香豆素衍生物熒光分子探針的合成及性能研究_畢業設計論文-在線瀏覽

　　

【正文】 光探針 熒光探針是一類在紫外 可見 近紅外 光 區有特征熒光，并且其熒光性 能 (激發 波長、發射波長、強度等 )可隨所處的環境的性質，如極性、 濃度、 折射率等 方面的變 化 而靈敏地改變的熒光性分子 [5]。它廣泛應用于金屬陽離子 [79]、陰離子 [10]和中性分子 [11]等被分析物的熒光識別檢測。 熒光探針一般是由熒光基團和識別基團通過連接基 (共價鍵 )相連而成，各基團起不同作用。識別基團起到選擇性的和客體結合 的作用，即事件的識別 [14]。 當識別基團與被分析物結合時會引起熒光基團的化學環境發生變化，通過顏色的改變、光譜的移動、熒光強度的增減等現象來表現，這些變化可被裸眼或者儀器識別。 香豆素類熒光探針的研究進展 香豆素又名 1， 2苯并吡喃酮 (分子式如下 )，廣泛存在于自然界中的一種內酯類化合物， 天然存 在 于 蕓香科和傘形科植物中最多，其次是黑香豆、香蛇鞭菊、野香莢蘭 、蘭花等中 ，少數 來自微生物。 O O 香豆素及其衍生物在各個領域中的應用 研究表明， 在醫藥領域中 香豆素類化合物具有多方面獨特的生理學和生物學活性，對人體具有例如：抗高血壓、抗凝血、抗真菌、抗細菌、抗病毒、抗癌等一系列的生物和藥用活性。 香豆素類衍生物也是重要的醫藥中間體，如 4羥基香豆素，是一類抗厭氧菌類藥物 。 7羥基 4甲 基 香豆素能松弛肌 肉 ，具有較強的鎮痛作用，同時也能 較為 溫和、 并且 持續地促進膽汁 的 分泌，加強抗菌作用，具有明顯的利膽作用，用于利膽藥物的合成。 該 類染料 屬高檔次的熒光染料， 是熒光染料中重要品種 (表 1)，具 有發射強度高、色澤鮮艷、熒光強烈等特點 [15]， 主要用作熒光溶劑染料和熒光有機顏料，它們著色品的特點是鮮艷、醒目 。 表 1 三類主要香豆素類熒光衍生物 類別 結構式 用途 熒光增白劑 OR O 耐熱性、耐濕及耐氯性能均較好。 溶劑染料 O( R ) 2 N R 1NHN R 2R = M c , E t 。 R 2 = H , C l , C H 3 廣泛用于聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、日用工藝品裝飾品、熒光油墨等。 R 1 = R 2 = ( C H 2 ) 3 O C H 3 , C 2 H 5S 2 O 2 N R 6R 5 具有更優良的牢度性能和溶解性能。 香豆素類熒光因為苯并吡喃酮結構，具有熒光量子產率高、 Stokes 位移大、光穩定性好等優點，是熒光傳感器分子設計中的優秀候選熒光團 ，在分析領域中有重要的應用 。 香豆素類化合物具有熒光量子產率高、 Stokes 位移大、待分析物質經衍生化可大大增強其熒 光響應提高檢測靈敏度和選擇性、有穩定分析物的作用，尤其針對那些活潑的和有揮發性的化合物、有助于化合物基團的確證光物理和光化學性質可調等優點，是熒光探針分子設計中的優秀候選熒光團 [2325]。 香豆素衍生物類 熒光 分子 探針 在香豆素的 6 或 7 位引入供電子基團， 3 或 4 位引入吸電子基團得到具有 “推一拉 ”電子體系的衍生物 [2628,29]，它們與不同的陽離子受體結合即可得到基于 PET 或 ICT 機理的熒光傳感器 [30]。化合物 1 在與 Cu2+的配合下顯示其熒光性。水解產物和銅離子分離，銅離子又結合到另一個 1 上，隨之又促進了通過催化傳感器周期腙鍵的水解。 NOO NN HO M eNOO NN HO M eC u2 +C u2 +1 2020 年，熊敏秋 [11]小組用 7羥基 4甲基香豆素與二溴丙烷設計合成了化合物 2，并且在化合物 2 的基礎上分別與不同化合物合成 5。當在化合物 5 中加入三聚氰胺時，其熒光光譜發生了明顯的猝滅現象，說明熒光探針化合物 5 對三聚氰胺具有識別作用。分別測定 6 和 7 在石油醚、乙醚、乙醇、甲醇和水 中的紫外和熒光光譜。而同樣濃度的熒光光譜中觀察到， 6 和 7 在極性較大的乙醇、甲醇和水中的熒光強度比極性較小或無極性的乙醚和石油醚中熒光強度明顯強，而且最大發射波長發生紅移。設計合成了化合物 8，證明上述策略的有效性。鄰苯二胺部分可以用甲基或甲氧基取代， 能夠 更進一步增強其給電子能力。而與 NO 等 絡合 后能把鄰苯二胺部分轉換成具有較高的氧化電位的缺電子的苯并三唑衍生物， PET 被抑制，熒光增強。