香豆素衍生物熒光分子探針的合成及性能研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、齊 齊 哈 爾 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 香豆素衍生物熒光分子探針的合成及性能研究 學(xué) 院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 摘要以香豆素-3-甲酸為原料，經(jīng)氯乙酰化得中間體香豆素-3-甲酰氯，進(jìn)一步與2-吡啶-8-氨基喹啉反應(yīng)，得熒光分子探針(shk-1)；香豆素-3-甲酰氯與過量的乙二胺反應(yīng)合成得到shk-2；2-吡啶-8-氨基喹啉經(jīng)氯乙?；弥虚g體，進(jìn)一步與無水哌嗪反應(yīng)，最后與香豆素-3-甲酰氯合成得shk-3。上述產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)經(jīng)1h-nmr表征，均為目標(biāo)產(chǎn)物。經(jīng)初步篩選后，研究了熒光分子探針shk-1在中性緩沖溶液中對(duì)金屬離子的識(shí)別性能。結(jié)果表明，shk-1可以選擇性熒光猝滅識(shí)別cu2+、fe3

2、+。shk-1與fe3+絡(luò)合后，shk-1在波長(zhǎng)為351nm處，熒光峰強(qiáng)度猝滅31%；與cu2+絡(luò)合后，shk-1在474nm處，熒光峰強(qiáng)度幾乎完全猝滅，猝滅比率達(dá)97%。定量分析顯示，shk-1與cu2+形成了1:1型絡(luò)合物。金屬離子競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)表明，常見的金屬離子均不干擾shk-1對(duì)cu2+的檢測(cè)。關(guān)鍵詞：香豆素；熒光分子探針；cu2+abstract coumarin-3-methyl chloride was synthesized using the raw marterial coumarin-3-formic acid through chloroacetylation. which

3、 were used as mediums of synthesizing complicated fluorescent probes. furtherly, used coumarin-3-methyl chloride and 2-pyridine-8-aminoquinoline, fluorescent molecular probes shk-1 was designed and synthesized through reaction. shk-2 was synthesized using the coumarin-3-methyl chloride and excess et

4、hylenediamine. 2-pyridine-8-aminoquinoline was chloroacetylated using the raw marterial , which is the mediums of synthesizing complicated fluorescent probes. and then further reaction with anhydrous piperazine, finally the shk-3 was synthesized through coumarin-3-methyl chloride. the structure was

5、confirmed by 1h-nmr characterization of the above products, are the target product. after initial screening, fluorescent molecular probes of the shk-1 was studied in the recognition performance of the metal ions in the neutral buffer solution. the results show that shk-1 can be selective fluorescenc

6、e quenching identification of cu2+,fe3+.after complexation with fe3+, at the wavelength of 351nm, the fluorescence peak intensity quenching of 31%; after complexation with cu2+, at the wavelength of the 474 nm, the fluorescence intensity is almost complete quenching, the quenching ratio of 97%. quan

7、titative analysis showed that shk-1 formed a 1:1 complex with cu2+. metal ion competition experiments show that the detection of shk-1 for cu2+ did not been interfered for the common metal ions.keywords: coumarin; fluorescent molecular probes; cu2+目錄摘要iabstractii第1章緒論11.1概述11.1.1熒光的定義11.1.2熒光產(chǎn)生的原理11

8、.2熒光探針21.3香豆素類熒光探針的研究進(jìn)展21.3.1香豆素及其衍生物在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用21.3.2香豆素類化合物31.4本研究工作的主要內(nèi)容及意義6第2章實(shí)驗(yàn)部分82.1實(shí)驗(yàn)藥品與儀器82.1.1實(shí)驗(yàn)藥品82.1.2實(shí)驗(yàn)儀器92.2 實(shí)驗(yàn)操作92.2.1 shk-1的合成102.2.2 shk-2的合成102.2.3 shk-3的合成112.2.4 shk-4的合成112.3 識(shí)別性能測(cè)定102.3.1 溶液的配置102.3.2 測(cè)定方法11第3章結(jié)果與討論123.1 核磁1h譜解析123.1.1 shk-1的1h譜解析123.1.2 shk-2的1h譜解析133.1.3 shk-3的1

9、h譜解析143.2 shk-1對(duì)常見金屬離子識(shí)別的選擇性153.3 cu2+濃度對(duì)溶液光譜的影響163.4 其它金屬離子對(duì)探針識(shí)別cu2+光譜的影響17結(jié)論19參考文獻(xiàn)20致謝23第1章 緒論1.1 概述1.1.1 熒光的定義熒光是一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。常溫下，當(dāng)用紫外光或可見光照射某些物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)吸收光能而處于激發(fā)態(tài)并在極短的時(shí)間內(nèi)(10-8s)發(fā)射出比入射光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光線，并且發(fā)射出的光線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度各不相同，而一但停止照射后，這種光也隨之消失，這種光被稱為熒光，能發(fā)出熒光的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)1-3。1.1.2 熒光產(chǎn)生的原理物質(zhì)在吸收入射光的過程中，光子的能量傳遞給了物質(zhì)分子，該分子

