本發(fā)明涉及有機合成領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鄰香蘭素衍生物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

氰化物是一種劇毒陰離子，可直接導(dǎo)致生物體死亡。此外，氰化物鹽還用于塑料生產(chǎn)，工業(yè)原料開采金礦和其他領(lǐng)域。因此，在環(huán)境樣品和生物樣品中檢測氰化物具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，用于氰離子檢測的熒光化學(xué)傳感器具有高選擇性和高靈敏度的特點，受到了人們的廣泛關(guān)注，近年來發(fā)展迅速。但大多數(shù)傳感器的最大發(fā)射在藍色或綠色光譜區(qū)(波長λ<600nm)，很少出現(xiàn)在近紅外(nir)區(qū)。而事實上，在650～900nm近紅外區(qū)域進行檢測具有特殊的優(yōu)勢，包括最小吸收干擾，生物樣品熒光，低散射和深入的組織滲透等。因此，開發(fā)新的用于檢測氰離子的熒光探針十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種鄰香蘭素衍生物，其結(jié)構(gòu)新穎，簡單易得，其可以與部分陰離子發(fā)生反應(yīng)，從而對其進行熒光識別。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種上述鄰香蘭素衍生物的制備方法，其步驟簡單，操作方便，對設(shè)備的要求低，可高效地得到上述鄰香蘭素衍生物。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種上述鄰香蘭素衍生物在熒光探針中的應(yīng)用。其利用該鄰香蘭素衍生物與不同陰離子選擇性識別的能力，來實現(xiàn)對特定陰離子的檢測。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種鄰香蘭素衍生物，其結(jié)構(gòu)式為

式中，r¹選自硝基、氰基、鹵素或三氟甲基；r²選自氫、硝基、氰基、鹵素或三氟甲基；r³選自c1～c4烷基。

一種上述鄰香蘭素衍生物的制備方法，其包括：

將鄰香蘭素類化合物、2-甲基苯并噻唑鹽類化合物與堿催化劑的混合溶液于70～100℃下反應(yīng)。

一種上述鄰香蘭素衍生物在熒光探針中的應(yīng)用。

本發(fā)明實施例的有益效果是：

本發(fā)明實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物以及制備方法和應(yīng)用，該鄰香蘭素衍生物由鄰香蘭素類化合物和2-甲基苯并噻唑鹽類化合物在堿催化下反應(yīng)得到。該鄰香蘭素衍生物結(jié)構(gòu)新穎，簡單易得，其具有拉電子的共軛體系c＝c雙鍵，可以與部分特定陰離子通過加成反應(yīng)進行識別。該鄰香蘭素衍生物的制備方法步驟簡單，操作方便，可高效地得到上述鄰香蘭素，適合實驗室微量測試，以及工業(yè)化的放大生產(chǎn)。同時，該香蘭素衍生物具有對不同的陰離子選擇性識別的能力，可用于制備用以檢測特定陰離子的熒光探針。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1所提供的一種鄰香蘭素衍生物的核磁譜圖；

圖2為本發(fā)明實施例1所提供的一種鄰香蘭素衍生物的質(zhì)譜圖；

圖3為本發(fā)明實施例1所提供的一種鄰香蘭素衍生物的單晶結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例1所提供的一種鄰香蘭素衍生物對不同金屬離子的熒光光譜圖；

圖5為本發(fā)明實施例1所提供的一種鄰香蘭素衍生物對氰離子的熒光滴定光譜，圖中的1表示鄰香蘭素衍生物；

圖6為本發(fā)明實施例1所提供的一種鄰香蘭素衍生物在生物細胞中熒光成像圖；其中，a為實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針的熒光成像圖；b為實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針的明場成像圖；c為實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針的明場成像圖和熒光圖疊加后的圖片；d為實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針添加氰離子后的熒光成像圖；e為實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針添加氰離子后的明場成像圖；f為實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針添加氰離子后的明場成像圖和熒光圖疊加后的圖片。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