在其它堿土金屬離子存在下， 10 選擇性識別 Mg2+， Mg2+和 β二羰基容易形成絡合物，使得香豆素的 3 位吸電子能力增強， ICT 效應也加強，熒 光激發波長和發射波長都發生紅移。 1 12 與 Mg2+形成 1:1 絡合物，使 ICT 效應加強，熒光激發波長和發射波長都發生紅移。 Ni2+或 Co2+離子可與香豆素喹啉化合物絡合，因此在 Ni2+或 Co2+離子存在下，香豆素喹啉化合物的熒光增強。該香豆素衍生物在乙睛溶液幾乎沒有熒光，然而在鋅 (II)離子存在下，能最大吸收顯示出紅移，從 374nm 紅移到 452nm，肉眼觀察到由無色變為黃色，且其它金屬離子不存在這種效應。因此人們一直在努力設計、合成新型熒光分子探針，以滿足各種不同的研究需要。 由于近年來香豆素類化合物作為熒光分子探針的識別基團得到了廣泛應用；而且 香豆素 熒光 基團 具有熒光量子產率高、熒光發射波長適中、斯托克斯 (Stocks)位移大、光穩定性好、分子易于修飾等優點，在熒光染料、激光材料、光電轉換材料、熒光標記、熒光探針等方面都得到了廣泛應用，因此本實驗中選用該熒光團。 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 11 第 2 章 實驗 部分 實驗藥品與儀器 實驗藥品 實驗所用試劑與原料如下表 21 表 21 試劑及原料一覽表 藥品名稱 分子式 純度級別 生產廠家 二氯甲烷 CH2Cl2 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 氯仿 CHCl3 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 乙酸乙酯 CHCOOCH2CH3 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 甲醇 CH3OH 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 乙腈 CH3CN 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 吡啶 C5H5N 分析純 (AR) 中國醫藥 (集團 )上海化學試劑公司 無水乙醇 CH3CH2OH 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 C8,5603 C10H6O4 分析純 (AR) Aldrich Chemical Company 氯化亞砜 SOCl2 分析純 (AR) 國藥集團化學試劑有限公司 無水哌嗪 C4H10N2 分析純 (AR) 國藥集團化學試劑有限公司 乙二胺 C2H8N2 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 無水硫酸鈉 Na2SO4 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 碘化鉀 KI 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 1,3丙二胺 (CH2)3N2H4 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 氯乙酰氯 ClCH2CClO 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 DIPEA C8H19N 分析純 (AR) ACROS ORGANICS 三乙胺 (C2H5)3N 分析純 (AR) 天津市凱通化學試劑有限公司 喹啉 C9H7N 分析純 (AR) 上海金山亭新化工試劑廠 氯化亞錫 SnCl2產率為 88%， ~145℃ 。 向上述溶液于 內 滴加香豆素 3甲酰氯溶液，滴加完畢后再攪拌 1h 后，減壓濃縮溶液 ， 柱分離 (CHCl3/AcOEt=10： 1(v/v)， Rf=)， 收率為 %，~℃。濃縮溶液，柱分離 (CHCl3/AcOEt=30:1)(v/v)， Rf=)，收率為 %， ~℃。濃縮溶液，柱分離 (CHCl3/AcOEt=20:1)(v/v)， Rf=)，收率為 %。濃縮溶液，柱分離(CHCl3/CH3OH=5:1)(v/v)， Rf=)，收率為 %。 將 溶 液 濃 縮 ， 柱 分 離(CHCl3/CH3OH=30:1)(v/v)， Rf=)，收率為 %， . 