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1、(10)申请公布号 CN 102533255 A (43)申请公布日 2012.07.04 CN 102533255 A *CN102533255A* (21)申请号 201110458820.1 (22)申请日 2011.12.29 C09K 11/06(2006.01) C07D 221/14(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市邯郸路 220 号 (72)发明人 易涛 兰海闯 刘斌 余旭东 刘刻印 曹新华 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 张磊 (54) 发明名称 一种用于 Cu2。
2、+检测的荧光探针分子及其制备 方法与应用 (57) 摘要 本发明属于金属离子检测的荧光探针技术领 域， 具体涉及一种用于 Cu2+检测的荧光离子探针 分子及其制备方法与应用。本发明采用在 N- 正 丁基 -1， 8- 萘酰亚胺的 4 位以席夫碱的形式修饰 二氨基马来腈作为探针分子。探针分子在乙腈溶 液中没有荧光， 探针溶液中加入小于1当量的Cu2+ 水溶液， 在 360nm 光激发下， 由于 Cu2+和探针分子 内的氨基和亚氨基作用， 光致电子转移 (PET) 过 程被阻断， 吸收的能量用于发光， 从而发射绿色荧 光 ； 当 Cu2+的浓度大于 1 当量时， Cu 2+开始和两个 氰基作用， 。
3、拉电子能力增强， 使发射波长蓝移。随 着浓度增加， 绿光消渐渐失， 蓝光渐渐增强。加入 其他金属离子没有相应的响应。本发明实现了探 针分子对铜离子的专一性识别， 并伴随着 Cu2+浓 度的增加， 探针有从无荧光-绿色荧光-蓝色荧光 相应变化。浓度响应这一独特优势在粒子检测领 域具有广阔应用前景。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种用于 Cu2+检测的荧光探针分子， 其特征在于 ： 采用在 N- 正丁基 -1， 8- 萘酰。
4、亚胺 的 4 位以席夫碱的形式修饰二氨基马来腈作为探针分子， 其化学式 ： C21H17N5O2， 结构式为 ： 2. 一种如权利要求 1 所述的用于 Cu2+检测的荧光探针分子的制备方法， 其特征在于它 的合成路线如下 ： 3. 根据权利要求 2 所述的新型 Cu2+荧光探针的制备方法， 其特征在于它的具体制备步 骤为 ： 1) 将 4- 氰基 - 氮 - 正丁基 - 萘酰亚胺和铝镍合金按摩尔比 1 3 混合于甲酸水溶液 中， 氮气保护下， 100-120下磁力搅拌3h， 冷却后， 中和至pH6， 乙酸乙酯萃取， 无水硫酸 镁干燥， 硅胶柱层析， 洗脱液石油醚乙酸乙酯 20 1， 得 4- 。
5、醛基 - 氮 - 正丁基 - 萘酰亚 胺 ； 2) 将 4- 醛基 - 氮 - 正丁基 - 萘酰亚胺和二氨基马来腈按摩尔比 1 1 混合于乙腈 中， 加热回流至全溶， 再加入痕量的对甲苯磺酸， 待有大量沉淀生成， 再回流 5 分钟冷却后 过滤， 再用乙腈重结晶后即得最终荧光探针分子。 4. 一种如权利要求 1 和 2 所述的荧光探针分子 Cu2+离子检测领域的应用。 5. 根据权利要求 4 所述的荧光探针分子在 Cu2+离子检测领域的应用， 其特征在于采用 荧光光谱检测手段， 荧光探针分子对 Cu2+的有专一性识别， 并且随 Cu2+浓度变化， 探针有无 荧光发射到绿光发射再到蓝光发射的变化。。
6、 权 利 要 求 书 CN 102533255 A 2 1/4 页 3 一种用于 Cu2+检测的荧光探针分子及其制备方法与应用 技术领域 0001 本发明属于金属离子检测的荧光探针技术领域， 具体涉及一种用于 Cu2+检测的荧 光离子探针分子及其制备方法与应用。 背景技术 0002 荧光探针是在一定的体系内， 当一种物质或体系内某一物理性质发生改变时， 荧 光信号能发生相应改变的分子。 金属离子荧光探针提供了一种具有广泛应用价值的检测手 段， 其设计、 合成、 应用及识别过程中所涉及的光物理和光化学问题受到不同领域研究者的 广泛关注。 0003 荧光离子探针具有其他分析方法如原子吸收光谱、 离。
7、子选择性电极分析等传统方 法无法比拟的优点， 即通过荧光强度和颜色的变化直观体现离子的存在和浓度范围， 且具 有高的灵敏度和选择性。 常见的荧光离子探针的识别机理一般包括光诱导电子转移(PET)、 分子内电荷转移(ICT)、 形成激缔复合物(excimer)和荧光共振能量转移(FRET)等几大类。 0004 萘酰亚胺类化合物具有荧光量子产率高、 荧光发射波长适中、 斯托克位移大、 光稳 定好等优点， 是荧光分子探针设计中优秀的荧光团。受体部分是为实现对识别客体目标而 设计的结构单元， 它决定了探针分子识别客体的灵敏度和选择性。二氨基马来腈具有两个 配位作用位点且都对铜离子有选择性， 只是灵敏度。
