一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用

发布时间：2024-08-28 12:30:00

一种酚酞类席夫碱荧光探针，其特征在于：具体结构式如下：

如权利要求1所述的一种酚酞类席夫碱荧光探针的应用，其特征在于，所述酚酞类席夫碱荧光探针用于在DMSO溶剂中识别Al3+。
如权利要求1所述的一种酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、酚酞双醛的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：酚酞(2.5466g,8mmol)和六次甲基四胺(1.6148g,11.5mmol)溶于三氟乙酸(40mL)中，搅拌加热至70-100℃后反应7-8h，然后旋蒸除去多余的三氟乙酸；加入60mL水，在60℃加热下，搅拌30mins；冰浴下冷却，析出白色固体即为酚酞双醛，产量：1.30 g（43.41%）；

步骤2、异喹啉酰肼的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：采用一锅法制备异喹啉酰肼，将异喹啉羧酸(3.2g,18.5mmol)溶于甲醇(180mL)中，以20滴每分钟的速度缓慢滴加浓硫酸(8mL)，搅拌加热至65-80℃后反应15-18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，二氯甲烷萃取溶液，取有机相，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得到固体为异喹啉羧酸甲酯。将上一步得到的产物异喹啉羧酸甲酯溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65-80℃反应22-24h；冷却，旋蒸除去多余的甲醇，然后用无水乙醇重结晶得白色固体产物即为异喹啉酰肼。产量：3.39 g(97.86%)。

步骤3、席夫碱荧光探针的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：将酚酞双醛（0.187g,0.5mmol）和异喹啉酰肼(0.382g,2mmol)溶于无水乙醇(50mL)中，在氮气氛围下，搅拌加热至70-80℃后反应10-12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即为席夫碱荧光探针。产量：0.16g(59.62%)。

4、根据权利要求3所述的一种酚酞席夫碱荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤2中异喹啉酰肼的合成采用一锅法制备。

一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于荧光分子探针领域，特别是涉及一种酚酞类席夫碱荧光探针及其制备方法与应用。

背景技术

Al3+作为地壳中第三丰富的金属元素，被广泛的应用于食品包装与药品包装以及食品添加剂中。过多的铝离子的摄入会给人类的健康系统带来一些隐患，例如老年痴呆症、阿尔茨海默病、帕金森病等。另外，地表水中过高的铝离子浓度会阻碍植物的生长，对其根和种子的生长有着显著的抑制作用。因此，设计出一种能够高效识别离子和分子的荧光化学传感器，受到了人们越来越广泛的关注。这类荧光化学传感器在生物学，药物学，临床医学等方面都具有潜在应用。

分子荧光探针具有反应速率快，检出限低，对生命体一般没有破坏性等优点，有着长远的应用前景。新型探针成本低，可对细胞内的金属进行检测分析，成为了研究的热门。酚酞类席夫碱荧光探针作为一种新型探针，具有特殊的化学结构，有着很高的荧光量子产率。它设计简便，所需原料易获取，并且有优异的发光效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的高灵敏度、拥有较高的抗干扰能力且对Al3+有专一识别性的荧光探针。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种香豆素类席夫碱荧光探针，具体结构式如下：

。

一种酚酞类席夫碱荧光探针的应用，所述酚酞类席夫碱荧光探针在溶剂中识别Al3+。

进一步地，所述溶剂为DMSO。

一种酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、酚酞双醛的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：酚酞和六次甲基四胺（1:1.2-1:1.5）溶于三氟乙酸(40mL)中，搅拌加热至70-100℃后反应7-8h，然后旋蒸除去多余的三氟乙酸；加入50-70mL水，在50-70℃加热下，搅拌25-35mins；冰浴下冷却，析出白色固体即为酚酞双醛。

步骤2、异喹啉酰肼的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：采用一锅法制备异喹啉酰肼，将异喹啉羧酸溶于甲醇（1：10-1:13）中，以20-30滴每分钟的速度缓慢滴加浓硫酸(8mL)，搅拌加热至65-80℃后反应15-18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，二氯甲烷萃取溶液，取有机相，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得到固体为异喹啉羧酸甲酯。将得到的产物直接投入到下一步反应。将上一步得到的产物溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65-80℃反应22-24h；冷却，旋蒸除去多余的甲醇，然后用无水乙醇重结晶得白色固体产物即为异喹啉酰肼。

