基于BINOL的荧光探针及其合成方法与在检测镉离子中的应用

基于binol的荧光探针及其合成方法与在检测镉离子中的应用
技术领域
1.本发明涉及荧光探针技术领域，特别是涉及一种基于binol的荧光探针及其合成方法与在检测镉离子中的应用。


背景技术：

2.镉是地球外壳的一种金属元素，主要以氯化镉、硫化镉、氧化镉和硫酸镉的形式存在矿物之中，一般不存在单质的形式。几乎所有的岩石和土壤中，都含有一定量的镉的化合物。
3.镉的吸收相对比较困难，但镉的摄入会导致人体钙和铁的缺失。许多研究结果表明，即便摄入少量镉也会导致各种疾病。jiang研究组研究了人体细胞暴露在低浓度镉的环境下的情况，发现甲基化dna浓度和转移酶的活性都有所增加，表明这有很大可能是镉致癌的一种机理。goyer研究表明低浓度的镉能够影响小鼠睾丸，进一步的，可能引起前列腺的癌变，高浓度的镉甚至可以使睾丸退后，减少睾丸素的产生。镉在人体内的积累可以明显的增加高血压、癌症、肾功能异常等疾病的发病率。目前美国毒物管理委员会(atsdr)已列出镉是第六位危害人体健康的有害物质，因此准确及时的检测环境和生物器官中的镉含量以至探明镉的致病机理变的越来越受到人们的关注。荧光分子探针是检测镉离子的一种有力工具，它具有快速、准确和灵敏性等优点。
4.现有能够检测镉离子的荧光探针通常分子结构复杂，在复杂环境中性质不稳定，操作繁琐，识别时相应时间长，荧光探针的选择性和灵敏性较差。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于binol的荧光探针及其合成方法与在检测镉离子中的应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种基于binol的荧光探针，其化学名称为(e)-2-((2,2
’‑
二羟基-[1,1
’‑
联萘]-3-基)亚甲基)肼甲硫代酰胺，其化学结构式为：
[0008][0009]
本发明还提出了上述荧光探针的合成方法，包括如下步骤：
[0010]
(1)化合物n1的合成：20～100ml四氢呋喃(thf)和0.5～1.0g氢化钠(nah)在冰浴下，加入2～6g联萘-2,2
’‑
二酚，0℃冰浴下搅拌10-40min，缓慢滴加1～5ml氯甲醚(momcl)
后常温过夜，反应结束后加入水淬灭反应，再进行萃取分离、合并有机相，有机相洗涤后干燥，除去溶剂得到粗产物，硅胶色谱柱分离可得无色固体2,2
’‑
甲氧甲氧基-1,1
’‑
联萘，即化合物n1；
[0011]
(2)化合物n2的合成：将1～3g化合物n1溶于乙醚中，在冰盐浴条件下加入4～7mmol正丁基锂，反应1～5h后加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)0.1～1ml，升温至室温后继续搅拌反应2～8h，反应结束后加入水淬灭反应，然后萃取、合并有机相，再洗涤并干燥有机相，除去溶剂得到粗产物，粗产物用硅胶色谱柱分离可得黄色固体3-甲酰基-2,2
’‑
二(甲氧甲氧基)-1,1
’‑
联萘，即化合物n2；
[0012]
(3)化合物n3的合成：取用1.0～5.0g化合物n2配制thf溶液，在冰浴下，向配制得到的溶液内加入5～20ml浓盐酸，室温搅拌1～8h，反应停止后将反应液的ph值调节至中性，此时有大量的固体物质析出，抽滤，并用蒸馏水洗涤多次，得到黄色固体3-甲酰基-1,1
’‑
联萘酚，即化合物n3；
[0013]
(4)化合物bc1的合成：取用80～100mg化合物n3配制无水乙醇溶液，向配制得到的溶液内加入20～50mg硫代氨基脲搅拌加热回流3-8h，反应结束后，冷却有固体物质析出，过滤、重结晶得到淡黄色固体(e)-2-((2,2
’‑
二羟基-[1,1
’‑
联萘]-3-基)亚甲基)肼甲硫代酰胺，即化合物bc1。
[0014]
优选的，所述化合物n1的合成环境为无水无氧，化合物n2的合成环境为无氧。
[0015]
优选的，所述化合物n1在氩气保护下合成，化合物n2在氮气或氩气保护下合成。
[0016]
优选的，步骤(1)中，硅胶色谱柱的洗脱剂选自体积比为1：15的乙酸乙酯/石油醚；步骤(2)中，硅胶色谱柱的洗脱剂选自体积比为1：10的乙酸乙酯/石油醚。
