一種檢測銅離子和鋅離子的探針及製備方法與應用與流程
2023-10-22 17:54:12 2
【技術領域】
本發明屬於金屬離子檢測的分子探針領域，特別是一種用於選擇性檢測銅離子和鋅離子的分子探針及其製備方法與應用。
背景技術：
離子探針能夠將離子存在信息轉換成易被檢測的光信號，進而獲得特定離子的識別功能。在體系中與特定離子的相互作用會發生特定的物理化學變化，從而導致相應的光信號發生改變。離子探針具有高靈敏度，簡單易行等諸多優點。
銅離子是常見的有毒重金屬之一，對動植物及環境有嚴重危害。同時，銅離子還是人體必需的微量元素，與細胞繁殖、內分泌以及造血功能相關，但如果體內過量銅離子無法降解，會對人體產生危害。迄今為止的銅離子檢測方法存在局限性，多依賴昂貴的檢測儀器，成本較高。因此發展快速、簡便、靈敏的銅離子檢測方法具有十分重要的意義。
鋅離子是人體必需的微量元素，在體內的含量僅次於鐵離子。鋅離子參與生物體內的諸多生理活動，比如腦功能、基因轉染、免疫功能以及中樞神經信號傳導等。由於鋅離子的3d104s0的電子結構，自身無可測定的光譜以及核磁信號，因此常用的檢測手段如紫外光譜、核磁共振、電子順磁共振等都難以應用於鋅離子的檢測。現有的鋅離子檢測手段大多基於螢光探針方法，但是檢測過程中易受到鎘離子的幹擾。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述技術分析和存在問題，提供了一系列基於[5]螺烯母體的亞胺化合物及其製備方法，及其在銅離子和鋅離子檢測中的應用。
本發明的技術方案：
該化合物是在[5]螺烯羥基的鄰位引入亞胺結構，研究發現亞胺的n和螺烯的o能夠與金屬離子配位，能夠利用紫外吸收光譜以及螢光光譜分別選擇性檢測銅離子和鋅離子。
本發明用於檢測銅離子和鋅離子的螢光分子探針試劑dc，為螺烯的亞胺衍生物，符合通式結構：
其中，r選自碳原子數為1-10的直鏈或支鏈烷基、碳原子數為2-10的直鏈或支鏈烯基、具有3-8個環碳原子的環烷基、6-20個碳原子的單環或多環芳族基、5-20個碳原子的單環或是多環雜芳族基。
一種所述用於銅離子和鋅離子檢測的分子探針試劑的製備方法，步驟如下：
(1)冰浴條件下，dmf中加入氫化鈉，慢慢加入螺烯(化合物a)，攪拌反應0.5小時後，滴加氯甲基甲醚，滴加完成後室溫攪拌2小時，抽濾，得到化合物b。
(2)氬氣保護下，化合物b加入異丙醚中，冰浴下加入四甲基乙二胺0.5小時後，滴加正丁基鋰，滴加完畢後，冰浴攪拌2小時，室溫攪拌2小時，冰浴下加入dmf，繼續冰浴攪拌2小時，加飽和氯化銨溶液淬滅反應，用乙酸乙酯萃取，用飽和氯化鈉洗滌。有機層旋幹，柱層析方法提純得到化合物c。
(3)冰浴條件下，濃鹽酸滴加化合物c的異丙醚溶液中，滴完後繼續冰浴攪拌1小時，繼續升至室溫攪拌4小時。飽和碳酸氫鈉溶液調ph至中性，抽濾得到化合物d。
(4)化合物d與r-nh2溶於乙醇中，加熱回流1小時。過濾得到通式dc的化合物。r的選擇如前面所述。
其中步驟(1)中所述化合物a、氫化鈉與氯甲基甲醚的摩爾比為1mol:5-10mol:2-10mol，具體可為1mol:6-8mol:3-5mol
步驟(2)中所述反應需在氬氣保護下進行；
所述化合物b、1.6m正丁基鋰及dmf的用量比為1mol:2-3l:0.6-1l，具體可為1mol:2.8l:0.7l
步驟(3)中所述化合物c、異丙醚與濃鹽酸的用量比為1mol:5-15l:2-10l，具體可為1mol:10l:3.7l
步驟(4)中所述化合物d、r-nh2的摩爾比為1mol:2-5mol，具體可為1mol:2-3mol
本發明的優點是：本發明製備的螺烯衍生物dc，合成簡單方便，產率高，易於製備，適於放大合成及實際生產應用。能夠利用紫外可見吸收光譜檢測二價銅離子，並能夠利用螢光方法檢測二價鋅離子，其作為新型探針可以應用於離子檢測領域。探針分子選擇性好且靈敏度高，具有響應快、現象明顯的優勢，有著廣闊的應用前景。
【附圖說明】
圖1為dc-1加入10當量不同金屬離子後的吸收光譜。
圖2為dc-1加入10當量不同金屬離子後的螢光光譜。
圖3為dc-1加入0-7當量銅離子的吸收光譜。
圖4為dc-1加入0-7當量鋅離子的螢光光譜。
【具體實施方式】
為了進一步說明本發明，給出以下系列具體實施例，但本發明並不受這些具體實施例的限制，了解該領域的技術人員對本發明的些許改動將可以達到類似的結果，這些改動也包含在本發明中。
實施例1：
製備r＝正丁基的化合物dc-1
(1)在100ml單口瓶內，加入氫化鈉0.46g(19.2mmol)，後加入50ml的dmf作為溶劑，冰浴下加入1g(2.77mmol)化合物a，攪拌0.5h後滴加氯甲基甲醚0.9ml(11.85mmol)，滴加完成後室溫攪拌2小時，抽濾，得到化合物b，產率為95％。
