專利名稱：熒光離子探針及其在離子檢測(cè)方面的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針以及該類熒光離子 探針在重金屬離子和過渡金屬離子識(shí)別和檢測(cè)方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
重金屬離子和過渡金屬離子的識(shí)別、檢測(cè)一直是人們廣泛關(guān)注的問題，因?yàn)?其中很多金屬(如鉛、汞、鎘、鉻等)離子都具有毒性，因此是環(huán)境污染的一個(gè) 主要來源。實(shí)現(xiàn)環(huán)境領(lǐng)域或生物體系中重金屬離子和過渡金屬離子的實(shí)時(shí)檢測(cè)和 原位檢測(cè)具有十分重要的意義和價(jià)值。對(duì)于金屬離子的檢測(cè)，傳統(tǒng)的電感耦合等 離子體法(ICP)和原子吸收光譜法都是十分有效的工具，但是它們通常不但需要大量的樣品并且不適合于實(shí)時(shí)或原位檢測(cè)。最近，有很多針對(duì)金屬離子檢測(cè)的 高效熒光化合物逐漸發(fā)展起來，它們的應(yīng)用不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微環(huán)境的實(shí)時(shí)和原位 檢測(cè)，而且通常也具有較高的選擇性和靈敏度。在設(shè)計(jì)對(duì)重金屬離子和過渡金屬 離子識(shí)別的熒光化合物時(shí)，首先必須考慮的是如何削弱或消除金屬離子對(duì)熒光生 色基團(tuán)的熒光猝滅效應(yīng)，這種熒光猝滅效應(yīng)是由金屬離子與熒光發(fā)色團(tuán)之間通過 自旋-軌道耦合、電子轉(zhuǎn)移或者能量轉(zhuǎn)移所引起，是應(yīng)用過程中應(yīng)該避免或消除 的問題。另外，由于金屬離子和熒光化學(xué)物的結(jié)合位點(diǎn)在水溶液中的溶劑化傾向 比相同條件下其在有機(jī)溶劑中的要強(qiáng)，使得熒光化合物與被檢測(cè)離子的結(jié)合性能下降；而且作為光信號(hào)轉(zhuǎn)換的熒光基團(tuán)一般都是較大的共軛芳香環(huán)，因此，目前 所報(bào)道的許多離子識(shí)別的熒光化合物都只適用于有機(jī)溶劑。但實(shí)際應(yīng)用中能夠在 水溶液中表現(xiàn)出強(qiáng)識(shí)別性能的熒光化合物才具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。因此，如何設(shè) 計(jì)合成出在水溶液中對(duì)金屬離子具有強(qiáng)特異識(shí)別效應(yīng)的高靈敏熒光化合物是目 前需要面對(duì)的另一個(gè)挑戰(zhàn)。目前，雖然已有一些在含水溶液中對(duì)重金屬離子和過渡金屬離子熒光識(shí)別的 熒光離子探針(熒光化合物)相繼被報(bào)道，但它們所表現(xiàn)出選擇性或靈敏度都距 離實(shí)際應(yīng)用還相差甚遠(yuǎn)。因此，設(shè)計(jì)、合成一類能夠?qū)χ亟饘匐x子和過渡金屬離 子選擇性熒光識(shí)別，特別是在水溶液中又具有較強(qiáng)熒光識(shí)別能力的熒光離子探針 一直是我們研究小組所從事的一項(xiàng)重要課題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針； 本發(fā)明的目的之二是提供上述熒光離子探針在水溶液中對(duì)過渡金屬離子和 重金屬離子進(jìn)行檢測(cè)方面的應(yīng)用。本發(fā)明中熒光離子探針的主體分子結(jié)構(gòu)通式如下<formula>formula see original document page 5</formula>通式中，Y:代表熒光生色基團(tuán)，是指芘、萘、4-氨基-l，8-萘酰亞胺、丹磺酰胺、蒽、 咔唑、苯并咪唑、苯并惡唑、氟硼二吡咯、熒光素、3,4，9，10-茈四酸二酰亞胺或 羅丹明B等具有熒光發(fā)射功能的有機(jī)共軛基團(tuán)，結(jié)構(gòu)式如下<formula>formula see original document page 5</formula>4-氨基-1,8-萘酰亞胺H3Cr CH3丹磺酰胺昨唑苯并惡唑氟硼二吡咯<formula>formula see original document page 5</formula>R2:代表氫、垸基、羥基、羥垸基、羧基或羧烷基； m， n代表亞甲基的數(shù)目，范圍為0-9的整數(shù)；表示該位置的碳具有手性，本發(fā)明中包括L-構(gòu)型、D-構(gòu)型以及外消旋 體D，L-混合構(gòu)型。在上述通式所代表的熒光離子探針中，羧酸部分是結(jié)合金屬離子的有效部 位，它與重金屬離子或過渡金屬離子可以形成比較穩(wěn)定的鰲合物，同時(shí)可以降低 .堿金屬、堿土金屬等軟金屬離子的相互作用和千擾。熒光離子探針中的X基團(tuán) (酰氨基、磺?；蝓セ?的存在使其很容易形成分子間氫健，氫鍵的形成可以 使兩個(gè)熒光離子探針分子被拉近，從而使熒光離子探針中具有共軛潛力的熒光生 色基團(tuán)產(chǎn)生7t電子的堆積，形成化合物的低聚物或多聚物，進(jìn)而影響生色團(tuán)的發(fā) 射性質(zhì)，最終表現(xiàn)出對(duì)離子的熒光識(shí)別效應(yīng)。作為本專利通式所示的熒光離子探針，其優(yōu)選的實(shí)施方式是上述通式所代表的熒光離子探針中，垸基是具有1-16個(gè)碳原子的直鏈或異構(gòu)烷基，如甲基、 乙基、正丙基、異丙基等短鏈垸基，也可以是十二烷基、十四烷基等長(zhǎng)鏈烷基； 長(zhǎng)鏈垸基有助于提高熒光離子探針的脂溶性和柔性；羥垸基是具有1-10個(gè)碳原子的羥烷基，如羥甲基、羥乙基、羥丙基、二羥 基丙基、4-羥基丁基、3-羥基己基和3-甲基-5-羥基辛基等等，短鏈羥烷基有利于 提高熒光離子探針在水等極性溶劑中的溶解性；羧垸基是具有1-10個(gè)碳原子的羧垸基，熒光離子探針中引入的羧垸基以碳 原子數(shù)少于6 (不包括6)的短鏈衍生物為最佳，如羧甲基、羧乙基、羧丙基等；芳基是指苯、吲哚、咪唑、卟啉、吡啶或苯并呋喃等，芳環(huán)的引入有助于促 進(jìn)熒光離子探針和金屬離子的作用，有助于改善識(shí)別選擇性，具有熒光發(fā)射功能 的芳基有助于改善熒光分子探針對(duì)重金屬離子或過渡金屬離子識(shí)別的靈敏度。作為本專利通式所示的熒光離子探針，其更進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式是Y是 芘、萘、4-氨基-l,8-萘酰亞胺、丹磺酰胺、蒽、咔唑、苯并咪唑、熒光素、3,4,9,10-茈四酸二酰亞胺或羅丹明B;X是酰氨基或磺?；鶊F(tuán)；R2是氫原子，此時(shí)所述的熒光離子探針屬于氨基酸類衍生物，其結(jié)構(gòu)式分 別為<formula>formula see original document page 7</formula>(II) (III) 對(duì)于這一類屬于氨基酸類衍生物的熒光離子探針，其原料的來源很容易，二 十多種常見的氨基酸和一些小肽分子是主要來源，原料很容易買到。而且整個(gè)熒 光離子探針分子的合成也比較簡(jiǎn)單。作為本專利通式所示的熒光離子探針，其最優(yōu)選實(shí)施方式是Y是芘、丹磺 酰胺，R2是氫原子，而X是酰氨基或磺?；鶊F(tuán)，此時(shí)所述的熒光離子探針屬于 氨基酸類衍生物，其結(jié)構(gòu)式分別為<formula>formula see original document page 7</formula>以芘熒光生色基團(tuán)為例，該類熒光離子探針(IV)可通過如下的合成路線得到 .