技术领域
本发明涉及2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物、合成方法及应用以及检测汞离子和银离子浓度的方法。
背景技术
汞是常温下唯一一种液态金属，被广泛应用于测量仪器(如温度计)、催化剂、电子产品、化妆品等领域中。汞在自然界中主要以二价化合物和阳离子的形式存在。由于汞离子在生物体内难以降解，容易通过食物链在生物体内不断积累。体内聚集的汞离子可对人体造成严重的危害，会攻击人体的神经系统、呼吸系统、内分泌系统等，还能穿过孕妇的胎盘而攻击胎儿，使胎儿患上先天性大脑损伤。
银离子由于具有独特的抗菌性能，因此被广泛应用于医疗领域，如纳米银敷料等。由于涉及银的药物及其他产品的开发越来越多，因此日常生活中我们接触银颗粒的机会也有所增加，银颗粒可以通过不同途径进入人体。进入人体的银颗粒虽然大部分能排除体外，但也有部分会沉积于人体各器官。过度暴露于银中可能会导致银中毒而引起蓝色皮肤变色疾病。研究表明，沉积于人体的少量银也能对人体细胞产生毒副作用，如降低肝细胞中的超氧化物歧化酶和过氧化酶的细胞活性，并且还能减少还原型谷胱甘肽的浓度。
因此，研发能识别汞离子和银离子的荧光探针具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物及合成方法、应用、以及检测汞离子和银离子浓度的方法。
本发明所采取的技术方案是：
2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物，其结构式如下所示：
本发明还提供了上述2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物的合成方法，包括如下步骤：
(1)1-萘异硫氰酸酯溶于乙腈，加入肼基甲酸苄酯，再加入2～4滴三乙胺；
(2)混合搅拌回流反应5～7h，得到淡黄绿色溶液；
(3)蒸干溶剂后，得到黄绿色的油状液体；
(4)加入二氯甲烷，析出大量白色固体；
(5)浊液进行抽滤，并用二氯甲烷反复洗涤沉淀，制得到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物。
本发明还提供了采用上述化合物检测汞离子和银离子浓度的方法，包括如下步骤：
1)制作汞离子标准曲线：将标准浓度的汞离子溶液加入到权利要求1所述的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物制成的溶液中，配制汞离子浓度成梯度变化的溶液，记录汞离子浓度与溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；
2)检测记录：将含有汞离子的待测溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物制成的溶液中，记录含有汞离子的该溶液的荧光变化量；
3)计算：根据标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度；
4)制作银离子标准曲线：将标准浓度的银离子溶液加入到权利要求1所述的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物制成的溶液中，配制银离子浓度成梯度变化的溶液，记录银离子浓度与溶液的荧光变化量，制作银离子浓度对荧光变化量的标准曲线；
5)检测记录：将含有银离子的待测溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物制成的溶液中，记录含有银离子的该溶液的荧光变化量；
6)计算：根据标准曲线计算待测溶液中银离子的浓度。
检测汞离子和银离子浓度方法的步骤1)中，在激发波长为283nm，测定2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液在发射波长为373nm处的荧光强度与汞离子浓度的定量关系；
检测汞离子和银离子浓度方法的步骤4)中，在激发波长为283nm，测定2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液在发射波长为357nm处的荧光强度与银离子浓度的定量关系；
优选的，所述步骤2)的具体为：将含有汞离子的待测溶液加入到已知浓度的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物溶液中，待测溶液的加入量为使得2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物溶液的荧光达到最大值，记录该荧光变化量。
优选的，所述步骤5)的具体为：将含有银离子的待测溶液加入到已知浓度的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物溶液中，待测溶液的加入量为使得2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物溶液的荧光达到最大值，记录该荧光变化量。
本发明还提供了2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物在制备汞离子和银离子荧光探针中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物可以特异性检测汞离子和银离子，制成探针，同时检测多种金属离子，且测试灵敏度较高，有一定的指导意义。本发明的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物可以很容易地配制成1:1的甲醇水溶液，并能方便检测汞离子和银离子浓度，而且灵敏性较高，操作也很方便。用2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物进行检测汞离子时，在373nm处产生一个新的荧光发射峰，且荧光强度明显增强，表现出检测汞离子的特异性。用2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物进行检测银离子时，在357nm处产生一个新的荧光发射峰，且荧光强度明显增强，表现出检测银离子的特异性。
附图说明
图1是2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯在甲醇中的质谱图；
图2是2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯在DMSO-d6中的核磁共振图；
图3是1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中加入不同物质的量浓度的汞离子荧光光谱图(激发波长为283nm)；