10、受到激發(fā)，原來處于基態(tài)的電子在很短的時(shí)間內(nèi)(10-15s)級(jí)躍遷到較高能級(jí)，躍遷前后兩個(gè)能級(jí)間的能量差等于分子受到激發(fā)時(shí)吸收光子的能量。紫外、可見光區(qū)的光子能量較高，足以引起分子中的電子被光子激發(fā)，隨即發(fā)生電子能級(jí)間的躍遷，處于這種激發(fā)態(tài)的分子稱為電子激發(fā)態(tài)分子。此后，由于分子處于激發(fā)態(tài)及其不穩(wěn)定，其通過內(nèi)轉(zhuǎn)換過程把部分能量轉(zhuǎn)移給周圍分子，使較高激發(fā)態(tài)的電子很快回到最低激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)。即通過輻射的方式返回基態(tài)。輻射的衰變過程伴隨光子的發(fā)射，即產(chǎn)生熒光。圖1.1為分子內(nèi)所發(fā)生的激發(fā)過程以及輻射躍遷衰變過程的示意圖。熒光分子在未被照射前一般處于基態(tài)單重態(tài)s0，在吸收入射光的光子能量后，分子被

11、激發(fā)。分子中的電子容易從s0躍遷至激發(fā)單重態(tài)s1、s2。高能量的單重激發(fā)態(tài)分子通過無輻射躍遷回到激發(fā)態(tài)的最低能級(jí)s1，處于s1的分子壽命一般為10-4-10-8秒，它們會(huì)通過輻射衰變返回基態(tài)s0。，此過程會(huì)伴隨光子的產(chǎn)生，這就是熒光4。e：能量；f：熒光；ic：內(nèi)轉(zhuǎn)換圖 1.1 熒光的產(chǎn)生過程1.2 熒光探針熒光探針是一類在紫外-可見-近紅外光區(qū)有特征熒光，并且其熒光性能(激發(fā)波長(zhǎng)、發(fā)射波長(zhǎng)、強(qiáng)度等)可隨所處的環(huán)境的性質(zhì)，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。它能將分子識(shí)別事件通過熒光信號(hào)有效表達(dá)出來6。它廣泛應(yīng)用于金屬陽離子7-9、陰離子10和中性分子11等被分析物的熒

12、光識(shí)別檢測(cè)。在眾多的分析方法中，熒光分子探針及其技術(shù)具有靈敏度高、選擇型好、使用方便、成本低、不需預(yù)處理等諸多優(yōu)點(diǎn)12，因此近年來受到化學(xué)界、生物學(xué)界和醫(yī)學(xué)界12,13的廣泛關(guān)注。熒光探針一般是由熒光基團(tuán)和識(shí)別基團(tuán)通過連接基(共價(jià)鍵)相連而成，各基團(tuán)起不同作用。熒光團(tuán)起到把識(shí)別事件以光學(xué)信號(hào)的形式表達(dá)出來;識(shí)別基團(tuán)起到選擇性的和客體結(jié)合的作用，即事件的識(shí)別14。熒光探針是統(tǒng)一的整體，不是基團(tuán)簡(jiǎn)單的疊加，因此在熒光探針的設(shè)計(jì)合成中必須二者兼顧。當(dāng)識(shí)別基團(tuán)與被分析物結(jié)合時(shí)會(huì)引起熒光基團(tuán)的化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，通過顏色的改變、光譜的移動(dòng)、熒光強(qiáng)度的增減等現(xiàn)象來表現(xiàn)，這些變化可被裸眼或者儀器識(shí)別。這是目前

13、為止在設(shè)計(jì)熒光探針中應(yīng)用最廣泛的方法 。 1.3 香豆素類熒光探針的研究進(jìn)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(nèi)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(shù)來自微生物。由于它具有抗艾滋病，抗腫瘤，抗氧化，抗微生物，降壓，抗輻射等多方面的生物活性以及良好的光學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域15,16。1.3.1 香豆素及其衍生物在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究表明，在醫(yī)藥領(lǐng)域中香豆素類化合物具有多方面獨(dú)特的生理學(xué)和生物學(xué)活性，對(duì)人體具有例如：抗高血壓、抗凝血、抗真菌、抗細(xì)菌、抗病毒、抗癌等一系列的生物和藥用活性。近年來

14、發(fā)現(xiàn)香豆素類化合物還具有神經(jīng)保護(hù)、抗高尿酸血癥抗氧化、抗衰老以及抵抗當(dāng)今危害人類健康的頑癥aids和腫瘤方面有較好的藥物活性17-20。香豆素類衍生物也是重要的醫(yī)藥中間體，如4-羥基香豆素，是一類抗厭氧菌類藥物。這類的4-羥基香豆素的衍生物，是維他命k的拮抗劑，也是一種是用于生產(chǎn)口服性抗凝血藥物華法林等的原料21。7-羥基-4-甲基香豆素能松弛肌肉，具有較強(qiáng)的鎮(zhèn)痛作用，同時(shí)也能較為溫和、并且持續(xù)地促進(jìn)膽汁的分泌，加強(qiáng)抗菌作用，具有明顯的利膽作用，用于利膽藥物的合成。由于香豆素類熒光染料具有極高的熒光效率和stokes位移大等優(yōu)異的特點(diǎn)，成為近幾年來有機(jī)熒光染料研究的重點(diǎn)之一。該類染料屬高檔次的