(，)mCOOH嚴(yán)OCH3 W"-^ (B)、COCI "2)nN(CH2CH3;h (A)同結(jié)構(gòu)通式(II)或(III)中一樣，E4熒光離子探針中的Ri可以是氫原子、羧基、羥基和芳環(huán)，m、 n代表的數(shù)值可以位于0-9之間，"*"表示該處的碳原 子是手性碳，包括L-構(gòu)型、D-構(gòu)型以及外消旋體D,L-混合構(gòu)型。 其合成歩驟如下取O.l-l.O g芘的烷基羧酸(El，該類化合物可以從化學(xué)試劑公司購買到) 溶于20~100 ml的有機(jī)溶劑苯中，加入0.5 2.5 mL的二氯亞砜，加熱回流攪拌 7 9 h，反應(yīng)完全后，減壓下蒸去有機(jī)溶劑苯，得到黃色粗產(chǎn)物，然后用rR己烷 重結(jié)晶3 5次；正己烷結(jié)晶液中析出黃褐色固體，為芘的垸基酰氯(E2)，產(chǎn)率 57 63 %。氨基酸衍生物(B)包括氨基酸主體部分即酰氨鍵，它不但可以從常見的氨 基酸制備，還可以是一些氨基酸衍生物或類氨基酸衍生物如小肽類。若從氨基酸 制備，則可以是多種氨基酸如天冬氨酸、谷氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、 甘氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸等等，此時(shí)B就是氨基酸甲酯，由于其不 穩(wěn)定，所以首先應(yīng)該將氨基酸制備成氨基酸甲酯鹽酸鹽，取3.0 6.0 mL的無水 甲醇，冰鹽浴下冷卻5~10 min后，緩慢滴加氯化亞砜0.5~1.0 mL。體系攪拌10~15 min后， 一次性加入1.0 1.5 g氨基酸，混合體系在室溫下攪拌2 2.5 h。然后將 反應(yīng)體系再放入70-80 。C水浴下回流30-50 min，之后蒸去一部分甲醇，加入 30 50mL無水乙醚，有沉淀析出。反應(yīng)瓶放入冰箱中冷卻2 5h小時(shí)，大量沉 淀析出并過濾，濾餅經(jīng)干燥后得氨基酸甲酯鹽酸鹽1.0 1.8g，產(chǎn)率75~85%。得 到的氨基酸甲酯鹽酸鹽結(jié)構(gòu)式為得到的氨基酸甲酯鹽酸鹽，可以通過酸堿中和反應(yīng)制備氨基酸甲酯，取<formula>formula see original document page 8</formula>0.10 0.40g天冬氨酸二甲酯鹽酸鹽加入0.15 0.65g碳酸氫鈉(過量十倍)，攪拌 10 20min后，用氯仿萃取4次以把反應(yīng)物全部洗出來，有機(jī)層用無水硫酸鎂干 燥，抽濾，蒸去溶劑得油狀物氨基酸甲酯0.08-0.38 g，產(chǎn)率為58 65%。由于其 性質(zhì)不穩(wěn)定，所以合成出來后應(yīng)立即使用進(jìn)行下一步反應(yīng)。取0.1 1.0g的芘的垸基酰氯(E2)溶于經(jīng)干燥過的10 50ml的無水苯中， 在冰鹽浴下將其滴加到10 50 ml的含0.06~0.8 g待連接的氨基酸衍生物(B)和 0.1 1.0 ml三乙胺(A)的無水苯溶液中?；旌象w系在冰鹽浴下反應(yīng)攪拌30~50 min，然后在室溫下反應(yīng)12~15 h。使用TLC (薄層色譜)檢測(cè)反應(yīng)是否完全， 反應(yīng)完畢后，含粗產(chǎn)物的苯溶液用碳酸氫鈉溶液洗至弱堿性(pH為7.4 8.0)， 再用稀鹽酸洗至弱酸性(pH為5.3~6.5)，最后用水洗至中性(pH為6.8 7.2)。 苯溶液用無水硫酸鎂干燥(每10ml溶液用0.5 1.0g干燥劑)，抽濾，蒸干溶劑， 最后用氯仿做展開劑進(jìn)行硅膠柱層析分離得到淡黃色產(chǎn)物芘酰類酯衍生物(E3)，產(chǎn)率52-60 %。芘酰類酯衍生物(E3)也可以通過DCC (N,N-二環(huán)己基碳酰亞胺)、HOSu(N-羥基琥珀酰亞胺)等典型催化劑催化羧酸、氨基形成酰氨鍵來連接熒光團(tuán)部 分和酯部分，具體操作就是將0.1 1.0g的芘的垸基羧酸(El)禾口 0.06~0.44g的 HOSu混合在30 100 mL氯仿中，再加入0.09-0.8 g的DCC，懸浮液攪拌3 4 h， 過濾掉DCC反應(yīng)產(chǎn)生的尿素。濾液中加入0.8~6 mL的冰醋酸，再攪拌1-1.5 h。 反應(yīng)溶液用飽和碳酸氫鈉洗滌2~4次，再用水洗至中性(pH為6.8 7.2)，無水 硫酸鎂干燥，抽濾，在濾液中加入0.08 0.6g的待連接的氨的衍生物(A)，室溫 攪拌20~30 h。使用TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)是否完全，反應(yīng)完全后，混合液用5~10 ml 的lmol/LHCl洗滌一次，并用水洗三次，無水硫酸鎂干燥，抽濾，蒸干溶劑， 用氯仿做展開劑進(jìn)行硅膠柱層析分離提純，最后得到芘酰類酯衍生物(E3)，產(chǎn) 率35 45 %將0.1 1.0g的芘酰類酯衍生物(E3)溶于30 100ml的0.95~1.05mol/L的 NaOH溶液中，室溫?cái)嚢?0-50 min后。用乙酸乙酯洗滌水相5~8次以完全洗去 反應(yīng)原料和副產(chǎn)物，水相中加入鹽酸調(diào)至弱酸性(pH為5.5~6.3)，有大量沉淀 產(chǎn)生，再用乙酸乙酯萃取4~6次，有機(jī)層用無水硫酸鎂干燥(每10 ml溶液用 0.5-1.0 g干燥劑)，抽濾，蒸去溶劑，得固體芘酰類酸衍生物(E4)，也就是本發(fā)明中所述的含芘基團(tuán)的一類熒光離子探針，產(chǎn)率58~61%。芘酰類酯衍生物的水解也可以在酸性條件下完成，將0.10~1.0 g的E3溶于 40-100 ml的lmol/L鹽酸的四氫呋喃溶液中，室溫下攪拌12 15h，然后減壓蒸 餾出去有機(jī)溶劑，有大量沉淀產(chǎn)生，加入10 30ml水，然后用乙酸乙酯萃取水相 4 6次，后面的處理方法同上面堿性條件水解的處理方法一樣，產(chǎn)率35~45%。芘是一個(gè)經(jīng)典的熒光發(fā)色團(tuán)，它具有熒光壽命長(zhǎng)、量子產(chǎn)率高、單線態(tài)發(fā)射光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)MMii敏感、可作為非輻射能量轉(zhuǎn)移過程的受體和在特定環(huán)境下能形成激態(tài)(基激)締合物(excimer)等優(yōu)點(diǎn)。而其所顯示的特殊的excimer 熒光峰是研究水溶性分子/離子相互作用的強(qiáng)有力工具，這主要由于excimer熒光 峰特殊的位置、形狀和其特殊的聚集行為可以有效避免過渡金屬離子和重金屬離 子的猝滅干擾。當(dāng)溶液中芘的濃度小于10—Smol/L時(shí)，可只觀察到具體精細(xì)結(jié)構(gòu) 單體激發(fā)態(tài)熒光，在373—430nm范圍內(nèi)出現(xiàn)多重發(fā)射峰。而當(dāng)芘的濃度超過10—4 mol/L時(shí)，在470 nm附近會(huì)觀察到一個(gè)寬化的沒有結(jié)構(gòu)特征的熒光峰，這就是 激態(tài)締合物(excimer)的熒光發(fā)射峰。Excimer的形成有兩種情形， 一種是兩個(gè) 芘分子形成面對(duì)面空間構(gòu)象(g-g conformation)形成基態(tài)締合物的(dimer)受激發(fā) 射，稱之穩(wěn)態(tài)excimer;另外一種eximer是由一個(gè)激發(fā)態(tài)芘分子通過電子共振與 另一個(gè)處在基態(tài)的芘分子締合形成的，最早由Birks提出，稱之為動(dòng)態(tài)激基締合物(dynamic excimer)。本發(fā)明中的熒光離子探針是通過熒光生色團(tuán)聚集體的熒光峰作為響應(yīng)信號(hào)來識(shí)別金屬離子的，這樣可以有效地避免過渡金屬和重金屬離子對(duì)熒光基團(tuán)的猝 滅效應(yīng)。