[0017]
优选的，步骤(1)中的冰浴温度为0℃，步骤(2)中的冰盐浴温度为-40～0℃。
[0018]
本发明还提出了一种上述荧光探针在快速检测镉离子中的应用。
[0019]
作为本发明的进一步方案，所述荧光探针的检测方法为：将化合物bc1准确配制成2.5mm的乙醇溶液，将待检测镉离子准确配制成5mm的乙醇溶液，将含镉离子的乙醇溶液加入至化合物bc1的乙醇溶液中并混合均匀，利用荧光光谱仪检测混合溶液的荧光特性。
[0020]
优选的，加入的含镉离子的乙醇溶液体积不得超过测试溶液总体积的3％。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
1.本发明是基于binol合成的，产率高，binol上的两个羟基能够与客体物质作用，即这两个羟基不仅是荧光团而且也是识别基团的一部分，且binol具有独特的刚性结构，有助于提高探针的选择性和灵敏性。
[0023]
2.本发明只有在检测到镉离子时，荧光光谱才会在565nm处出现一个新的发射峰，现象明显易观察，且检测的准确度高，说明荧光探针bc1对镉离子具备专一的选择性识别。
[0024]
3.本发明在干扰物质共存环境下，可以实现镉离子的快速响应和识别，体现本发明具有良好的选择性和抗干扰能力。
附图说明
[0025]
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，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。
[0026]
图1为本发明荧光探针bc1的合成路线示意图；
[0027]
图2为本发明荧光探针bc1对不同浓度镉离子的荧光滴定示意图；
[0028]
图3为本发明荧光探针bc1对镉离子的选择性响应示意图；
[0029]
图4为本发明荧光探针bc1对镉离子的抗干扰性研究示意图；
[0030]
图5为本发明荧光探针bc1的核磁共振氢谱图。
具体实施方式
[0031]
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。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。
[0032]
实施例1：
[0033]
本实施例提供了一种基于binol的荧光探针，其化学名称为(e)-2-((2,2
’‑
二羟基-[1,1
’‑
联萘]-3-基)亚甲基)肼甲硫代酰胺，其化学结构式为：
[0034][0035]
本实施例还提供了一种上述基于binol的荧光探针的合成方法，合成路线如图1所示，具体步骤如下：
[0036]
合成化合物n1：在氩气保护下，将20～80ml经过无水处理的thf加入到100ml的三口烧瓶中，再加入0.5～1.0g的nah，0℃冰浴下搅拌，再向三口烧瓶中加入1～5g联萘-2,2
’‑
二酚，0℃冰浴下继续搅拌10-30min，将1～5ml的momcl通过注射器缓慢加入三口烧瓶中，半小时滴加完毕，撤去冰浴室温下过夜。反应结束后向反应液内加入水淬灭反应，再利用乙酸乙酯(20ml*3)进行萃取分离，合并有机相，有机相经饱和食盐水洗涤两次后用无水硫酸钠进行干燥处理，旋转蒸发仪上除去溶剂得到粗产物，粗产物经硅胶色谱柱分离可得无色固体2,2
’‑
甲氧甲氧基-1,1
’‑
联萘，即化合物n1，硅胶色谱柱的洗脱剂选自体积比为1：15的乙酸乙酯/石油醚。
[0037]
合成化合物n2：在氮气或氩气保护下，将1～3g化合物n1溶于30～80ml乙醚中，在冰盐浴条件下将其冷却至-40～0℃，用注射器向反应瓶中缓慢加入2～6ml正丁基锂(2.5m in hexane)，此时反应溶液变为淡黄色，继续搅拌反应1～4h后缓慢加入0.1～1ml的dmf，5～10min滴加完毕，并搅拌10～30min，撤去冰盐浴室温下继续搅拌反应2～8h。反应结束后向反应液内加入水萃灭反应，再利用乙酸乙酯(20ml*3)进行萃取分离，合并有机相，有机相分别经蒸馏水和饱和食盐水洗涤后用无水硫酸钠进行干燥处理，旋转蒸发仪上除去溶剂得到粗产物，粗产物经硅胶色谱柱分离可得黄色固体3-甲酰基-2,2
’‑
二(甲氧甲氧基)-1,1
’‑