15、熒光染料，是熒光染料中重要品種(表1)，具有發(fā)射強(qiáng)度高、色澤鮮艷、熒光強(qiáng)烈等特點(diǎn)15，主要用作熒光溶劑染料和熒光有機(jī)顏料，它們著色品的特點(diǎn)是鮮艷、醒目。該類染料中的一些品種還可用作激光染料并具有良好的應(yīng)用性能。表1 三類主要香豆素類熒光衍生物類別結(jié)構(gòu)式用途熒光增白劑耐熱性、耐濕及耐氯性能均較好。適用于滌綸，醋酸纖維、尼龍等纖維及聚酯樹脂原液的增白。溶劑染料廣泛用于聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、日用工藝品裝飾品、熒光油墨等。熒光染料具有更優(yōu)良的牢度性能和溶解性能。作為熒光染料應(yīng)用于太陽能手機(jī)契合激光器。香豆素類熒光因?yàn)楸讲⑦拎Y(jié)構(gòu)，具有熒光量子產(chǎn)率高、stokes位移大、光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，

16、是熒光傳感器分子設(shè)計(jì)中的優(yōu)秀候選熒光團(tuán)，在分析領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用。最新研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用于多糖和糖蛋白的檢測(cè)時(shí)，將幾種香豆素類(如3-羥基香豆素、3-氨基香豆素、3-羧基香豆素和4-甲基-7-羥基香豆素)作為新基質(zhì)，每個(gè)激光點(diǎn)照射樣品均能產(chǎn)生較強(qiáng)的質(zhì)譜信號(hào)，且譜圖重現(xiàn)性更好，為分析多糖和糖蛋白提供了更多可以選擇的新基質(zhì)15,22。香豆素類化合物具有熒光量子產(chǎn)率高、stokes位移大、待分析物質(zhì)經(jīng)衍生化可大大增強(qiáng)其熒光響應(yīng)提高檢測(cè)靈敏度和選擇性、有穩(wěn)定分析物的作用，尤其針對(duì)那些活潑的和有揮發(fā)性的化合物、有助于化合物基團(tuán)的確證光物理和光化學(xué)性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是熒光探針分子設(shè)計(jì)中的優(yōu)秀候選熒光團(tuán)23-25

17、。因此近年來香豆素類熒光探針的設(shè)計(jì)、合成逐漸成為一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)。1.3.2 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(tuán)，3或4位引入吸電子基團(tuán)得到具有“推一拉”電子體系的衍生物26-28,29，它們與不同的陽離子受體結(jié)合即可得到基于pet或ict機(jī)理的熒光傳感器30。2009年，mi hee kim31等人，設(shè)計(jì)合成了化合物香豆素1，它是將香豆素334和聯(lián)氨反應(yīng)，其中醛基上氧原子被聯(lián)伯胺氮原子取代?；衔?在與cu2+的配合下顯示其熒光性。因?yàn)殂~離子對(duì)各種胺配體顯示很高的親和力，銅離子勢(shì)必與1鍵合，這反過來又促進(jìn)1中腙鍵的水解。水解產(chǎn)物和銅離子分離，銅離子又結(jié)合到另一個(gè)1上

18、，隨之又促進(jìn)了通過催化傳感器周期腙鍵的水解。最后催化周期誘導(dǎo)和放大熒光信號(hào)。2009年，熊敏秋11小組用7-羥基-4-甲基香豆素與二溴丙烷設(shè)計(jì)合成了化合物2，并且在化合物2的基礎(chǔ)上分別與不同化合物合成3、4、5?；衔?5均能使三聚氰胺的熒光(em355 nm， if, max36 a.u.)猝滅，其中化合物24的熒光光譜沒有因加入三聚氰胺而發(fā)生變化。當(dāng)在化合物5中加入三聚氰胺時(shí)，其熒光光譜發(fā)生了明顯的猝滅現(xiàn)象，說明熒光探針化合物5對(duì)三聚氰胺具有識(shí)別作用。 2009年，郭媛32等合成了2種香豆素類熒光化合物6，8-二氯-7-羥基-香豆素-3-羧酸(6)和6-氯-7-羥基-香豆素-3-羧酸(7)

19、，其中化合物5未見文獻(xiàn)報(bào)道。分別測(cè)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。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶劑的極性較大時(shí)，紫外最大吸收波長(zhǎng)較大。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(qiáng)度比極性較小或無極性的乙醚和石油醚中熒光強(qiáng)度明顯強(qiáng)，而且最大發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)生紅移。 2008年，lin課題組33提出了一種新的策略來增強(qiáng)化學(xué)計(jì)量計(jì)型探針的熒光比值，通過修飾探針上的電子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)分子內(nèi)的ict過程，進(jìn)而達(dá)到與待測(cè)物發(fā)生作用前后熒光比值變化大的目的。設(shè)計(jì)合成了化合物8，證明上述策略的有效性。 2001年，plater34等將鄰苯二胺與香豆素反應(yīng)合成了no的熒光探針9。鄰苯二

