熒光探針及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汞離子(Hg2+)檢測劑，具體涉及一種基于基于含雙碳硫鍵結(jié)構(gòu)羅 丹明的Hg2+熒光探針的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汞是生物體和環(huán)境中常見的污染物之一，汞在常溫下以液態(tài)的形式存在，具備較 強的揮發(fā)性，給生態(tài)系統(tǒng)帶來較大的危害。汞主要以無機汞和甲基汞的形式進入生物體中， 并在生物體內(nèi)富集。汞離子具備較強的嗜硫性，過量的汞離子與生物體內(nèi)含S的蛋白質(zhì)或者 酶發(fā)生反應(yīng)，從而引起一系列的疾病。對生物體的神經(jīng)系統(tǒng)和正常代謝活動造成極大的傷 害，如汞離子過量可以導(dǎo)致不可逆的DNA損傷、心肌梗塞、中樞神經(jīng)紊亂以及多種類型的自 閉癥等癥狀。正是由于汞離子的劇毒性，世界上多個國家和相關(guān)組織均對汞離子在飲用水 和食品中的含量做了嚴格的要求，如美國環(huán)保局(EPA)就嚴格規(guī)定在飲用水中的汞離子含 量不得超過2ppb。近年來，實時監(jiān)測生物體和環(huán)境中的汞離子含量成為一個重要的研究領(lǐng) 域。熒光探針由于具有成本較低、操作儀器簡單、檢測限低、實時監(jiān)測等優(yōu)點，熒光探針法檢 測金屬離子近年來受到廣泛關(guān)注。
[0003] 基于"turn-on"機理的焚光傳感材料可減少檢測錯誤，對復(fù)雜體系檢測更準確，按 機理它分為焚光化學(xué)傳感器（fluorescentchemsensor)和焚光化學(xué)劑量計 (fluorescentchemodosimeter)兩種類型。其中，焚光化學(xué)劑量計由于可以和目標分析物發(fā) 生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，對分析物表現(xiàn)出高選擇性，逐漸突顯出其在重金屬離子檢測中的優(yōu) 勢。汞離子熒光化學(xué)劑量計主要是利用汞離子與硫羰基發(fā)生脫硫反應(yīng)以及與端基炔或烯烴 發(fā)生羥汞化反應(yīng)實現(xiàn)對汞離子檢測。羥汞化反應(yīng)由于反應(yīng)活性較低，常常需要較高的反應(yīng) 溫度或較長的反應(yīng)時間，限制了它的應(yīng)用?；诿摿蚍磻?yīng)的汞離子熒光化學(xué)劑量計具有響 應(yīng)速度快、常伴有比色分析等特點，越來越受到人們的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種基于含雙碳硫鍵結(jié)構(gòu)羅丹明的Hg2+熒光探針的制備方 法。
[0005] 本發(fā)明提出的一種基于含雙碳硫鍵結(jié)構(gòu)羅丹明的Hg2+熒光探針的制備方法，首先 由商品化的羅丹明B與半胱胺鹽酸鹽進行縮合?；磻?yīng)，得到一種羅丹明B-半胱胺衍生物 (RhB-SH);該羅丹明B-半胱胺衍生物(RhB-SH)經(jīng)過勞森試劑硫化得到含碳硫鍵的中間體 (S-RhB-SH);該含碳硫鍵的中間體(S-RhB-SH)與間苯二甲酰氯進行酰氯化反應(yīng)得到一種含 雙碳硫鍵結(jié)構(gòu)羅丹明的化合物，該化合物在甲醇-水溶液中可以用做Hg 2+的高選擇性熒光探 針。
[0006] 本發(fā)明提出的一種基于含雙碳硫鍵結(jié)構(gòu)羅丹明的Hg2+熒光探針的制備方法，其具 體合成路線如下所示：
