新型Schiff堿熒光傳感器的合成及其對Hg2＋高選擇性的識別

張德華，雷玉龍，段易平，熊澤山，高 飛，郭麗娟，劉 洋

（1．湖北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北黃石 435002；2．湖北師范大學(xué)文理學(xué)院，湖北黃石 435003；3．長沙醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖南長沙 410219；4．陜西理工大學(xué)，陜西漢中 723001）

新型Schiff堿熒光傳感器的合成及其對Hg2＋高選擇性的識別

張德華1，2＊，雷玉龍1，段易平1，熊澤山1，高 飛2，郭麗娟3，劉 洋4

（1．湖北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北黃石 435002；2．湖北師范大學(xué)文理學(xué)院，湖北黃石 435003；3．長沙醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖南長沙 410219；4．陜西理工大學(xué)，陜西漢中 723001）

合成了新型熒光分子4－（二甲氨基）苯甲醛縮2－氨基－5－巰基－1，3，4－噻二唑，產(chǎn)物經(jīng)IR、1H NMR和質(zhì)譜表征，通過了熒光光譜和紫外光譜測定，結(jié)果顯示其對汞離子有較強的選擇性識別作用。

Schiff堿；識別；Hg2＋

汞是一種有毒的金屬，對我們的環(huán)境有著巨大的威脅，是目前自然環(huán)境中毒性最大，污染最嚴(yán)重的重金屬離子之一［1］。同時，汞對我們?nèi)梭w和生物體都有著嚴(yán)重的傷害，它對我們?nèi)梭w的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，腎臟，眼睛等器官都有影響［2］。所以設(shè)計與合成一些對Hg2＋具有選擇性的物質(zhì)，對我們?nèi)祟愑兄匾默F(xiàn)實的意義。

現(xiàn)今，我們可以通過不同的手段來檢測與分析Hg2＋。如：原子吸收光譜，電感耦合等離子體－光發(fā)射光譜，電感耦合等離子體質(zhì)譜，X－射線等。但運用這些工具，首先其制備樣品過程繁瑣，其次，耗資巨大，維護(hù)成本高等一些不利的特點。由于，熒光傳感器所特有的簡便性，高靈敏性，易操作性，實時性正好彌補以上一些缺點，所以熒光傳感器近些年一直受到科學(xué)研究者的青睞［3］。

本文通過4－（二甲氨基）苯甲醛和2－氨基－5－巰基－1，3，4－噻二唑為原料合成了一種新型的Schiff堿，通過紫外光譜，熒光光譜測定研究，結(jié)果顯示其對汞離子有良好的選擇性識別作用。

1 實驗部分

1．1 主要儀器和試劑

Nicolet 5700型傅里葉紅外光譜儀（Thermo公司）；日立F－4500熒光光譜儀；1HNMR400核磁共振波譜儀（Varian公司）；LCQ ADVANTAGE MAX質(zhì)譜儀（美國Thermo Finnigan公司），試劑均為分析純。

1．2 合成

合成路線如圖1所示。

圖1 合成路線

1．2．1 合成步驟

目標(biāo)化合物1的合成［4］：將0．746g（0．005mol）4－（二甲氨基）苯甲醛加入100mL圓底燒瓶，然后向圓底燒瓶加入20mL無水乙醇和5滴無水乙酸水浴加熱攪拌直到完全溶解，再慢慢加入0．67g2－氨基－5－巰基－1，3，4－噻二唑，使反應(yīng)物充分溶解至變?yōu)榱咙S色透亮溶液，在70～80℃的水浴加熱反應(yīng)2h，將得到的黃色固體用無水乙醇重結(jié)晶得到黃色固體產(chǎn)品，得4－（二甲氨基）苯甲醛縮2－氨基－5－巰基－1，3，4－噻二唑Schiff堿。

1．2．2 化合物的表征

IR（KBr，cm－1）：3441．5（S－H），1643．5（C＝N）．1H NMR（CDCl3，300MHz），δ＝8．2（s，1H，－CH＝N－），7．8（m，2H，H－Ph），6．7（m，2H，H－Ph），3．7（s，1，H－S），3．1（s，6，－CH3），MS（EI）：m／z＝265．38［M＋1］＋．元素分析C11H12N4S2（%）：理論值C，49．97；H，4．58；N，21．19；S，24．26，實驗測量值C，49．69；H，4．86；N，21．06；S，24．39．