而且，本發(fā)明的熒光離子探針可以在各種溶劑中，特別是在水溶液中選 擇性地識(shí)別重金屬離子和過渡金屬離子。如實(shí)施例1合成的熒光離子探針F-1在 水溶液中對(duì)二價(jià)鉛離子表現(xiàn)相當(dāng)高的選擇性，在鉛離子存在下能形成穩(wěn)態(tài)的 excimer，而這一現(xiàn)象在水溶液中一直是很難觀察到的。F-l在Na+， K+， Ag+， Mg2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Co2+， Ni2+， Cu2+， Zn2+， Cd2+， Hg2+， Pl)2+和&3+等 十五種金屬離子中僅對(duì)鉛離子表現(xiàn)出特異性選擇，對(duì)其它離子都沒有響應(yīng)。而且 熒光離子探針F-l對(duì)鉛離子的檢測(cè)限能夠達(dá)到1.7xl(T6 mol/L。如實(shí)施例2中合 成的熒光離子探針F-2同樣對(duì)鉛離子表現(xiàn)出特異性選擇，鉛離子存在下同樣能夠 形成穩(wěn)態(tài)的excimer，在多種金屬離子中(如Na+， K+， Mg2+， Ca2+， Ag+， Mn2+， +， Zn2+， Cd2+， Hg2+， Pb"和Cr3+)，僅對(duì)鉛離子表現(xiàn)出 高的選擇性，其他離子沒有響應(yīng)，靈敏度能夠達(dá)到1.5xl0'6 mol/L。如實(shí)施例3 中合成的熒光離子探針F-3同樣在水溶液中對(duì)鉛離子表現(xiàn)高的選擇性，同時(shí)還對(duì) Zri21n Cf+表現(xiàn)選擇性，金屬離子能夠促使芘基團(tuán)形成動(dòng)態(tài)的excimer, F-3能夠 完全蘿免重金屬離子的猝滅，而且其靈敏度高達(dá)到1.5xl(T7mol/L。這些優(yōu)點(diǎn)不但 有助于將其應(yīng)用到水、污水等環(huán)境中鉛離子的檢測(cè)，還可擴(kuò)展到生物組織及細(xì)胞 等其它微環(huán)境。而從上面的結(jié)果可以明顯看出本發(fā)明設(shè)計(jì)、合成的金屬離子的熒 光化學(xué)傳感器是非常成功的。本發(fā)明設(shè)計(jì)、合成的含熒光生色團(tuán)的一類熒光離子探針具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、 易于合成的特點(diǎn)，能夠在各種溶液特別是水溶液中對(duì)重金屬離子或過渡金屬離子 有選擇性地產(chǎn)生熒光生色團(tuán)聚集體的熒光峰，從而對(duì)其實(shí)行檢測(cè)。并可進(jìn)一歩用 于固載識(shí)別敏感器件的制作，如本發(fā)明的熒光分子探針可以通過分子的反應(yīng)性基 團(tuán)將其固載于固體表面或制成試紙，那么對(duì)于重金屬離子的實(shí)時(shí)檢測(cè)和原位檢測(cè) 將更加簡(jiǎn)單和方便。如能通過改變酸堿度、溶液中本體的濃度和適當(dāng)?shù)木彌_溶液 等細(xì)節(jié)條件來提高靈敏度，對(duì)于生物樣品中重金屬離子的識(shí)別和檢測(cè)也將具有重 要的意義。


圖1:在熒光發(fā)射光譜中，PP+濃度與F-1熒光強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖;圖2:在熒光發(fā)射光譜中，F(xiàn)-l對(duì)各種常見金屬離子的選擇關(guān)系圖;圖3:在熒光發(fā)射光譜中，PP+濃度與F-2熒光強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖;圖4:在熒光發(fā)射光譜中，F(xiàn)-2對(duì)各種常見金屬離子的選擇關(guān)系圖;圖5:在熒光激發(fā)光譜中，Pl^+濃度與F-2熒光強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖;圖6:在熒光激發(fā)光譜中，F(xiàn)-2對(duì)各種常見金屬離子的選擇關(guān)系圖;圖7:在熒光發(fā)射光譜中，Pb"濃度與F-3熒光強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖;圖8:在熒光發(fā)射光譜中，F(xiàn)-3對(duì)各種常見金屬離子的選擇關(guān)系圖。如圖1所示，其中縱坐標(biāo)代表熒光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)代表熒光發(fā)射波長(zhǎng)aem/nm， 激發(fā)波長(zhǎng)為354mn)。隨著鉛離子的加入，373-430 nm的單體發(fā)射峰逐漸下降， 并伴隨著475 nm附近的熒光聚集體發(fā)射峰的增強(qiáng)。如圖2所示，其中縱坐標(biāo)為106.7 pM的金屬離子存在下在475 nm處熒光發(fā)
射峰強(qiáng)度變化的差值(加入后-加入前)，差值為正表示475 nm處有峰出現(xiàn)，而 差值為負(fù)表示該離子有猝滅效應(yīng)，橫坐標(biāo)表示不同的金屬離子。如圖3所示，其中縱坐標(biāo)代表熒光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)代表熒光發(fā)射波長(zhǎng)aem/nm， 激發(fā)波長(zhǎng)為354 nm)。插圖為410-600 nm的放大圖。隨著鉛離子的加入7373-430 nm的單體發(fā)射峰逐漸下降，并伴隨著465 nm附近的熒光聚集體發(fā)射峰的增強(qiáng)。如圖4所示，其中縱坐標(biāo)為106.7 的金屬離子存在下在465 nm處熒光發(fā) 射峰強(qiáng)度變化的差值(加入后-加入前)，差值為正表示465 nm處有峰出現(xiàn)，而 差值為負(fù)表示該離子有猝滅效應(yīng)，橫坐標(biāo)表示不同的金屬離子。如圖5所示，其中縱坐標(biāo)代表熒光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)代表熒光激發(fā)波長(zhǎng)aex/nm， 發(fā)射波長(zhǎng)為465nm)。隨著鉛離子的加入，310-340 nm的熒光團(tuán)單體的激發(fā)峰逐 漸下降，并伴隨著354nm處熒光團(tuán)聚集體的激發(fā)峰逐漸增加。如圖6所示，其中縱坐標(biāo)為106.7 的金屬離子存在下在354 nm處熒光激 發(fā)峰強(qiáng)度變化的差值(加入后-加入前)，差值為正表示354 nm處有峰出現(xiàn)，而 差值為負(fù)表示該離子有猝滅效應(yīng)，橫坐標(biāo)表示不同的金屬離子。如圖7所示，其中縱坐標(biāo)代表熒光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)代表熒光發(fā)射波長(zhǎng)aem/nm， 激發(fā)波長(zhǎng)為340nm)。隨著鉛離子的加入，373-430 nm的單體發(fā)射峰逐漸下降， 并伴隨著470nm附近的熒光聚集體發(fā)射峰的增強(qiáng)。如圖8所示，其中縱坐標(biāo)為173.9 的金屬離子存在下在470nm處熒光發(fā) 射峰強(qiáng)度變化的差值(加入后-加入前)，差值為正表示470 nm處有峰出現(xiàn)，而 差值為負(fù)表示該離子有猝滅效應(yīng)，橫坐標(biāo)表示不同的金屬離子。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:<formula>formula see original document page 12</formula>本實(shí)施例中的F-l包括L-構(gòu)型、D-構(gòu)型和外消旋體D,L-混合構(gòu)型，方法 致，現(xiàn)象一致、產(chǎn)率也一致。