8、有差异， 从而在浓度响应方面具有独特 优势。 0005 铜在环境、 生物、 化学体系中具有重要作用。高浓度的铜短时间会造成胃肠不适， 长时间会造成肝肾损坏。因此饮用水中铜的含量的监测尤为重要。铜离子的检测对生命科 学、 环境化学、 化学都有重要意义。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种用于 Cu2+检测的荧光离子探针分子及其制备方法与 应用。本发明中所设计的荧光探针分子以二氨基马来腈作为离子受体， 萘酰亚胺作为荧光 响应基团， 通过荧光变化实现了对 Cu2+的专一性识别和浓度响应。 0007 为实现本发明的目的， 本发明公开了一种新型铜离子 (Cu2+) 荧光探针分子， 其特 征在于。
9、 ： 采用在N-正丁基-1， 8-萘酰亚胺的4位以席夫碱的形式修饰二氨基马来腈作为探 针分子， 其化学式 ： C21H17N5O2， 结构式为 ： 0008 0009 本发明还公布了新型铜离子 (Cu2+) 荧光探针分子的制备方法， 其特征在于 ： 它的 合成路线如下 ： 0010 说 明 书 CN 102533255 A 3 2/4 页 4 0011 新型铜离子 (Cu2+) 荧光探针分子的制备方法包括以下步骤 ： 0012 1) 将 4- 氰基 - 氮 - 正丁基 - 萘酰亚胺和铝镍合金按摩尔比 1 3 混合于甲酸水 溶液中。 氮气保护下， 100-120下磁力搅拌3h， 冷却后， 中和至。
10、pH6， 乙酸乙酯萃取， 无水 硫酸镁干燥， 硅胶柱层析， 洗脱液石油醚乙酸乙酯 20 1， 得 4- 醛基 - 氮 - 正丁基 - 萘 酰亚胺 ； 0013 2) 将 4- 醛基 - 氮 - 正丁基 - 萘酰亚胺和二氨基马来腈按摩尔比 1 1 混合与乙 腈中， 加热回流至全溶， 再加入痕量的对甲苯磺酸。待有大量沉淀生成， 回流 5min 冷却后过 滤， 再用乙腈重结晶后即得最终荧光探针分子。 0014 新型 Cu2+荧光探针分子在离子检测领域的应用其特征在于采用荧光光谱检测手 段， 探针分子对 Cu2+的有专一性识别， 并且随 Cu2+浓度变化， 探针发光颜色也有变化。 0015 本发明具体。
11、描述如下 ： 将荧光探针分子溶于乙腈中制得 0.01mM 的溶液， 用 0 至 2.8 当量的 Cu2+的水溶液滴定， 以 360nm 光激发， 监测 425nm 和 522nm 处的荧光光谱变化。0 当量探针没有荧光， 小于 1 当量时只有 522nm 处有荧光， 大于 1 当量时 425 处有荧光出现， 522nm 处荧光逐渐消失。检测的机理是 ： 首先探针分子通过与 Cu2+配位， 导致分子内光致 电子转移过程 (PET) 被阻断， 522nm 发光， 随着铜离子浓度增加， 又有分子内电荷转移过程 (ICT) 发生， 致使波长蓝移。当向探针溶液中分别加入 3 当量的其他金属离子时， 则变。
12、化很 小， 说明此探针对 Cu2+有很好的选择性。 0016 本发明中所设计的 Cu2+荧光探针， 打破以前单一的开关型和比率型探针的响应规 律， 是一种智能型荧光探针。 从无荧光到绿色强发射荧光来识别痕量的Cu2+的存在， 以发射 波长的变化来监测Cu2+浓度的变化。 紫外灯下， 肉眼就可以看出其荧光变化， 在铜离子检测 领域具有领先优势和广阔的应用前景。 附图说明 0017 图 1 荧光探针分子的乙腈溶液 (0.01mM)， 滴加 0， 0.2， 0.4， 0.6， 0.8， 1.0 当量的 Cu2+水溶液的荧光光谱图。 0018 图 2 荧光探针分子的乙腈溶液 (0.01mM)， 滴加 。
13、1.0， 1.2， 1.4， 1.6， 1.8， 2.0， 2.2， 2.4， 2.6， 2.8 当量的 Cu2+水溶液的荧光光谱图。 0019 图 3 荧光探针分子的离子选择性直方图。( 探针浓度为 0.01mM， 离子浓度为探针 的 3 倍 ) 0020 图 4 荧光探针分子对不同溶度 Cu2+响应的荧光照片。( 探针浓度为 0.01mM) 说 明 书 CN 102533255 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0021 下面通过实例进对本发明做一步的说明 ： 0022 实施例 1 0023 本发明涉及的二氨基马来腈和萘酰亚胺组合的探针按下述方法合成 ： 0024 1) 氮气保护下， 。
