一种双四苯乙烯基荧光探针的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于荧光探针技术领域，具体涉及一种双四苯乙烯基荧光探针的制备方法及其应用。

背景技术

苦味酸(PA)作为一种重要的硝基芳香族化合物，被广泛用于杀虫剂、皮革、染料和制药等领域。PA具有极强的爆炸性、高毒性和良好的水溶性，极易随工业废水排放到环境中对土壤、水体和人类健康造成严重的危害，在国家安全和环境污染等方面受到极大的关注。因此，快速、高效、选择性地对环境中痕量苦味酸进行检测具有非常重要的现实意义。

传统检测PA的方法有气相色谱法、高效液相色谱法、拉曼光谱法、电化学法等，虽然可实现PA的高灵敏度检测，但是存在设备昂贵、样品前处理繁琐、操作耗时、不能现场检测等缺点。

荧光探针作为一种新兴的检测手段，具有操作简单、成本低廉、特异性和灵敏度高、响应速度快以及对分析物的实时可视化监测等优点，近年来受到广泛的关注。聚集诱导发光(AIE)效应自2001年被唐本忠课题组报道后，大量的AIE荧光探针实现了在生物体内成像、生物监测等方面的应用。近年来，具有AIE效应的化合物也常用于PA的检测。虽然AIE效应使得这类传感器可用于固态检测，但其灵敏度还有待改善。

由于目前报道的检测硝基芳烃爆炸物的AIE荧光探针多为有机聚合物材料，该类材料具有分子结构不确定、相对分子质量多分散性、产品性能重复性不好等缺点，而基于有机小分子的AIE荧光探针目前没有，人们正在寻找新的小分子AIE荧光材料来改进对硝基芳烃爆炸物的检测。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双四苯乙烯基小分子荧光探针及其制备方法以及在检测PA爆炸物方面的应用。在本发明中，双四苯乙烯基荧光探针可以通过与硝基芳烃之间的光诱导电子转移(PET)产生荧光猝灭来实现对易爆物的高效检测。本发明中双四苯乙烯基化学传感器的制备方法简便、条件温和、成本低廉，得到的荧光探针具有良好的AIE特性，对痕量的爆炸物PA检测具有较好的选择性和灵敏度，并且可以制备成简易的荧光试纸对PA进行可视化痕量检测，具有较好的应用前景。

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种双四苯乙烯衍生物的结构式如下：

一种双四苯乙烯衍生物的制备方法，包括以下步骤：

S1：将低聚乙二醇溶于四氢呋喃，冰浴条件下加入氢化钠，最后加入溴丙炔，室温搅拌反应至TLC检测原料反应完全，分离提纯得到中间体双炔基低聚乙二醇衍生物；

S2：将S1得到的双炔基低聚乙二醇衍生物与四苯乙烯叠氮溶于四氢呋喃，然后再加入叔丁醇和水的混合溶剂，最后加入碘化亚铜，室温搅拌反应至TLC检测原料反应完全，依次加水和乙酸乙酯萃取反应体系，合并有机相通过减压蒸馏除去有机溶剂，粗产品经过柱层析提纯得到目标荧光探针T-1或T-2或T-3；

优选的，所述S1中低聚乙二醇为二乙二醇、三乙二醇和三缩四乙二醇，所述低聚乙二醇、氢化钠和溴丙炔的投料摩尔比为1：3：5；

优选的，所述S1中的分离提纯的具体操作为：反应结束后，缓慢向反应体系中滴加5mL冰水，然后用乙酸乙酯萃取3次合并有机相，经过减压蒸馏除去有机溶剂，粗产品经过柱层析提纯后得到纯的中间体，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯/二氯甲烷＝1/2/2(v/v)；

优选的，所述S2中双炔基低聚乙二醇衍生物、四苯乙烯叠氮和碘化亚铜的投料摩尔比为1：2：0.3，所述叔丁醇和水的混合溶剂中叔丁醇与水的体积比为1：1；

优选的，所述S2中分离提纯的具体操作为：反应结束后，向反应体系中加5mL水，然后用乙酸乙酯萃取3次合并有机相，经过减压蒸馏除去有机溶剂，粗产品经过柱层析提纯后得到纯的中间体，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯＝1/2(v/v)；

本发明的另一目的在于利用制备得到的双四苯乙烯衍生物作为PA爆炸物检测的荧光探针；

本发明的另一目的在于利用制备得到的双四苯乙烯衍生物作为PA爆炸物检测的荧光试纸；

本发明的另一目的在于提供利用制备得到的双四苯乙烯衍生物检测PA爆炸物的方法，具体为：

S1：将双四苯乙烯衍生物溶解在THF中，加入水，控制水的体积分数为90％，双四苯乙烯衍生物的浓度为1.0×10

S2：将硝基芳烃爆炸物的乙醇溶液加入到S1制备的双四苯乙烯衍生物溶液中，然后用荧光分光光度计测试该溶液的荧光发射光谱；

优选的，所述硝基芳烃爆炸物包括2-硝基甲苯(2-NT)、3-硝基甲苯(3-NT)、4-硝基甲苯(4-NT)、2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)、4-硝基苯酚(4-NP)、2,4,6-三硝基苯酚/苦味酸(PA)中的至少一种。

