三足羅丹明B酰肼席夫堿化合物對Hg2+的識別性質(zhì)研究

劉 雁，鄭曉麗，楊本壽，汪 帆，成飛翔

(1.曲靖醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 公共課部，云南 曲靖 655011；2.曲靖師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，云南 曲靖 655011)

金屬離子在生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)和化學(xué)過程中起著重要作用，同時(shí)金屬離子在環(huán)境污染和對人體健康方面的雙重影響日益受到人們的重視.尋找一種簡單、便攜、靈敏的重金屬傳感器成為化學(xué)工作者研究的重點(diǎn)[1-3]，這些金屬傳感器在化學(xué)、生物、環(huán)境等方面有著廣泛的用途[4-8].熒光探針是一種優(yōu)良的金屬離子傳感器，它具有高選擇性、高靈敏度、實(shí)時(shí)原位檢測等突出優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于臨床診斷、生物分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域[9-13].

汞具有很高的毒性，汞單質(zhì)及汞離子可通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境，并通過微生物的作用轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆霍~類吸收.甲基汞還能引起神經(jīng)系統(tǒng)的損害，使末梢神經(jīng)中感覺神經(jīng)元出現(xiàn)強(qiáng)烈的變性，出現(xiàn)感覺障礙、向心性視野縮小、語言障礙、聽力減退和共濟(jì)失調(diào)等典型癥狀.由于汞的高毒性，開發(fā)新型、高效、選擇性識別汞的熒光傳感器引起了廣大科研工作者的關(guān)注.羅丹明是1種性能優(yōu)越的染料，其系列衍生物通常具有較大的摩爾吸光系數(shù)以及較高的量子產(chǎn)率.由于羅丹明具有特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因此它是1種設(shè)計(jì)熒光分子開關(guān)的理想模型，由它制成的熒光探針可用于測定許多金屬離子、生物活性物質(zhì)及生物分子.作為熒光標(biāo)記物，羅丹明在熒光探針方面的研究中得到了廣泛應(yīng)用.已有一些羅丹明衍生物作為高靈敏、高選擇性的Hg2+熒光探針被報(bào)道出來[14-32].黃春暉課題組構(gòu)建的羅丹明B可以作為熒光探針在細(xì)胞中檢測Hg2+[33].Shiraishi課題組合成的熒光探針與Hg2+形成絡(luò)合比為1∶2的絡(luò)合物，導(dǎo)致該探針羅丹明部分開環(huán)，發(fā)出橙色熒光[34].雖然以往關(guān)于羅丹明B酰肼衍生物的熒光探針報(bào)道較多，但三足羅丹明B酰肼衍生物類探針卻鮮有報(bào)道.因此，本文以羅丹明B酰肼與均苯三甲醛為原料通過Schiff反應(yīng)合成了1個(gè)三足羅丹明B酰肼席夫堿化合物，研究了該物質(zhì)的光譜性質(zhì)在金屬離子加入前后的變化.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及測試儀器

試劑：羅丹明B(分析純)，成都科龍化工試劑廠；AgNO3(分析純)，上海旭達(dá)精細(xì)化工廠；水合肼(98%)、POCl3、金屬高氯酸鹽均為北京百靈威科技有限公司購買；柱層析硅膠(200～300目)，青島海洋化工廠；CH2Cl2、DMF、無水乙醇、石油醚、冰醋酸、乙腈、乙酸乙酯均為分析純，產(chǎn)地均為天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司.羅丹明B酰肼和均苯三甲醛按照文獻(xiàn)[35-36]合成.

測試儀器：Mercury Plus 400型核磁共振波譜儀(以四甲基硅烷為內(nèi)標(biāo))；Bruker amaZon SL型質(zhì)譜儀(ESI-MS)；Thermo Nicolet AVATAR 360 FT/IR紅外光譜儀；Varian Cary-100型紫外-可見分光光度計(jì)；Hitachi F-4600型熒光分光光度計(jì).

1.2 探針席夫堿化合物1的合成與表征

將羅丹明B 酰肼(844 mg, 1.85 mmoL)、均苯三甲醛(50 mg, 0.31 mmoL)和50 mL乙醇在85℃油浴中加熱回流24 h，反應(yīng)過程中生成黃色不溶固體.冷卻至室溫，抽濾，固體經(jīng)乙醇洗滌干燥后得粗產(chǎn)物.將粗產(chǎn)物用硅膠柱分離，以V(CH2Cl2)∶V(乙酸乙酯)=10∶1為淋洗劑得淡黃色固體產(chǎn)物324 mg，產(chǎn)率71%.1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ= 1.16 (t,J= 6.8 Hz, 36H), 3.25～3.38 (m, 24H), 6.16 (d,J= 8.8 Hz, 6H), 6.49 (s, 3H), 6.54 (s, 9H), 7.05 (d,J=7.6 Hz, 3H), 7.36～7.44 (m, 6H), 7.69 (s, 3H), 7.87 (s, 3H), 7.96 (d,J=7.2 Hz, 3H). ESI-MS(m/z):1477.92 (M + H)+. IRνmax(KBr, cm-1): 3447 s (br), 1690 m, 1634 s, 1615 s, 1545 m, 1515 s, 1466 w, 1425 w, 1381 w, 1305 m, 1265 m, 1220 m, 1119 s, 1079 w, 1020 w, 821 w, 786 w, 757 w, 702 w, 620 w, 537 w, 414 w. 化合物1的合成線路見圖1

