本發(fā)明屬于有機化學領域，具體涉及一種以萘酰亞胺為核的比色-熒光雙功能探針及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

熒光傳感器以其高靈敏性、高選擇性以及低成本性等優(yōu)點已經(jīng)被廣泛地應用于化學、生物學以及環(huán)境科學等領域，目前已發(fā)展和報道了很多探針以實現(xiàn)熒光或顏色的識別。然而，大部分探針只能選擇性地識別一種分析物。相比而言，多功能識別的單分子探針實用性更強，但一般價格比較昂貴且較難實現(xiàn)。因此發(fā)展此類探針具有挑戰(zhàn)性的意義。

作為重金屬離子，銅離子和汞離子進入人體后通過生物鏈的富積作用對人體肝臟、腎臟、神經(jīng)中樞系統(tǒng)造成一定的傷害。已經(jīng)報道了很多檢測汞離子或銅離子的傳感器，但是這些傳感器大部分只能檢測汞離子或者銅離子而不能同時檢測這兩種離子。到目前為止，能同時檢測銅離子和汞離子的傳感器非常少。因此，發(fā)展能同時檢測這兩種重金屬離子的探針分子具有重要的意義。

萘酰亞胺衍生物具有較大的共軛體系、強的拉電子能力、易修飾等特性，可以通過用不同的給電子基團進行親核取代反應改變其共軛結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)光譜性質(zhì)的改變。因此，萘酰亞胺衍生物比較適用于設計探針分子。

基于以上背景，我們設計并合成了一個新的萘酰亞胺衍生物探針，該探針不僅可以實現(xiàn)對銅離子肉眼可見的檢測，而且可以快速高選擇性地熒光檢測汞離子。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以萘酰亞胺為核的雙功能探針及其制備方法。該分子制備條件溫和，具有良好的光電特性，能方便快捷地檢測環(huán)境中的汞離子和銅離子。

一種以萘酰亞胺為核的比色-熒光雙功能探針(以下簡稱NDI-6)，具有式(I)所示的結(jié)構(gòu)：

一種制備上述萘酰亞胺為核的比色-熒光雙功能探針的方法，包括以下步驟：

(1)將二氯異腈脲酸鈉的水溶液加入到KBr水溶液中，機械攪拌18-30小時，減壓抽濾得到白色塊狀固體DBI，其結(jié)構(gòu)式為

(2)室溫下，把1,4,5,8-萘四酸酐溶于濃硫酸中，升溫至120～130℃后加入DBI，繼續(xù)反應15-25小時，反應結(jié)束后把反應液倒入到冰水中，減壓抽濾得到淡黃色固體狀的化合物1，其結(jié)構(gòu)式為

(3)在氮氣保護下，將化合物1溶于冰醋酸中，升溫至120～130℃后加入2-乙基己胺，繼續(xù)反應4-8小時，反應結(jié)束后冷卻至室溫，減壓抽濾得到紅色固體狀的粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品經(jīng)硅膠柱層析法分離提純，真空干燥，得到淡黃色粉末狀的化合物2，其結(jié)構(gòu)式為

(4)在氮氣保護下，將化合物2和8-氨基喹啉一同溶于N,N-二甲基甲酰胺中，在100℃下攪拌反應4小時，反應結(jié)束后冷卻至室溫，將反應液倒入到水中，有紅色固體狀粗產(chǎn)品析出，將粗產(chǎn)品用硅膠柱層析法分離提純，真空干燥，得到深紅色固體狀化合物3，其結(jié)構(gòu)式為

(5)在氮氣保護下，將化合物3和2-氨基乙氧基乙醇一同溶于N,N-二甲基甲酰胺中，然后100℃下反應1-3小時，反應結(jié)束后冷卻至室溫，分離提純，真空干燥，得到藍色固體，即式(I)所示結(jié)構(gòu)的化合物。

步驟(1)中二氯異腈脲酸鈉和KBr的摩爾比為1:2。

步驟(2)中1,4,5,8-萘四酸酐和DBI的摩爾比為1:2。

步驟(3)中化合物1和2-乙基己胺的摩爾比為1:5。

步驟(4)中化合物2和8-氨基喹啉的摩爾比為1:2.35。

步驟(5)中化合物3和2-氨基乙氧基乙醇的摩爾比為1:10。

步驟(3)中柱層析的淋洗劑是體積比為1:2的二氯甲烷和石油醚，步驟(4)中柱層析的淋洗劑是二氯甲烷。

步驟(5)中分離提純的步驟具體為：將反應液倒入到水中，然后用二氯甲烷萃取三次，合并有機相并用無水硫酸鈉干燥，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去二氯甲烷得到粗產(chǎn)品，以體積比為5:1的氯仿和乙酸乙酯為淋洗劑，經(jīng)硅膠柱層析法分離提純，得到式(I)所示結(jié)構(gòu)的化合物。

