本發(fā)明屬于熒光探針技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于四苯基乙烯基離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

銅離子作為重金屬離子，是動(dòng)植物生命體系中必要的微量金屬離子，是繼鐵離子和鋅離子之后的第三大必要微量元素，在生物體的基本生理過程中具有重要作用。但是，攝入的銅離子過多會(huì)對(duì)生命系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面作用，成為生物體中的有害物質(zhì)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織和環(huán)境保護(hù)署規(guī)定飲用水中銅離子的含量分別不得超過2.0mg/l和1.3mg/l，如果人體攝入過量的銅離子會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)性疾病的發(fā)生，如阿爾茨海默病，肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥，門克斯綜合征等；植物體內(nèi)攝入過多的銅離子會(huì)影響必要養(yǎng)分的吸收、運(yùn)輸和積累的失調(diào)，生理受阻，發(fā)育停滯，甚至死亡。因此，研究高效、快速、可實(shí)際應(yīng)用地檢測銅離子具有重要價(jià)值和意義。

目前檢測銅離子的方法最常用的是熒光光譜法，熒光分子探針具有高選擇性、高靈敏度、可操作性強(qiáng)等優(yōu)勢，所以熒光分子探針是檢測環(huán)境或生物體中重金屬離子含量的理想工具。但是，大多數(shù)的傳統(tǒng)有機(jī)發(fā)光材料在聚集態(tài)或固體狀態(tài)下發(fā)光變?nèi)趸蛏踔敛话l(fā)光，這一現(xiàn)象被稱為聚集發(fā)光猝滅(acq)，然而在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)光材料通常是在薄膜等固體狀態(tài)下應(yīng)用，這極大地限制了有機(jī)發(fā)光材料的應(yīng)用范圍。2001年，唐本忠課題組觀察到了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：一系列硅雜環(huán)戊二烯分子在溶液中不發(fā)光，而在聚集狀態(tài)下發(fā)光增強(qiáng)，這一現(xiàn)象與傳統(tǒng)熒光分子的acq現(xiàn)象完全不同，這一獨(dú)特現(xiàn)象定義為聚集誘導(dǎo)發(fā)光(aie)。

隨后，越來越多的新型aie體系被設(shè)計(jì)和研究起來，同時(shí)aie分子在熒光分子探針領(lǐng)域得到了廣泛研究與應(yīng)用，如分析檢測、生物傳感器等。四苯基乙烯衍生物作為典型的aie效應(yīng)的熒光分子探針，發(fā)光性能良好且化學(xué)合成簡單，在檢測重金屬離子、爆炸性氣體、過氧化物、生命體中dna序列等方面得到了深入研究與應(yīng)用。以aie體系檢測銅離子的研究越來越多，主要機(jī)理包括熒光分子與銅離子的協(xié)同作用、以銅離子為催化劑的反應(yīng)催化作用、納米粒子吸收銅離子等。

然而大部分體系不但對(duì)銅離子的選擇性和靈敏度未達(dá)到理性要求，而且合成方法復(fù)雜、繁瑣，不適合應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中。離子自組裝是將具有相反電荷的功能基團(tuán)通過靜電相互作用以離子鍵的形式連接在一起，與化學(xué)合成法相比，離子自組裝具有操作簡便快捷、產(chǎn)率較高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)建具有優(yōu)異功能的超分子結(jié)構(gòu)的理想手段。

在目前研究領(lǐng)域，以aie離子絡(luò)合物檢測銅離子的研究還未報(bào)道，因此通過簡單的離子自組裝的方式構(gòu)建新型的超分子aie體系，可以高效快速地檢測銅離子在理論研究和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高靈敏度、高選擇性的基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種通過離子自組裝的、步驟簡單、產(chǎn)率高的基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的用途。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針，用式(v)所示：

其中：r1、r2、r3和r4之中的2個(gè)或3個(gè)相同，選自c1-c18的直鏈烷基或含環(huán)烷基的烷基鏈。

上述一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)將化合物(iii)投入氫氧化鉀水溶液中，在45-50℃水浴條件下攪拌2-3h，得到化合物(iv)溶液，冷卻至室溫；