联萘，即化合物n2，硅胶色谱柱的洗脱剂选自体积比为1：10的乙酸乙酯/石油醚。化合物n2的产率为60～80％。
[0038]
合成化合物n3：取用1～5g化合物n2加入至250ml的锥形瓶中，加入10～50ml的thf
使其完全溶解，在冰浴下，利用恒压漏斗向锥形瓶内逐滴加入5～20ml浓盐酸，此时溶液中变为黄色，撤去冰浴后室温下搅拌2～5h。反应停止后用饱和碳酸铵溶液将反应液的ph值调节至中性，此时有大量的固体物质析出，抽滤，并用蒸馏水洗涤多次，得到黄色固体3-甲酰基-1,1
’‑
联萘酚，即化合物n3。化合物n3的产率在96％以上，产品无需进一步纯化。
[0039]
合成荧光探针bc1：取用80～100mg化合物n3加入至100ml的单口瓶中，加入30～80ml的无水乙醇使其完全溶解，再向溶液内加入20～50mg硫代氨基脲搅拌，加热回流3-8h。反应结束后，溶液冷却有固体物质析出，过滤后用蒸馏水洗涤三次，用无水乙醇重结晶得到淡黄色固体(e)-2-((2,2
’‑
二羟基-[1,1
’‑
联萘]-3-基)亚甲基)肼甲硫代酰胺，即化合物bc1，化合物bc1的产率在68％以上。
[0040]
本实施例还提出了一种上述荧光探针在快速检测镉离子中的应用。上述荧光探针的检测方法为：将合成得到的化合物bc1准确配制成2.5mm的乙醇溶液，将待检测镉离子准确配制成5mm的乙醇溶液，将含镉离子的乙醇溶液加入至化合物bc1的乙醇溶液中并混合均匀，加入的含镉离子的乙醇溶液体积不得超过测试溶液总体积的3％，利用荧光光谱仪检测混合溶液的荧光特性。
[0041]
实施例2：
[0042]
本实施例提供了一种基于binol的荧光探针bc1的合成方法，合成路线如图1所示，具体步骤如下：
[0043]
化合物n1的合成：在氩气保护下，将40ml经过无水处理的thf加入到100ml的三口烧瓶中，再加入0.76g(31.5mmol)的nah，0℃冰浴下搅拌，再向三口烧瓶中加入3.75g(13.1mmol)联萘-2,2
’‑
二酚，0℃冰浴下继续搅拌20min，将2.4ml的momcl通过注射器缓慢加入三口烧瓶中，半小时滴加完毕，撤去冰浴室温下过夜。反应后的处理步骤与实施例1相同，经硅胶色谱柱分离可得2.48g无色固体2,2
’‑
甲氧甲氧基-1,1
’‑
联萘，即化合物n1。
[0044]
化合物n2的合成：在氮气或氩气保护下，将1.24g(3.3mmol)化合物n1溶于50ml乙醚中，在冰盐浴条件下将其冷却至-30℃，用注射器向反应瓶中缓慢加入4.5ml(5.5mmol)正丁基锂(2.5m in hexane)，此时反应溶液变为淡黄色，继续搅拌反应2h后缓慢加入0.5ml的dmf，5min滴加完毕，并搅拌10min，撤去冰盐浴室温下继续搅拌反应4h。反应后的处理步骤与实施例1相同，可得0.84g黄色固体物3-甲酰基-2,2
’‑
二(甲氧甲氧基)-1,1
’‑
联萘，即化合物n2，产率为65％。
[0045]
化合物n3的合成：取用2.0g(4.87mmol)化合物n2加入至250ml的锥形瓶中，加入20ml的thf使其完全溶解，在冰浴下，利用恒压漏斗向锥形瓶内逐滴加入10ml浓盐酸，此时溶液中出现黄色物质，撤去冰浴后室温下搅拌3h。反应停止后用饱和碳酸铵溶液将反应液的ph值调节至7.0，此时有大量的固体物质析出，抽滤，并用蒸馏水洗涤多次，得到黄色固体3-甲酰基-1,1
’‑
联萘酚，即化合物n3，化合物n3的产率在96％以上，产品无需进一步纯化。
[0046]
化合物bc1的合成：取用94mg(0.3mmol)化合物n3加入至100ml的单口瓶中，加入50ml的无水乙醇使其完全溶解，再向溶液内加入36mg(0.4mmol)硫代氨基脲搅拌，加热回流5h。反应结束后，溶液冷却有固体物质析出，过滤后用蒸馏水洗涤三次，用无水乙醇重结晶得到淡黄色固体(e)-2-((2,2
’‑
二羟基-[1,1
’‑
联萘]-3-基)亚甲基)肼甲硫代酰胺，即化合物bc1，化合物bc1的产率为68％。由图5可知，化合物bc1被合成。
[0047]
本实施例提供了一种合成的上述化合物bc1在快速检测cd
2
中的应用。
[0048]
检测方法具体为：将合成得到的化合物bc1准确配制成2.5mm的乙醇溶液，将高氯酸金属盐及待检测的cd