上述以萘酰亞胺為核的比色-熒光雙功能探針在銅離子和汞離子檢測領域中的應用。

本發(fā)明還公開了上述化合物(I)作為雙功能顏色-熒光探針檢測銅離子和汞離子。并且該探針能吸附在試紙條上循環(huán)檢測環(huán)境中的汞離子。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明制備條件溫和，制備出的比色-熒光雙功能探針具有良好的光電特性，不僅能肉眼可見地檢測環(huán)境中的銅離子(如圖2所示)，而且能利用熒光的變化檢測環(huán)境中的汞離子(如圖3所示)，特別是吸附在試紙條上時能夠?qū)崿F(xiàn)對汞離子的循環(huán)檢測(如圖4所示)。

附圖說明

圖1為式(I)所示的化合物NDI-6的合成路線圖。

圖2為紫外吸收條件下NDI-6對不同金屬離子的識別圖；其中，圖2(A)為NDI-6對不同金屬離子紫外吸收光譜圖，其中，圖2(B)為在銅離子的最大吸收波長下不同金屬離子的吸收強度對比圖。

圖3為熒光條件下NDI-6對汞離子的滴定圖和識別圖；其中，圖3(A)為NDI-6對汞離子的熒光滴定圖，圖3(B)為NDI-6對不同金屬離子的熒光識別圖譜。

圖4為在365nm紫外燈照射下NDI-6試紙條循環(huán)可逆地檢測汞離子的照片。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。本領域技術(shù)人員應理解，下面的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限制本發(fā)明的范圍。

下述實施例中所用的原料為市售產(chǎn)品，或可用本領域已知的方法合成得到。

實施例1化合物3和NDI-6的合成

(1)將二氯異腈脲酸鈉(購于天津希恩思)(22g,100mmol)的水溶液(200mL)加入到KBr(23.8g,200mmol)的水溶液中(500mL)，機械攪拌反應24小時；反應結(jié)束后減壓抽濾得到白色濾餅，烘干后得到白色塊狀固體DBI(22.8g,產(chǎn)率67.9％)，其結(jié)構(gòu)式為

(2)將1,4,5,8-萘四酸酐(5g,18.6mmol)(購于上海達瑞)溶于60mL濃硫酸中，加熱至130℃后，緩慢加入DBI(12.1g,37mmol)并繼續(xù)反應20小時；反應結(jié)束后冷卻到室溫，將反應液緩慢地倒入冰水中，減壓抽濾得到淡黃色固體，干燥之后得到化合物1(6.13g,產(chǎn)率77.6％)，其結(jié)構(gòu)式為

(3)將化合物1(7.5g,18.1mmol)溶于300mL冰醋酸中，加熱至130℃后加入2-乙基己胺(11.7g,90.5mmol)，氮氣保護下回流反應6小時，反應結(jié)束后冷卻至室溫，減壓抽濾得到紅色濾餅，硅膠柱層析發(fā)分離提純，以體積比為1:2的二氯甲烷和石油醚為淋洗劑，得到淡黃色粉末(3.33g,42.8％)，并用¹H NMR對結(jié)構(gòu)進行表征，證明該淡黃色粉末確實為化合物2，即¹H NMR(300MHz,CDCl₃,25℃)δ(ppm):9.00(s,2H,ArH),4.17-4.14(br,4H,-CH₂-),1.94(m,2H,-CH-),1.39-1.25(br,16H,-CH₂-),0.96-0.87(br,12H,-CH₃)。

(4)在氮氣保護下，將化合物2(334mg,0.51mmol)和8-氨基喹啉(176mg,1.2mmol)溶于10mLN,N-二甲基甲酰胺中，在100℃下攪拌反應4小時。反應結(jié)束后冷卻至室溫，倒入到100mL水中，有紅色固體析出，減壓抽濾得到紅色濾餅。以二氯甲烷為淋洗劑，將粗產(chǎn)品經(jīng)硅膠柱層析法分離提純，真空干燥得到深紅色固體(183mg,52.9％)，并用¹H NMR對結(jié)構(gòu)進行了表征，證實該深紅色固體確實為化合物3，即¹H NMR(300MHz,CDCl₃,25℃)δ(ppm):12.75(s,1H,ArNH),9.00(s,1H,ArH),8.94(d,J＝7.5Hz,2H,ArH),8.27(d,J＝7.2Hz,1H,ArH),7.94(d,J＝6.6Hz,1H,ArH),7.77(d,J＝7.8Hz,1H,ArH),7.65(s,1H,ArH),7.55(s,2H,ArH),7.26(m,1H,ArH),4.43-4.10(br,4H,-CH₂-),2.02-1.91(m,2H,-CH-),1.33-1.31(br,16H,-CH₂-),0.94-0.91(br,12H,-CH₃)。