图4是1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中加入不同物质的量浓度的银离子荧光光谱图(激发波长为283nm)；
图5和图6是1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液加入各种不同的常见离子的荧光变化图(激发波长为283nm)。
具体实施方式
2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯化合物，其结构式如下所示：
其化学名称为：2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯。
如上结构式所示的化合物的合成方法，步骤如下：
称取0.2800～0.2808g的1-萘异硫氰酸酯倒入圆底烧瓶中，加入4.0～6.0mL的乙腈将其溶解，再加入0.2570～0.2580g的肼基甲酸苄酯，再加入4.0～6.0mL乙腈，加入2～4滴三乙胺。70～80℃混合搅拌回流反应5～7h，搅拌子转速为300～400r/min。得到淡黄绿色溶液，蒸干溶剂后，得到黄绿色的油状液体。往液体中加入2.0～4.0mL二氯甲烷，即产生大量白色固体。对浊液进行抽滤，并用二氯甲烷反复洗涤沉淀，得到白色固体，该白色固体即为产物。
一种检测汞离子和银离子浓度的方法，步骤为：
1)制作汞离子标准曲线：将浓度为5mmol/L的汞离子溶液加入到浓度为1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中，配制汞离子浓度成梯度变化的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，记录汞离子浓度与2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；
2)检测记录：再将含有汞离子的待测溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中(2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯浓度与步骤1)中的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液相同)，记录该溶液的荧光变化量；
3)计算：根据标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度。
4)制作银离子标准曲线：将浓度为5mmol/L的银离子溶液加入到浓度为1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中，配制银离子浓度成梯度变化的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，记录银离子浓度与2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液的荧光变化量，制作银离子浓度对荧光变化量的标准曲线；
5)检测记录：再将含有银离子的待测溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中(2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯浓度与步骤1)中的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液相同)，记录该溶液的荧光变化量；
6)计算：根据标准曲线计算待测溶液中银离子的浓度。
优选的，检测汞离子和银离子浓度方法的步骤1)中，在激发波长为283nm，测定2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液在发射波长为373nm处的荧光强度与汞离子浓度的定量关系；
优选的，检测汞离子和银离子浓度方法的步骤4)中，在激发波长为283nm，测定2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液在发射波长为357nm处的荧光强度与银离子浓度的定量关系；
步骤2)的具体为：将含有汞离子的待测溶液加入到已知浓度的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中，待测溶液的加入量为以2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液的荧光达到最大值，记录该荧光变化量。
步骤5)的具体为：将含有银离子的待测溶液加入到已知浓度的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液中，待测溶液的加入量为以2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液的荧光达到最大值，记录该荧光变化量。
2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯在制备荧光探针中的应用；优选的，2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯在制备汞离子和银离子特异性荧光探针中的应用。
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的合成
2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的合成路线如下所示：
2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯结构式如合成路线所示，其具体合成步骤如下：
称取0.2804g的1-萘异硫氰酸酯倒入圆底烧瓶中，加入5.0mL的乙腈将其溶解，再加入0.2575g的肼基甲酸苄酯，再加入5.0mL乙腈，加入3滴三乙胺。75℃混合搅拌回流反应6h，搅拌子转速为350r/min。得到淡黄绿色溶液，蒸干溶剂后，得到黄绿色的油状液体。往液体中加入3.0mL二氯甲烷，即产生大量白色固体。对浊液进行抽滤，并用二氯甲烷反复洗涤沉淀，得到白色固体，该白色固体即为产物。
如图1所示，产物的质谱结果：ESI-MS(m/z)：351.75，理论分子量为351.42。
如图2所示，产物的1H NMR谱(400MHz,DMSO-d6)中化学位移(ppm)和对应的质子类型归属为：(400MHz,DMSO-d6)δ11.49(s,2H),9.07(s,1H),8.71(d,J＝9.4Hz,1H),8.45(d,J＝8.1Hz,1H),8.33(dd,J＝14.5,5.8Hz,3H),8.22(q,J＝9.0Hz,2H),8.11(t,J＝7.6Hz,1H),7.50–7.38(m,3H),7.36(t,J＝7.1Hz,1H),5.24(s,2H)。
