一種新型香豆素-喹啉熒光探針的制備和特性研究

林大勇，付江堂，周婷婷，祝晶晶，谷迎春*，任雪玲

(1.安達(dá)市多森新材料科技有限公司，黑龍江 安達(dá) 151400；2.齊齊哈爾龍珠涂料有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；3.天津城建大學(xué) 理學(xué)院 天津市化工廢水源頭減排與資源化工程技術(shù)中心，天津 300384；4.鄭州大學(xué) 河南省腫瘤重大疾病靶向治療和診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001)

熒光探針是在紫外-可見(jiàn)-近紅外區(qū)具有特征熒光，且其熒光性質(zhì)可隨所處環(huán)境的性質(zhì)改變而靈敏地改變的一類(lèi)熒光性分子[1]。香豆素類(lèi)的熒光性質(zhì)可以很容易被調(diào)控，它的熒光量子產(chǎn)率也是比較高的，Stokes位移大、光穩(wěn)定性好。改性的香豆素具有更長(zhǎng)的吸收波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)[2]，如7-羥基香豆素-半菁雜化染料，其吸收波長(zhǎng)為485～643 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為620～722 nm，但是其熒光量子產(chǎn)率非常低[3]。喹啉是一個(gè)大的共軛體系，可以很容易地產(chǎn)生π到π*的電子躍遷，喹啉基衍生物不僅具有較強(qiáng)的熒光，而且其雜環(huán)氮原子能參與配位，即同時(shí)具有識(shí)別和熒光功能[4]。1987年，N-( 6-甲氧基-8-喹啉基) 對(duì)甲苯磺酰胺首次用于活體細(xì)胞Zn2+成像，此后以喹啉為母核的Zn2+熒光探針發(fā)展迅速。N,N-二(2-吡啶甲基)胺在鋅離子熒光探針的設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，N,N-二(2-吡啶甲基)胺能提供3個(gè)氮原子，是明確的中性Zn2+配體。Li Yiming[5]等人報(bào)道的基于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移原理的Zn2+熒光探針1，與Zn2+結(jié)合后熒光增強(qiáng)13倍，熒光量子產(chǎn)率由0. 035增大至0.610。該研究組[6]在2012年又合成了2-甲基喹啉Zn2+探針2，螯合促進(jìn)熒光增強(qiáng)和抑制光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移共同導(dǎo)致化合物熒光增強(qiáng)。2的熒光性質(zhì)與1相似，因而可將其作為生物相容性熒光探針用于生物檢測(cè)。

本文根據(jù)熒光探針的設(shè)計(jì)原理和香豆素、啉類(lèi)熒光探針的特性，設(shè)計(jì)合成一種新型香豆素-喹啉新型熒光探針，其具有很好的選擇性，對(duì)待測(cè)物質(zhì)的敏感度比較高，能夠更加準(zhǔn)確的選擇待測(cè)物等等。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

咔唑，天津市江天化工有限公司；哌啶、三氯氧磷，天津市化學(xué)試劑二廠；1-溴代正辛烷，阿拉??；4-甲基喹啉，上海喬木化學(xué)科技有限公司；3-溴丙胺氫溴酸鹽，上海海曲化學(xué)有限公司；羅丹明B，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；硅膠板(GF254)、柱層析硅膠，青島海洋化工分廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 7-二乙氨基香豆素的合成

將二乙氨基-2-羥基苯甲醛放入圓底燒瓶中，分別加入丙二酸二乙酯、哌啶和無(wú)水乙醇，攪拌并回流反應(yīng)8 h，蒸除溶劑。向殘留物中加入混合酸，攪拌8 h進(jìn)行水解反應(yīng)。倒入冰水中，然后用NaOH溶液調(diào)至pH值為6左右。磁力攪拌30 min后，過(guò)濾，水洗，干燥，乙醇重結(jié)晶，干燥得到產(chǎn)物白色粉末，產(chǎn)量16.4 g，產(chǎn)率76%，熔點(diǎn)在68～70℃。

1.2.2 7-二乙基氨基香豆素-3-醛的合成

向7-二乙氨基香豆素中加入DMF，再逐漸滴加三氯氧磷，0℃下攪拌30 min進(jìn)行蒸餾。在60℃條件下攪拌12 h，然后倒入冰水中。加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值。將得到的粗產(chǎn)物在漏斗中進(jìn)行過(guò)濾，洗滌，干燥，最后用無(wú)水乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，干燥得到產(chǎn)物橘黃色固體，產(chǎn)量7.1 g，產(chǎn)率為72%，熔點(diǎn)是70～72℃。