20、胺部分可以用甲基或甲氧基取代，能夠更進(jìn)一步增強(qiáng)其給電子能力。芳香胺的電子通過pet轉(zhuǎn)移到激發(fā)態(tài)熒光團(tuán)的最低能量空軌道上導(dǎo)致熒光淬滅。而與no等絡(luò)合后能把鄰苯二胺部分轉(zhuǎn)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(qiáng)。1997年，brunet35等設(shè)計(jì)合成基于-二碳基的香豆素類mg2+熒光探針10。在其它堿土金屬離子存在下，10選擇性識(shí)別mg2+，mg2+和-二羰基容易形成絡(luò)合物，使得香豆素的3位吸電子能力增強(qiáng)，ict效應(yīng)也加強(qiáng)，熒光激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)都發(fā)生紅移。suzuki36等同樣也設(shè)計(jì)合成了-二羰基類mg2+熒光探針11、12。11、12與mg2+形成1:1絡(luò)合物，使

21、ict效應(yīng)加強(qiáng)，熒光激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)都發(fā)生紅移。2009年，林衛(wèi)英等37將哇琳接到香豆素衍生物母體上，合成了一種新型的香豆素?zé)晒馓结?3。ni2+或co2+離子可與香豆素喹啉化合物絡(luò)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(qiáng)。 2009年，李和陽等38通過兩步有機(jī)合成，得到7-羥基-3-烯胺香豆素l4。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?yōu)辄S色，且其它金屬離子不存在這種效應(yīng)。1.4本研究工作的主要內(nèi)容及意義雖然基于香豆素類構(gòu)造的熒光分子探針用于金屬離子識(shí)別，但由于合成方

22、法復(fù)雜、收率低、檢測(cè)條件苛刻等，而且還有一部分香豆素類化合物的衍生物熒光分子探針的研究進(jìn)展還不豐富。因此人們一直在努力設(shè)計(jì)、合成新型熒光分子探針，以滿足各種不同的研究需要。根據(jù)熒光分子探針識(shí)別的基本原理，結(jié)合本組相關(guān)研究取得的積累，主要進(jìn)行了香豆素類熒光分子探針的設(shè)計(jì)、合成及性能的研究。由于近年來香豆素類化合物作為熒光分子探針的識(shí)別基團(tuán)得到了廣泛應(yīng)用；而且香豆素?zé)晒饣鶊F(tuán)具有熒光量子產(chǎn)率高、熒光發(fā)射波長(zhǎng)適中、斯托克斯(stocks)位移大、光穩(wěn)定性好、分子易于修飾等優(yōu)點(diǎn)，在熒光染料、激光材料、光電轉(zhuǎn)換材料、熒光標(biāo)記、熒光探針等方面都得到了廣泛應(yīng)用，因此本實(shí)驗(yàn)中選用該熒光團(tuán)。本論文的研究工作是根據(jù)

23、熒光分子探針的基本作用原理，結(jié)合前人的工作，主要進(jìn)行香豆素衍生物類金屬離子熒光分子探針的合成及識(shí)別性能研究。第2章 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)所用試劑與原料如下表2-1表2-1 試劑及原料一覽表藥品名稱分子式純度級(jí)別生產(chǎn)廠家二氯甲烷ch2cl2分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司氯仿chcl3分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司乙酸乙酯chcooch2ch3分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司甲醇ch3oh分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司乙腈ch3cn分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司吡啶c5h5n分析純(ar)中國(guó)醫(yī)藥(集團(tuán))上海化學(xué)試劑

24、公司無水乙醇ch3ch2oh分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司c8,560-3c10h6o4分析純(ar)aldrich chemical company氯化亞砜socl2分析純(ar)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司無水哌嗪c4h10n2分析純(ar)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司乙二胺c2h8n2分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司無水硫酸鈉na2so4分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司碘化鉀ki分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司1,3-丙二胺(ch2)3n2h4分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司氯乙酰氯clch2cclo分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司dipeac8

25、h19n分析純(ar)acros organics三乙胺(c2h5)3n分析純(ar)天津市凱通化學(xué)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sncl2h2o分析純(ar)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司氨水nh4oh分析純(ar)哈爾濱市化工試劑廠30%鹽酸hcl分析純(ar)哈爾濱市化工試劑廠硫酸h2so4分析純(ar)長(zhǎng)春化學(xué)試劑廠硝酸鈉nano3分析純(ar)天津市凱通化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉naoh分析純(ar)天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司氮?dú)鈔2分析純(ar)黎明氣體柱色譜硅膠分析純(ar)青島海洋化工廠 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)所用主要儀器如下表2-2表2-2