1HNMR (400 MHz, DMSOd6) δ (*106): (s, 1H), (t, J = , 1H), (d, J = Hz, 1H), (d, J = Hz, 1H), (d, J = , 1H), (d, J = , 1H), (s, 1H), (t, J = , 1H), (t, J = , 1H), (d, J = Hz, 1H), (t, J = Hz, 1H), (t, J = Hz, 1H), (d, J = , 1H), (d, J = Hz, 1H), (t, J = Hz, 1H). SHK4 的合成： OC O C lON H 2 ( C H 2 ) 2 N H 2 / ( C H 3 ) 3 NC H 2 C l 2 , 2 h OC O N HON H 2 (1) 香豆素酰胺：將 894mg()乙二胺、 1544mg()三乙胺溶于 20mL二氯甲烷中，冰 浴下 小時內滴加溶于 10mL 二氯甲烷的 103mg()香豆素 3甲酰氯溶 液，攪 拌 1h， 室溫下 攪拌 2h 后停止 反應。 OC O N HON H 2 C H ON H C O C H 3C 2 H 5 O H , 7 0 ~ 8 0 ℃ , 3 h OC O N HON C H NN H C O C H 3 (2) SHK4：稱量 96mg()香豆素酰胺、 73mg()2醛基 8乙酰胺基喹啉溶于 25mL 無水乙醇中，在氮氣保護下加熱回流 3h 后停止反應。 識別性能測定 溶液的配置 (1)SHK1 母液的配制：準確稱取 SHK1 于 50 mL 容量瓶中，加入一定量DMSO 溶解，用超聲波震蕩使其完全溶解，在用氯仿定容至刻線處，配制成 104 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 15 mol (2) 實驗中所用的實驗室原有金屬鹽溶液分別為： NaClO KCl、 Mg(ClO4) Ca(NO3)Cr(NO3) Fe2(SO4) CoSO NiSO Cu(NO3) Zn(NO3) AgNO CdSO HgClPb(NO3) Al2(SO4)3 15 種金屬鹽，將它們分別配制成濃度為 mol (3) 測定條件：激發波長： nm、激發狹縫為 nm、 發射狹縫為 nm。L1 SHK1 的 DMSO 溶液 10mL 于 100 mL 容量瓶中，加入少量配置好的 Brij35 TX100 混合溶液，用超聲波震蕩使其溶解，加入 固體，待其完全溶解后定容 ，用 NaOH 調節使 pH = 。L1的不同金屬離子 μL，則 SHK1 溶液濃度為 105 molL1 ， Brij35 的濃度為 103 molL1，金屬離子的濃度為 105 mol放置 h 后，測其吸收與發射光譜。L1 SHK1 的 DMSO 溶液 ，放置于 25 mL 容量瓶中，加入少量配置好的 Brij35 TX100 混合溶液，用超聲波震蕩使其完全溶解，加入 固體，待其完全溶解后定容。 (3) 其他金屬離子對 SHK1/Cu2+ 的影響 ： 移取 104 mol將配好的溶液分別移入 mL 容量瓶中，加入濃度為 molL1，緩沖溶液濃度為 molL1， TX100 的濃度為 104 molL1。 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 16 第 3 章 結果與討論 核磁 1H 譜解析 SHK1 的 1H譜解析 圖 SHK1 化合物 1HNMR 譜圖 NN H CNOOO1 01 11 21 31 46567894321 在 1HNMR 譜中， δ ppm 處的單重峰為 NHCO 中 H 原子產生的； δ9..25 ppm處的雙重峰為 1 位氫原子產生的； δ ppm 處的單重峰為 10 位氫原子產生的； δ ppm處的雙重峰為 4位氫原子產生的； δ ppm處的雙重峰為 5位氫原子產生的； δ 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 17 ppm 處的雙重峰為 11 位氫原子產生的； δ ppm 處的雙重峰為 7 位氫原子產 生的； δ ppm、 ppmδ 、 ppmδ、 ppm、 δ ppm 處的三重峰分別為 3 位氫原子、 8 位氫原子、 2 位氫原子、 13 位氫原子、 12 位氫原子產生的； δ ppm 處的雙重峰為 14 位氫原子產生的； δ ppm 處的雙重峰為 9 位氫原子產生的。 SHK2 的 1H譜解析