步骤3、席夫碱荧光探针的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：将酚酞双醛和异喹啉酰肼(1:4-1:5)溶于无水乙醇(50-70mL)中，在氮气氛围下，搅拌加热至70-80℃后反应10-12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即为席夫碱荧光探针。

进一步地，所述步骤2中异喹啉酰肼的合成采用一锅法合成。

本发明具有以下有益效果：

本发明荧光探针具有酚酞荧光团，分子中C=N中的N原子和酚羟基上的O原子与Al3+配位络合，实现了 PET机理的阻断，出现荧光off-on信号，实现了对Al3+的荧光识别，检测灵敏度高。
本发明荧光探针对Al3+有专一的选择性，与其他常见离子作用荧光信号基本没有变化，较高的抗干扰能力，高灵敏度，检测限低。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制备的中间体酚酞双醛的1H-NMR谱图；

图2为本发明制备的中间体异喹啉酰肼的1H-NMR谱图；

图3为本发明制备酚酞类席夫碱荧光探针的1H-NMR谱图；

图4为本发明实施例1荧光探针对铝离子选择性识别的荧光发射光谱图；

图5为本发明实施例1荧光探针在铝离子及其他金属离子存在下的荧光发射强度变化图；

图6为本发明实施例1荧光探针在不同浓度铝离子存在下荧光发射光谱变化图；

图7为本发明实施例1荧光探针对铝离子的检测限计算图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明的一种酚酞类席夫碱荧光探针，具体结构式如下：

。

上述酚酞类席夫碱荧光探针可以应用于DMSO溶剂中识别Al3+。

该酚酞类席夫碱荧光探针的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、酚酞双醛的合成：

反应式如下：

；

步骤2、异喹啉酰肼的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：采用一锅法制备异喹啉酰肼，将异喹啉羧酸(3.2g,18.5mmol)溶于甲醇(180mL)中，以20滴每分钟的速度缓慢滴加浓硫酸(8mL)，搅拌加热至65-80℃后反应15-18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，二氯甲烷萃取溶液，取有机相，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得到固体为异喹啉羧酸甲酯。将得到的产物直接投入到下一步反应。将上一步得到的产物溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65-80℃反应22-24h；冷却，旋蒸除去多余的甲醇，然后用无水乙醇重结晶得白色固体产物即为异喹啉酰肼。产量：3.39 g(97.86%)。

步骤3、席夫碱荧光探针的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：将酚酞双醛（0.187g,0.5mmol）和异喹啉酰肼(0.382g,2mmol)溶于无水乙醇(50mL)中，在氮气氛围下，搅拌加热至70-80℃后反应10h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即为席夫碱荧光探针。产量：0.16g(59.62%)。

下面通过实验，结合附图具体来说明本发明的酚酞类席夫碱荧光探针其所有具有

分别对酚酞双醛、异喹啉酰肼和席夫碱荧光探针进行1H-NMR谱图测定；测试结果分别如图1、图2和图3所示。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al3+的选择性检测：

配置摩尔浓度为10 mmol/L的酚酞类席夫碱荧光探针DMSO溶液；并向其中加入摩尔浓度为10 mmol/L的金属离子溶液；搅拌均匀后5 mins内检测溶液的荧光发射光谱变化；

其中，金属离子包括：Zn2+，Pb2+，Ni+，Na+，Mn2+，Zn2+，Li+，K+，Hg2+，Fe3+，Fe2+，Cu2+，Cr3+，Co2+，Cd2+，Ca2+，Ba2+，Al3+，Ag+；

