用于檢測氟離子的熒光探針的制備

寧英男，王 斌，毛國梁

（東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163318）

用于檢測氟離子的熒光探針的制備

寧英男，王 斌，毛國梁

（東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163318）

設(shè)計(jì)合成了基于萘胺為熒光團(tuán)的的氟離子熒光探針。通過核磁表征了熒光探針的結(jié)構(gòu)。研究了該探針在加入F-前后吸收光譜和發(fā)射光譜的變化。結(jié)果表明，隨著F-的加入，探針有明顯的熒光增強(qiáng)。另外，探針具有良好的選擇性，加入其他陰離子不影響其光譜性質(zhì)。以上性能證明，該探針有望應(yīng)用于檢測F-的熒光傳感器。

氟離子；熒光探針；選擇性

熒光傳感器對探測和檢測生物陰離子有著重要的作用。陰離子在化學(xué)與生物領(lǐng)域一直扮演著重要的角色，因此，近年來有許多陰離子檢測的傳感器的報(bào)道。在眾多陰離子中，F(xiàn)-有特殊的化學(xué)性質(zhì)，對它的識別與檢測有著重要的意義[1-5]。適量的F-可以促進(jìn)牙釉質(zhì)內(nèi)形成氟磷灰石，增強(qiáng)牙齒的抗酸和抗齲能力。F-還可以抑制或殺滅致齲變鏈菌，減少牙菌斑沉積，降低齲齒發(fā)生。過量攝入和長期低劑量攝入F-會對人體和動(dòng)物的胃和腎臟造成損害，甚至死亡[6-8]。因此，F(xiàn)-的識別以及定量的檢測對于人類的健康具有十分重要的意義。

熒光離子探針是熒光探針的一種，它是指在特定的體系內(nèi)，由于離子（陰離子或者陽離子）的變化而引起該分子發(fā)生相應(yīng)結(jié)構(gòu)變化，并以熒光信號的形式表現(xiàn)出來[9-11]。它的功能是選擇性識別離子并將識別信息轉(zhuǎn)換為熒光的形式，其由熒光發(fā)色團(tuán)、間質(zhì)和識別基團(tuán)這3部分構(gòu)成一個(gè)完整的體系。

熒光離子探針，由于其具有好的選擇性、高的靈敏度、價(jià)格低廉和操作簡便，并且能夠快速、實(shí)時(shí)、原位定量檢測和分析等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的關(guān)注[12-15]。除了上述優(yōu)點(diǎn)，熒光檢測方法為非侵入性檢測，不破壞樣品，可通過熒光強(qiáng)度和離子濃度的關(guān)系進(jìn)行離子濃度的定量分析，已經(jīng)成為了一種廣泛被應(yīng)用于生命分析中的技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

除非特別提到，所有試劑均來自商業(yè)購買并直接使用。

核磁共振1HNMR使用Bruker Avance 400 MHz核磁共振譜儀，TMS作為內(nèi)標(biāo)；吸收光譜使用Hitachi U-3900光譜儀；熒光光譜使用Hitachi 4600熒光光譜儀。

1.2 目標(biāo)產(chǎn)物合成

1.2.1 化合物1的合成1-萘胺-5-磺酸2.45g、NEt31.75mL溶于20mL無水甲醇中，向上述溶液中加入5.24g的BOC2O，室溫反應(yīng)36h。將反應(yīng)溶液旋干，溶于盡可能少量的水中，用乙酸乙酯洗滌上述溶液，旋干。得到產(chǎn)物1.9g，產(chǎn)率77%。

1.2.2 化合物2的合成取2.6g的PPh3溶于二氯甲烷中，在冰浴中冷卻到零度，加入0.79mL SOCl2，反應(yīng)20min，撤掉冰浴，加入2.03g化合物1，反應(yīng)1h。冷卻到零度，再加入炔丙胺2.9g，三乙胺4.2mL（緩慢滴加），室溫反應(yīng)2。將反應(yīng)產(chǎn)物稀釋于水中，用二氯甲烷萃取。有機(jī)層依次用稀鹽酸、鹽水洗滌三次，無水硫酸鎂干燥，層析柱分離，得到產(chǎn)物1.5g，產(chǎn)率72%。

1.2.3 化合物3的合成化合物2取1.25g，CF3COOH取3mL，溶于二氯甲烷中，室溫反應(yīng)30min。將溶劑旋干，加入NaOH水溶液，用二氯甲烷萃取，有機(jī)層無水K2CO3干燥，過濾旋干。得到產(chǎn)物1g，產(chǎn)率80%。

1.2.4 化合物4的合成取1g對羥基苯甲醛和0.69g咪唑，溶于20mL的二氯甲烷中，用注射器緩慢滴入2g的iPr3SiCl，N2保護(hù)下反應(yīng)12h。硅藻土過濾，旋干，用乙醇進(jìn)行萃取。零度下加入一定量的NaBH4，反應(yīng)20min，再用2 mL的飽和NaHCO3溶液淬滅反應(yīng)，旋干溶劑乙醇。用乙酸乙酯萃取，依次用水和鹽水洗滌3次。有機(jī)層用無水MgSO4干燥，過濾、旋干溶劑。層析柱純化，得到無色油狀液體0.5g，產(chǎn)率50%。