(2)在45-50℃下將化合物n⁺(r1r2r3r4)x^-溶解于乙醇水溶液中，得到n⁺(r1r2r3r4)x^-溶液；

(3)在45-50℃攪拌條件下，將化合物(iv)溶液，滴入步驟(2)獲得的溶液中，攪拌，有沉淀生成，用乙醇水溶液洗滌沉淀，真空干燥，得到基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針(v)；

反應(yīng)方程式：

其中：r1、r2、r3和r2之中的2個(gè)或3個(gè)相同，選自c1-c18的直鏈烷基或含環(huán)烷基的烷基鏈；x^-為cl^-或br^-。

步驟(1)化合物(iii)的摩爾濃度為0.004-0.006mol/l，氫氧化鉀與化合物(iii)的摩爾比為4-5:1。

步驟(2)乙醇水溶液的體積濃度為40％-75％。

步驟(2)n⁺(r1r2r3r4)x^--溶液的摩爾濃度為0.011-0.017mol/l。

步驟(3)乙醇水溶液的體積濃度為40％-75％。

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針檢測樣品中cu²⁺的用途。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的熒光探針化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較高的固體熒光量子產(chǎn)率(66％)。在檢測體系cu²⁺的含量中可以表現(xiàn)出較高的選擇性、較高的靈敏度，并且可達(dá)到瞬時(shí)響應(yīng)。在一定銅離子濃度范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度呈線性變化，計(jì)算得到的檢測限為12.60nm，優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道中檢測銅離子的檢測限范圍。

(2)本發(fā)明中的熒光探針采用離子自組裝法，通過靜電相互作用將四苯基乙烯衍生物和陽離子表面活性劑(如雙十八烷基二甲基溴化銨、雙十六烷基二甲基溴化銨)以離子鍵連接起來。與傳統(tǒng)的熒光探針制備方法相比，具有操作簡單、產(chǎn)率高、易于提純、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

附圖說明

圖1為ettc-doab的¹hnmr譜圖；

圖2為ettc-dhab的¹hnmr譜圖；

圖3為ettc-doab的紅外譜圖；

圖4為ettc-dhab的紅外譜圖；

圖5為熒光探針ettc-doab的光學(xué)特性圖；

圖6為熒光探針ettc-doab在不同水含量的水/乙醇混合溶劑中的熒光發(fā)射譜圖；

圖7為熒光探針ettc-doab在不同cu²⁺濃度作用下的熒光光譜圖；

圖8為熒光探針ettc-doab與不同cu²⁺離子濃度作用下熒光變化的線性擬合圖；

圖9為熒光探針ettc-doab與一定濃度的cu²⁺離子以及其他陽離子作用下的熒光強(qiáng)度柱狀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。

下列實(shí)施例在于進(jìn)一步介紹和展示在本發(fā)明范圍內(nèi)的具體實(shí)施方案。因此，實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于更詳細(xì)地展示本發(fā)明，而不以任何方式限制本發(fā)明的內(nèi)容。

下列實(shí)施例進(jìn)一步說明了本發(fā)明范圍內(nèi)的優(yōu)選具體實(shí)施方案。這些實(shí)施例僅僅是說明性的，而不是限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)橹灰诓槐畴x其實(shí)質(zhì)和范圍的條件下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多變化。

采用了瑞士bruker公司的avanceiii400m型液體核磁共振譜儀來檢測產(chǎn)物的¹hnmr譜圖，溶劑為氘代氯仿(cdcl3)及氘代二甲亞砜(dmso-d6)，四甲基硅烷(tms)為內(nèi)標(biāo)。

利用美國hercules公司的bio-radfts-6000型紅外光譜儀，通過kbr壓片得到產(chǎn)物的紅外光譜。

利用agilent公司的cary300型紫外可見分光光度計(jì)來測定產(chǎn)物的紫外吸收光譜，采用1×1cm的石英比色皿作為樣品池。

利用hitachi公司的f-2500型熒光分光光度計(jì)來測定產(chǎn)物的熒光光譜，采用1×1cm的石英比色皿作為樣品池，激發(fā)波長為365nm，測試收集波長范圍為400-700nm，熒光光譜測試中所用的溶劑純度均為色譜純。