下面對本發(fā)明實施例的一種鄰香蘭素衍生物以及制備方法和應(yīng)用進行具體說明。

本發(fā)明實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物，其結(jié)構(gòu)式為

式中，r¹選自硝基、氰基、鹵素或三氟甲基；r²選自氫、硝基、氰基、鹵素或三氟甲基；r³選自c1～c4烷基。

優(yōu)選地，r¹選自硝基、鹵素或三氟甲基；r²為氫；r³選自c1～c4烷基。

值得注意的是，本發(fā)明實施例中，r¹和/或r²的結(jié)合位點可以彼此所在苯環(huán)上剩余的未結(jié)合位點中的至少一個。也即是說r¹和/或r²的數(shù)量可以為多個，多個r¹基團可以是相同的，也可以是不同的；同理，多個r²基團可以是相同的，也可以是不同的。

在本發(fā)明實施例中，r¹和r²均選擇具有較強拉電子能力的基團，包括硝基、氰基、鹵素或三氟甲基，從而形成拉電子共軛體系c＝c雙鍵，其雙鍵更加容易被陰離子進攻，發(fā)生親核加成反應(yīng)，從而實現(xiàn)對陰離子的識別。

進一步地，鹵素包括氟、氯、溴和碘之中的任一種，c1～c4的烷基可以是直鏈烷基也可以是支鏈烷基，包括但不限于甲基、乙基、正丙基、異丙基、叔丁基等。

本發(fā)明實施例還提供了一種上述鄰香蘭素衍生物的制備方法，其包括：

將鄰香蘭素類化合物、2-甲基苯并噻唑鹽類化合物與堿催化劑的混合溶液于70～100℃下反應(yīng)。

其中，鄰香蘭素類化合物的結(jié)構(gòu)式為2-甲基苯并噻唑鹽類化合物的結(jié)構(gòu)式為式中，r¹選自硝基、氰基、鹵素或三氟甲基；r²選自氫、硝基、氰基、鹵素或三氟甲基；r³選自c1～c4烷基。優(yōu)選地，r¹選自硝基、鹵素或三氟甲基；r²為氫；r³選自c1～c4烷基。

進一步地，鹵素包括氟、氯、溴和碘之中的任一種，c1～c4的烷基可以是直鏈烷基也可以是支鏈烷基，包括但不限于甲基、乙基、正丙基、異丙基、叔丁基等。

在本發(fā)明實施例中，混合溶液中的溶劑為醇溶劑。其中，醇溶劑包括甲醇、乙醇和異丙醇中的至少一種，優(yōu)選為乙醇。在該反應(yīng)中，由于反應(yīng)底物苯并噻唑鹽類化合物的極性較大，所以根據(jù)相似相容原則，應(yīng)選用具有較大極性的溶劑，例如dmf，dmso，醇等?？紤]到后期分離的難度，醇溶劑為最適合的反應(yīng)溶劑。在采用醇溶劑時，為了達到所需的反應(yīng)溫度，可以視實際需要設(shè)置回流冷凝裝置，防止溶劑流失。進一步地，反應(yīng)時間在8～16h，在該時間范圍內(nèi)，能夠保證原料基本反應(yīng)完全得到目標產(chǎn)物。

在該反應(yīng)中，堿催化劑用以拔去2-甲基苯并噻唑鹽類化合物在2位甲基上的氫，以形成碳負離子，碳負離子作為親核試劑進攻鄰香蘭素類化合物的醛基碳，脫水后形成c＝c雙鍵。優(yōu)選的，堿催化劑的物質(zhì)的量為鄰香蘭素類化合物的1～5％，堿催化劑包括三乙胺、哌啶和dbu中的至少一種。

進一步地，鄰香蘭素類化合物與2-甲基苯并噻唑鹽類化合物的摩爾比為1：0.8～1.2。在該比例范圍內(nèi)，可以使兩種原料均得到較為充分的反應(yīng)，不僅可以保證高效地拿到目標產(chǎn)物，還能減少后續(xù)對產(chǎn)物進行純化的難度。優(yōu)選地，鄰香蘭素類化合物與2-甲基苯并噻唑鹽類化合物的摩爾比為1：1。在該比例下進行的反應(yīng)，原料剩余更少，提純更為方便。