(5)在氮氣保護下，將化合物3(126mg,0.19mmol)和2-氨基乙氧基乙醇(196mg,1.86mmol)一同溶解在10mL N,N-二甲基甲酰胺中，然后在100℃下反應1小時；反應結(jié)束后冷卻至室溫，倒入100mL水中，然后用100mL二氯甲烷萃取三次，合并有機相并用無水硫酸鈉干燥，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去有機溶劑得到粗產(chǎn)品，以體積比為5:1的氯仿和乙酸乙酯為淋洗劑，經(jīng)硅膠柱層析法分離提純，得到藍色固體(70mg,50.7％)，用¹H NMR，¹³C NMR和MS對結(jié)構(gòu)進行表征，證實得到的化合物確實為NDI-6，¹H NMR(300MHz,CDCl₃,25^℃)δ(ppm):12.27(s,1H,ArNH),9.81(s,1H,ArNH),9.02(d,J＝6.6Hz,2H,ArH),8.31(s,1H,ArH),8.22(d,J＝7.2Hz,1H,ArH),7.95(t,J＝4.2Hz,1H,ArH),7.59(d,J＝4.2Hz,2H,ArH),7.53-7.48(br,1H,ArH),4.27-4.12(br,2H,-CH₂-),4.09-4.06(br,2H,-CH₂-),3.88-3.67(br,8H,-CH₂-),2.01(m,2H,-CH-),1.42-1.31(br,16H,-CH₂-),0.96-0.87(br,12H,-CH₃).¹³C NMR(75MHz,CDCl₃,25^℃):166.47,166.00,163.38,163.07,149.68,149.35,144.52,141.09,136.50,136.12,129.08,126.70,125.90,125.00,122.73,122.32,121.84,121.10,119.09,116.45,105.60,101.75,72.69,69.66,61.86,44.20,42.71,37.76,30.63,28.53,23.93,23.00,14.03,10.57.C₄₃H₅₃N₅O₆元素分析的理論值:C 70.18,H 7.26,N 9.52.實際測量到的數(shù)值:C 70.07,H 7.07,N 9.60.HR-MS.736.4069.實際測量到的數(shù)值:736.4073。

性能測試

(1)NDI-6檢測銅離子

將2mL NDI-6(2×10^-5mol/L)的丙酮溶液置于石英比色皿中(寬度為10mm)，在室溫下，用紫外可見分光光度計測其紫外可見光譜。然后分別將2倍量的不同的金屬離子加入到比色皿中，在相同條件下記錄各自的紫外吸收光譜圖，結(jié)果如圖2所示。

(2)NDI-6熒光滴定汞離子

將2mL NDI-6(1×10^-5mol/L)的丙酮溶液置于石英比色皿中(寬度為10mm)，在室溫下，用熒光分光光度計測其熒光光譜；然后分別將不用濃度的汞離子加入到比色皿中分別記錄其熒光發(fā)射光譜；將2mL NDI-6(2×10^-5mol/L)的丙酮溶液置于石英比色皿中(寬度為10mm)，在室溫下，用熒光分光光度計測其熒光發(fā)射光譜；然后分別將1倍量的不同的金屬離子加入到比色皿中，在相同條件下記錄各自的熒光發(fā)射光譜；結(jié)果如圖3所示。

(3)NDI-6熒光試紙條

將長為2cm、寬為1cm的試紙條浸入濃度為4×10^-4mol/L的NDI-6的丙酮溶液中浸泡24小時之后自然晾干，在紫外燈365nm照射下拍照片；然后把試紙條浸入1×10^-2mol/L的汞離子溶液中浸泡5分鐘后用吹風機吹干，在紫外燈365nm照射下拍照片；然后把試紙條浸入濃度為2×10^-2mol/L的碘化鉀溶液中浸泡5分鐘，用吹風機吹干后在紫外燈365nm下拍照片；如上述操作把同一張試紙條反復的浸入汞離子和碘化鉀的水溶液中，然后吹風機吹干試紙條之后在紫外燈365nm照射下拍照；結(jié)果如圖4所示，其中紫紅色試紙條表示熒光turn on的狀態(tài)，藍色試紙條表示熒光turn off的狀態(tài)。

以上結(jié)果表明，本發(fā)明制備的NDI-6能在可見光條件下實現(xiàn)對銅離子的肉眼檢測，并且可以循環(huán)可逆地對汞離子進行熒光檢測，通過制備成便于操作的試紙條可以反復利用實現(xiàn)對汞離子熒光檢測。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。