一种含咔唑、苯并咪唑取代的喹啉衍生物及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明属于分析化学技术领域，尤其是涉及一种含咔唑、苯并咪唑取代的喹啉衍生物及其制备方法和应用。一种咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物3?(2?(8?(1H?苯并[d]咪唑?2?基)喹啉?2?基)乙烯基)?9?苯甲基?9H?咔唑，制备方法2?甲基?8?(1H?苯并咪唑)喹啉和9?苄基?9H?咔唑?3?甲醛于极性溶剂中，加入催化剂，搅拌回流反应；回流反应结束后纯化得到目标化合物咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L。本发明的苯并咪唑喹啉衍生物锌离子荧光探针，该探针与锌离子有很好的络合作用，响应快，该Zn2+荧光探针对Zn2+的响应时间在50s，最低检测限为6.69×10?8 mol/L，可用于荧光分光光度法对锌离子的痕量定量检测。
【专利说明】
一种含咔唑、苯并咪唑取代的喹啉衍生物及其制备方法和 应用
技术领域
[0001] 本发明属于分析化学技术领域，尤其是涉及一种含咔唑、苯并咪唑取代的喹啉衍 生物及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 作为人体内最重要的过渡金属离子之一，锌离子不仅参与了神经信号传递、基因 转录、信号转导和免疫反应等生理过程，而且还与一些神经退型性病（如帕金森、阿尔茨海 默氏）的发生和神经组织内Zn 2+的代谢紊乱有关。另一方面锌电池和合金在新型能源材料方 面也有很广阔的市场;近些年来由于含锌污染物的过量排放造成的环境污染问题也逐渐引 起了人们的关注。
[0003]目前已经建立的测定金属离子的方法包括原子吸收光谱法、分光光度法、电化学 法和荧光分析法。近些年来，由于科学技术的不断发展，以荧光分析技术为代表的新兴检测 技术在环境、生命、医药等领域的应用越来越广泛。相对于其他方法，荧光分析法检测金属 离子不仅方法简便，而且在灵敏度、选择性、响应时间等方面均有突出优势，引起了众多科 学工作者的关注。
[0004] 喹啉作为有配位功能的荧光基团已被广泛应用于荧光增强型Zn2+传感器的设计、 合成中。未络合Zn 2+前，喹啉分子含有的未成键n电子受激发后发生n - jA跃迀，属自旋禁阻 跃迀，化合物不发荧光或荧光微弱；而络合Zn2+后，喹啉分子中的n电子与Zn 2+配位，其基态 最高占有轨道转变为轨道，激发时电子的跃迀过程也相应转变为一 跃迀，属自旋允许 跃迀，化合物能发射强荧光。喹啉是一个大的共辄体系，可以很容易地产生到V的电子跃 迀，喹啉基衍生物不仅具有较强的荧光，而且其杂环氮原子能参与配位，即同时具有识别和 荧光功能。近年来报道识别锌离子的基于喹啉的荧光探针很多，其中部分探针有望用于生 物体和环境中锌离子的检测。但是很多荧光探针存在不足，如大部分探针在选择性方面受 到Cd 2+的干扰。因此发展成本低廉、操作简便、选择性好、灵敏度高、响应速度快、检测限低的 Zn2+的检测方法仍是一个挑战性的任务。
【发明内容】
[0005] 基于此，本发明提供一种含咔唑、苯并咪唑取代的喹啉衍生物及其制备方法和应 用，可以实现成本低廉、操作简便、选择性好、灵敏度高、响应速度快、对Zn 2+检测限低。
[0006] 本发明技术方案为：
[0007] -种咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物，为3-(2-(8_(lH-苯并[d]咪唑-2-基）喹 啉-2-基）乙烯基)-9-苯甲基-9H-咔唑，其特征在于，具体结构式如下：
[0009] 所述的咔唑、苯并咪唑取代的喹衍生物的制备方法，包括如下步骤：
[0010] 1)2-甲基-8-(lH-苯并咪唑）喹啉和9-苄基-9H-咔唑-3-甲醛于极性溶剂中，加入 催化剂，搅拌回流反应；
[0011] 2)回流反应结束后纯化得到目标化合物咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L;具体 的反应式如下：
[0013] 所述步骤1)2-甲基-8_(1H-苯并咪唑）喹啉和9-苄基-9H-咔唑-3-甲醛的摩尔比为 1:0.8~1.5,所述的极性溶剂为甲醇或乙醇或丙醇或丁醇或戊醇，搅拌回流反应4~10小 时。
[0014] 所述步骤1)2-甲基-8_(1H-苯并咪唑）喹啉和9-苄基-9H-咔唑-3-甲醛的摩尔比为 1:1，所述的极性溶剂为丁醇，搅拌回流反应5小时。
[0015] 所述步骤1)催化剂为碱和酸，所述碱为哌啶或吡啶或N，N_二甲基吡啶或碳酸钠或 碳酸钾;所述酸为乙酸或乙酸酐或硫酸。
[0016] 所述步骤1)催化剂为哌啶和乙酸，配比碱:酸=1:1。
[0017] 所述步骤2)的纯化步骤为反应液抽滤，滤饼用醇的水溶液重结晶，所述醇的水溶 液为体积浓度为20-80 %的乙醇水溶液。
