一种基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针及其制备和应用

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，尤其涉及一种基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针及其制备和应用。

背景技术

近年来，重金属对人类健康和环境污染的危害已成为一个重要的全球性问题。在众多的有毒重金属中，Hg

3-羟基邻苯二甲酰亚胺因存在激发态分子内电荷转移(ESIPT)过程，不仅具有较大的Stokes位移，能有效避免自吸收干扰，而且具有良好的光学特性，如绿色区域发射、良好的光学稳定性和高荧光量子产率等。因此，3-羟基邻苯二甲酰亚胺是设计荧光探针的理想材料。然而，以3-羟基邻苯二甲酰亚胺为荧光团的Hg

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种选择性好、灵敏度高、快速简便的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针，还相应提供该基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的制备方法及应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针，所述基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针为N-(吡啶-4-甲氨基)-3-二苯基硫代磷酸酯基邻苯二甲酰亚胺，结构式如式(1)：

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

(1)二苯基氯化膦与硫磺无溶剂反应，得到二苯基硫代膦酰氯，结构式如式(3)：

(2)3-羟基邻苯二甲酸酐和4-氨甲基吡啶发生缩合反应，得到N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺，结构式如式(2)：

(3)步骤(1)所得的二苯基硫代膦酰氯与步骤(2)所得的N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺发生酰化反应，得到式(1)所示的化合物。

优选的，所述步骤(1)的具体过程为：

将二苯基氯化膦和硫磺放入50～100mL双口瓶中，在氩气保护下，加热至130～140℃无溶剂反应0.5～3h，反应完成后，冷却至室温，无需纯化可用于下一步反应，所得液体为二苯基硫代膦酰氯。

优选的，所述二苯基氯化膦和硫磺的摩尔比为1∶1～1.5

优选的，所述步骤(2)的具体过程为：

将3-羟基邻苯二甲酸酐、4-氨甲基吡啶和N,N-二甲基乙酰胺溶于邻二甲苯中，先加热至50～60℃反应1～2h，然后加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物作为催化剂，继续升温至150～160℃回流缩合反应3～5h，用Dean-Stark分水器分离反应中生成的水分，再将缩合反应液冷却至室温，将反应液倒入200～300mL冰水中，搅拌30～60min有固体析出，过滤，用纯水洗涤，所得固体为N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺。

优选的，所述3-羟基邻苯二甲酸酐和4-氨甲基吡啶的摩尔比为1∶1～1.5。

优选的，所述步骤(3)的具体过程为：

将N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺和三乙胺溶于无水二氯甲烷中，然后冰浴至0～5℃，在氩气保护下将二苯基硫代膦酰氯用无水二氯甲烷稀释后缓慢滴加入其中，滴加完升至室温反应过夜，反应结束后，分别用水和盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，经减压蒸馏除去溶剂，所得粗产物用硅胶色谱柱提纯，得到式(1)所示的化合物。

优选的，所述N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺、二苯基硫代膦酰氯和三乙胺的摩尔比为1∶2～4∶2.5～6，柱色谱分离洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，所述石油醚与乙酸乙酯的体积比为5∶1～5。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针或上述的制备方法制得的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的应用，将所述基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针与HEPES和乙醇的缓冲液混合，再加入待测溶液中，得到混合溶液，利用混合溶液的荧光变化来检测生物硫醇的存在与否。

优选的，所述待测溶液中无汞离子时，所述混合溶液为无荧光发射；所述待测溶液中有汞离子时，所述混合溶液发出绿色荧光，最大荧光发射峰位于510nm处，检出限为18.3nM。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的一种基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针是以3-羟基邻苯二甲酰亚胺为荧光团，二苯基硫代磷酸酯为识别单元的荧光探针，实践表明，本发明的荧光探针分子在对汞离子进行检测时表现出了较高的选择性和灵敏度。

2、本发明的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的制备方法，只需要三步就可以完成，且后处理过程简单，适于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1的式(1)所示的化合物(即基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针)的合成路线图。

