用于检测Fe3+、Co2+的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针及制备方法与流程

本发明属于有机化合物制备技术领域，具体涉及一种可用于检测fe³⁺、co²⁺的荧光分子探针及制备方法。

背景技术

随着社会的发展,环境污染问题已成为我国乃至全球社会和经济可持续发展所面临的主要问题之一。例如，铅、镉、汞等金属离子在当前工业生产中具有较广泛的应用，但当它们以阳离子形式随工业废水或者烟尘排放到自然界后，对大气及整个水系造成严重的污染，给生态系统和人类生存环境带来巨大危害。另外，在许多生命过程中阳离子也起着重要作用，比如，铁是动物体内必需的微量元素之一，其在机体造血、增强抵抗力等方面具有不可替代的作用，然而，当细胞内铁离子浓度过高或过低都会导致机体免疫力低下、神经机能紊乱等各种疾病。因此，发展高效、便捷的离子检测方法对生命科学、化学化工以及环境科学等都具有重要意义。

在诸多的分析检测方法中，灵敏度高、选择性好、易操作的荧光分子探针已成为人们研究的焦点之一。荧光分子探针是在分子识别和荧光技术两者有机结合的基础上，由荧光信号基团与目标受体通过特定的方式连接而成。目前，人们根据测定目标的需求，通过对光学信号基团的修饰和受体基元的设计，基于光致电子转移、分子内电荷转移、荧光共振能量转移等信号转换机制，已合成数目众多、功能各异的荧光分子探针。但是，目前已制备的荧光探针绝大多数仅对单一离子(或分子)具有识别性能，基于多重底物识别性能的荧光分子探针研究较少，而在实际的化学或生物体系中，多种阴、阳离子及中性小分子同时存在，往往不仅一个物种是我们关注及检测的目标(底物)。因此，设计制备具有多重检测性能的荧光分子探针具有重要的理论意义和应用前景。

双吡咯硼氟荧光体是通过硼桥键和甲川桥键固定两个吡咯环而成的刚性共轭平面结构，具有良好的光稳定性、较高的摩尔吸光系数和荧光量子产率、可调的激发和发射波长、分子结构易于修饰等优点，是目前最常用的荧光信号基团之一。人们通过对双吡咯硼氟荧光团周围不同位点的共轭调控及取代修饰，在其周边引入各种给受电子基团和识别基团，合成了系列具有不同识别性能及光学转变机制的荧光探针[n.boens,v.leenandw.dehaen,chem.soc.rev.,2012,41,1130-1172]。但双吡咯硼氟荧光团构筑的、能同时对fe³⁺、co²⁺具有检测性能的荧光分子探针还没被报道过。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于提供一种对fe³⁺、co²⁺具有稳定识别性能的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针。

本发明的另一技术目的在于提供一种以8-(3-羟基-4-硝基苯甲基)双吡咯硼氟化合物及2-羟基-1-萘醛作为反应原料，制备萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针的方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于检测fe³⁺、co²⁺的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针，其结构式为：

一种用于检测fe³⁺、co²⁺的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针的制备方法，其包括如下步骤：

1)8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物的制备

在反应容器中，将αmmol8-(3-羟基-4-硝基苯甲基)双吡咯硼氟化合物利用适量甲醇进行溶解，依次加入βmlnh2nh2-h2o(80％)、γmgpd/c，在氮气保护、加热、搅拌条件下充分反应，经冷却、过滤、蒸干获得固态物质，将固态物质进行硅胶色谱分离，以二氯甲烷/甲醇(49:1)作展开剂，得8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化化合物，呈紫红色晶状；其中α:β:γ为5:7:100；

2)萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针的制备

将δmmol8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物和εmmol2-羟基-1-萘醛放入反应容器中，用适量无水乙醇进行溶解，加入ζml冰醋酸，其中δ:ε:ζ为2:2:1；在氮气保护下，将反应混合液升温至75度，反应3～8小时，得红色悬浊液，将该红色悬浊液冷却、过滤、无水乙醇洗涤、真空干燥，得到萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针，呈红色粉末状，其结构式为：

上述萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针的制备方法的合成路线图为：

本发明具有如下有益效果：

(1)在本萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针的制备过程中，以8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物和2-羟基-1-萘醛为原料，乙醇为溶剂，反应温度为75度，反应条件温和，产率高，易于操作，实用性强，制备过程中不需借助特殊设备，易于实施；

(2)在本发明制备的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针中，双吡咯硼氟荧光信号基团通过c＝n基团与羟基萘醛桥连，既增加了荧光分子探针信号的传递，又增强了荧光分子探针对检测离子的络合性能；

(3)通过紫外吸收光谱法和荧光发射光谱法分析检测本萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针对不同金属离子的选择性，发现其对fe³⁺与co²⁺分别表现出不同的双重信号响应特性；作为检测fe³⁺与co²⁺的荧光分子探针使用，其具有选择性好，识别性与灵敏度高等优点，进而具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1实施例1-3所得化合物的核磁氢谱图。

图2实施例1-3所得化合物的质谱图。

图3萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针在dmf中加入不同金属离子后的紫外吸收光谱。

图4萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针在dmf中加入不同金属离子后的荧光发射光谱。

具体实施方式

本发明公开的用于检测fe³⁺、co²⁺的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针，其结构式为：