[0018] 所述的纯化步骤为硅胶柱层析，洗脱液为二氯甲烷与石油醚的体积比为0-1:3-100〇
[0019] 所述洗脱液还可为乙酸乙酯与石油醚的体积比为0-1:3-100的梯度洗脱。
[0020]所述的苯并咪唑喹啉衍生物或所述的方法在锌离子Zn2+荧光探针上的应用。
[0021]本发明有益效果：
[0022] 本发明的苯并咪唑喹啉衍生物锌离子荧光探针，该探针与锌离子有很好的络合作 用，响应快。锌离子存在时，溶液的发射波长从从490nm红移至570nm处且荧光强度迅速增 强。在570nm除的荧光强度随着锌离子浓度的增大逐渐增强。它对其他金属离子(Al 3+，Ca2+， Cr3+，Mn2+，Fe 3+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ag+，Cd 2+，Ba2+，Hg2+，Pb2+)的抗干扰能力强，适用 pH范围为5~ 9，是一种高效的Zn2+荧光探针;该Zn2+荧光探针对Zn 2+的响应时间在50s，最低检测限为6.69 XHTVol/L。故本探针可用于荧光分光光度法对锌离子的痕量定量检测。
[0023] 本发明的制备方法具有合成工艺简单、收率高、纯度高、成本低廉等优点。
[0024] 与现有技术相比本发明的优点：本发明的锌离子光谱探针合成方法简单，易于生 产；与锌离子络合作用很强，对锌离子选择性好，响应快，灵敏度高;并且检测过程快速、结 果准确，应用前景广泛等优点，可用于复杂样品的实时和快速定性测量，也能用于不同来源 的样品微/痕量Zn 2+的定性、定量检测。
【附图说明】
[0025] 图1为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L的核磁共振氢谱。
[0026] 图2为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L的紫外可见吸收光谱。
[0027] 图3为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L的荧光光谱。
[0028] 图4为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L溶液及加入锌离子后 的在紫外灯下的溶液颜色变化。
[0029] 图5为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L检测锌离子的吸收光 谱。
[0030] 图6为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L检测锌离子的荧光光 谱。
[0031] 图7为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L及其检测锌离子的吸 收光谱。
[0032] 图8为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L及其检测锌离子的荧 光光谱。
[0033] 图9为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L对各种金属离子选择 性测试的荧光光谱。
[0034] 图10为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L在其它离子时对锌离 子测定影响的荧光法光谱。
[0035]图11为实施例1所制备的咔唑，苯并咪唑取代的喹啉衍生物L荧光强度（570nm)随 Zn2+浓度变化线性关系图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施 例表述的范围。
[0037] 实施例1
[0038] 3-(2-(8-(lH-苯并[d]咪唑-2-基)喹啉-2-基）乙烯基)-9_苯甲基-9H-咔唑（锌离 子焚光探针）
[0039] 向50mL两口瓶中依次加入O.lg 2-甲基-8-(2-苯并咪唑基）喹啉，0.17g9-苄基- 9H-咔唑-3-甲醛，8mL正丁醇，1. OmL哌啶，0.5mL冰乙酸，回流5h，冷却，有黄色固体析出，抽 滤的固体，用乙醇水溶液重结晶，得产物〇 .61g，产率:75.1%。111匪R( 400MHz，⑶C13): S : 13.87(s，lH)，9.10(d，J=7.1Hz，lH)，8.41(s，lH)，8.23-8.14(m，2H)，7.90(s，lH)，7.87-7 ? 75(m，3H)，7 ? 72(d，J = 8.6Hz，1H)，7.62(t，J = 7.7Hz，lH) ,7.51-7.38(m，4H) ,7.37-7.26 (m,6H),7.16(d ,J = 6.6Hz,2H),5.52(s,2H)；ESI-MS,m/z(%):527.2633(100)[M+H+].