14、1.5g 4- 氰基 -N- 正丁基萘酰亚胺， 1.6g 铝镍合金， 15ml 甲 酸 (85 )， 5ml 去离子水中回流 (100左右 )2.5 小时， 冷却后， 中和至 Ph 6， 乙酸 乙酯萃取， 无水硫酸镁干燥， 硅胶柱层析， 洗脱液石油醚乙酸乙酯 20 1， 得 4- 醛 基 - 氮 - 正丁基 - 萘酰亚胺， 产率 50。HNMR(CDCL3， 500HZ， ppm) ： 10.51(s， 1H， )， 9.51(d， 1H， J 11.0)， 8.75(d， 1H， J 9.0)， 8.68(d， 1H， J 9.5)， 8.23(d， 1H， J 9.0)， 7.94(t， 。
15、1H， J 10.5)， 4.20(t， 2H， J 9.0)， 1.73(m， 2H)， 1.45(m， 2H)， 0.99(t， 3H， J 9.0).13CNMR(CDCL3， TMS， 500HZ， ppm) ： 13.8， 20.4， 30.2， 40.5， 122.8， 127.3， 128.6， 128.9， 129.7， 129.9， 131.3， 131.7， 134.7， 135.5， 163.2， 163.8， 192.8.ESI-Ms forC17H15NO3， (M+H+) ： 282.31 ； found ： 282.3. 0025 2)0.3g 4- 醛基 - 氮。
16、 - 正丁基 - 萘酰亚胺， 0.1g 二氨基马来腈， 痕量对甲苯磺酸在 30ml 乙腈中回流使其全溶， 5mine 后有大量沉淀生成， 冷却后过滤， 再用乙腈重结晶后即得 最终荧光探针分子， 0.35g， 产率 95。 0026 1HNMR(acetone， 500HZ， ppm) ： 9.27(d， 1H， J 10.0)， 9.17(s， 1H， )， 8.67(d， 1H， J 10.0)， 8.64(d， 1H， J 0.77)， 8.58(d， 1H， J 0.77)， 8.01(t， 1H， J 8.41)， 7.58(s， 2H， )， 4.15(t， 2H， J 14.94)。
17、， 1.72(m， 2H， J 29.98)， 1.43(m， 2H， J 29.94)， 0.98(t， 3H， J 14.76).13CNMR(DMSO， TMS， 500HZ， ppm) ： 14.1， 20.2， 30.0， 40.0， 90.0， 115.0， 123.0， 124.2， 128.5， 128.8， 129.1， 129.5， 130.1， 130.8， 131.3， 136.3， 145.0， 151.7， 160.0， 165.0168.0.HRMS for C21H17N5O2， (M+Na+) ： 394.1274 ； Found ： 394.1294. 00。
18、27 实施例 2 0028 将荧光探针分子溶于乙腈中制得 0.01mM 的溶液， 用 0 至 2.8 当量的 Cu2+的水溶液 滴定， 以 360nm 光激发， 监测 425nm 和 522nm 处的荧光光谱变化。Cu2+离子 0 量时探针没有 荧光， 小于 1 当量时只有 522nm 处有荧光 ( 图 1)， 大于 1 当量时 425 处有荧光出现， 522nm 处荧光逐渐消失 ( 图 2)。首先探针分子内光致电子转移过程 (PET) 被阻断， 522nm 发光， 随 着铜离子浓度增加， 又有分子内电荷转移过程 (ICT)， 致使波长蓝移 425nm。当向探针溶液 中分别加入 1 当量的其他。
19、金属离子时， 则变化很小 ( 图 3)。 0029 以上使用荧光仪监测荧光探针的荧光发射对铜离子浓度的响应变化， 达到检测铜 离子的目的。 利用简易的紫外灯(365nm)， 肉眼也可监测到荧光探针的荧光颜色对铜离子浓 度的宏观变化。在 10 个荧光池中将荧光探针分子溶于乙腈中制得 0.01mM 的溶， 再分别加 入 0， 0.25， 0.5， 0.75， 1.0， 1.25， 1.5， 1.75， 2.0， 2.5 当量铜离子。探针分子在乙腈溶液中没 有荧光， 探针溶液中加入小于 1 当量的 Cu2+水溶液， 在 360nm 光激发下， 由于 Cu2+和探针分 子内的氨基和亚氨基作用， 光致电。
20、子转移 (PET) 过程被阻断， 吸收的能量用于发光， 从而发 射绿色荧光 ； 当Cu2+的浓度大于1当量时， Cu2+开始和两个氰基作用， 拉电子能力增强， 使发 射波长蓝移。 0030 10 个荧光池依次出现了肉眼可辨的无荧光发射， 绿色荧光， 过渡态， 蓝色荧光， 从 说 明 书 CN 102533255 A 5 4/4 页 6 而实现了通过肉眼观察荧光发射的不同来监测铜离子浓度 ( 图 4)。 说 明 书 CN 102533255 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102533255 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102533255 A 8 。