实施例2：
汞离子浓度的检测方法：
配制浓度为1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，将汞离子的浓溶液(浓度为5mmol/L)滴加进去，配制汞离子浓度成梯度变化的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，以283nm为激发波长，测得它们的荧光光谱，荧光光谱图如图3所示。从图3可以看到，随着汞离子浓度的不断增大，373nm处产生新的荧光发射峰，且荧光强度逐渐增强。
特异性检测：
按上述同样的步骤检测其他的离子，包括一些常见的金属离子和阴离子，结果这些离子并没有产生和汞离子同样的现象，没有产生新的荧光发射峰(银离子除外)，对2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的荧光发射性质影响极小(图5和图6)。
由图5和图6可知，Cd2+、Cr2+、Pb2+等重金属离子和一些常见的阴离子对2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的荧光发射性质没有显著影响，用2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯进行检测汞离子时，荧光在373nm处产生新的发射峰，且荧光强度逐渐增强，表现出检测汞离子的特异性。
汞离子浓度的检测:
1)制作汞离子标准曲线：将标准浓度(5mmol/L)的汞离子溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液(浓度为1.0×10-5mol/L)中，配制汞离子浓度成梯度变化的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，记录汞离子浓度与2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液的荧光变化量，制作汞离子浓度对荧光变化量的标准曲线；
2)再将含有汞离子的待测溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液(溶液中2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的浓度与步骤1)中的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯相同)中，记录该溶液的荧光变化量；
3)根据汞离子标准曲线计算待测溶液中汞离子的浓度。
步骤1)中，在激发波长为283nm，测定2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液在发射波长为373nm处的荧光强度与汞离子浓度的定量关系；
银离子浓度的检测方法：
配制浓度为1.0×10-5mol/L的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，将银离子的浓溶液(浓度为5mmol/L)滴加进去，配制银离子浓度成梯度变化的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，以283nm为激发波长，测得它们的荧光光谱，荧光光谱图如图4所示。从图4可以看到，随着银离子浓度的不断增大，在357nm处产生一个新的荧光发射峰，且荧光强度明显增强。
特异性检测：
按上述同样的步骤检测其他的离子，包括一些常见的金属离子和阴离子，结果这些离子并没有产生和银离子同样的现象，没有产生新的荧光发射峰(汞离子除外)，对2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的荧光发射性质影响极小(图5和图6)。
由图5和图6可知，Cd2+、Cr2+、Pb2+等重金属离子和一些常见的阴离子对2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的荧光发射性质没有显著影响，用2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯进行检测银离子时，荧光在357nm处产生新的发射峰，且荧光强度逐渐增强，表现出检测银离子的特异性。
银离子浓度的检测:
1)制作银离子标准曲线：将标准浓度(5mmol/L)的银离子溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液(浓度为1.0×10-5mol/L)中，配制银离子浓度成梯度变化的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液，记录银离子浓度与2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液的荧光变化量，制作银离子浓度对荧光变化量的标准曲线；
2)再将含有银离子的待测溶液加入到2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液(溶液中2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的浓度与步骤1)中的2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯相同)中，记录该溶液的荧光变化量；
3)根据标准曲线计算待测溶液中银离子的浓度。
步骤1)中，在激发波长为283nm，测定2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯溶液在发射波长为357nm处的荧光强度与银离子浓度的定量关系；
由图3可见，用283nm波长激发时，2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的荧光发射波长在373nm处，其对汞离子的响应表现为荧光增强信号，由此可见，2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯荧光探针可用于汞离子的测定。
由图4可见，用283nm波长激发时，2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯的荧光发射波长在357nm处，其对银离子的响应表现为荧光增强信号，由此可见，2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯荧光探针可用于银离子的测定。
由以上各个图可见，2-(萘氨基硫代甲酰基)肼甲酸苄酯荧光探针能对汞离子和银离子进行响应，随着汞离子和银离子浓度的变化，373nm和357nm处荧光强度的变化不同，可特异性检测汞离子和银离子。