【CN109608382A】一种检测氰根离子和次氯酸的荧光探针及其制备和应用【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910072311.1(22)申请日2019.01.25(71)申请人湘潭大学地址411105湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘卢家滩27号(72)发明人刘益江　潘华　刘书智　欧志鹏　陈红飙　黎华明　(74)专利代理机构北京卓恒知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11394代理人徐楼(51)Int.Cl.C07D209/86(2006.01)C09K11/06(2006.01)G01N21/31(2006.01)G01N21/64(2006.01)G01N21/78(2006.01)(54)发明名称一种检测氰根离子和次氯酸的荧光探针及其制备和应用(57)摘要公开了一种检测氰根离子和次氯酸的荧光探针及其制备和应用。本发明的探针它是以苯肼-4-磺酸与甲基异丙基酮为原料，通过Fischer反应等合成N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚-5-磺酸钾；通过Vilsmeier-Haack反应合成缩合剂；缩合剂与N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚-5-磺酸钾进行Knoevenagel Condensation反应然后再与N-苯基-3-咔唑硼酸通过Suzuki偶联反应来获得的。本发明的探针为近红外探针，该探针对氰根离子和次氯酸具有高选择性、高灵敏性和快速响应等特点。权利要求书3页说明书11页附图6页CN109608382A2019.04.12CN109608382A1.具有通式(I)的化合物：2.根据权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)以苯肼-4-磺酸、甲基异丙基酮、溴乙烷为原料，通过Fischer反应和烷基化反应合成具有通式(II)的N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚-5-磺酸钾，标记为“吲哚衍生物”；反应如下：2)以环己酮和三氯氧磷为原料，二氯甲烷为溶剂，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂和反应试剂，通过Vilsmeier-Haack甲酰化反应合成具有以下通式(III)的缩合剂：3)将步骤1)合成的具有通式(II)的吲哚衍生物与步骤2)合成的具有通式(III)的缩合剂进行Knoevenagel Condensation反应，获得具有以下通式(IV)的缩合产物(M1)：4)将步骤3)获得的通式(IV)的缩合产物(M1)与N-苯基-3-咔唑硼酸(B)通过Suzuki偶联反应来获得具有通式(I)的目标探针化合物：权　利　要　求　书1/3页2CN109608382A23.根据权利要求2所述的方法，其中步骤1)是如下进行的：在反应器中加入乙酸、苯肼-4-磺酸和甲基异丙基酮，进行回流反应(优选在惰性气体的保护下回流反应3-15小时)；然后加入氢氧化钾的有机醇饱和溶液(例如异丙醇饱和溶液：将氢氧化钾溶于异丙醇中所制成的饱和氢氧化钾异丙醇溶液)；再加入溴乙烷和乙腈，进行回流反应(优选在惰性气体的保护下回流反应5-48小时)；冷却至室温后，抽滤，洗涤(优选采用乙醚洗涤)，干燥(优选采用真空干燥)后得到具有通式(II)的N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚-5-磺酸钾，标记为“吲哚衍生物”；作为优选，苯肼-4-磺酸和甲基异丙基酮的摩尔比为1:2-5，优选为1:3-4,更优选为1:3.5-3.8；苯肼-4-磺酸和溴乙烷的摩尔比为1:1-3，优选为1:1.2-2.5，更优选为1:1.5-2。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中步骤2)是如下进行的：向反应器中加入DMF，在冷却下(例如在0℃冰浴的冷却下)加入三氯氧磷和二氯甲烷，反应(优选为在室温下反应0.2-6小时)，加入环己酮，回流反应(优选为加热回流反应1-12小时)；待反应冷却后(优选为冷却至室温后)，将反应混合液滴入冰水中，搅拌(优选为搅拌6-48小时)，抽滤，干燥(优选为真空干燥)，得到具有通式(III)的缩合剂；作为优选，环己酮:三氯氧磷:DMF的摩尔比为1:1-5:2-8，优选为1:1.5-4.5:2.5-7，更优选为1:2-4:3-6。