1.2.5 化合物A的合成將690mg化合物3和600mg的DMAP溶于20mL的二氯甲烷中，冷卻到零下78度，再加入3.9g的光氣。N2保護(hù)下反應(yīng)3h。然后再加入1.5g化合物4，升溫到0℃反應(yīng)12h。用水淬滅反應(yīng)，用二氯甲烷萃取，有機(jī)層用無水硫酸鎂干燥，旋干。層析柱分離，得到終產(chǎn)物300mg，產(chǎn)率43%。

圖1 化合物A的合成路線Fig.1Synthetic route of Compound A

圖2 化合物A的核磁氫譜圖Fig.21HNMR spectra of Compound A

2 結(jié)果與討論

2.1 探針對F-的檢測原理

F-與硅原子具有極強(qiáng)的相互作用，可以形成穩(wěn)定的硅氟鍵。在F-的作用下，有機(jī)硅化合物發(fā)生硅氟加成或脫硅化反應(yīng)導(dǎo)致化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使熒光性質(zhì)改變，起到熒光檢測的效果。由于反應(yīng)具有專一性，因此，這類傳感器對F-具有很高的選擇性，一般不受其它陰離子的干擾。

圖3 探針的反應(yīng)原理Fig.3The reaction principle of the probe

2.2 探針對氟離子的紫外可見吸收光譜響應(yīng)

向濃度為5×10-5mol化合物A的二氯甲烷溶液中加入過量的四丁基氟化胺，每30s測定一次其吸收光譜。

圖4 加入F-后的紫外可見光吸收光譜Fig.4UV-Vis spectra of the probe upon addition of F-

由圖4中可以看出，反應(yīng)剛開始時(shí)，體系中沒有F-，因而只有探針A的吸收峰，而沒有B的吸收峰。隨著時(shí)間的增加，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，探針A的吸收逐漸減弱，生成的化合物B的吸收逐漸增強(qiáng)。300nm處的吸收峰逐漸下降，370nm處的吸收峰逐漸增強(qiáng)。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行180s后，變化趨于平緩，240s后，反應(yīng)達(dá)到飽和點(diǎn)，吸收強(qiáng)度不再變化。

2.3 探針對F-的熒光光譜響應(yīng)

同樣向濃度為5×10-5mol化合物A的CH2Cl2溶液加入過量的四丁基氟化胺，每30s測定一次其熒光發(fā)射光譜。

圖5 加入F-后的熒光發(fā)射光譜Fig.5Fluorescence spectra of the probe upon addition of F-

由圖5中可以看出，反應(yīng)剛開始時(shí)，體系中沒有F-，因而只有探針A在425nm處的熒光發(fā)射峰。隨著時(shí)間的增加，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，探針A在425nm處的熒光發(fā)射逐漸減弱，反應(yīng)生成的化合物B的520nm處的熒光發(fā)射逐漸增強(qiáng)。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行210s后，變化趨于平緩，270s后，反應(yīng)達(dá)到飽和點(diǎn)，熒光強(qiáng)度不再變化。

2.3 探針對F-的選擇性測試

選擇性是熒光探針的重要性能參數(shù)。

圖6 探針A對不同陰離子（Cl-、Br-、I-和F-）的熒光強(qiáng)度Fig.6Fluorescent intensity of the probe upon addition Cl-,Br-, I-and F-

如圖6所示，在加入其他陰離子時(shí)，熒光都很弱，只有加入F-時(shí)，探針才表現(xiàn)出明顯的熒光增強(qiáng)。由此可見合成的探針對F-具有良好的選擇性。

3 結(jié)論

以萘胺為熒光團(tuán)，設(shè)計(jì)合成了對F-具有識別和選擇性檢測的新型熒光探針。通過紫外可見吸收光譜和熒光光譜研究了探針對F-的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，在F-的作用下，有機(jī)硅化合物發(fā)生脫硅化反應(yīng)，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致熒光性質(zhì)改變，達(dá)到熒光檢測的效果，且探針具有良好的選擇性。綜上所述，以萘胺為熒光團(tuán)的F-檢測體系，具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

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Synthesis of a new fluorescent probe for fluoride ion detection

NING Ying-nan，WANG Bin，MAO Guo-liang
（College of Chemistry＆Chemical Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

A new fluorescent probe based on aminonaphtalene derivative for the detection of fluoride ion was designed and synthesized.The structure of the compound was characterized and confirmed by 1H-NMR.The fluorescence of the probe response to fluoride ion was investigated.A new peak was emerged with the addition of fluoride anion,and the fluorescence intensity of the probe was dramatically enhanced with increasing the amount of fluorine ion.Meanwhile,other anions have nearly no effect on the fluorescence intensity.The results demonstrate that aminonaphtalene based probe can be used to detect fluoride anion with high efficiency and high selectivity.

fluoride ion；fluorescent probe；selectivity

O625.23文獻(xiàn)標(biāo)題碼：A

1002-1124（2014）09-0066-04

2014-04-08

王斌（1987-），男，在讀碩士研究生，現(xiàn)從事離子熒光檢測課題的研究。

導(dǎo)師簡介：寧英男（1954-），男，東北石油大學(xué)教授，現(xiàn)從事科研與教學(xué)工作。