本實(shí)驗(yàn)利用英國愛丁堡公司的fls920p型穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀，以354nm為最佳激發(fā)波長測得產(chǎn)物ettc-doab的固體熒光量子產(chǎn)率。

實(shí)施例1

化合物(iii)的制備，(文獻(xiàn)：zhangwenwei,zhi-yuangu,ravik.arvapally,etal.j.am.chem.soc.2014,136,8269-8276.)包括如下步驟：

(1)n2保護(hù)下，在500ml的兩口瓶中加入250ml干燥的四氫呋喃(thf)，室溫?cái)嚢?min，加入4.59g(0.07mol)鋅粉，冰浴下緩慢滴加4.21ml(0.035mol)四氯化鈦(ticl4)，75℃下回流2h，冷卻至室溫，加入20g的4,4'-二溴二苯甲酮，在n2保護(hù)中，75℃下反應(yīng)24h，得到混合物。將混合物、20g的碳酸鉀、20ml的去離子水及120ml的二氯甲烷，充分混合均勻后，用硅藻土真空抽濾，將所得的濾液旋蒸去除溶劑后，剩余物用二氯甲烷和甲醇進(jìn)行重結(jié)晶，除去未反應(yīng)的單體，提純得到四-(4-溴基苯)乙烯(i)。

(2)n2保護(hù)下，在250ml的兩口瓶中依次加入四-(4-溴基苯)乙烯(i)1g(1.55mmol)、4-甲氧基羰基苯基硼酸1.4g(7.8mmol)、氟化銫(csf)2.5g(16mmol)，加入溶劑二乙醇二甲醚(dme)75ml，室溫下攪拌30min。避光條件下加入四(三苯基膦)鈀(pd(pph3)4)100mg(0.08mmol)回流10h，冷卻后加入等量的四(三苯基膦)鈀，繼續(xù)反應(yīng)48h，得到混合物。反應(yīng)結(jié)束，旋蒸溶劑，剩余物用二氯甲烷充分溶解，真空抽濾除去不溶物。將濾液萃取三次，收集有機(jī)相，用無水硫酸鈉干燥，將所得的濾液旋蒸去除溶劑后，剩余物用甲苯進(jìn)行重結(jié)晶，抽濾得黃色化合物(ii)，真空干燥，產(chǎn)率53.3％

(3)稱取化合物(ii)80.7146g(0.82mmol)，加熱溶解于10ml四氫呋喃，然后加入與四氫呋喃等體積的甲醇(meoh)，加入氫氧化鈉(naoh)0.56g(10mmol)，加熱回流，溶液變得渾濁；緩慢滴加去離子水(h2o)，直至濁液變得透明，繼續(xù)回流4h；旋蒸去除溶劑四氫呋喃和乙醇，用鹽酸(hcl)調(diào)節(jié)溶液至ph＝2，有黃色沉淀生成，過濾，用去離子水洗滌沉淀，真空干燥，得到化合物(iii)，產(chǎn)率87.2％。

實(shí)施例2

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)將38mg化合物(iii)投入10ml摩爾濃度為0.023mol/l氫氧化鉀(koh)水溶液中，在50℃水浴條件下攪拌2h，得到化合物(iv)溶液，冷卻至室溫；所述化合物(iii)的摩爾濃度為0.0046mol/l，所述氫氧化鉀與化合物(iii)的摩爾比為5:1；

(2)在50℃下將0.11g化合物雙十八烷基二甲基溴化銨(doab)溶解于16ml體積濃度為75％的乙醇水溶液中，得到摩爾濃度為0.011mol/l的doab溶液；

(3)在50℃攪拌條件下，將化合物(iv)溶液，滴入步驟(2)獲得的溶液中，攪拌，有沉淀生成，用體積濃度為75％的乙醇水溶液洗滌沉淀，真空干燥，得到基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針(v-1)，簡稱ettc-doab，產(chǎn)率97.5％。