后面的實(shí)施例2 — 8也都包括三種構(gòu)型，后面的幾個(gè)實(shí)施例省略說明。在實(shí)施例中使用的氨基酸均包括L-構(gòu)型、D-構(gòu)型和外消旋體D、 L-構(gòu)型-，伺樣對(duì)于后面的實(shí)施例省略說明。在圓底燒瓶中加入無水甲醇5.0 mL,置于冰鹽浴下冷卻5 min后，緩慢滴加氯化亞砜0.70mL。體系繼續(xù)攪拌10min后， 一次性加入1.0 g天冬氨酸，混合體系在室溫下攪拌2 h。然后將反應(yīng)體系再放入70 80 "C水浴下回流30 min，之后蒸去一部分甲醇，加入40 mL無水乙醚，有白色沉淀析出。反應(yīng)瓶放入冰箱中冷卻2h小時(shí)，大量沉淀析出并過濾，濾餅經(jīng)干燥后得白色固體天冬氨酸二甲酯鹽酸鹽1.2g，產(chǎn)率80%。其結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 13</formula>
所得產(chǎn)物^-NMR譜(500MHz， D20)顯示的化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型 歸屬為4.407 (t， 1H)， 3.752 (s， 3H)， 3.659 (s， 3H)， 3.135-3.022ppm (m， 2H)。(其中，s表示單峰，d表示兩重峰，t代表三重峰，m代表多重峰，"H" 前面的數(shù)字代表氫的個(gè)數(shù)，后面的相同，不再提及)。取0.30 g天冬氨酸二甲酯鹽酸鹽加入0.28 g (過量)碳酸氫鈉，攪拌15min 后，用氯仿萃取4次以把反應(yīng)物全部洗出來，有機(jī)層用無水硫酸鎂干燥，抽濾， 蒸去溶劑得淡黃色油狀物天冬氨酸二甲酯(A) 0.15 g，產(chǎn)率為63%。由于其性 質(zhì)不穩(wěn)定，所以合成出來后應(yīng)立即使用進(jìn)行下一步反應(yīng)。將0.15g的芘丁酸(試劑公司可以買到)和0.066 gHOSu (N-羥基琥珀酰 亞胺)混合在30mL氯仿中，再加入0.12gDCC (N，N-二環(huán)己基碳酰亞胺)，懸 浮液攪拌3h，過濾掉DCC反應(yīng)產(chǎn)生的尿素。濾液中加入lmL醋酸，再攪拌1 h。反應(yīng)溶液用飽和碳酸氫鈉洗滌兩次，再用水洗至中性，無水硫酸鎂干燥，抽 濾，在濾液中加入0.092 g天冬氨酸二甲酯(A)，室溫?cái)嚢?4h。使用TLC監(jiān) 測(cè)反應(yīng)是否完全，反應(yīng)完全后，混合液用5 ml的1 mol/L HC1洗滌一次，并用 水洗滌三次，無水硫酸鎂干燥，抽濾，蒸干溶劑，用氯仿做展開劑進(jìn)行硅膠柱層 析分離提純，最后得到粉末狀的物質(zhì)F-1-1為0.10g，產(chǎn)率45V。。F-l-l的^-NMR 譜(500MHz， CDCl3)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.316-7.868 (m， 9H)，
6.483 (d, m)， 4.924 (d， 1H) , 3.761 (s， 3H)， 3.661(s， 3H)， 3.396 (m， 2H)， 3.079-2.840(m， 2H)， 2.364 (m， 2H)， 2.227 ppm (m， 2H)。本實(shí)施例中的F-l-l的合成也可以使用實(shí)施例2中F-2-l的合成方法，就是 將反應(yīng)中谷氨酸二甲酯換成天冬氨酸二甲酯，反應(yīng)楊—的摩爾比率不變，反應(yīng)條件 和步驟類似，處逢過程類似，產(chǎn)率54%。將0.10g的F-l-l溶于40ml的lmol/LNaOH溶液中，室溫?cái)嚢璋胄r(shí)后， 基本溶解。用乙酸乙酯萃取5次，水相中加入鹽酸至弱酸性(pH為5.5左右)， 有大量白色絮狀物產(chǎn)生，再用乙酸乙酯萃取至水溶液中無熒光，無水硫酸鎂干燥， 抽濾，蒸去溶劑，得固體粉末F-l為0.054 g，產(chǎn)率58 %。 F-l的^-NMR譜(500 MHz， CDC13: CD3OD = 4:1)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.322-7.882 (m， 9H)， 4.824(t， 1H)， 3.408 (m， 2H)， 3據(jù)-2.829(m， 2H)， 2.399(m， 2H)， 2.228 ppm(m， 2H)。電噴霧質(zhì)譜測(cè)得分子量為403.2 (分子量理論值為403.1 )， 元素分析(碳、氫、氮)實(shí)際測(cè)得的值為C為70.6， H為5.4， N為3.2 (理論 值C為71.4， H為5.3, N為3.4)。以上結(jié)果顯示熒光離子探針F-l完全復(fù)合實(shí) 際測(cè)試要求。本實(shí)施例中F-l的合成也可以在酸性條件下進(jìn)行，將0.10 g的F-l-l溶于40 ml的l mol/L鹽酸的四氫呋喃溶液中，室溫下攪拌12h，然后減壓蒸餾除去有 機(jī)溶劑，有白色沉淀產(chǎn)生，加入20ml水，然后用乙酸乙酯萃取水相5次，后面 的處理方法同上面堿性條件水解的處理方法一樣，產(chǎn)率40% 。實(shí)施例2:<formula>formula see original document page 14</formula>將0.40g芘丁酸溶于40mL苯中，加入1.0mL 二氯亞砜，加熱回流攪拌7 h，反應(yīng)完全后，減壓下蒸去有機(jī)溶劑苯，得到黃色粗產(chǎn)物，然后用正己烷重結(jié) 晶3次。正己烷結(jié)晶液中析出黃褐色固體，為芘丁酰氯0.27g，產(chǎn)率62%。谷氨酸二甲酯鹽酸鹽以及谷氨酸二甲酯(B)的制備方法與實(shí)施例1中天冬
氨酸二甲酯鹽酸鹽以及天冬氨酸二甲酯的制備方法類似，就是將天冬氨酸換成谷 氨酸，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件和步驟、處理過程相同，可以得到白色 固體谷氨酸二甲酯鹽酸鹽l.lg，產(chǎn)率77%，其結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 15</formula>其'H-NMR譜(500MHz， D20)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為4.100 (t, 1H)， 3.733 (s， 3H)， 3.611 (s， 3H)， 2.533 (m， 2H)， 2.147 ppm (m，2H)。進(jìn)而得到淡黃色油狀物谷氨酸二甲酯0.2g，產(chǎn)率63%。同樣地，得到的谷 氨酸二甲酯不穩(wěn)定應(yīng)立即使用。取0.2g芘丁酰氯溶于10 mL無水苯中，在冰鹽浴下將其滴加到O.ll g谷氨 酸二甲酯(B)禾B0.2 mL三乙胺的20 ml無水苯溶液中，反應(yīng)攪拌30 min，然 后在室溫下反應(yīng)12h。使用TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完畢后，粗產(chǎn)物后處理 苯溶液用碳酸氫鈉溶液洗至弱堿性(pH為7.5)，再用稀鹽酸洗至弱酸性(pH為 6.2)，最后用水洗至中性；苯溶液用無水硫酸鎂干燥，抽濾，蒸干溶劑，最后用 氯仿做展開劑進(jìn)行硅膠柱層析分離的到淡黃色固體產(chǎn)物F-2-l為0.16 g，產(chǎn)率55 %。 