧光探针领域的应用，开发了一种合成步骤简单、灵敏度高、抗干扰能力强的锌离子荧光探针。

27、本发明采用具有咔唑希夫碱结构的小分子来开发esipt机制的荧光探针分子，基于此类结构针对锌离子开发的一种合成简便、检测迅速的荧光探针化合物。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、1、本发明荧光探针与锌离子形成的配合物在410 nm的最大激发波长的激发下，在最大发射光波长λem = 466 nm处具有很强的荧光峰。在0~10 μm锌离子浓度范围内该探针荧光强度呈现出良好的线性关系，y = 301.53333x - 2042.5557，r2 =0.97148。

29、2、本发明荧光探针分子的设计基于esipt原理，探针分子在结合锌离子前后荧光量子产率有大幅度的增长。荧光探针分子对锌离子有很好的选择性，且不受其他离子例如k+、na+、mg2+、al3+、cd2+、co2+、fe3+、ni2+、ba2+、pb2+、mn2+、ag+等的干扰，响应迅速。且阴离子对本探针几乎没有干扰荧光的现象。

30、3、本发明荧光探针分子与锌离子之间的络合后荧光检测在纳摩尔范围内，可以检测纳摩尔浓度的锌离子，其检测下限可低至1.25×10-8 m，灵敏度高。