上述的用于检测fe³⁺、co²⁺的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针制备过程为，首先利用8-(3-羟基-4-硝基苯甲基)双吡咯硼氟化合物与nh2nh2-h2o制备前驱体8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物；然后利用8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物与2-羟基-1-萘醛作为反应原料来制备前述萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针；整个制备过程的合成路线图为：

实施例1

1)8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物制备

在装有回流管、氮气保护装置的50ml三口圆底烧瓶中，放入0.5mmol的8-(3-羟基-4-硝基苯甲基)双吡咯硼氟化合物，用25ml甲醇溶解，依次加入0.7ml的nh2nh2-h2o(80％)、10mg的pd/c；在氮气氛围下升温至回流，磁力搅拌反应6小时后停止，经冷却、过滤、蒸干溶剂获得呈黑红色的固态物质，对该固态物质用硅胶色谱分离，以二氯甲烷/甲醇(49:1)作展开剂，得8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)硼氟二吡咯化合物131mg，产率74％，呈紫红色晶状；

2)化合物a的制备

在氮气保护条件下，将0.2mmol的8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物和0.2mmol的2-羟基-1-萘醛放入装有回流管、氮气保护装置的50ml三口圆底烧瓶中，用15ml无水乙醇进行溶解，并加入0.1ml的冰醋酸；随后将反应混合液在磁力搅拌下迅速升温至75度，反应3小时，将得到的红色悬浊反应液冷却至室温，依次进行过滤、无水乙醇洗涤、真空干燥，得化合物a58mg，产率57％，呈红色粉末状。

实施例2

1)8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物制备，与实施例1制备方法相同；

2)化合物b的制备

在氮气保护条件下，将0.2mmol的8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物和0.2mmol的2-羟基-1-萘醛放入装有回流管、氮气保护装置的50ml三口圆底烧瓶中，用15ml无水乙醇进行溶解，并加入0.1ml冰醋酸；随后将反应混合液在磁力搅拌下迅速升温至75度，反应6小时，将得到的红色悬浊反应液冷却至室温，依次进行过滤、无水乙醇洗涤、真空干燥，得化合物b59mg，产率58％，呈红色粉末状。

实施例3

1)8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物制备，与实施例1制备方法相同；

2)化合物c的制备

在氮气保护条件下，将0.2mmol的8-(3-羟基-4-氨基苯甲基)双吡咯硼氟化合物和0.2mmol的2-羟基-1-萘醛放入装有回流管、氮气保护装置的50ml三口圆底烧瓶中，用15ml无水乙醇进行溶解，并加入0.1ml的冰醋酸；随后将反应混合液在磁力搅拌下迅速升温至75度，反应8小时，将得到的红色悬浊反应液冷却至室温，依次进行过滤、无水乙醇洗涤、真空干燥，得化合物c58mg，产率57％，呈红色粉末状。

对实施例1-3分别获得的化合物a、化合物b及化合物c进行分析测定，三者的核磁氢谱图一致，数据如下：在¹hnmr(cdcl3,400mhz)中，包含1个-n＝ch基质子信号峰:δ15.77(d,1h)；1个苯环-oh质子信号峰：10.73(s,1h),1个萘环-oh质子信号峰：9.52(d,1h),11个芳香环质子信号峰：8.37(d,1h),8.07(s,1h),7.75(d,1h),7.61(d,1h),7.38(t,1h),7.21(t,1h),7.13(d,1h),6.99(d,1h),6.75(d,1h),6.13(s,2h)；6个ch3-质子信号峰：2.44(s,3h),1.51(s,3h)。三者质谱图一致，化合物实测离子峰(m/e)为509.06。可确认化合物a、化合物b及化合物c的分子结构为：

即萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针。

实施例4

萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针对不同金属离子选择性的检测。

在浓度为10μm的萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针dmf溶液中，分别加入10倍摩尔量的不同金属离子，由紫外吸收光谱的变化发现，加入na⁺、k⁺、mg²⁺、ba²⁺、ca²⁺、mn²⁺、cd²⁺、ni²⁺、hg²⁺、cu²⁺、zn²⁺等金属离子后，其在502nm位置处最大吸收峰没有明显的变化；加入fe³⁺后，萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针在502nm处的吸收峰稍微红移并伴随着吸光度稍微降低，同时其在310nm和360nm处出现两个强吸收峰；加入co²⁺后，萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针在300nm-500nm之间无较强吸收；这些数据表明，萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针对fe³⁺、co²⁺离子具有不同的紫外吸收谱学响应，对它们具有一定的检测潜能。

实施例5

萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针对不同金属离子荧光谱学响应的检测。

在萘醛-双吡咯硼氟荧光分子的dmf溶液中，分别加入10倍摩尔量的不同金属离子，由荧光发射光谱的变化可发现，加入na⁺、k⁺、mg²⁺、ba²⁺、ca²⁺、mn²⁺、cd²⁺、ni²⁺、hg²⁺、cu²⁺、zn²⁺等金属离子后，萘醛-双吡咯硼氟荧光分子在515nm位置的最大荧光发射光谱几乎没有变化；而加入fe³⁺后，导致该荧光分子探针在515nm处的荧光发射峰稍红移，且强度明显增强；当加入co²⁺后，荧光分子探针探针的最大荧光发射几乎被完全淬灭；由此表明，本萘醛-双吡咯硼氟荧光分子探针对fe³⁺、co²⁺离子分别具有显著且不同的荧光发射谱学响应，对这两种金属离子具有特定的荧光分析检测性能。