本發(fā)明實施例所提供的一種鄰香蘭素衍生物的制備方法，還包括：反應(yīng)后的混合溶液冷卻至室溫析出并過濾。該制備方法制備得到的鄰香蘭素衍生物在冷卻至室溫后，即會大量的析出，無需經(jīng)過過柱分離等方式，只需要經(jīng)過簡單的過濾處理，即可高效得到上述鄰香蘭素衍生物。優(yōu)選地，過濾的方式選擇減壓過濾，減壓過濾的過濾效率更高，能進一步減少時間成本。

本發(fā)明實施例還提供了一種上述鄰香蘭素衍生物在熒光探針中的應(yīng)用。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進一步的詳細描述。

實施例1

本實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物，其反應(yīng)式為

其制備方法如下：

s1.將1.0mmol的3-乙基-2-甲基-1,3-苯并噻唑-3-碘鹽溶于5ml無水乙醇中，再加入1.0mmol的5-硝基鄰香蘭素和1mmol％的哌啶制成混合溶液。

s2.將混合溶液升溫至75℃，常壓下回流攪拌8h。

s3.將反應(yīng)完的混合溶液冷卻至室溫后析出固體，減壓過濾，將濾渣用無水乙醇洗滌，得到所需鄰香蘭素衍生物(深紅色固體，產(chǎn)率：81％)

該鄰香蘭素衍生物的核磁譜圖參照圖1所示，其具體核磁數(shù)據(jù)為：¹hnmr(400mhz,dmso-d6)δ:8.52(1h,s,ch),8.21-8.35(4h,m,ar-h),7.80-7.84(1h,t,ar-h),7.71-7.75(1h,t,ar-h),7.52(1h,s,ch),4.80-4.86(2h,q,ch2),3.85(3h,s,ch3),1.45-1.49(3h,t,ch3)。

該鄰香蘭素衍生物的質(zhì)譜圖參見圖2所示，其具體的質(zhì)譜數(shù)據(jù)為：esi-ms:m/z＝357.0853for[m+h]⁺。

該鄰香蘭素衍生物的單晶結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

實施例2

本實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物，其反應(yīng)式為

其制備方法如下：

s1.將1.0mmol的6-氰基-3-乙基-2-甲基-1,3-苯并噻唑-3-碘鹽溶于5ml甲醇中，再加入0.8mmol的5-氯鄰香蘭素和2mmol％的哌啶制成混合溶液。

s2.將混合溶液升溫至70℃，常壓下回流攪拌10h。

s3.將反應(yīng)完的混合溶液冷卻至室溫后析出固體，減壓過濾，將濾渣用甲醇洗滌，得到所需鄰香蘭素衍生物(產(chǎn)率：83％)

實施例3

本實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物，其反應(yīng)式為

其制備方法如下：

s1.將1.0mmol的5,6-二氟-2,3-二甲基-1,3-苯并噻唑-3-碘鹽溶于5ml無水乙醇中，再加入1.2mmol的4-三氟甲基鄰香蘭素和1mmol％的哌啶制成混合溶液。

s2.將混合溶液升溫至80℃，常壓下回流攪拌14h。

s3.將反應(yīng)完的混合溶液冷卻至室溫后析出固體，減壓過濾，將濾渣用無水乙醇洗滌，得到所需鄰香蘭素衍生物(產(chǎn)率：75％)

實施例4

本實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物，其反應(yīng)式為

其制備方法如下：

s1.將1.0mmol的5-硝基-2,3-二甲基-1,3-苯并噻唑-3-碘鹽溶于5ml異丙醇中，再加入1.0mmol的5-氰基鄰香蘭素和5mmol％的三乙胺制成混合溶液。

s2.將混合溶液升溫至100℃，常壓下回流攪拌16h。

s3.將反應(yīng)完的混合溶液冷卻至室溫后析出固體，減壓過濾，將濾渣用異丙醇洗滌，得到所需鄰香蘭素衍生物(產(chǎn)率：52％)