如图4所示，荧光探针在377 nm处几乎没有发射峰，当加入Al3+后，荧光探针溶液在377 nm处出现了强的发射峰，然而加入其他离子，如Al3+，Pb2+，Ni+，Na+，Mn2+，Zn2+，Li+，K+，Hg2+，Fe3+，Fe2+，Cu2+，Cr3+，Co2+，Cd2+，Ca2+，Ba2+，Ag+后，荧光探针溶液在377 nm的发射峰基本没有，除Fe3+，Fe2+，Cu2+，Ni+，Co2+几个离子有淬灭现象，故实验结果表明，只有加入Al3+，才能引起荧光探针溶液在377 nm处出现明显的荧光增强，该酚酞类席夫碱荧光探针在DMSO溶液中对Al3+有良好的选择性。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al3+的荧光滴定实验：

配置摩尔浓度为10 mmol/L的酚酞类席夫碱荧光探针DMSO溶液160ml；平均分成16等份，在第1至第15等份中分别加入等当量为0.4eq、0.8eq、1.2eq、1.6eq、2.0eq、2.4eq、2.8eq、3.2eq、3.6eq、4.0eq、4.4eq、4.8eq、5.2eq、5.6eq、6.0eq的Al3+，搅拌均匀5 mins内检测各试样的荧光发射光谱，结果如图5所示；由图5所知，随着Al3+浓度的逐步增大，探针溶液在377 nm处的荧光强度也逐步增大，当Al3+的浓度达到探针浓度的6倍，即60mmol/L时，此时荧光强度不再增大，滴定达到饱和，故实验结果表明，该酚酞类席夫碱荧光探针对Al3+具有良好的传感性质。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al3+的识别的竞争实验：

配置摩尔浓度为10mmol/L的酚酞类席夫碱荧光探针DMSO溶液；分别加入1 mmol/L的其他金属离子（ Pb2+，Ni+，Na+，Mn2+，Zn2+，Li+，K+，Hg2+，Fe3+，Fe2+，Cu2+，Cr3+，Co2+，Ca2+，Ba2+，Cd2+，Ag+），搅拌均匀后5 mins内检测溶液的荧光发射光谱，然后向以上各个含有金属离子的溶液中加入1 mmol/L的Al3+，搅拌均匀后5 mins内检测溶液的荧光发射光谱分别取377 nm 处的荧光发射强度，作图结果如图6所示。由图6所知，共存的其他金属离子除Fe3+，Fe2+，Cu2+，Ni+，Co2+对Al3+的荧光识别没有显著干扰。

酚酞类席夫碱荧光探针对Al3+的检测限的计算：

检测限根据荧光光谱滴定数据计算。以荧光滴定强度为纵坐标，Al3+的浓度作为横坐标作图，如图7所示。在Al3+浓度在0mmol/L到1.6×10-2mmol/L的浓度范围内，运用公式D= 3Sb1/k（Sb1是空白溶液的标准方差，k是拟合直线的斜率），其中D为检测限，K=3，Sb1 =空白溶液的标准偏差，S是校准曲线的斜率。经计算检测限为9.79×10-8M。

实施例2

步骤1、酚酞双醛的合成：

反应式如下：

；

步骤2、异喹啉酰肼的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：采用一锅法制备异喹啉酰肼，将异喹啉羧酸(3.2g,18.5mmol)溶于甲醇(180mL)中，以20滴每分钟的速度缓慢滴加浓硫酸(8mL)，搅拌加热至65-80℃后反应15-18h，冰浴冷却，加入饱和碳酸氢钠溶液，二氯甲烷萃取溶液，取有机相，再用无水硫酸钠干燥有机相，减压抽滤，滤液减压旋蒸除去二氯甲烷，得到固体为异喹啉羧酸甲酯。将得到的产物直接投入到下一步反应。将上一步得到的产物溶于甲醇，加入水合肼，搅拌加热至65-80℃反应22-24h；冷却，旋蒸除去多余的甲醇，然后用无水乙醇重结晶得白色固体产物即为异喹啉酰肼。产量：3.39 g(97.86%)。

步骤3、席夫碱荧光探针的合成：

反应式如下：

；

具体步骤是：将酚酞双醛（0.187g,0.5mmol）和异喹啉酰肼(0.382g,2mmol)溶于无水乙醇(50mL)中，在氮气氛围下，搅拌加热至70-80℃后反应12h，趁热过滤，用无水乙醇冲洗得到黄色固体产物即为席夫碱荧光探针。产量：0.16g(59.62%)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。