一種新型水合肼熒光比率探針的合成及應(yīng)用研究

周秋蘭　谷標(biāo)　尹鵬　李海濤

摘 要 基于激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的過(guò)程，設(shè)計(jì)合成了一種新穎的水合肼比率熒光探針—2-（苯并[d]噻唑-2-基）苯基-4-氧代戊酸甲酯（HBT-RCO），通過(guò)質(zhì)譜（MS）和核磁共振（NMR）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征.熒光光譜研究表明：在水合肼存在下，探針HBT-RCO的熒光光譜顯著紅移，且顯示出比率熒光光譜特征，最大熒光強(qiáng)度比值（I483/ I385）增強(qiáng)約14倍.利用I483/ I385與水合肼濃度的比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)水合肼的定量檢測(cè).

關(guān)鍵詞 比率熒光探針；2-（苯并[d]噻唑-2-基）苯基-4-氧代戊酸甲酯；水合肼；激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移

中圖分類號(hào) O657.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2537（2015）03-0047-06

肼（N2H4）常用作火箭推進(jìn)劑、電池燃料以及有機(jī)合成[1-4]. 然而，肼易滲透皮膚組織或經(jīng)口腔進(jìn)入人體，破壞組織器官和神經(jīng)系統(tǒng)[5-6].美國(guó)環(huán)保署規(guī)定肼的閾值為10 ppb[7]. 我國(guó)國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地面水和漁業(yè)水中肼的最高允許質(zhì)量濃度10.0 μg/L[8].

肼的檢測(cè)方法很多，如：氣相色譜法、高效液相色譜法和電化學(xué)檢測(cè)等[9-12]，但是，這些方法設(shè)備昂貴，操作繁瑣.熒光光譜分析因其具有高效、快速、靈敏度高等特點(diǎn)深受關(guān)注[13-19].如Choi[20]等設(shè)計(jì)出一種以香豆素為熒光團(tuán)的基于光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET）的off-on型熒光探針用于肼的檢測(cè).但大多熒光探針都是單一的熒光增強(qiáng)或者猝滅，很難消除背景干擾.

比率熒光分析是利用熒光探針本身的發(fā)射波長(zhǎng)處的熒光強(qiáng)度和與待測(cè)物反應(yīng)后在另一發(fā)射波長(zhǎng)處的熒光強(qiáng)度的比值作為檢測(cè)信號(hào)來(lái)檢測(cè)物質(zhì)的一種方法[21].由于比率熒光探針以兩個(gè)波長(zhǎng)處熒光強(qiáng)度的比值作為信號(hào)參量，可以減少因探針濃度、設(shè)備以及樣品環(huán)境等因素不可避免引起的誤差，進(jìn)而提高了選擇性、靈敏度[22-23]，在一定程度上解決了傳統(tǒng)采集單一波長(zhǎng)信號(hào)的探針?lè)肿哟嬖诘娜毕?

基于激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)理（ESIPT），我們開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一種水合肼熒光探針，該探針中2-（2-羥基苯基）苯并噻唑（HBT）的羥基被乙酰丙酸保護(hù)起來(lái)，加入水合肼之后，與之發(fā)生環(huán)化和消除反應(yīng)，探針熒光發(fā)生變化，最大吸收峰紅移，而且紫外激發(fā)下呈現(xiàn)黃綠色熒光，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水合肼的比率熒光檢測(cè).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

試劑：2-羥基苯甲醛和2-氨基硫酚均購(gòu)于上海德默醫(yī)藥科技有限公司，氨基磺酸和乙酰丙酸購(gòu)于均購(gòu)于安耐吉化學(xué)試劑公司，二氯亞砜、無(wú)水硫酸鈉、乙腈和乙醇均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司，均為分析純?cè)噭?丙酮和二氯甲烷均進(jìn)行絕對(duì)無(wú)水處理，分析實(shí)驗(yàn)中均用二次蒸餾水，乙酸乙酯和石油醚均為常壓蒸餾產(chǎn)物，硅膠（50～75 μm）經(jīng)烘干處理.