實(shí)施例1和實(shí)施例2的反應(yīng)方程式：

ettc-doab的分子量為3012，ettc-doab中r1基團(tuán)為甲基，r2基團(tuán)為甲基，r3基團(tuán)為十八烷基直鏈，r4基團(tuán)為十八烷基直鏈。其化學(xué)結(jié)構(gòu)通過核磁共振氫譜和紅外光譜表征。在ettc-doab的紅外光譜中，在3025cm^-1出現(xiàn)的新峰是n⁺o^-鍵的振動(dòng)峰，證實(shí)了ettc通過離子鍵與doab連接在一起，見圖1和圖3。

實(shí)施例3

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)將55mg化合物(iii)投入15ml摩爾濃度為0.018mol/l氫氧化鉀水溶液中，在45℃水浴條件下攪拌3h，得到化合物(iv)溶液，冷卻至室溫；所述化合物(iii)的摩爾濃度為0.006mol/l，所述氫氧化鉀與化合物(iii)的摩爾比為4:1；

(2)在45℃下將0.156g化合物雙十六烷基二甲基溴化銨(dhab)溶解于16ml體積濃度為40％的乙醇水溶液中，得到摩爾濃度為0.017mol/l的dhab溶液；

(3)在45℃攪拌條件下，將化合物(iv)溶液，滴入步驟(2)獲得的溶液中，攪拌，有沉淀生成，用體積濃度為40％的乙醇水溶液洗滌沉淀，真空干燥，得到基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針(v-2)，簡稱ettc-dhab，ettc-dhab的分子量為2788，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通過核磁共振氫譜和紅外光譜表征。在ettc-dhab的紅外光譜中，在3026cm^-1出現(xiàn)的新峰是n⁺o^-鍵的振動(dòng)峰，證實(shí)了ettc通過離子鍵與dhab連接在一起，見圖2和圖4。

實(shí)施例4

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)將32mg化合物(iii)投入10ml摩爾濃度為0.018mol/l氫氧化鉀水溶液中，在45℃水浴條件下攪拌3h，得到化合物(iv)溶液，冷卻至室溫；所述化合物(iii)的摩爾濃度為0.004mol/l，所述氫氧化鉀與化合物(iii)的摩爾比為4.5:1；

(2)、(3)用三辛基甲基氯化銨替代實(shí)施例3的化合物雙十六烷基二甲基溴化銨(dhab)，其余同實(shí)施例3步驟(2)、(3)，制備出化合物(v-3)。該化合物的分子量為2283。

實(shí)施例5

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)同實(shí)施例3步驟(1)；

(2)、(3)用三(十二烷基)甲基氯化銨替代實(shí)施例3的化合物雙十六烷基二甲基溴化銨(dhab)，其余同實(shí)施例3步驟(2)、(3)，制備出化合物(v-4)。該化合物的分子量為2956。

實(shí)施例6

一種基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)同實(shí)施例3步驟(1)；

(2)、(3)用十八烷基芐基二甲基氯化銨

替代實(shí)施例3的化合物雙十六烷基二甲基溴化銨(dhab)，其余同實(shí)施例3步驟(2)、(3)，制備出化合物(v-5)。該化合物的分子量為2956，該化合物的分子量為2363。

實(shí)施例7

基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的二價(jià)銅離子熒光探針(v-1)，簡稱ettc-doab的光學(xué)特性的測定

將ettc-doab溶解在無水乙醇中，得到濃度為1.0×10^-5m的溶液，測量探針在無水乙醇和水混合比例中的紫外-可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜(激發(fā)波長為365nm)，其結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，ettc-doab的斯托克位移為213nm。斯托克位移越大，激發(fā)光對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越小，因此激發(fā)光對(duì)實(shí)施例2制備的ettc-doab在檢測過程中影響很小。

