一种钯离子荧光探针化合物及其应用
【技术领域】：
[0001] 本发明属于化合物检测领域，具体涉及一种钯离子荧光探针化合物及其应用，适 用于环境污染样品中的检测，及其在生物体中的检测应用。
【背景技术】：
[0002] 钯元素被广泛应用于与人类生产生活相关的各种领域，随着科技的告诉发展，这 种现象显得越来越剧烈。过去的几十年中，钯元素被广泛应用的同时，对环境也产生了巨大 的污染。钯污染已经成为环境的第二大污染源，紧随第一大污染源镍之后。改革开放30年 的发展，电子信息产业已经发展成为中国经济的重要产业。但电子产品造成的重金属钯污 染严重，水质开始严重恶化。此外，大量汽车尾气中的钯元素，污染了公路周围的环境，雨水 又会将其冲入河流水系统中，也是对水造成严重污染的原因。像汽车等动力机械的金属催 化转化器，电子产品，石油精炼，化学生产催化剂等都是钯污染产生的主要场所。而利用快 速、灵敏、廉价的荧光探针技术，随时监测河流土壤的钯离子污染，早期检测，早发现、早治 理具有十分重大的意义。
[0003] 典型的钯检测分析方法包括原子吸收光谱法（AAS)，等离子发射光谱法 (ICP-AES)，固相微萃取高效液相色谱法（SPME-HPLC)，X射线荧光光谱法等。但是，这些方 法通常需要大型分析检测仪器，复杂的样品预处理过程，而且需要经过专门训练的人员操 作，使得这些检测方法成本很高，难于普及应用，因此应用受到很大的限制。荧光分子探针 检测技术兼备选择性专一、灵敏度高和快速便捷等优点，逐渐成为化学、环境科学及生命科 学等众多领域中应用前景非常广泛的分析检测技术。作为重金属离子，钯通常对荧光团有 较强的荧光淬灭作用，因此荧光增强型钯探针的设计存在一定的难度。关于荧光增强型钯 探针的报道还是相对较少，最大的问题是，一些金属离子（Hg 2+、Pb2+、Ag+等）会对探针有微 弱的响应，干扰探针的专一性，还有一些探针对Pt 2+有完全相似的响应。因此，能在生物应 用中的钯离子探针的报道就更加稀少。
【发明内容】
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[0004] 本发明的第一个目的是克服现有技术中的荧光分子探针在选择性和生物体内成 像的不足，提供一种具有高灵敏度、良好的稳定性、优良的选择性和抗干扰能力强的钯离子 荧光探针化合物Rd-TP。
[0005] 本发明的钯离子荧光探针化合物Rd-TP，其特征在于，其结构式如式1所示：
[0006]
[0007] 本发明的第二个目的是提供上述钯离子荧光探针化合物Rd-TP在评估检测钯离 子中的应用。
[0008] 所述的应用是评估检测环境水样和土壤样品中的钯残留以及生物体中的钯。如应 用于生物体中荧光成像，分析钯元素对生命体的影响，将极大提高探针的应用价值，为钯元 素对生命体生理和疾病的研宄提供重要的帮助。本发明能够在对模式生物斑马鱼和大型潘 进行荧光成像染色，分析荧光成像结果与生物体毒理的关系，发现生物体在胚胎前期时，卵 膜对幼体的保护作用非常好，阻碍了钯离子的侵入。对孵出时间1天内的幼体与孵出时间 5天内的幼体生物体比较发现，随着年龄的增长，生物体抵抗由钯离子皮肤渗透进入而产生 的危害的能力越来越强。由探针染色实验推测，孵出时间在5天大小的生物体受到钯离子 的影响主要是通过呼吸作用或吞食水进入食道中。并且本发明人通过钯离子对斑马鱼和大 型潘的毒性试验验证了这个推测。
[0009] 本发明基于罗丹明为荧光母体染料，通过引入识别位点，不仅能够通过比色的方 法检测钯离子的存在，而且还可以通过荧光的方法检测钯离子的存在，并且适合于检测低 浓度的钯离子及其零价钯离子。