F-2-l的'H-NMR譜(500 MHz， CDC13)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬 為8.312-7.864 (m， 9H)， 6.152 (d， 1H)， 4.654 (m， 1H)， 3.743 (s， 3H)， 3.621 (s， 3H)， 3.405 (m， 2H), 2.462-2.321 (m， 4H)， 2.219 (m， 3H)， 2.000 ppm (m， 1H)。本實(shí)施例中F-2-l的合成也可以使用實(shí)施例1中F-l-l的合成方法，就是將 天冬氨酸換成谷氨酸，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程 類似，可以得到淡黃色的固體F-2-l，產(chǎn)率48%。F-2的制備方法如實(shí)施例1中F-l，就是將F-1-1換成F-2-l，反應(yīng)物的摩爾 比不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，同樣可以得到黃色固體粉末F-2 為0.061 g，產(chǎn)率為64%。 F-2的'H-NMR i普(500 MHz, CDC13: CD3OD = 4:l) 化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.324-7.884 (m， 9H)， 4.558 (m， 1H)， 3.402 (m， 2H)， 2.483-2.356 (m， 4H)， 2,210 (m， 3H)， 2.003 ppm (m， 1H)。電
噴霧質(zhì)譜測(cè)得分子量為417.3 (分子量理論值為417.2)，元素分析(碳、氫、氮) 實(shí)際測(cè)得的值為C為7L1， H為5.8， N為3.3 (理論值C為71.9， H為5.6， N為3.4)。以上結(jié)果顯示熒光離子探針F-2完全復(fù)合實(shí)際測(cè)試要求。色氨酸甲酯鹽酸鹽以及色氨酸甲酯(C)的制備方法與實(shí)施例1-1中天冬氨 酸二甲酯鹽酸鹽以及天冬氨酸二甲酯的制備方法相同，就是將天冬氨酸換成色氨 酸，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，可以得到微 粉色的固體粉末色氨酸甲酯鹽酸鹽1.0g，產(chǎn)率80%，其結(jié)構(gòu)式為其'H-NMR譜(500 MHz， D20)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為 7.576-7.134 (m, 5 H)， 4.402 (m， 1H)， 3.747 (s' 3H)， 3.483-3.390 ppm (m，2H)。進(jìn)而得到淡黃色油狀物色氨酸甲酯0.17g，產(chǎn)率67%。同樣地，得到的色氨 酸甲酯不穩(wěn)定應(yīng)立即使用。F-3-l的合成類似于實(shí)施例1中F-l-l，就是將天冬氨酸二甲酯換成色氨酸甲 酯(C)，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和歩驟類似，處理過程類似，可以得 到黃色固體粉末F-3-l為0.11 g，產(chǎn)率45%。 ^-NMR譜(500 MHz， CDC13) 化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為:8,270-7.791 (m， 9H)， 7.503-6.913 (m， 5H)， 5.918(d， 1H)， 4.993 (m， 1H)， 3.700 (s， 3H)， 3.471-3.315 (m， 4H)， 2.282-2.143(m， 4H)。實(shí)施例3:<formula>formula see original document page 16</formula>
將0.10 g的F-3-l溶于60 m四氫呋喃中，加入鹽酸3 ml，封口避光反應(yīng)12 h， TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后粗產(chǎn)物后處理先將THF蒸干，加入10ml 水，有黃色沉淀產(chǎn)生，用三氯甲垸萃取4次，合并有機(jī)相，水洗至弱酸性(pH 為6.2)，然后用無水硫酸鎂干燥。抽濾，蒸干溶液得淡黃色固體F-3為0.039 g， 產(chǎn)率40%。 F-3的'H-NMR譜(500MHz， DMSO)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型 歸屬為8.344-7.844 (m， 9 H), 7.519-6.848 (m， 5H),4.257(m， 1 H)， 3.231-3.012 (m， 4H)，2.215(m， 2 H)， 1.930 ppm (m， 2H)?；|(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜測(cè)得 分子量為475.0 (分子量理論值為474.6)。以上結(jié)果顯示熒光離子探針F-3完全 復(fù)合實(shí)際測(cè)試要求。苯丙氨酸甲酯鹽酸鹽以及苯丙氨酸甲酯(D)的制備方法與實(shí)施例1中天冬 氨酸二甲酯鹽酸鹽以及天冬氨酸二甲酯的制備方法相同，就是將天冬氨酸換成苯 丙氨酸，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，可以得 到白色的固體粉末苯丙氨酸甲酯鹽酸鹽l.lg，產(chǎn)率84%，其結(jié)構(gòu)式為其'H-NMR譜(500 MHz， D20)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為 7.388-7,230 (m， 5 H), 4.376 (m， 1H)， 3.780 (s， 3H)， 3.316-3.160 ppm (m，2H)。進(jìn)而得到淡黃色油狀物苯丙氨酸甲酯0.17g，產(chǎn)率67%。同樣地，得到的苯 丙氨酸甲酯不穩(wěn)定應(yīng)立即使用。F-4-l的合成類似于實(shí)施例1中F-l-l，就是將天冬氨酸二甲酯換成苯丙氨酸實(shí)施例4: 甲酯(D)，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，可以 得到黃色固體粉末F-4-l為0.10g，產(chǎn)率44%。 ^-NMR譜(500MHz， CDC13) 化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.287-7.817 (m， 9H)， 7.243-7.071(m， 5H)， 5.841 (d， 1H)' 4,933 (m， 1H)， 3.727 (s， 3H)， 3.350(t， 2H)， 3.189-3.082 (m， 2H)， 2.296(m， 2H)， 2.182(m， 2H)， 2.364 ppm(m， 2H)。F-4的制備方法如實(shí)施例3中F-3，就是將F-3-l換成F-4-1,反應(yīng)物的摩爾 比不變，反應(yīng)條件和歩驟類似，處理過程類似，同樣可以得到黃色固體粉末F-4 為0.039 g，產(chǎn)率為40 %。 F-4的'H-NMR譜(500 MHz， DMSO)化學(xué)位移和 對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.322-7.863 (m， 9 H), 7.213-7.071 (m， 5 H), 4.272 (m， 1 H)， 3.214-2.863 (m， 4 H), 2.224 (m， 2 H)， 1,932 ppm (m， 2 H)?；|(zhì)輔助激光 解吸電離質(zhì)譜測(cè)得分子量為435.1 (分子量理論值為435.2)。以上結(jié)果顯示熒光 離子探針F-4完全復(fù)合實(shí)際測(cè)試要求。實(shí)施例5:芘甲酰氯的合成方法類似于實(shí)施例2中的芘丁酰氯的合成方法，就是將芘丁 酸換成芘甲酸，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似， 可以得到金黃色的固體粉末芘甲酰氯0.26g，產(chǎn)率60%。