儀器：PL303電子天平（梅特勒-托利多上海有限公司），ZNCL-G磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限公司），DZF-6050真空干燥箱（上海飛越實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），N-1001旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海愛(ài)朗儀器有限公司），Bruker AVB-500核磁共振儀（瑞士Bruker公司），TU-1221紫外分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限公司），F(xiàn)-7000熒光分光光度計(jì)（日本Hitachi公司），PHS-3C 數(shù)字酸度計(jì)（上海鵬順科學(xué)儀器有限公司）.

1.2 探針的合成與表征

本文探針設(shè)計(jì)合成按照?qǐng)D示1所示路線，主要分為兩步：第一步通過(guò)加成消去合成2-（2-羥基苯基）苯并噻唑（HBT）；第二步通過(guò)取代反應(yīng)將新制的乙酰丙酰氯與HBT反應(yīng)，得到目標(biāo)分子.

1.3 2-（2-羥基苯基）苯并噻唑（HBT）的合成

將2-羥基苯甲醛 （1.17 g ，9.58 mmol） 和2-氨基苯硫酚 （1.20 g， 9.58 mmol） 溶解在乙腈中 （20 mL），加入氨基磺酸作為催化劑（0.074 g， 0.074 mmol），在室溫下攪拌反應(yīng)3 h.反應(yīng)過(guò)程用薄層色譜點(diǎn)板監(jiān)控，得到固體物質(zhì)，減壓抽濾，然后水洗，最后將粗產(chǎn)品用乙醇重結(jié)晶，得到純品 （1.85 g， 85.0%產(chǎn)率）.1H NMR （500 MHz，CDCl3-d6），δ 12.52（1 H，s），7.96（1 H，d，J=1.0 Hz），7.89（1 H，d，J=1.0 Hz），7.69（1 H，d，J=1.0 Hz），7.48（1 H，d，J=1.0 Hz），7.39（2 H，m，J=3.0 Hz），7.10（1 H，t，J=1.0 Hz），6.95（1 H，d，J=1.5 Hz）.

1.4 探針2-（苯并[d]噻唑-2-基）苯基-4-氧代戊酸甲酯的合成

先將乙酰丙酸 （464.5 mg， 4.00 mmol） 溶解在 SOCl2 （2 mL）中，在 N2保護(hù)下回流4 h. 用油泵抽干未反應(yīng)完全的SOCl2 ，得到的油狀物在冰浴下溶解在丙酮中（10 mL），加入合成得到的2-（2-羥基苯基）苯并噻唑 （227.3 mg， 1.00 mmol） 和碳酸鉀 （552.8 mg， 4.00 mmol），在 N2 保護(hù)下室溫?cái)嚢瑁磻?yīng)混合物倒入 20 mL CH2Cl2 ，然后用水洗3次. 收集有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去二氯甲烷，得到的粗產(chǎn)品用石油醚和乙酸乙酯混合液硅膠柱過(guò)柱分離，得到純品 （246.1 mg ，75.6%產(chǎn)率） .1H NMR （500 MHz，CDCl3-d6），δ 8.19（1 H，d，J=1.0 Hz），7.95（1 H，d，J=1.0 Hz），7.76（1 H，d，J=1.0 Hz），7.36（2 H，t，J=2.5 Hz），7.24（2 H，dd，J=2.5 Hz），7.13（1 H，d，J=1 Hz）2.90（2 H，t，J=1.5 Hz），2.76 （2 H，t，J=1 Hz）2.06（3 H，s）；13C NMR（500 MHz， CDCl3-d6）， δ：206.19，171.07，162.36，152.86，148.12，135.23，131.31，130.08，126.30，126.21，125.87，125.25，123.63， 123.21，121.26，37.74，29.71， 28.61； MS（ESI+）[M+H]+：326.