26、主要儀器一覽表儀器名稱型號(hào)生產(chǎn)廠家磁力加熱攪拌電熱套84-1山東省鄄城新華電熱儀器廠平板式磁力攪拌器78-1杭州儀表電機(jī)廠磁力加熱攪拌器79-hw江蘇省金壇醫(yī)療儀器廠顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀x-6北京泰克儀器公司手提式紫外觀測(cè)燈uv-5北京智源生物技術(shù)研究所循環(huán)水真空泵shz-b浙江臨海市精工真空設(shè)備廠循環(huán)水式多用真空泵shz-cd河南鞏義市英峪予華儀器廠電子天平bs200s-wei北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司電熱鼓風(fēng)干燥箱101-o黃驊市航天儀器廠箱式電阻爐r-j-x-4-13天津華北實(shí)驗(yàn)電爐廠電阻爐溫控儀drz-6天津華北實(shí)驗(yàn)電爐廠旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器re-52aa上海亞榮生化儀器廠玻璃儀器氣流烘干器kq-b

27、鞏義市英峪予儀器廠超聲波清洗器sk2200h上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司超聲波振蕩器sk2200p上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司電子分析天平bs210s北京賽多利斯天平有限公司標(biāo)準(zhǔn)型ph計(jì)pb-20sartorius熒光分光光度計(jì)f-4500hitachi公司紫外-可見光分光光度計(jì)tu-1901北京普析通用儀器有限責(zé)任公司超聲波振蕩器sk2200p上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司石英自動(dòng)雙重純水蒸器1810-b型江蘇金壇超聲波清洗器hk5200上海漢克科學(xué)儀器有限公司2.2 實(shí)驗(yàn)操作2.2.1 shk-1的合成：(1) 香豆素-3-酰氯的合成：稱取1002mg(5.27mmol)香豆素-3-甲酸于圓底燒瓶，先加

28、入5ml的氯化亞砜，再加入34滴吡啶，加熱回流6小時(shí)后，減壓蒸除過量的氯化亞砜，經(jīng)石油醚重結(jié)晶得乳黃色晶體得到879mg。產(chǎn)率為88%，m.p.144145。(2) shk-1的合成：合成的香豆素-3-甲酰氯93mg(0.532mmol)溶于20ml二氯甲烷中移入恒壓滴管內(nèi)；稱量103mg(0.448mmol)2-吡啶-8氨基喹啉、49mg(0.616mmol)吡啶溶于10ml二氯甲烷中。向上述溶液于0.5h內(nèi)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=0.62)，收率為53.5%，m.p.185187.3。1h-

29、nmr (400 mhz, dmso-d6) (*10-6): 12.94 (s, 1h), 9.25 (d, j = 8.0hz, 1h), 9.20 (s, 1h), 9.00 (d, j = 4.0 hz, 1h), 8.80 (d, j = 4.0hz, 1h), 8.58 (d, j = 12.0hz, 1h), 8.13 (d, j = 8.0hz, 1h), 8.12(t, j = 8.0hz, 1h), 7.80 (t, j = 10.0hz, 1h), 7.65 (t, j =10.0 hz, 1h).2.2.2 shk-2的合成：稱量182mg(0.87mmol)上述實(shí)驗(yàn)中

30、已合成的香豆素-3-甲酰氯溶于10ml氯仿中，冰浴下與26mg(0.44mmol)乙二胺反應(yīng)，攪拌0.5h，室溫下攪拌1h后停止反應(yīng)。濃縮溶液，柱分離(chcl3/acoet=30:1)(v/v)，rf=0.43)，收率為52.7%，m.p.112.0114.2。1h-nmr (400 mhz, dmso-d6) (*10-6): 13.51 (s, 1h), 8.59 (s , 2h), 7.44 (d, j = 8.0hz, 2h), 7.34 (t, j = 4.0 hz, 2h),6.91 (t, j = 4.0hz, 2h), 6.88 (d, j = 4.0hz, 2h), 3.7

31、0 (t, j =6.0 hz, 4h).2.2.3 shk-3的合成：(1) 2-吡啶-8-乙酰氯基喹啉：將118mg(0.51mmol)2-吡啶-8-氨基喹啉、83mg(1.05mmol)吡啶溶于20ml二氯甲烷中，冰浴下0.5h內(nèi)滴加氯乙酰氯溶液，攪拌0.5h,室溫下攪拌2h后停止反應(yīng)。濃縮溶液，柱分離(chcl3/acoet=20:1)(v/v)，rf=0.46)，收率為82.7%。(2) 2-吡啶-8-乙酰哌嗪基喹啉：將105mg(0.34mmol)2-吡啶-8-乙酰氯基喹啉溶于20ml乙腈中，分別加入626mg(7.27mmol)無水哌嗪、13mg碘化鉀、89mg(0.69mmol

32、)dipea，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱回流8h后停止反應(yīng)。濃縮溶液，柱分離(chcl3/ch3oh=5:1)(v/v)，rf=0.34)，收率為76.1%。(3) shk-3：將(2)中所得產(chǎn)物110mg(0.31mmol)、107.2mg(0.5mmol)香豆素-3-甲酰氯溶于三氯甲烷中，室溫下攪拌2h后停止反應(yīng)。將溶液濃縮，柱分離(chcl3/ch3oh=30:1)(v/v)，rf=0.55)，收率為78.9%，m.p.1h-nmr (400 mhz, dmso-d6) (*10-6): 11.40 (s, 1h), 8.84 (t, j = 10.0hz, 1h), 8.78 (d, j = 4.