本发明的有益效果是：

1)本发明首次提出通过点击化学方法合成具有低聚乙二醇连接单元的双四苯乙烯衍生物，该类化合物结构新颖且具有优良的AIE发射特性；

2)本发明公开的制备方法简单高效、原料便宜易得、反应条件温和安全、产品提纯简便，适宜大批量生产；

3)本发明提供的双四苯乙烯衍生物可应用于实际水样中PA爆炸物的快速可视化检测，且检测浓度下限低，是一种优良的AIE荧光探针；可进一步制备成用于现场可视化检测PA爆炸物的荧光试纸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是为本发明实例T-2在不同含水量的THF/水混合溶液中的荧光发射光谱图；

图2是本发明实例T-2中加入等量不同硝基芳烃爆炸物后的荧光发射光谱图；

图3是本发明实例T-2加入不同浓度的PA后的荧光发射光谱图；

图4是本发明实例T-2制备的荧光试纸条滴加不同浓度的PA后的荧光效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

二炔基低聚乙二醇中间体的合成：

在50mL单口圆底烧瓶加入一缩二乙二醇(1g,9.42mmol)和15mL无水四氢呋喃，冰浴条件下分批加入氢化钠(0.678g,28.26mmol)，最后加入溴丙炔(5.6g,47.10mmol)，室温搅拌反应至TLC检测原料反应完全，缓慢向反应体系中滴加5mL冰水，然后用乙酸乙酯萃取3次合并有机相，经过减压蒸馏除去有机溶剂，粗产品经过柱层析提纯后得到白色固体二炔基一缩二乙二醇中间体(1.63g,产率为95％)，同法以二缩三乙二醇为原料得到白色固体二炔基二缩三乙二醇(2.08g,产率为92％)，同法以三缩四乙二醇为原料得到白色固体二炔基三缩四乙二醇(2.29g,产率为90％)，核磁谱图数据如下。

二炔基一缩二乙二醇：

二炔基二缩三乙二醇：

二炔基三缩四乙二醇：

双四苯乙烯荧光探针T-1或T-2或T-3的合成

在50mL单口圆底烧瓶加入双炔基一缩二乙二醇(0.05g,0.27mmol)与四苯乙烯叠氮(0.213g,0.55mmol)溶于5mL四氢呋喃，然后再加入2mL叔丁醇和水的混合溶剂(1/1,v/v)，最后加入碘化亚铜(15mg,0.082mmol)，室温搅拌反应至TLC检测原料反应完全，向反应体系中加5mL水，然后用乙酸乙酯萃取3次合并有机相，经过减压蒸馏除去有机溶剂，粗产品经过柱层析提纯后得到白色固体化合物T-1(0.234g,产率为89％)，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯＝1/2(v/v)，同法以双炔基二缩三乙二醇和四苯乙烯叠氮为原料得到白色固体化合物T-2(0.199g,产率为90％)，同法以双炔基三缩四乙二醇和四苯乙烯叠氮为原料得到白色固体化合物T-3(0.164g,产率为85％)，核磁谱图如下。

探针T-1：

探针T-2：

探针T-3：

实施例2

本例研究双四苯乙烯荧光探针的AIE性能，具体实验步骤为：

将实例例1制备得到的荧光探针T-2溶解于四氢呋喃中，配制成浓度为1×10

迅速将上述各溶液转移到荧光光谱仪的样品架上进行荧光光谱测试，测试仪器为HITACHI F-7000型荧光光谱仪，激发波长选择360nm，激发狭缝宽度10nm，发射狭缝宽度10nm，电压400V，响应时间1s，样品池选用1cm光程的四通石英比色皿。测得的荧光光谱图如图1所示，当混合溶液中水含量达到70％时，探针T-2的荧光开始出现；随混合溶液中水含量的增加，探针T-2的荧光强度逐渐增强，表明该探针T-2具有AIE性能。

实施例3

本例研究荧光探针T-2对PA爆炸物的选择性识别，具体实验步骤如下：

用体积比THF：H

实施例4

负载探针T-2的便携荧光试纸条制备步骤以及可视化识别PA爆炸物，具体步骤如下：

用THF溶解式(I)中荧光探针T-2，配置成0.01M的溶液。将条形中性试纸条浸入到配置好的溶液中1分钟，然后取出晾干即完成便携荧光试纸条的制备。

用乙醇作溶剂，分别配置浓度为1×10

图4为负载探针T-2的荧光试纸条在滴加不同浓度的PA溶液后的荧光效果图。从图4可以发现，负载探针T-2的荧光试纸条在365nm紫外灯照射下能呈现明亮的天蓝色荧光，在分别滴加一滴不同浓度的PA溶液后试纸条的荧光都能迅速发生不同程度的荧光猝灭，说明负载探针T-2的荧光试纸条可应用于现场快速、高灵敏、可视化检测实际水样中的PA爆炸物。