[0008] (1)將羅丹明B溶于無水1，2-二氯乙烷中，冰浴條件下滴加入一定量的三氯氧磷， 冰浴下反應(yīng)1小時，改為回流反應(yīng)3小時，減壓去除溶劑，得到羅丹明酰氯RhB-Cl。將羅丹明 酰氯RhB-Cl溶于無水乙腈中，冰浴條件下過量半胱胺鹽酸鹽的乙腈溶液滴加入上述體系 中，待反應(yīng)完全后使反應(yīng)體系升溫至室溫，減壓除去溶劑，用乙酸乙酯重新溶解，用純水和 飽和氯化鈉溶液洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓除去溶劑，硅膠柱層析分離得 到中間產(chǎn)物RhB-SH。
[0010] ⑵將中間體RhB-SH和勞森試劑溶于無水甲苯，加熱回流至反應(yīng)完全，減壓蒸餾濃 縮除去甲苯，濃縮物用CH2C12溶解，飽和食鹽水洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾濃縮后 硅膠柱層析分離得到中間體S-RhB-SH。
[0012] (3)將中間體S-RhB-SH與三乙胺混合于二氯甲烷溶液中，冰浴條件下滴加入間苯 二甲酰氯的二氯甲烷溶液，滴加完畢后該為室溫反應(yīng)，反應(yīng)完全后，飽和氯化鈉溶液洗滌， 有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓除去溶劑，用二氯甲烷和甲醇作為洗滌劑，經(jīng)硅膠柱 層析分離得到產(chǎn)物HgPl。
[0014]所述步驟（1)中，羅丹明B與三氯氧磷的物質(zhì)的量之比為1:3-8,所述冰浴條件溫度 為〇°C以下，回流反應(yīng)溫度為80-90°C，反應(yīng)時間為4-7小時，羅丹明酰氯RhB-Cl與半胱胺鹽 酸鹽的物質(zhì)的量之比為1:3-5，反應(yīng)時間為5-8小時，產(chǎn)率為60-80%。
[0015] 所述步驟⑴中，硅膠柱分離的洗脫液為CH2C12和CH30H，所述CH 2C12與CH30H的體積 比為 20-30:1。
[0016]所述步驟(2)中，中間體RhB-SH與勞森試劑的物質(zhì)的量之比為1:2-5，所用甲苯需 經(jīng)無水處理，所述加熱回流反應(yīng)溫度為105-120°C，反應(yīng)時間為10-15小時，硅膠柱分離的洗 脫液為CH2C1 2和CH30H，所述CH2C12與CH30H的體積比為8-20:1，產(chǎn)率為15-30%。
[0017] 所述步驟⑶中，硅膠柱分離的洗脫液為CH2C12和ch3〇h，所述CH 2C12與ch3〇h的體積 比為10-25:1，產(chǎn)率為70-90%。
[0018] 所述步驟(3)中，化合物S-RhB-SH為2-4當量，間苯二甲酰氯為1當量，三乙胺為2-4 當量，所述冰浴條件溫度為〇°C以下，室溫反應(yīng)時間為8-15小時。
[0019]含雙碳硫鍵結(jié)構(gòu)羅丹明的Hg2+熒光探針分子在檢測Hg2+中的應(yīng)用。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是:探針HgPl在CH30H-H20(9/l，v/v)體系中對Hg 2+具有高效靈 敏的專一檢測能力。通過以上紫外、熒光光譜研究等實驗結(jié)果，推測出HgPl識別Hg2+的可能 機理如附圖6所示:探針溶液中加入Hg 2+，由于Hg2+的嗜硫性，Hg2+與分子結(jié)構(gòu)中' C = S'中的S 原子結(jié)合，生成并脫去兩分子的HgS，并導(dǎo)致羅丹明結(jié)構(gòu)中的酰螺內(nèi)酯環(huán)打開，釋放出熒光 信號，生成具有熒光的產(chǎn)物HgPl-Hg。通過HR-MS對產(chǎn)物HgPl-Hg的結(jié)構(gòu)進行了確證(附圖7)。 實驗結(jié)果表明，HgPl-Hg理論計算值為484.2417，HR-MS結(jié)果顯示為484.2298。該數(shù)據(jù)確證了 附圖6所示作用機理。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的熒光探針HgPl紫外選擇性圖，插圖為溶液顏色變化圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的熒光探針HgPl熒光選擇性圖，激發(fā)波長520nm;