33、0 hz, 1h), 8.77 (d, j = 4.0 hz, 1h), 8.66 (d, j = 4.0hz, 1h), 8.57 (d, j = 4.0hz, 1h), 8.32 (s, 1h), 8.11(t, j = 8.0hz, 1h), 7.80 (t, j = 8.0hz, 1h), 7.75 (d, j =4.0 hz, 1h), 7.73 (t, j = 4.0 hz, 1h), 7.70 (t, j = 4.0 hz, 1h), 7.64 (d, j = 12.0hz, 1h), 7.46 (d, j = 4.0 hz, 1h), 7.42 (t, j = 10.0 hz,

34、 1h).2.2.4 shk-4的合成：(1) 香豆素酰胺：將894mg(14.9mmol)乙二胺、1544mg(15.3mmol)三乙胺溶于20ml二氯甲烷中，冰浴下0.5小時(shí)內(nèi)滴加溶于10ml二氯甲烷的103mg(0.49mmol)香豆素-3-甲酰氯溶液，攪拌1h，室溫下攪拌2h后停止反應(yīng)。濃縮溶液，柱分離(chcl3/ch3oh=10:1)(v/v)，rf=0.0.77)，收率為43.6%。(2) shk-4：稱量96mg(0.41mmol)香豆素酰胺、73mg(0.34mmol)2-醛基-8-乙酰胺基喹啉溶于25ml無水乙醇中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱回流3h后停止反應(yīng)。將溶液濃縮，柱分離(c

35、hcl3/acoet=20:1)(v/v)，rf=0.43)，收率為46%，m.p.146148。2.3 識(shí)別性能測(cè)定2.3.1 溶液的配置(1)shk-1母液的配制：準(zhǔn)確稱取2.92mg shk-1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1.0 10-4 moll-1濃度的shk-1的dmso溶液。(2) 實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)室原有金屬鹽溶液分別為：naclo4、kcl、mg(clo4)2、ca(no3)2、cr(no3)2、fe2(so4)3、coso4、niso4、cu(no3)2、zn(no3)2、agno3、cdso4、hgcl

36、2、pb(no3)2、al2(so4)3 15種金屬鹽，將它們分別配制成濃度為0.05 moll-1的水溶液。(3) 測(cè)定條件：激發(fā)波長(zhǎng)：280.0 nm、激發(fā)狹縫為2.5 nm、發(fā)射狹縫為1.0 nm。2.3.2測(cè)定方法(1) 金屬的識(shí)別實(shí)驗(yàn)：移取1.0 10-4 moll-1 shk-1的dmso溶液10ml于100 ml容量瓶中，加入少量配置好的brij35- tx-100混合溶液，用超聲波震蕩使其溶解，加入0.0121gtris固體，待其完全溶解后定容，用naoh調(diào)節(jié)使ph = 7.20。將配好的溶液分別移入5.0 ml容量瓶中，加入濃度為0.05 moll-1的不同金屬離子5.0 l

37、，則shk-1溶液濃度為1.0 10-5 moll-1，緩沖溶液濃度為0.001 moll-1 ，brij35的濃度為2.0 10-3 moll-1，tx-100的濃度為2.010-4 moll-1，金屬離子的濃度為5.0 10-5 moll-1。放置0.5 h后，測(cè)其吸收與發(fā)射光譜。(2) cu2+離子的定量分析：移取濃度為1.0 10-4 moll-1 shk-1的dmso溶液2.5ml，放置于25 ml容量瓶中，加入少量配置好的brij35- tx-100混合溶液，用超聲波震蕩使其完全溶解，加入0.0121gtris固體，待其完全溶解后定容。將該20 ml 溶液倒入小燒杯，放在磁力攪拌器

38、上攪拌，測(cè)原溶液的熒光光譜，在該溶液中用1 l的微量進(jìn)樣器分別加入0.05 moll-1的cu2+溶液0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4、0.4l，用5l的移液槍繼續(xù)加入0.05 moll-1的cu2+溶液1.6、1.6、1.6、1.6、1.6、1.6、1.6、1.6、1.6l配制成濃度分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 10-4 moll-1的cu2+溶液，進(jìn)行cu2+ 離子的定量實(shí)驗(yàn)。(3) 其他金屬離子對(duì)shk-1/cu2+ 的影響：移取2.0 10-4 moll-1 shk-1的dm

39、so溶液5 ml于100 ml容量瓶中，待dmso揮發(fā)后，加入少量配置好的brij35- tx-100混合溶液，用超聲波震蕩使其溶解，加入0.0121gtris固體，待其完全溶解后定容，用naoh調(diào)節(jié)使ph = 7.20。將配好的溶液分別移入5.0 ml容量瓶中，加入濃度為0.05 moll-1的zn2+金屬離子5.0 l，則shk-1溶液濃度為1.0 10-5 moll-1，緩沖溶液濃度為0.001 moll-1 ，brij35的濃度為2.0 10-3 moll-1，tx-100的濃度為2.010-4 moll-1，金屬離子的濃度為5.0 10-5 moll-1。放置0.5 h后，測(cè)其吸收與