F-5-l的合成方法類似于實(shí)例2中F-2-l的合成方法，就是將芘丁酰氯換成芘甲 酰氯，將谷氨酸二甲酯換成天冬氨酸二甲酯，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件 和步驟類似，處理過程類似，可以得到淡黃色的固體F-5-l為0.16g，產(chǎn)率54%， F-5-l的^-NMR譜(500 MHz， CDC13)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為 8.700-8.068 (m， 9H)， 7.191 (d， 1H), 5.350 (d， 1H), 3.877 (s， 3H)， 3.729(s， 3H), 3.290-3.13 lppm(m， 2H)。F-5的合成方法如實(shí)施例1中F-1的合成方法，就是將F-l-l換成F-5-l，反應(yīng)物 的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，同樣可以得到黃色固體粉 末F-5為0.054 g，產(chǎn)率58%， F-5的'H-NMR i普(500MHz， DMSO)化學(xué)位移和 對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為9.062-8.099 (m， 9H)， 6.533 (d， 1H)， 4.922 (d， 1H)， 2.951-2.700 ppm (m， 2H)。實(shí)施例6:<formula>formula see original document page 19</formula>F-6-l的合成方法類似于實(shí)例2中F-2-l的合成方法，就是將芘丁酰氯換成芘甲 酰氯，反應(yīng)物的摩爾比率不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，可以得到 淡黃色的固體F-6-l為0.17g，產(chǎn)率54%， F-6-l的iH-NMR譜(500 MHz， CDC13) 化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.703-8.097 (m， 9H)， 6.891 (d， 1H)， 5.09(m， 1H), 3.889 (s， 3H), 3.689 (s， 3H)， 2.632 (m， 2H)， 2.475-2.283 ppm(m， 2H)。F-6的合成方法如實(shí)施例1中F-1的合成方法，就是將F-l-l換成F-6-l，反應(yīng)物 的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，同樣可以得到黃色固體粉 末F-6為0.052 g，產(chǎn)率56%， F-6的^-NMR譜(500MHz， DMSO)化學(xué)位移禾口 對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為9.007-8.118 (m， 9H)， 6.539 (d， 1H)， 4.590 (d， 1H)， 2.504 (s， 2H)， 2.197-1.991 ppm (m， 2H)。實(shí)施例7:<formula>formula see original document page 19</formula>F-7-l的合成方法類似于實(shí)例2中F-2-l的合成方法，就是將芘丁酰氯換成丹酰
氯(市場(chǎng)上可以買到該樣品，而其中包括的熒光生色團(tuán)為丹磺酰胺基團(tuán))，將谷 氨酸二甲酯換成色氨酸甲酯，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟、處理過程 相同，可以得到黃色固體F-7-l為0.18g，產(chǎn)率54%。 F-7的合成同樣類似于實(shí)例l 中F-1的合成方法，就是將F-l-l換成F-7-l，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步 驟類似，處理過程類似，同樣可以得到黃色固體粉末F-7為0.054 g，產(chǎn)率56%， F-7的"H-NMR譜(500 MHz， DMSO)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為 8.047-7.271 (m， 6H)， 7.122 (m， 5H), 3.78 (m， 1H)， 2.47 (m， 2H)， 2.79 ppm (s， 6H)。實(shí)施例8:<formula>formula see original document page 20</formula>F-8-l的合成方法類似于實(shí)例2中F-2-l的合成方法，就是將芘丁酰氯換成丹酰 氯，將谷氨酸二甲酯換成天冬氨酸二甲酯，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和歩 驟、處理過程類似，可以得到黃色固體F-8-l為0.14g，產(chǎn)率48%， F-8-l的'H-NMR 譜(500MHz， CDCl3)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.265-7.220 (m， 6H)， 5.857 (d， 1H)， 4.160 (m， 1H)， 3.515 (s， 3H)， 3.401 (s， 3H)， 2.914 (s， 6H) , 2.880-2,700 ppm (m， 2H)。F-8的合成同樣類似于實(shí)例1中F-l的合成方法，就是將F-l-l換成F-8-l， 反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，同樣可以得到黃色 固體粉末F-8為0.037 g，產(chǎn)率40%， F-8的'H-NMR譜(500MHz， D20)化學(xué) 位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.435-7.365 (m， 6H)， 3.865 (m， 1H)， 2.840 (s， 6H)， 2.351-2.229 ppm (m， 2H)。實(shí)施例9:<formula>formula see original document page 21</formula>F隱9F-9-l的合成方法類似于實(shí)例2中F-2-l的合成方法，就是將芘丁酰氯換成丹酰 氯，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，可以得到黃色 固體F-9-l為0.15g，產(chǎn)率49%。 F-9的合成同樣類似于實(shí)例1中F-1的合成方法，就 是將F-l-l換成F-9-l，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和歩驟類似，處理過程類 似，同樣可以得到黃色固體粉末F-9為0.038 g，產(chǎn)率41%， F-9的^-NMR譜(500 MHz， DMSO)化學(xué)位移和對(duì)應(yīng)的質(zhì)子類型歸屬為8.534-7.200 (m， 6H)， 4.070 (m， 1H)， 3.018 (s， 6H)， 2,225 (m， 2H)， 2.029-1.826 ppm (m， 2H)。實(shí)施例10:<formula>formula see original document page 21</formula>F-10-1的合成方法類似于實(shí)例1中F-l-1的合成方法，就是將芘丁酸換成a一萘乙酸(市場(chǎng)可以買到，包括的熒光生色團(tuán)為萘)，反應(yīng)物的摩爾比不變，反 應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，可以得到白色固體F-10-1 。 