[0023] 圖3為本發(fā)明的熒光探針HgPl識別Hg2+的抗金屬陽離子干擾性圖，激發(fā)波長520nm， 發(fā)射波長583nm;
[0024] 圖4為本發(fā)明的熒光探針HgPl識別Hg2+的抗陰離子干擾性圖，激發(fā)波長520nm，發(fā)射 波長583nm;
[0025] 圖5為本發(fā)明的熒光探針HgPl熒光滴定圖，插圖為最低檢測限圖，激發(fā)波長520nm;
[0026] 圖6為本發(fā)明的熒光探針HgPl識別機理圖；
[0027]圖7為本發(fā)明的熒光探針HgPl識別機理驗證高分辨圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明中制備熒光探針HgPl的過程中所使用的化學(xué)試劑、溶劑、金屬離子等均阿 拉丁試劑公司。在熒光探針HgPl的確證和性能測試過程采用Bruke公司DTX-400型核磁共振 譜儀，溶劑為氘代氯仿，以TMS為內(nèi)標記錄核磁共振氫譜和碳譜。采用Thermo公司的Q-ExactiveHR-MS質(zhì)譜儀記錄高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)。采用日本日立公司F-7000熒光光譜儀記錄熒 光光譜。
[0029] 1、中間體RhB-SH的制備
[0030] 100mL圓底燒瓶中，將2.18g(4.5mmol)羅丹明B溶于30mL無水1，2_二氯乙烷中，冰 浴條件下滴加入1.5mL(16.4mmol)的三氯氧磷，冰浴下(0°C)反應(yīng)1小時，改為85°C回流反應(yīng) 3小時，減壓去除溶劑，得到羅丹明酰氯RhB-Cl;將羅丹明酰氯RhB-Cl溶于30mL無水乙腈中， 冰浴(〇°C)條件下滴加0 · 51 g(4 · 5mmo 1)半胱胺鹽酸鹽的無水乙腈溶液（15mL)，冰浴反應(yīng)6小 時，使反應(yīng)體系升溫至室溫，減壓除去溶劑，用乙酸乙酯（35mL)重新溶解，用純水(40mLX2) 和飽和氯化鈉溶液(40mLX2)洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓除去溶劑，經(jīng)硅膠 柱層析分離(洗脫液為CH 2C12: CH30H=20:1，體積比）得到中間產(chǎn)物RhB-SH，產(chǎn)率為69 %。 [0031] 2、中間體S-RhB-SH的制備
[0032] 100mL圓底燒瓶中，將中間體RhB-SH( 50lmg，lmmo 1)和勞森試劑（809mg，2mmo 1)溶 于40mL無水甲苯中，加熱回流（110°C)至反應(yīng)完全（15小時），減壓蒸餾濃縮除去甲苯，濃縮 物用50mLCH2Cl2溶解，飽和氯化鈉溶液(40mL X 2)洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾濃縮 后經(jīng)硅膠柱層析分離(洗脫液為CH2C12: CH30H= 18:1，體積比）得到中間體S-RhB-SH，產(chǎn)率為 21%〇
[0033] 3、探針HgPl的制備
[0034] 100mL 圓底燒瓶中，將中間體 S-RhB-SH(l .29g，2.5mmol)與三乙胺（252mg， 2.5mmo 1)混合于無水二氯甲烷（40mL)溶液中，冰?。?°C)條件下滴加入間苯二甲酰氯 (0.2g，lmmol)的無水二氯甲烷溶液（15mL)，滴加完畢后該為室溫反應(yīng)，反應(yīng)完全（10小時） 后，飽和氯化鈉溶液(40mLX 2)洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