5.根据权利要求2或3或4所述的方法，其中步骤3)是如下进行的：在反应器中加入步骤1)合成的具有通式(II)的吲哚衍生物、步骤2)合成的具有通式(III)的缩合剂、醋酸钠和乙酸酐，回流反应(优选为在氮气保护下回流反应6-24小时)；冷却(优选为冷却至室温)，分离(优选采用在乙醚中沉降并经柱层析分离提纯)，得到具有以下通式(IV)的缩合产物(M1)；作为优选，步骤1)合成的具有通式(II)的吲哚衍生物和步骤2)合成的具有通式(III)的缩合剂的摩尔比为1-10:1，优选为2-8:1，更优选为3-5:1.。6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中步骤4)是如下进行的：向反应器中加入步骤3)获得的通式(IV)的缩合产物(M1)、N-苯基-3-咔唑硼酸(B)、钯催化剂、碳酸钾和溶剂，回流反应(优选为在氮气保护下反应12-48小时)；冷却(优选为冷却至室温)，除去混合溶剂并经柱层析分离提纯得到通式(I)的目标探针化合物；作为优选，步骤3)获得的通式(IV)的缩合产物(M1)和N-苯基-3-咔唑硼酸(B)的摩尔比为1:0.8-5，优选为1:1-4，更优选为1:1.2-3；所属溶剂为乙醇和水的混合液，作为优选，乙醇与水的体积比为2-10:1，优选为3-8:1，更优选为4-6:1；所述钯催化剂为Pd(PPh3)4或Pd(OAc)2或PdCl2或Pd(dba)2，钯催化剂优选为Pd(PPh3)4，钯催化剂的用量为缩合产物M1质量的0.1-2％，优选0.5-1.5％，更优选0.6-1.2％。权　利　要　求　书2/3页3CN109608382A37.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其特征在于：所制备的具有通式(I)的化合物具备以下特征：1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ(ppm):8.31-8.29(d,J＝8Hz,2H),8.20-8.19(d,J＝4.0Hz,2H),7.79(s,1H),7.77-7.62(t,2H),7.744-7.741(d,J＝1.2Hz,1H),7.57-7.54(t,2H),7.51-7.50(d,J＝4.0Hz,4H),7.497-7.495(d,J＝0.8Hz,1H),7.48-7.47(d,J＝4Hz,1H),7.29-7.28(t,1H),7.264-7.260(d,J＝1.6Hz,1H),7.21(s,1H),7.23(s,1H),6.24-6.21(d,J＝12Hz,CH),4.13-4.10(m,4H),2.75-2.74(t,4H),2.02-1.99(t,2H),1.25-1.15(t,6H),1.07-0.97(s,12H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ(ppm):171.34,163.03,148.09,145.36,142.16,141.36,140.42,137.24,132.08,130.93,128.50,128.07,127.4,127.2,126.55,123.41,122.81,122.29,121.27,120.86,120.23,110.16.100.43,48.63,27.28,24.81,21.43,12.42.MALDI-TOF MS(C52H51BrN3O6S2)m/z:calcd.958.01,found:878.93[Cz-Cy7-Br]+。8.通式(I)的化合物或由权利要求2-7中任何一项所述的方法制备的化合物作为检测氰根离子和/或次氯酸的荧光探针的用途，其中将所述化合物作为探针对氰根离子和/或次氯酸进行定性检测和/或定量测定；优选的是，探针对氰根离子浓度的检测下限为0.09μM，探针对次氯酸浓度的检测下限为0.014μM。