分别准确配制成5mm的乙醇溶液，将探针溶液及金属离子溶液分别稀释后取适量混合均匀，利用荧光光谱图进行检测。
[0049]
对不同浓度的cd
2
进行检测，检测结果如图2所示。在未加入cd
2
之前，本实施例合成的荧光探针bc1的乙醇溶液(2.5μm)在457mm处有一个很强的荧光发射峰，随着cd
2
的加入(0～50μm)，457mm处的荧光强度逐渐减弱，并出现一定范围的蓝移现象，而在565nm处有出现了一个新的荧光发射峰，并且随着cd
2
的不断加入，565nm处的荧光强度逐渐增大，最终达到饱和值。说明本实施例合成的荧光探针能够体现cd
2
的浓度。
[0050]
对同一浓度(20μm)的不同金属离子进行检测，检测结果如图3所示。在乙醇溶液中，探针bc1(2.5μm)对k

、ba
2
、cr
2
和mg
2
等金属离子基本没有响应；mn
2
、ag

、cu
2
、fe
3
、pb
2
、hg
2
、ni
2
和cd
2
等金属离子使化合物bc1在457nm处淬灭，并有不同程度的蓝移。结合软硬酸碱理论、选择性曲线及其binol上两个羟基的性质，可以发现硬酸ba
2
、k

对化合物bc1的荧光发射几乎没有影响，一些软酸如ag

、pb
2
、hg
2
和ni
2
会使其有不用程度的荧光淬灭。但是，值得注意的是，bc1对cd
2
的响应最为显著，同时具备特殊的响应曲线，即在457nm处的荧光发射峰大大减弱，但在565nm处出现了一个新的发射峰，由此可以说明bc1对cd
2
具备专一的选择性识别。
[0051]
对荧光探针bc1的抗干扰性进行检测，向bc1和cd
2
的混合体系中加入20μm其他干扰金属离子时，观察混合溶液在565nm处荧光发射的变化，检测结果如图4所示。干扰金属离子选自常见的碱金属离子、碱土金属离子和重金属离子，如k

、ba
2
、al
3
、cr
2
、cu
2
、fe
3
、mg
2
、mn
2
、ni
2
、zn
2
、ag

和pb
2
。由图4可知，乙醇溶液中存在的如k

、mg
2
、ba
2
、mn
2
、cr
2
等碱金属或碱土金属离子对bc1检测cd
2
几乎不存在干扰性。
[0052]
综上所述，本发明提供的荧光探针bc1只有在检测到镉离子时，荧光光谱会在565nm处出现一个新的发射峰，现象明显且易观察，检测的准确性高。在干扰物质共存的环境下，荧光探针bc1也能够实现镉离子的快速相应和识别，具备良好的选择性和抗干扰能力。
[0053]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。