F-10的合成同 樣類似于實(shí)例1中F-l的合成方法，就是將F-l-1換成F-10-1 ，反應(yīng)物的摩爾比 不變，反應(yīng)條件和步驟類似，處理過程類似，同樣可以得到白色固體粉末F-IO。實(shí)施例11: <formula>formula see original document page 22</formula>F-ll-1的合成方法類似于實(shí)例2中F-2-l的合成方法，就是將芘丁酸換成9 一蒽甲酸(市場(chǎng)可以買到，包括的熒光生色團(tuán)為蒽)，首先將蒽甲酸制備成蒽甲 酰氯，然后讓其與谷氨酸二甲酯反應(yīng)，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和步驟類 似，處理過程類似，可以得到固體F-11-1。 F-ll的合成同樣類似于實(shí)例l中F-l 的合成方法，就是將F-1-1換成F-11-1，反應(yīng)物的摩爾比不變，反應(yīng)條件和歩驟 類似，處理過程類似，同樣可以得到固體粉末F-ll。實(shí)施例12:將實(shí)施例1中的熒光離子探針F-1溶于含體積分?jǐn)?shù)為2%的DMSO的水溶液 中(DMSO為二甲基亞砜，它的少量加入有助于提高F-1的溶解性，并且實(shí)驗(yàn)表 明它的加入不會(huì)對(duì)金屬離子識(shí)別產(chǎn)生不良影響)，配置成濃度為2.0xl(T5 mol/L 的溶液。加入不同摩爾分?jǐn)?shù)的PbCl2，測(cè)試F-1溶液的熒光發(fā)射光譜(激發(fā)波長(zhǎng) 為354 nm)。隨著Pb"的加入，在475 nm處產(chǎn)生一個(gè)新峰并逐漸增強(qiáng)，這個(gè)新 峰歸結(jié)為穩(wěn)態(tài)聚集體excimer發(fā)射峰，參照?qǐng)D1所示。實(shí)施例13:在實(shí)施例12所述實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試熒光離子探針F-1對(duì)不同種金屬離子的選 擇性。各組熒光離子探針F-1的濃度均為2.0xl(T5 mol/L，分別加入Na+， K+， Ag+， Mg2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Co2+， Ni2+， Cu2+， Zn2+， Cd2+， Hg2+， Pb"和 C產(chǎn)等十五種常見的金屬離子，使其濃度達(dá)到106.7 (1.067X10—4 mol/L)。通 過與不存在金屬離子相比較發(fā)現(xiàn)，這十五種金屬離子中只有Pb^能夠產(chǎn)生聚集體 的發(fā)射峰(475nm處的新峰)，其它金屬離子沒有這種響應(yīng)， 一些離子還會(huì)產(chǎn)生 猝滅效果。將這一結(jié)果整理如圖，參照?qǐng)D2。同時(shí)，測(cè)試了熒光離子探針F-1對(duì)Pt^的靈敏度，發(fā)現(xiàn)其靈敏度可達(dá)到1.7xlO—6mol/L。這樣一些結(jié)果充分說明了本 發(fā)明設(shè)計(jì)、合成的熒光離子探針對(duì)于PP+具有非常高的選擇性識(shí)別性能和高的靈敏度。實(shí)施例14:將實(shí)施例2中的熒光離子探針F-2溶于含體積分?jǐn)?shù)為2 %的DMSO的水溶液 中(DMS0少量的加入同樣有助于提高F-2的溶解性，并且實(shí)驗(yàn)表明它的加入不 會(huì)對(duì)金屬離子識(shí)別產(chǎn)生不良影響)，配置成濃度為2.0xlO—5mol/L的溶液。加入不 同摩爾分?jǐn)?shù)的PbCl2，測(cè)試F-1溶液的熒光發(fā)射光譜(激發(fā)波長(zhǎng)為354 nm)。隨 著Pp+的加入，在465 nm處產(chǎn)生一個(gè)新峰并逐漸增強(qiáng)，參照?qǐng)D3所示，和圖1 類似，這個(gè)新峰同樣歸結(jié)為穩(wěn)態(tài)聚集體excimer發(fā)射峰，只是這個(gè)峰的位置稍稍 變化了一點(diǎn)(圖1為475 nm，圖3為465 nm)，圖3峰的強(qiáng)度也要比圖1稍稍弱 一些，不過性質(zhì)上是一致的。實(shí)施例15: v在實(shí)施例14所述實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試熒光離子探針F-2對(duì)不同種金屬離子的選 擇性。熒光離子探針F-2的濃度均為2.0xl(T5 mol/L，分別加入Na+， K+， Ag+， Mg2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Co2+， Ni2+, Cu2+， Zn2+， Cd2+， Hg2+， Pb"和&3+等 十五種常見的金屬離子，使其濃度達(dá)到106.7 (1.067xl(T4mol/L)。通過與不 存在金屬離子相比較發(fā)現(xiàn)，這十五種金屬離子中只有Pb^能夠產(chǎn)生聚集體的發(fā)射 峰(465 nm處的新峰)，其它金屬離子沒有這種響應(yīng)， 一些離子還會(huì)產(chǎn)生猝滅效 果。將這一結(jié)果整理如圖，參照?qǐng)D4。同時(shí)，測(cè)試了熒光離子探針F-2對(duì)Pb^的 靈敏度，發(fā)現(xiàn)其靈敏度可達(dá)到1.5xl(T6 mol/L。這樣一些結(jié)果充分說明了本發(fā)明 設(shè)計(jì)、合成的熒光離子探針對(duì)于Pt^具有非常高的選擇性識(shí)別性能和高的靈敏 度。實(shí)施例16:如實(shí)施例14中的條件，將實(shí)施例2中的熒光離子探針F-2配置成濃度為 2.0xl(^mol/L的溶液。加入不同摩爾分?jǐn)?shù)的PbCl2，測(cè)試F-2溶液的熒光激發(fā)光
譜(固定發(fā)射波長(zhǎng)在465 nm)。隨著fb"的加入，在354 nm處產(chǎn)生一個(gè)新峰并 逐漸增強(qiáng)，這個(gè)新峰同樣歸結(jié)為穩(wěn)態(tài)聚集體excimer激發(fā)峰，參照?qǐng)D5所示。這 里穩(wěn)態(tài)聚集體excimer在激發(fā)光譜上所產(chǎn)生的新峰(354 nm)與其在熒光發(fā)射光 譜(例14)中產(chǎn)生的新峰(465 nm)在本質(zhì)上是相同的，都反映了穩(wěn)態(tài)聚集體 excimer的產(chǎn)生。實(shí)施例17:在實(shí)施例16所述實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試熒光離子探針F-2對(duì)不同種金屬離子的 選擇性。熒光離子探針F-2的濃度均為2.0x10—5 mol/L，分別加入Na+， K+， Ag+， Mg2+， Ca2+， Mn2+, Fe2+， Co2+， Ni2+， Cu2+， Zn2+， Cd2+， Hg2+， Pb，口 C一+等 十五種常見的金屬離子，使其濃度達(dá)到106.7 |iM (1.067xlO-4mol/L)。通過與不 存在金屬離子相比較發(fā)現(xiàn)，這十五種金屬離子中只有Pl^+能夠產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)聚集體的 激發(fā)峰(354 nm處的新峰)，其它金屬離子均沒有這種響應(yīng)， 一些離子還會(huì)產(chǎn)生 猝滅效果。將這一結(jié)果整理如圖，參照?qǐng)D6。同樣測(cè)試了熒光離子探針F-2對(duì)Pb2+ 的靈敏度，發(fā)現(xiàn)其靈敏度也為1.5xlO-6mol/L。