9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，将探针溶解在第一溶剂中，采用紫外吸收和荧光发射光谱法检测氰根离子；作为优选，所述第一溶剂为水与DMF体积比为3:7的混合溶液，第一溶剂更优选为添加有pH缓冲剂的水与DMF体积比为3:7的混合溶液；所述pH缓冲剂为HEPES缓冲溶液，第一溶剂的pH为9-11；和/或将探针溶解在第二溶剂中，采用紫外吸收和荧光发射光谱法检测次氯酸；作为优选，所述第二溶剂为PBS缓冲溶液；第二溶剂更优选为含有乙腈的PBS缓冲溶液，乙腈的体积含量为40-60％，第二溶剂的pH为3-5；和/或探针对氰根离子和/或次氯酸的检测在日光裸眼条件下进行比色判断，或者是通过紫外吸收和荧光发射光谱测定探针对氰根离子和次氯酸的响应；作为优选，在含有探针的溶液中加入氰根离子，溶液颜色由墨绿色变成亮黄色，荧光减弱；在含有探针的溶液中加入次氯酸，溶液颜色由墨绿色变成土黄色，荧光减弱。10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，探针对氰根离子的检测不再有荧光响应时，待检测溶液中氰根离子与探针的摩尔比为12:1，探针对氰根离子作用不再有紫外响应时的时间不超过5分钟；和/或探针对次氯酸的检测不再有荧光响应时，待检测溶液中次氯酸与探针的摩尔比为10:1，探针对次氯酸作用不再有紫外响应时的时间不超过1分钟。权　利　要　求　书3/3页4CN109608382A4一种检测氰根离子和次氯酸的荧光探针及其制备和应用技术领域[0001]本发明属于化学分析检测技术领域，具体涉及一种检测氰根离子和次氯酸的荧光探针及其制备和应用方法。背景技术[0002]氰化物在工业生产中起着非常重要的作用，广泛应用于金矿开采，电镀，树脂及纤维合成等领域。然而，氰化物是剧毒物，其致死量为0.5-3.5mg/kg。氰化物可以通过肺、皮肤、受污染的食物和受污染的饮用水摄入体内。氰根离子能抑制哺乳动物中的细胞呼吸，并且通过抑制中枢神经系统而导致死亡。根据世界卫生组织(WHO)，饮用水中允许的最高氰化物浓度为1.9μM。因此，氰根离子检测具有重要意义。[0003]次氯酸在日常生活中被广泛用作消毒剂、抗菌剂和漂白剂。同时，次氯酸也是一种重要的活性氧物种(ROS)，在各种生理和病理过程中起到重要作用。但是，过量的次氯酸对人体有危害，会导致多种疾病，如关节炎、神经性退行疾病、心血管疾病以及癌症。因此，次氯酸检测具有重要意义。[0004]至今，已经开发出了许多检测氰根离子和次氯酸的方法。其中包括原子吸收光谱法，电化学分析法等。但是这些方法存在着诸如费用昂贵，样品制备复杂，测试时间长等缺点。有机荧光探针因为具备快速检测、操作简单和高灵敏度等优点而备受广大科研工作者关注。近年来，各种检测氰根离子和次氯酸的荧光探针应运而生，这些探针面临高选择性、高灵敏性、快速响应和良好水溶性的挑战。总体来说，目前针对单一氰根离子和单一次氯酸的探针相对较多，但是缺少一种能够同时快速、高效地检测氰根离子和次氯酸的探针。发明内容[0005]本发明的目的就是提供一种易于制备、低成本、快速检测、性能稳定的化学荧光探针，并提供该探针的合成方法，还在此基础上开发出一种同时高选择性和高灵敏度检测氰根离子和次氯酸的方法。[0006]本发明的特点是采用经典的近红外染料——七甲川吲哚菁衍生物为荧光基团和识别基团，利用氰根离子的亲核性和次氯酸的氧化性设计了咔唑修饰的新型七甲川吲哚菁衍生物探针Cz-Cy7，该探针能同时快速高效识别氰根离子和次氯酸。[0007]为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：[0008]根据本发明的第一个实施方案，提供具有通式(I)的化合物：说　明　书1/11页5CN109608382A5[0009][0010]根据本发明的第二个实施方案，提供上述化合物的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：[0011]1)以苯肼-4-磺酸、甲基异丙基酮、溴乙烷为原料，通过Fischer反应和烷基化反应合成具有通式(II)的N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚-5-磺酸钾，标记为“吲哚衍生物”；反应如下：[0012][0013]2)以环己酮和三氯氧磷为原料，二氯甲烷为溶剂，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂和反应试剂，通过Vilsmeier-Haack甲酰化反应合成具有以下通式(III)的缩