[0010] 本发明的钯离子荧光探针化合物Rd-TP，其是一粒新型的反应型探针，钯离子的存 在促进了罗丹明的开环，而且最终导致了探针的水解，出现比色和荧光的变化，这种识别机 理在以前的报道中并未见过。本发明首次通过水解的方式对钯离子进行检测。本发明探针 灵敏度高，在PPb级别能对钯离子进行识别，并且不受其他重金属离子干扰，可信度高，抗 干扰能力强，并且稳定性好，具有优良的选择性。
【附图说明】：
[0011] 图1是10 μ M的钯离子荧光探针化合物Rd-TP，与各种金属阳离子存在下的干扰实 验，图Ia为钯离子荧光探针化合物Rd-TP与各种阳离子混合后的吸收曲线变化，从图中可 以看出，只有钯离子有明显的增强变化；图Ib为钯离子荧光探针化合物Rd-TP对各种阳离 子的荧光曲线变化，只有钯离子有明显的增强变化。所选择的阳离子分别为：K+，Na+，Ag+，N H 4+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cd2+, Ba2+, Pb2+, Pd2+，Cu2+, Hg2+, Mn2+, Ni2+, Co2+, Pt2+Fe3+, Cr3+, Rh3+和 Ru 3+。钯 离子荧光探针化合物Rd-TP的激发波长为520nm，探针发射波长为585nm。
[0012] 图2是用本发明的钯离子荧光探针化合物Rd-TP与ppb级浓度钯离子的荧光强度 增强和浓度的线性关系图。钯离子荧光探针化合物Rd-TP的浓度为10 μ M，横坐标为钯离子 浓度，纵坐标为荧光强度。
[0013] 图3是本发明的钯离子荧光探针化合物Rd-TP的光谱强度增强和钯离子浓度增加 的关系图。钯离子荧光探针化合物Rd-TP的浓度是10 μ M，钯离子的浓度为从小到大顺序为 0, 1，2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20 μ M。3a 为吸收变化，3b 为荧光变化。
[0014] 图4是钯离子荧光探针化合物Rd-TP对不同类型和不同价态的钯的荧光变化，钯 离子荧光探针化合物Rd-TP对PdCl 2、Pd (OAc)JP PcKPPh 3)4都有荧光增强的效果。
[0015] 图5是钯离子荧光探针化合物Rd-TP (10 μ M)与钯离子（10 μ M)在乙醇和水（1:1， 体积比）条件下荧光强度随时间的变化关系。
[0016] 图6是钯离子荧光探针化合物Rd-TP的荧光强度随不同pH值下的变化曲线，钯离 子荧光探针化合物Rd-TP浓度为10 μ M，用氢氧化钠（IM)和盐酸（IM)调节pH滴定测试。
[0017] 图7是钯离子荧光探针化合物Rd-TP对不同浓度钯离子响应后的质谱测定，7a为 钯离子荧光探针化合物Rd-TP与钯离子比为1:0. 5时质谱结果，7b为钯离子荧光探针化合 物Rd-TP与钯离子比为1:1. 5时质谱结果，反应时间为5分钟。
[0018] 图8是钯离子荧光探针化合物Rd-TP (5 μ M)分别对浸泡在钯离子溶液（5 μ M)中 的斑马鱼染色，8a、8b是对8a、8b新生斑马鱼胚胎染色，8c、8d是对斑马鱼胚胎后期染色， 8e、8f是对1天年龄的斑马鱼染色，8g、8h是对5天年龄的斑马鱼在共聚焦显微镜下的染色 成像，红色标线是100 μ m。
[0019] 图9是钯离子荧光探针化合物Rd-TP (5 μ Μ)分别对浸泡在钯离子溶液（5 μ Μ)中 的大型潘染色，9a、9b是对新生的孵出时间1天内大型潘，9c、9d是孵出时间5天内大型潘 的共聚焦显微镜下的染色成像，红色标线是500 μ m.