40、發(fā)射光譜。第3章 結(jié)果與討論3.1 核磁1h譜解析3.1.1 shk-1的1h譜解析圖3.1 shk-1化合物1h-nmr譜圖在1h-nmr譜中， 12.94 ppm處的單重峰為nhco中h原子產(chǎn)生的；9.25 ppm處的雙重峰為1位氫原子產(chǎn)生的； 9.20 ppm處的單重峰為10位氫原子產(chǎn)生的； 9.00 ppm處的雙重峰為4位氫原子產(chǎn)生的； 8.80 ppm處的雙重峰為5位氫原子產(chǎn)生的； 8.58 ppm處的雙重峰為11位氫原子產(chǎn)生的； 8.13 ppm處的雙重峰為7位氫原子產(chǎn)生的； 8.12 ppm、7.80 ppm 、7.65 ppm、 7.58 ppm、 7.52 ppm處的三重峰分

41、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(chǎn)生的； 7.84 ppm處的雙重峰為14位氫原子產(chǎn)生的； 7.70 ppm處的雙重峰為9位氫原子產(chǎn)生的。上述結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)中采用的目標(biāo)化合物的合成及提純方法是成功的，較好地獲得了預(yù)期產(chǎn)物。3.1.2 shk-2的1h譜解析 圖3.2 shk-2化合物1h-nmr譜圖 在1h-nmr譜中， 13.51 ppm處的單重峰為nhco中h原子產(chǎn)生的；8.59 ppm處的單重峰為1位氫原子產(chǎn)生的；7.44 ppm處的雙重峰為2位氫原子產(chǎn)生的； 7.34 ppm處的三重峰為4位氫原子產(chǎn)生的； 6.91 ppm處的三重峰為3位產(chǎn)生的； 6.

42、88 ppm處的雙重峰為5位氫原子產(chǎn)生的；3.70 ppm處的三重峰為6位亞甲基氫原子產(chǎn)生的。上述結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)中采用的目標(biāo)化合物的合成及提純方法是成功的，較好地獲得了預(yù)期產(chǎn)物。3.1.3 shk-3的1h譜解析 圖3.3 shk-3化合物1h-nmr譜圖 在1h-nmr譜中， 11.40 ppm處的單重峰為nhco中h原子產(chǎn)生的；8.84 ppm處的三重峰為3位氫原子產(chǎn)生的； 8.78 ppm處的雙重峰為1位氫原子產(chǎn)生的； 8.77 ppm處的雙重峰為4位氫原子產(chǎn)生的； 8.66 ppm處的雙重峰為5位氫原子產(chǎn)生的； 8.57 ppm處的雙重峰為6位氫原子產(chǎn)生的； 8.32 ppm處的單重峰

43、為15位氫原子產(chǎn)生的； 8.11 ppm處的三重峰為8位氫原子產(chǎn)生的； 7.80 ppm處的雙重峰為15位氫原子產(chǎn)生的； 7.75 ppm處的雙重峰分別為8位氫原子； 7.73 ppm處的三重峰為2位氫原子產(chǎn)生的； 7.70 ppm處的三重峰為18位氫原子產(chǎn)生的； 7.64 ppm處的雙重峰分別為19位氫原子； 7.46 ppm處的雙重峰分別為9位氫原子； 7.42 ppm處的三重峰分別為8位氫原子； 3.63 ppm處的雙重峰分別為10位氫原子； 3.40 ppm處的雙重峰分別為12、14位氫原子； 2.70 ppm處的雙重峰分別為11、13位氫原子。上述結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)中采用的目標(biāo)化合物的合

44、成及提純方法是成功的，較好地獲得了預(yù)期產(chǎn)物。3.2 shk-1對(duì)常見金屬離子識(shí)別的選擇性在dmso:h2o=1:1的緩沖溶液中，ph=7.20時(shí)，分別向含有shk-1的溶液中加入na+、k+、mg2+、ca2+、cr3+、co2+、ni2+、cu2+、pb2+、cd2+、al3+ 、zn2+等常見金屬離子的鹽，測(cè)定不同金屬離子對(duì)shk-1熒光光譜的影響。金屬離子對(duì)熒光強(qiáng)度作圖3-4，不同金屬離子對(duì)在=474 nm和=351 nm處熒光強(qiáng)度比例值作圖3-5。圖3-4中，未加金屬離子時(shí)出現(xiàn)雙峰。波長(zhǎng)在315nm處為香豆素基團(tuán)產(chǎn)生熒光，加入fe3+離子后，使shk-1的熒光強(qiáng)度降低了31%；波長(zhǎng)在4

45、74nm處為喹啉基團(tuán)產(chǎn)生的熒光，在cu2+的存在下shk-1的熒光發(fā)生猝滅。 (ctris-hcl=0.010moll-1，cmetal ion=50moll-1 )圖3-4 不同金屬離子對(duì)shk-1熒光光譜影響 圖3-5 i474/i351從圖3-4可以看出在350 nm處熒光強(qiáng)度基本保持不變，在477nm出現(xiàn)倍頻峰。cu2+對(duì)shk-1的熒光強(qiáng)度有明顯影響，cu2+在=447 nm處發(fā)生猝滅；fe3+在=355 nm處識(shí)別香豆素，并且其熒光強(qiáng)度降低約110nm。空白樣的發(fā)射波長(zhǎng)為415nm，shk-1/ cu2+ 的發(fā)射波長(zhǎng)為477nm，紅移了62nm。結(jié)合圖3.5中不同金屬離子在=474