這樣一些結(jié)果結(jié)合實(shí)施例12說明 了本發(fā)明設(shè)計(jì)、合成的熒光離子探針對(duì)于Pb^不但具有非常高的選擇性識(shí)別性能 和高的靈敏度，同時(shí)還具備雙重識(shí)別功能(不但可以在熒光發(fā)射光譜上進(jìn)行離子 識(shí)別，還可以從熒光激發(fā)光譜上進(jìn)行離子識(shí)別)。實(shí)施例18:將實(shí)施例3中的熒光離子探針F-3溶于含體積分?jǐn)?shù)為2%的DMSO的水溶液 中(DMSO的少量加入同樣有助于提高F-3的溶解性，并且實(shí)驗(yàn)表明它的加入不 會(huì)對(duì)金屬離子識(shí)別產(chǎn)生不良影響)，配置成濃度為5.0xl(^mol/L的溶液。加入不 同摩爾分?jǐn)?shù)的PbCl2，測(cè)試F-3溶液的熒光發(fā)射光譜(固定發(fā)射波長(zhǎng)在465mn)。 隨著PP+的加入，加入不同摩爾分?jǐn)?shù)的PbCl2,測(cè)試F-3溶液的熒光發(fā)射光譜(激 發(fā)波長(zhǎng)為340 nm)。隨著Pp+的加入，在470 nm處產(chǎn)生一個(gè)新峰并逐漸增強(qiáng)， 這個(gè)新峰歸結(jié)為動(dòng)態(tài)聚集體excimer發(fā)射峰，參照?qǐng)D7所示。實(shí)施例19:
在實(shí)施例18所述實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試熒光離子探針F-3對(duì)不同種金屬離子的 選擇性。熒光離子探針F-3的濃度均為5.0xl(T6mol/L，分別加入Na+， K+， Mg2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Co2+， Ni2+， Cu2+， Zn2+， Cd2+， Pb，口 &3+等十三種常見的 金屬離子，使其濃度達(dá)到173.9 )aM (1.739xl(T4mol/L)。通過與不存在金屬離子 相比較發(fā)現(xiàn)，在Pb2、 Z,和CcP存在下能夠產(chǎn)生聚集體的發(fā)射峰(470 nm處 強(qiáng)的新峰)，表現(xiàn)選擇性識(shí)別。與不存在金屬離子條件相比，加入鉛后470nm處 發(fā)射峰強(qiáng)度增加120個(gè)單位，加入Zi^+增加19個(gè)單位，加入CcP+增加17個(gè)單 位。將這一結(jié)果整理如圖，參照?qǐng)D8。同時(shí)，測(cè)試了熒光離子探針F-3對(duì)Pl^+的 靈敏度，發(fā)現(xiàn)其靈敏度可高達(dá)到1.5x1 (T7 mol/L。 F-3與F-1、 F-2相比較，其對(duì) 離子的檢測(cè)靈敏度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，聚集體excimer發(fā)射峰能夠達(dá)到很高的強(qiáng) 度，能夠很好地避免重金屬離子的熒光猝滅，這能保證其達(dá)到很好的離子檢測(cè)效 果；但其離子選擇性卻沒有F-l、 F-2高，特異性稍差一些。主要差別在于離子 促使F-3產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的聚集體excimer，而使F-l、 F-2產(chǎn)生的是穩(wěn)態(tài)的excimer，本 質(zhì)上不相同。.
權(quán)利要求
1、高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其結(jié)構(gòu)式如下所示通式中，Y為芘、萘、4-氨基-1，8-萘酰亞胺、丹磺酰胺、蒽、咔唑、苯并咪唑、苯并惡唑、氟硼二吡咯、熒光素、3，4，9，10-苝四酸二酰亞胺或羅丹明B；X為酰氨基團(tuán)、磺氨基團(tuán)或酯基團(tuán)；R1為氫、羥基、羧基或芳基；R2為氫、烷基、羥基、羥烷基、羧基或羧烷基；m，n代表亞甲基的數(shù)目，范圍為0-9的整數(shù)；“*”表示該位置的碳具有手性，包括L-構(gòu)型、D-構(gòu)型以及外消旋體D，L-混合構(gòu)型。
2、 如權(quán)利要求1所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于烷 基是具有1-16個(gè)碳原子的直鏈或異構(gòu)烷基。
3、 如權(quán)利要求1所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于羥 烷基是具有1-10個(gè)碳原子的羥垸基。
4、 如權(quán)利要求1所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于羧烷基是具有i-io個(gè)碳原子的羧烷基。
5、 如權(quán)利要求1所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于芳基是指苯、吲哚、咪唑、卟啉、吡啶或苯并呋喃。
6、 如權(quán)利要求1所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于Y為芘、萘、4-氨基-l,8-萘酰亞胺、丹磺酰胺、蒽、咔唑、苯并咪唑、熒光素、 3,4，9,10-茈四酸二酰亞胺或羅丹明B。
7、 如權(quán)利要求6所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于X 為酰氨基團(tuán)或磺氨基團(tuán)。
8、 如權(quán)利要求7所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于R2 為H，其結(jié)構(gòu)式如下所示，<formula>formula see original document page 3</formula>
9、如權(quán)利要求8所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針，其特征在于Y 為芘或丹磺酰胺，其結(jié)構(gòu)式如下所示，<formula>formula see original document page 3</formula>
10、權(quán)利要求l-9所述的高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針在重金屬離子和過 渡金屬離子識(shí)別和檢測(cè)方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一類對(duì)離子檢測(cè)具有高選擇性、高靈敏度的熒光離子探針(I)以及該類熒光離子探針在重金屬離子和過渡金屬離子識(shí)別和檢測(cè)方面的應(yīng)用，其中Y是指芘、萘、4-氨基-1，8-萘酰亞胺、丹磺酰胺、蒽、咔唑、苯并咪唑、苯并惡唑、氟硼二吡咯、熒光素、3，4，9，10-苝四酸二酰亞胺或羅丹明B等具有熒光發(fā)射功能的有機(jī)共軛基團(tuán)，X為酰氨基團(tuán)、磺氨基團(tuán)或酯基團(tuán)。本發(fā)明中的熒光離子探針是通過熒光生色團(tuán)聚集體的熒光峰作為響應(yīng)信號(hào)來識(shí)別金屬離子的，這樣可以有效地避免過渡金屬和重金屬離子對(duì)熒光基團(tuán)的猝滅效應(yīng)。本發(fā)明的熒光離子探針可以在各種溶劑中，特別是在水溶液中選擇性地識(shí)別重金屬離子和過渡金屬離子。
文檔編號(hào)G01N21/76GK101153848SQ200710056138
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者劉毅夫, 吳玉清, 吳立新, 磊 李, 李洪偉, 馬立軍 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)