實施例5

本實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物，其反應(yīng)式為

其制備方法如下：

s1.將1.0mmol的4-氯-3-正丙基-2-甲基-1,3-苯并噻唑-3-碘鹽溶于5ml無水乙醇中，再加入0.9mmol的5-硝基鄰香蘭素和3mmol％的dbu制成混合溶液。

s2.將混合溶液升溫至85℃，常壓下回流攪拌12h。

s3.將反應(yīng)完的混合溶液冷卻至室溫后析出固體，減壓過濾，將濾渣用無水乙醇洗滌，得到所需鄰香蘭素衍生物(產(chǎn)率：74％)

試驗例

采用實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物，對其光學(xué)性質(zhì)進行測定，其具體方法為：

s1.將實施例1制得的鄰香蘭素衍生物作為熒光探針在dmso/h2o(體積比8:2)介質(zhì)中配制成摩爾濃度為1×10^-5mol/l的溶液。

s2.分別在含摩爾濃度為5×10^-4mol/l的cn^-,f^-,cl^-,br^-,i^-,aco^-,h2po4^-,hso4^-,clo4^-,s^2-,n3^-和scn^-等陰離子的溶液中加入等量的上述熒光探針溶液，采用熒光光譜儀對其分別進行熒光光譜分析(激發(fā)波長為540nm)，記錄663nm處的熒光強度值，所得的熒光光譜圖見圖4。

通過圖4可以看出，本發(fā)明實施例1制得的硝鄰香蘭素衍生物作為熒光探針對氰根離子的響應(yīng)時間短，強度高，可用于氰根離子的快速檢測。365nm紫外燈激發(fā)下，氰根離子反應(yīng)液中紅色熒光明顯淬滅，而本發(fā)明實施例1制得的鄰香蘭素衍生物對其它陰離子如f^-，cl^-，br^-，i^-，aco^-，h2po4^-，hso4^-，clo4^-，s^2-，n3^-和scn^-等無明顯熒光響應(yīng)。

dmso/h2o(體積比8:2)溶液中，摩爾濃度為1×10^-5mol/l的鄰香蘭素衍生物熒光探針對氰根離子具有較高的選擇性響應(yīng)。通過圖5熒光滴定光譜可以計算得到氰根離子檢出限達5.5×10^-7mol/l，因此本發(fā)明實施例1制得的鄰香蘭素衍生物可用于氰根離子的熒光定性檢測。

試驗例2

采用實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物，對其對細胞內(nèi)氰離子的檢測效果，其具體方法為：

s1.取hela細胞，用濃度為1×10^-5m的實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物熒光探針培育0.5h，加入氰離子，繼續(xù)培育0.5h。

s2.使用olympusfv500-ix70激光共聚焦顯微鏡進行熒光成像，獲得在hela細胞的熒光成像圖，如圖6所示。

由圖6可以看出，hela細胞中加入由實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物制成的熒光探針后有明顯的紅色熒光，而再加入氰離子后，熒光強度有所降低，故本發(fā)明實施例1所提供的鄰香蘭素衍生物可用于細胞中氰離子的定性檢測。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種鄰香蘭素衍生物以及制備方法和應(yīng)用，該鄰香蘭素衍生物由鄰香蘭素類化合物和2-甲基苯并噻唑鹽類化合物在堿催化下反應(yīng)得到。該鄰香蘭素衍生物結(jié)構(gòu)新穎，簡單易得，其具有拉電子的共軛體系c＝c雙鍵，可以與部分特定陰離子通過加成反應(yīng)進行識別。該鄰香蘭素衍生物的制備方法步驟簡單，操作方便，可高效地得到上述鄰香蘭素，適合實驗室微量測試，以及工業(yè)化的放大生產(chǎn)。同時，該香蘭素衍生物具有對不同的陰離子選擇性識別的能力，可用于制備用以檢測特定陰離子的熒光探針。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。