[0040] 实施例2
[0041] (1)测试液的配制：
[0042] 在10mL样品瓶中，加入1 .OmL HEPES缓冲溶液(pH = 7.40)，再加入0? lmol/L现配置 的Zn2+标准溶液(20yL，20eq)，再加入9. OmL乙腈，混匀；最后加入lOOyLl X 10-3探针L的乙醇 溶液，再次混匀。放置30分钟后，于390nm为激发波长，测定紫外吸收和荧光发射。如上的操 作，不加入金属离子溶液，即为空白试液的配制。测定紫外吸收和荧光发射。
[0043] (2)紫外光谱和荧光光谱测试：
[0044]探针L的空白试液在在490nm处有较弱的荧光强度，在570nm处没有荧光发射；当存 在锌离子时，490nm处的荧光强度显著减弱，570nm处的荧光强度明显增强，见图8〇 [0045] (3)离子选择性实验：
[0046]当同样浓度的各种金属离子分别与探针L作用时，唯有锌离子能引起探针L在 570nm荧光强度明显增强。其他金属离子与探针L作用时，相比较于探针L的空白试液，其在 570nm处荧光强度无明显变化。这表明，就荧光分光光度法而言，探针L对锌离子的传感具有 高度的特异性选择。见图9。
[0047] (4)共存离子对锌离子测定的影响：
[0048]为进一步考察探针L对锌离子传感的选择性，尝试了性质相近的各种金属离子与 锌离子共存时对体系荧光强度的影响。在图10中标"Zn2+"为2.0X10-4mol/L的锌离子单独 存在时体系的荧光发射，其余为同等浓度锌离子与相同浓度倍数的各种金属离子共存时体 系的荧光发射。各金属离子分别为:Al 3+，Ca2+，Cr3+，Mn2+，Fe3+，Co 2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Ag+，Cd 2+， Ba2+，Hg2+，及Pb2+。由图10可见，其他金属离子对锌离子的检测几乎无影响。
[0049] (5)检测锌离子的滴定实验：
[0050]线性拟合得出检测锌离子的荧光强度-剂量曲线，见图11。根据最低检出限公式 (DL = 3〇/b)计算，在荧光分光光度法探针L对锌离子的DL为:6.69 X 10-8mol/L。
[0051]上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申 请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范 围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方 案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种巧挫，苯并咪挫取代的哇嘟衍生物，为3-( 2-( 8-( IH-苯并[d]咪挫-2-基）哇嘟- 2-基）乙締基)-9-苯甲基-9H-巧挫，其特征在于，具体结构式如下：2. 权利要求1所述的巧挫、苯并咪挫取代的哇衍生物的制备方法，其特征在于，包括如 下步骤： 1) 2-甲基-8-( 1H-苯并咪挫）哇嘟和9-苄基-9H-巧挫-3-甲醒于极性溶剂中，加入催化 剂，揽拌回流反应； 2) 回流反应结束后纯化得到目标化合物巧挫，苯并咪挫取代的哇嘟衍生物レ具体的反 应式如下：3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤1)2-甲基苯并咪挫）哇嘟 和9-苄基-9H-巧挫-3-甲醒的摩尔比为1:0.8~1.5，所述的极性溶剂为甲醇或乙醇或丙醇 或下醇或戊醇，揽拌回流反应4~10小时。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于:所述步骤1)2-甲基苯并咪挫）哇嘟 和9-苄基-9H-巧挫-3-甲醒的摩尔比为1:1，所述的极性溶剂为下醇，揽拌回流反应5小时。5. 权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤1)催化剂为碱和酸，所述碱为赃晚或 化晚或N，N-二甲基化晚或碳酸钢或碳酸钟;所述酸为乙酸或乙酸酢或硫酸。6. 权利要求5所述的方法，其特征在于:所述步骤1)催化剂为赃晚和乙酸，配比碱:酸= 1:1。7. 权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤2)的纯化步骤为反应液抽滤，滤饼用 醇的水溶液重结晶，所述醇的水溶液为体积浓度为20-80%的乙醇水溶液。8. 权利要求2所述的方法，其特征在于:所述的纯化步骤为硅胶柱层析，洗脱液为二氯 甲烧与石油酸的体积比为〇-1:3-100。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于:所述洗脱液还可为乙酸乙醋与石油酸的体 积比为0-1:3-100的梯度洗脱。10. 权利要求1所述的苯并咪挫哇嘟衍生物或2-9任一项所述的方法在锋离子Zn2+巧光 探针上的应用。
【文档编号】C07D401/14GK105968098SQ201610315733
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】但飞君, 付林娜, 范蓓蓓, 刘璐璐, 刘文俊
【申请人】三峡大学