實(shí)施例8

ettc-doab在不同水含量的水/乙醇混合溶劑中的熒光發(fā)射譜光學(xué)特性的測定

將一定量的ettc-doab溶解在無水乙醇中，得到濃度為1.0×10^-4m的母液，用移液槍量分別取不同體積的無水乙醇、蒸餾水和母液，得到濃度為1.0×10^-5m，且不同含水量的溶液，測量其熒光發(fā)射光譜。從圖6中可以看出，熒光發(fā)射強(qiáng)度與水/乙醇混合溶劑中的水的體積分?jǐn)?shù)(fw)之間有一定的關(guān)系。當(dāng)fw＝0％增加至40％，即不良溶劑水加入量較少時(shí)，大部分ettc-doab分子仍以單分子狀態(tài)存在混合溶劑中，導(dǎo)致溶液熒光信號(hào)極弱，發(fā)光強(qiáng)度低；當(dāng)fw≥60％時(shí)，隨著不良溶劑水含量提高后，ettc-doab在混合溶劑中開始發(fā)生聚集，此時(shí)分子發(fā)光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，表明ettc-doab具有明顯的聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)。此外，熒光探針ettc-doab在固體薄膜狀態(tài)下的熒光量子產(chǎn)率為66％，接近于目前文獻(xiàn)報(bào)道中液晶聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的最高量子產(chǎn)率，量子產(chǎn)率越高發(fā)光性能越好，進(jìn)一步表明了該熒光探針的發(fā)光性能優(yōu)異，利于探針在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

實(shí)施例9

ettc-doab在不同cu²⁺濃度作用下的熒光光譜性質(zhì)的測定

以無水乙醇和蒸餾水體積1:1的混合溶液為溶劑，熒光探針的濃度為10μm，cu²⁺的濃度依次為0，2，5，7，10，12，15，17，20μm，將不同濃度的銅離子加入熒光探針的溶液中，測定結(jié)果如圖7所示。未加入cu²⁺之前，熒光探針熒光較強(qiáng)，加入cu²⁺之后，熒光強(qiáng)度減弱，并且隨著cu²⁺濃度的增大，熒光探針的強(qiáng)度不斷減弱，表現(xiàn)較高的靈敏度。如圖8所示，熒光強(qiáng)度與cu²⁺濃度呈較好的線性關(guān)系，通過公式計(jì)算得到檢測限是12.6nm，這一檢測限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國環(huán)境保護(hù)署規(guī)定的自來水中銅離子的最低含量標(biāo)準(zhǔn)(20μm)。

實(shí)施例10

ettc-doab對(duì)cu²⁺測定的選擇性和干擾性的表征

以無水乙醇和蒸餾水體積1:1的混合溶液為溶劑，熒光探針的濃度為10μm，金屬陽離子濃度為30μm，其他金屬離子包括k⁺、mg²⁺、ca²⁺、co²⁺、hg²⁺、ni²⁺、fe³⁺、fe²⁺、ag⁺、cr³⁺、pb²⁺、zn²⁺、na⁺、cs²⁺、cd²⁺、al³⁺、mn²⁺、sr²⁺、ba²⁺。如圖9所示，當(dāng)加入cu²⁺時(shí)，熒光探針的熒光強(qiáng)度顯著降低，當(dāng)加入其他金屬陽離子時(shí)，整個(gè)體系的熒光強(qiáng)度并不會(huì)有明顯降低。這一現(xiàn)象表明熒光探針對(duì)cu²⁺的測定表現(xiàn)出良好的選擇性。在熒光探針體系中分別加入一定體積的金屬離子，之后再往上述熒光探針測試體系中加入30μm的cu²⁺，測定探針的熒光強(qiáng)度的前后變化。熒光探針在加入銅離子之后，發(fā)光強(qiáng)度顯著減弱，不受之前體系中加入的其他金屬離子影響。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該熒光探針在檢測銅離子過程中有較好的抗干擾能力。

實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)施例3、4、5、6制備的基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針的性質(zhì)與實(shí)施例2制備的基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針的性質(zhì)相似，可以用于檢測銅離子。

綜上，本發(fā)明采用離子自組裝法通過靜電相互作用制備的基于四苯基乙烯離子絡(luò)合物的cu²⁺熒光探針，制備方法簡單易操作，產(chǎn)率較高，能夠推廣進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。最為重要的是，本發(fā)明所述的熒光探針具有明顯的聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)，固體熒光量子產(chǎn)率在50％以上，發(fā)光性能優(yōu)異，在檢測銅離子可以表現(xiàn)出高選擇性、高靈敏度、瞬時(shí)響應(yīng)的優(yōu)良特性。因此，本發(fā)明所述熒光探針可以用于檢測銅離子。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。