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物1對金屬離子響應(yīng)的熒光光譜

為進(jìn)一步檢驗(yàn)傳感器1對Hg2+檢測的靈敏度，以及與Hg2+之間的線性關(guān)系，開展了化合物1與不同濃度Hg2+響應(yīng)的熒光滴化合物定實(shí)驗(yàn).把Hg2+逐漸滴加到化合物1(10-4mol/L)的乙醇-DMF (V/V=4∶1)溶液中，如圖4所示，配合物的熒光強(qiáng)度隨著Hg2+濃度的增加而增強(qiáng)，當(dāng)Hg2+的濃度達(dá)到200當(dāng)量時(shí)，作用基本完全，化合物1的熒光發(fā)射峰紅移至615 nm.熒光滴定實(shí)驗(yàn)可以用公式log[(I-Imax)/(Imin-I)]=nlog[Hg2+]+ logKs來分析[37]，Imax和I分別是加入Hg2+前后的熒光強(qiáng)度，Imin是最終熒光強(qiáng)度，n是結(jié)合系數(shù)，Ks是結(jié)合常數(shù).以log[(I-Imax)/(Imin-I)]對log[Hg2+]作圖得到一條直線(R=0.948 8)，如圖 5所示，從該直線計(jì)算得到Hg2+與化合物1的結(jié)合常數(shù)logKs為6.22，結(jié)合系數(shù)n為3.0.由結(jié)合系數(shù)n說明化合物1與Hg2+是1∶3結(jié)合.逐漸降低化合物1與Hg2+的濃度，測定兩者濃度變化時(shí)的熒光強(qiáng)度，得到化合物1(10-7mol/L)對Hg2+的檢測限為3×10-7mol/L，這個(gè)檢測限使得化合物1可以檢測環(huán)境中很微量存在的汞離子.

2.2 陽離子競爭實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)共存金屬離子對化合物1專一選擇性的影響，開展了陽離子競爭實(shí)驗(yàn).在化合物1(10-4mol/L)的乙醇-DMF (V/V=4∶1)溶液中，分別加入200當(dāng)量的各種金屬離子，然后再繼續(xù)加入200當(dāng)量的Hg2+，測試各試樣的熒光光譜變化情況.如圖 6所示，在沒有加入Hg2+時(shí)，其它金屬離子使化合物1的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)幅度較小或者基本不會引起熒光強(qiáng)度的變化(紅色柱形圖)；當(dāng)向上述溶液中加入Hg2+后，各溶液的熒光強(qiáng)度均有顯著增強(qiáng)，增強(qiáng)的幅度與單獨(dú)加入200當(dāng)量的Hg2+基本相同(綠色柱形圖).這說明只有Hg2+才能引起配合物的熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，其它金屬離子對Hg2+的識別沒有干擾.

2.3 化合物1對Hg2+響應(yīng)的紫外可見吸收光譜

Hg2+對化合物1性質(zhì)的影響還可以通過紫外-可見光譜滴定來研究.如圖7所示.當(dāng)把Hg2+(0～1.8×10-3mol/L)加入到1(10-5mol/L)的V(乙醇)∶V(DMF)=4∶1溶液中，化合物1的紫外-可見吸收光譜吸收強(qiáng)度隨著Hg2+濃度的增加而增大.化合物1在563 nm處的吸收峰顯著增強(qiáng)，在315 nm處的吸收峰藍(lán)移到310 nm并增色19%；255和246 nm處的吸收峰分別藍(lán)移到242和233 nm；同時(shí)352、423、525 nm左右出現(xiàn)了3個(gè)新的吸收峰(肩峰).

3 結(jié)語

本文以羅丹明B、水合肼、均苯三甲醛為原料，合成了1種高靈敏、高選擇性的新型Hg2+熒光探針化合物1.該化合物可在室溫下檢測Hg2+，使溶液由無色變?yōu)榉奂t色，而在該條件下，加入Na+、Ag+、Li+、Cu2+、Ni2+、Cd2+、Co2+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Pb2+、Mn2+、Cr3+、Fe3+沒有觀察到明顯的熒光和吸收響應(yīng)，只有Zn2+有較弱的響應(yīng).在有多種金屬離子共存時(shí)，化合物1對于Hg2+的響應(yīng)同樣具有較高的選擇性.因此，有可能在不需要儀器的情況下，很方便的用“肉眼”檢測 Hg2+.化合物1在生物、藥物、環(huán)境等系統(tǒng)中Hg2+污染、濃度變化等方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值.