[0020] 图10是不同浓度Pd2+，对斑马鱼的72小时存活率的影响，IOa为对孵出时间为1 天年龄段斑马鱼的影响，IOb为对孵出时间为5天年龄段斑马鱼的影响。
[0021] 图11是不同浓度Pd2+，对大型潘的72小时存活率的影响，Ila为对1天年龄段大 型潘的影响，Ilb为对5天年龄段大型潘的影响。
【具体实施方式】：
[0022] 以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0023] 实施例1 :
[0024] 钯离子荧光探针化合物Rd-TP的合成方法：
[0026] (1)中间体A的合成
[0027] 将罗丹明B (I. 2g，2. 5mmol)加入装有30ml乙醇的100mL单口烧瓶中。室温下剧 烈搅拌，滴加80 %的水合肼3ml (过量），空气中回流反应2h，溶液颜色从深紫色先变为浅 棕色，最后到浅粉红色。冷却到室温，减压蒸去乙醇。然后加入50ml盐酸（1M)，得到红色 溶液；搅拌同时加入70ml氢氧化钠（IM)，至pH达到9~10之间，出现大量沉淀。过滤， 并用15ml水洗涤滤饼3次。真空干燥后，色谱柱分离得到0. 63g目标产物（中间体A)， 产率 55. 2 %。1H NMR (400MHz，CDCl3) δ : 1. 15 (t，12H)，3. 32 (q，8H)，3. 65 (s，2H)，6. 25 (d，J =8Hz, 2H), 6. 4 (m, 4H), 7. I (d, J = 8Hz, 1H), 7. 45 (m, 1H), 7. 5 (d, J = 16Hz, 1H), 8. I (d, J =8Hz，lH), 9.41 (d, J = 8Hz，lH). HRMS-ESI :m/z calcd.M+for C28H32N4O2+, 456. 2525; found，456. 2529。
[0028] (2)钯离子荧光探针化合物Rd-TP的合成：
[0029] 将中间体A (500mg, I. 2mmol)溶于装有150mL乙醇的250mL单口烧瓶中，搅 拌下加入2-乙炔基苯甲醛（169. 4mg, I. 3mmol)，混合物回流反应48h。冷却至室温， 减压蒸出溶剂后硅胶柱色谱分离，展开剂为二氯甲烷/乙酸乙酯=3/1，得到浅粉色粉 末状化合物（475. 3mg，收率：69. 3% )，即为钯离子荧光探针化合物Rd-TP，其结构式 如式 1 所示。1H NMR(600MHz, DMS0) δ 8.88 (s，lH), 7.92 (d, J = 7.8Hz, 1H), 7.75 (d，J =7. 8Hz, 1H), 7. 61 (t, J = 7. 8Hz, 1H), 7. 56 (t, J = 7. 2Hz, 1H), 7. 38 (q, J = 1. 8Hz, 2H) , 7. 32 (t, J = 7. 8Hz, 1H) , 7. 08 (d, J = 7. 2Hz, 1H) , 6. 45 (d, J = 2. 4Hz, 2H), 6. 41 (d, J = 8. 4Hz, 2H), 6. 36 (q, J = 5. 4Hz, 2H), 4. 44 (s, 1H), 3. 34 (p, 8H), I. 07 (t, J = 6. 6Hz，12H). 13C NMR (151MHz, DMSO) δ 164. 48, 152. 99, 152. 33, 148. 97, 143. 12 ,136. 46, 134. 60, 133. 16, 130. 35, 129. 65, 129. 21, 128. 41, 127. 90, 124. 28, 123. 54, 122. 4 6,108. 58, 105. 19, 98. 13, 87. 16, 79. 61, 65. 48, 44. 14, 12. 87. HRMS-ESI :m/z calc