(2)在50ml雙口瓶內加入0.5g(1.11mmol)化合物b後，加入異丙醚25ml作為溶劑，冰浴下攪拌通氬氣5分鐘。氬氣保護下加入四甲基乙二胺0.84ml(5.47mmol)，後滴加1.6m的正丁基鋰3.12ml(5.0mmol)，冰浴攪拌2小時，室溫攪拌2小時，後冰浴下加入0.77ml(9.99mmol)的dmf，繼續冰浴攪拌2小時，加飽和氯化銨7ml淬滅反應，用乙酸乙酯萃取分出有機層，。有機層旋幹，經過柱層析分離，得到化合物c，產率為44.7％。
(3)在50ml單口瓶內，加入0.1g(0.2mmol)化合物c，加入15ml異丙醚作為溶劑，後在冰浴攪拌下滴加0.74ml濃鹽酸，滴完後繼續冰浴攪拌1小時，繼續升至室溫攪拌4小時。飽和碳酸氫鈉溶液調ph至中性，抽濾得到化合物d，產率為95％。
(4)化合物d(416mg，1mmol)溶於5ml乙醇中，緩慢加入正丁胺(2mmol)，滴加完畢，回流1小時，有沉澱析出，冷卻，過濾固體，並用冰乙醇洗滌，固體真空乾燥得到化合物dc-1，產率90％。
檢測結果：1hnmr(500mhz,cdcl3)δ12.98(s,2h),8.70-8.62(m,2h),8.53(s,2h),8.48(d,j＝8.8hz,2h),7.97(d,j＝8.7hz,2h),7.87(s,2h),7.69(dd,j＝5.9,2.9hz,2h),7.60(s,2h),3.64(t,j＝6.7hz,4h),1.76-1.64(m,4h),1.50-1.36(m,4h),0.96(t,j＝7.3hz,6h).
13cnmr(126mhz,cdcl3)δ164.01,156.74,133.44,131.82,130.61,130.44,127.82,127.38,125.99,124.87,123.59,120.59,117.89,114.30,59.73,32.82,13.73.
實施例2：
製備r＝環己基的化合物dc-2
(1)化合物d的製備按照實施例1中的製備方法製備。
(2)化合物d(416mg，1mmol)溶於5ml乙醇中，緩慢加入環己胺(2mmol)，滴加完畢，回流2小時，有沉澱析出，冷卻，過濾固體，並用冰乙醇洗滌，固體真空乾燥得到化合物dc-2，產率92％。
檢測結果：1hnmr(500mhz,cdcl3)δ13.08(s,2h),8.66(dd,j＝5.7,3.2hz,2h),8.55(s,2h),8.47(d,j＝8.8hz,2h),7.95(d,j＝8.8hz,2h),7.85(s,2h),7.68(dd,j＝5.9,2.9hz,2h),7.59(s,2h),3.29(s,2h),1.95–1.74(m,8h),1.57(m,6h),1.33(m,6h).
本發明的具體應用及效果如下：
用紫外可見分光光度計以及螢光分光光度計分別對其識別cu2+和zn2+的性能進行了研究。所有測試均在乙腈溶液中進行。dc濃度為2×10-5m以及1×10-6m，分別用於紫外以及螢光測試。測試用的鹽溶液為對應的高氯酸鹽的乙腈溶液。
圖1為dc-1化合物對於金屬陽離子的選擇性吸收圖。2×10-5m的dc-1的乙腈溶液中，分別加入10當量不同的金屬離子(na+，k+，mg2+，ca2+，ba2+，cd2+，hg2+，pb2+，fe3+，co2+，al3+，cr3+，ag+，cu2+，zn2+)，發現只有加入銅離子會在可見光區400-600nm出現吸收峰，對應溶液的顏色由無色變為紅色。
圖2為dc-1化合物對於金屬陽離子的選擇性螢光圖。1×10-6m的dc-1的乙腈溶液中，分別加入10當量不同的金屬離子(na+，k+，mg2+，ca2+，ba2+，cd2+，hg2+，pb2+，fe3+，co2+，al3+，cr3+，ag+，cu2+，zn2+)，發現只有加入鋅離子會在480nm處出現螢光發射峰，其它離子不會導致探針的螢光變化。
圖3是dc-1在加入0-7當量的銅離子的吸收光譜變化圖。不加銅離子時，dc-1在可見光區400-600nm處沒有吸收。隨著銅離子的量的逐步增加，400-600nm處的吸收峰逐漸變強。
圖4是dc-1在加入0-7當量的鋅離子的發射光譜變化圖。不加鋅離子時，dc-1幾乎沒有螢光發射峰。隨著鋅離子的量的逐步增加，480nm處的螢光強度逐漸變強。
結果表明，合成的基於螺烯骨架的亞胺衍生物dc對於銅離子和鋅離子都有很好的響應，可以作為比色探針檢測銅離子也可以作為螢光探針檢測鋅離子，本類化合物在銅離子和鋅離子檢測中有廣泛的應用前景。