46、 nm和=351 nm處熒光強(qiáng)度比例值可以看出cu2+在=447 nm處識(shí)別shk-1化合物中的喹啉基團(tuán)并發(fā)生猝滅，其他金屬離子對(duì)shk-1的熒光強(qiáng)度沒有明顯影響3.3 cu2+濃度對(duì)溶液光譜的影響圖3-6為改變cu2+濃度時(shí)shk-1的熒光光譜變化情況。cu2+濃度010umol/l的范圍內(nèi)，隨著cu2+濃度增加，在315nm處的峰不變；而在474nm處峰的強(qiáng)度降低。由于在滴定過程中351nm處基本不變，因此將其作為內(nèi)標(biāo)，比率識(shí)別cu2+。用cu2+對(duì)=474nm處與=351nm處熒光強(qiáng)度的比值的影響作圖3-7。圖3-9為cu2+濃度對(duì)=475nm紫外吸收的比值的影響。由圖3-7可知，隨著c

47、u2+濃度的增加(010mol/l)，i474/i351的值逐漸減小。在cu2+為10umol/l時(shí)，其比值基本保持不變。其線性關(guān)系表明香豆素衍生物與cu2+形成1:1的絡(luò)合物。圖3-8為改變cu2+濃度時(shí)，shk-1的吸收光譜變化情況，=365nm、=337nm、=318nm、=283nm處為等吸收點(diǎn)；cu2+對(duì)shk-1的吸收下降，而在長(zhǎng)波長(zhǎng)處又出現(xiàn)一新峰。(cshk-1=10moll-1ctris-hcl=0.010 moll-1,ccu2+=6moll-1) 圖3-6 cu2+濃度對(duì)shk-1的熒光光譜的影響 圖3-7 cu2+濃度對(duì)shk-1熒光比值的影響(cshk-1=10moll

48、-1ctris-hcl=0.010 moll-1,ccu2+=6moll-1)圖3.8 cu2+對(duì)shk-1的吸收光譜的影響 圖3.9 cu2+對(duì)shk-1對(duì)吸收比值的影響3.4 其它金屬離子對(duì)探針識(shí)別cu2+光譜的影響考察了ph=7.20時(shí)，分別向shk-1/cu2+溶液中加入na+、k+、mg2+、ca2+、cr3+、co2+、ni2+、cu2+、pb2+、cd2+、al3+ 等常見金屬離子的鹽，其他金屬離子對(duì)shk-1/cu2+ 溶液的熒光強(qiáng)度作圖3.10，i=474/i=350比例與金屬離子作圖3.11。由圖3-10可知，向shk-1/cu2+加入na+、k+、mg2+、ca2+、cr

49、3+、co2+、ni2+、pb2+、cd2+、al3+等常見金屬離子進(jìn)行熒光強(qiáng)度的檢測(cè)。在=470nm的峰幾乎完全消失。這表明常見的金屬離子并不干擾shk-1/cu2+在緩沖溶液中的檢測(cè)。(cshk-1=10moll-1，ctris-hcl=0.010 moll-1，ccu2+ = 50 moll-1)圖3-10其他金屬離子對(duì)shk-1/cu2+熒光光譜影響圖3-11 其他金屬離子對(duì)shk-1/cu2+熒光強(qiáng)度結(jié)論以香豆素-3-甲酸為中間體，合成了熒光分子探針shk-1、shk-2和shk-3，結(jié)構(gòu)經(jīng)1h-nmr表征，均為目標(biāo)產(chǎn)物。經(jīng)初步篩選后，研究了shk-1這種熒光分子探針的識(shí)別性能、定量

50、分析、金屬離子干擾對(duì)紫外吸收、熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，在配置的水溶液中，隨著cu2+濃度的增大，其熒光強(qiáng)度降低。在濃度為10moll-1左右后，其熒光強(qiáng)度基本不變；在緩沖溶液中cu2+在=474nm時(shí)其熒光強(qiáng)度顯著降低，可視為熒光發(fā)生猝滅。而其他金屬離子的變化規(guī)律基本相似，不能選擇性識(shí)別其他金屬離子。通過對(duì)shk-1的識(shí)別性能研究，結(jié)果表明其對(duì)cu2+具有很好的猝滅性能，有較強(qiáng)的熒光是性能優(yōu)良的熒光分子探針。參考文獻(xiàn)1 黃曉峰, 張遠(yuǎn)強(qiáng), 張英起. 熒光探針技術(shù)m. 北京: 人民軍醫(yī)出版社, 2004: 1-2 .2 陳國(guó)珍, 黃賢智, 許金鉤等. 熒光分析法m.北京: 科學(xué)出版社, 199

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