2 光譜分析

2．1 樣品的配制：

0．0025g 4－（二甲氨基）苯甲醛縮2－氨基－5－巰基－1，3，4－噻二唑Schiff堿溶于乙腈中，用50ml的容量瓶定容配制成2．0×10－4mol／L溶液備用，然后用移液管移取2．5ml該溶液于50ml的容量瓶，定容得到的是1×10－5mol／L的溶液。稱取Cu（NO3）2·3H2O，3CdSO4·8H2O，MnSO4·H2O，Bi （NO3）2·5H2O，F(xiàn)eCl3·6H2O，NiSO4·6H2O，AgNO3，Pb（NO3）2，Hg（NO3）2，Sn（NO3）2，Sr （NO3）2用水作溶劑在10mL容量瓶中配成濃度均為1．0×10－2mol／L的溶液備用，用移液管移取5mL該溶液于50mL的容量瓶中，定容得到的1．0×10－3mol／L的溶液。

2．2 熒光光譜滴定

滴定實驗參照文獻(xiàn)［5］，在濃度為1×10－5mol／L主體的乙晴溶液中，分別滴入相同物質(zhì)的量的不同金屬離子，每種金屬離子濃度為2．94×10－5mol／L．結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入Hg2＋后，主體的熒光強度淬滅很厲害，而在相同條件下其他金屬離子的加入只引起化主體熒光強度的略微變化（圖2），基本沒有響應(yīng)。這表明，主體對Hg2＋有顯著的識別效果。

圖2 不同金屬離子對探針熒光強度的影響

圖3 不同濃度的Hg2＋對探針熒光強度的影響

然后配制主體濃度為1．0×10－5M，和系列Hg2＋濃度規(guī)律變化的溶液，超聲波混合均勻后分別進(jìn)行熒光光譜測定（見圖3）。在410nm處，探針分子的熒光強度隨著汞離子（2．67×10－6～4．54× 10－5mol／L）的加入熒光強度逐漸降低，直至淬滅。

圖3中從上到下Hg2＋濃度（mol／L）分別為：2．67×10－6，6．67×10－6，9．99×10－6，1．32×10－5，1．65×10－5，1．98×10－5，2．31×10－5，2．64×10－5，2．97×10－5，3．33×10－5，3．63×10－5，3．96× 10－5，4．54×10－5．

2．2 紫外光譜滴定：

在濃度為1×10－5mol／L主體的乙晴溶液中，分別加入系列的Hg2＋，測定其紫外圖譜?；衔? 在260nm和410nm處分別有強吸收峰，并隨著Hg2＋的濃度增加，在260處的吸收峰強度也顯著逐漸增強（見圖4），證明該探針對Hg2＋離子有較強的敏感性。

圖4 不同濃度的Hg2＋對探針紫外譜強度的影響

圖5 熒光探針分子抗干擾的能力

圖4中從下到上Hg2＋濃度（mol／L）分別為：2．67×10－6，6．67×10－6，9．99×10－6，1．32×10－5，1．65×10－5，1．98×10－5，2．31×10－5，2．64×10－5，2．97×10－5，3．33×10－5，3．63×10－5，3．96× 10－5，4．54×10－5．

2．3 抗干擾能力檢測：

為了排除其他金屬離子是否會對Hg2＋淬滅的現(xiàn)象產(chǎn)生干擾，我們在1．0×10－5mol／L主體的乙晴溶液中，分別加入相同濃度（2．94×10－5mol／L）的不同金屬離子，再加入相同濃度的Hg2＋，記錄它們的熒光變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)熒光探針分子自身的熒光強度，在沒有Hg2＋時，其他金屬離子引起主體的熒光強度變化并不顯著，如圖5中綠色條形圖所示；當(dāng)向它們的溶液中加入Hg2＋后，它們熒光強度都有明顯的下降，下降的程度與單獨加入Hg2＋接近如圖5中綠色條形圖所示。實驗證明只有Hg2＋才能引起主體的熒光強度明顯下降，也可以證明其他金屬對Hg2＋的淬滅沒有影響。

2．4 結(jié)果討論與分析：

假定探針分子和Hg2＋以1∶1的形式形成復(fù)合物。再運用Hildebrand－Benesi方程線性模擬，求出兩者的結(jié)合常數(shù)（Ka），所用方程如下：

式中，I0為未加前熒光強度，I為加入后的熒光強度，Imin為熒光強度的最低值，Ka為結(jié)合常數(shù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得圖6。