图2为实施例1制备的式(2)所示的化合物的

图3为实施例1制备的式(2)所示的化合物的

图4为实施例1制备的式(2)所示的化合物的ESI-MS图谱。

图5为实施例1制备的式(1)所示的化合物的

图6为实施例1制备的式(1)所示的化合物的

图7为实施例1制备的式(1)所示的化合物的ESI-MS图谱。

图8为不同pH值对实施例1制备的式(1)所示的化合物与Hg

图9为实施例1制备的式(1)所示的化合物与Hg

图10为实施例1制备的式(1)所示的化合物与不同浓度Hg

图11为实施例1制备的式(1)所示的化合物与不同金属离子反应前后的荧光强度(F

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针，名称为N-(吡啶-4-甲氨基)-3-二苯基硫代磷酸酯基邻苯二甲酰亚胺，分子式为C

上述本实施例的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的制备方法，其合成路线如图1所示，包括以下步骤：

(1)合成化合物二苯基硫代膦酰氯，结构式如式(3)：

反应式如式(1-1)：

具体过程为：将二苯基氯化膦(882.4mg,4mmol)和硫磺(128.3mg,4mmol)放入50mL双口瓶中，在氩气保护下，加热至130℃无溶剂反应0.5h，反应完成后，冷却至室温，无需纯化可用于下一步反应，所得液体为二苯基硫代膦酰氯。

(2)合成化合物N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺，结构式如式(2)：

反应式如式(2-1)：

具体过程为：将3-羟基邻苯二甲酸酐(3.28g,20mmol)、4-氨甲基吡啶(2.16g,20mmol)和N,N-二甲基乙酰胺(8mL)溶于邻二甲苯(10mL)中，先加热至50℃反应1h，然后加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(43.2mg,0.2mmol)作为催化剂，继续升温至150℃回流缩合反应3h，用Dean-Stark分水器分离反应中生成的水分，再将缩合反应液冷却至室温，将反应液倒入200mL冰水中，搅拌30min有固体析出，过滤，用纯水洗涤，所得固体为N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺，产率为90％。

所得的N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺的

所得的N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺的

所得的N-(吡啶-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺的ESI-MS图谱如图4所示，ESI-MS m/z for C

(3)合成结构式如式(1)所示的N-(吡啶-4-甲氨基)-3-二苯基硫代磷酸酯基邻苯二甲酰亚胺：

反应式如式(3-1)：

具体过程为：将步骤(2)所得的N-(1-吡啶盐-4-甲氨基)-3-羟基邻苯二甲酰亚胺(198.1mg,0.5mmol)和三乙胺(0.42mL,3mmol)溶于无水二氯甲烷(10mL)中，然后冰浴至0℃，在氩气保护下将步骤(1)所得的二苯基硫代膦酰氯(505.4mg,2mmol)用无水二氯甲烷(10mL)稀释后缓慢滴加入其中，滴加完升至室温反应过夜，反应结束后，分别用水和盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，经减压蒸馏除去溶剂，所得粗产物用硅胶色谱柱提纯，用石油醚与乙酸乙酯的体积比为5∶1～5洗涤，得到基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针，得到式(1)所示的化合物，产率为82％。

式(1)所示的化合物的

式(1)所示的化合物的

式(1)所示的化合物的ESI-MS图谱如图7所示，ESI-MS m/z for C

上述本实施例制得的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的应用，将10mM HEPES/C

上述本实施例制得的基于3-羟基邻苯二甲酰亚胺的汞离子荧光探针的应用研究：

1、pH值对式(1)所示的化合物与Hg

取实施例1合成的式(1)所示的化合物溶于二甲基亚砜中，制成2mmol/L的储备液。当pH值不同时，在室温下以405nm为激发光测量式(1)所示的化合物与Hg

2、式(1)所示的化合物与Hg

在最佳测试条件下，即10mM HEPES,H

3、式(1)所示的化合物检测Hg

不同Hg

4、式(1)所示的化合物对Hg

为测试式(1)所示的化合物对Hg

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。