圖6 基于熒光滴定實驗的1：1的Hildebrand－Benesi方程線性擬合

圖7 摩爾連續(xù)法（Job“s Plot）

如圖6所示，表明關(guān)于主體與Hg2＋以1∶1的假設(shè)是正確的，通過熒光得到線性相關(guān)系數(shù)R＝0．9982，此外我們還得到它們的結(jié)合常數(shù)，根據(jù)熒光數(shù)據(jù)可以得到Ka＝1．54×104mol－1，表明主體與Hg2＋有較強的結(jié)合作用。

Job“s Plot是我們確定結(jié)合比的一個常用方法。我們固定主體和Hg2＋的濃度和為1．0×10－5mol／L，通過改變著兩者的比例得到405nm處（I0－I）X，對主體占總濃度的比例作圖（如圖7所示）。通過圖7可知當(dāng)主體所占的比例為0．5時縱坐標(biāo)可以達(dá)到最高值，從而確認(rèn)二者是以1∶1形式結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物。

2．5 識別機理：

受體分子4－（二甲氨基）苯甲醛縮2－氨基－5－巰基－1，3，4－噻二唑與Hg2＋以1∶1的計量配比，作用機理如圖8所示。熒光減弱的原因有：1）受體分子與Hg2＋進(jìn)行配合以后，分子剛性減弱，從而熒光強度減弱。2）受體分子的最低激發(fā)態(tài)的能量在與Hg2＋進(jìn)行配合后降低了，因而熒光量子產(chǎn)率大幅減少，從而熒光強度減弱。

圖8 識別機理

3 結(jié)論

產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)采用IR、1H NMR、質(zhì)譜等手段表征，證明為目標(biāo)產(chǎn)物。通過紫外與熒光光譜滴定，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物在熒光光譜下，其熒光強度隨Hg2＋濃度的增大而逐漸減弱，說明該化合物對Hg2＋有較強識別作用，它們之間的結(jié)合常數(shù)為1．54×104／mol，它們之間的結(jié)合比為1∶1．

［1］陳稼軒，田 怡，張麗群，等．羅丹明型熒光探針的合成及對Hg2＋的識別［J］．化學(xué)研究與應(yīng)用，2012，24（5）：710 ～714．

［2］李建章，孫 斌，盧曉霞，等．（苯并－15－冠－5）雙Schiff堿的合成［J］．有機化學(xué)，2000，20（1）：91～93．

［3］Rolston K V，F(xiàn)risbee－Hume S，LeblanC B，et al．Invitro antimicrobial activity of moxi floxacin compared to other quinolines against recent clinical bacterial is olates from hospi－talized and community－based cancer patients［J］．Diagn Microbiol Infect Dis，2003，47（2）：441～449．

［4］唐子龍，張超逸，劉漢文，等．N－1，3，4－噻二唑基取代水楊醛Schiff堿的合成與表征［J］．精細(xì)化工中間體，2010，40 （4）：19～26．

［5］Rolston K V，F(xiàn)risbee－Hume S，LeblanC B，et al．Invitro antimicrobial activity of moxi floxacin compared to other quinolines against recent clinical bacterial is olates from hospi－talized and community－based cancer patients［J］．Diagn Microbiol Infect Dis，2003，47（2）：441～449．

Synthesis of a novel schiff base fluorescent chemosensor for the highly selective recognition of Hg2＋

ZHANG De－h(huán)ua1，2＊，LEI Yu－long1，DAN Yi－ping1，Xiong Ze－shan1，GAO Fei2，GUO Li－juan3，LIU Yang4

（1college of chemistry and chemical engineering，Hubei Normal University，Huangshi 435002China；2college of arts＆science of Hubei Normal University，Huangshi 435003China；3College of Basic Medical Sciences，Changsha Medical University，Changsha 410219China；4Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001China）

A new fluorescent molecules of 5－（4－（dimethylamino）benzylideneamino）－1，3，4－thiadiazole－2－thiol were synthesized．The structures were confirmed by IR，1HNMR and MS，Its binding properties investigated by fluorescence and UV spectroscopy to show that it had high selectivity for the recognition of Hg2＋．

Schiff base；recognition；Hg2＋

O623－624

：A

1009－2714（2016）04－0069－04

10．3969／j．issn．1009－2714．2016．04．015

2016—02—18

湖北省教育廳項目資助（B2016163），2014地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目資助（201413256002），湖北師范學(xué)院文理學(xué)院科研項目資助（Ky201502）陜西省教育廳項目資助（D2013JK0659）．

張德華（1972— ），男，副教授，研究方向為有機合成與分子識別．