1.2.3 4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽

向單口燒瓶中放入4-甲基喹啉和1,4丁磺酸內(nèi)脂，溫度控制在140℃，反應(yīng)1 h。用薄層色譜法實(shí)時(shí)監(jiān)控，直到原料反應(yīng)完全。停止反應(yīng)，冷卻到室溫后，向單口圓底燒瓶中加入乙酸乙酯分散，得到的液體進(jìn)行抽濾，干燥得到產(chǎn)物米白色固體顆粒，產(chǎn)量2.5 g，產(chǎn)率為63.46%，熔點(diǎn)是198～200℃。

1.2.4 熒光探針XDS-1的合成

分別將7-二乙基氨基香豆素-3-醛和4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽溶溶于乙醇中，將二者倒入燒瓶中，滴入3滴哌啶，油浴加熱，溫度控制在90℃，磁力攪拌反應(yīng)12 h。然后冷卻至室溫。除去溶劑，得到的產(chǎn)物進(jìn)行柱層析分離，選用二氯甲烷和甲醇作為展開(kāi)劑，分離出未反應(yīng)完全的原料和反應(yīng)產(chǎn)物，除去溶劑，得到的產(chǎn)物乙酸乙酯攪拌溶解，抽濾干燥得到黑金色固體顆粒。產(chǎn)量0.02 g，產(chǎn)率為13.3%，熔點(diǎn)是270～272℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 XDS-1紅外光譜的測(cè)定

圖1給出了XDS-1的紅外光譜圖，從圖中可以看出，XDS-1在3422 cm-1處有很明顯的特征峰，說(shuō)明XDS-1分子中存在伯氨基，是4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽的伯氨基；在2967 cm-1處出現(xiàn)的特征峰屬于雙鍵及苯環(huán)的不飽和碳的C-H鍵；在1650 cm-1處出現(xiàn)的伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明該熒光探針具有碳-碳雙鍵結(jié)構(gòu)。在1554 cm-1和1450 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，說(shuō)明該熒光探針存在苯環(huán)骨架結(jié)構(gòu)，表明4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽和7-二乙基氨基香豆素-3-醛的苯環(huán)結(jié)構(gòu)有被保留。在1750 cm-1和1150 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，說(shuō)明該熒光探針具有羰基結(jié)構(gòu)，表明該熒光探針存在7-二乙基氨基香豆素-3-醛的羰基結(jié)構(gòu)。

圖1 XDS-1的紅外光譜譜圖

2.2 不同溶劑對(duì)XDS-1光譜特性的影響

由于不同溶劑的極性、及氫鍵與介電常數(shù)不同，不同溶劑對(duì)該熒光探針的熒光特性具有一定的影響。在室溫下，對(duì)XDS-1在不同溶劑下的溶液進(jìn)行紫外-可見(jiàn)吸光光譜測(cè)定，如圖2 所示；對(duì)上述不同溶劑的熒光探針溶液進(jìn)行熒光發(fā)射光譜的測(cè)定，如圖3所示。最大吸收波長(zhǎng)是DCM，其值達(dá)到了565 nm，最小的是EAC，其值為520 nm。Stokes位移值在不同溶劑內(nèi)都比較大，說(shuō)明該熒光探針很好的避免了激發(fā)光對(duì)發(fā)射信號(hào)的干擾，以及生物熒光背景干擾。由此說(shuō)明XDS-1紫外-可見(jiàn)吸收光譜波長(zhǎng)長(zhǎng)，熒光發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)，Stokes位移大。

圖2 XDS-1在不同溶劑中的紫外-可見(jiàn)吸光光譜

圖3 XDS-1在不同溶劑中的熒光探針光譜

2.4 XDS-1核磁共振譜

圖4 XDS-1核磁共振譜圖

圖4給出了XDS-1的核磁共振圖，可以看出，化學(xué)位移為1.15～1.18 ppm、1.93～2.18 ppm、2.45～2.76 ppm、3.87～3.94 ppm、4.80～4.92 ppm的H應(yīng)歸屬為-CH2-結(jié)構(gòu)。其中化學(xué)位移為1.15～1.18 ppm、1.93～2.18 ppm的H應(yīng)歸屬為戊基上的-CH2- 結(jié)構(gòu)，2.45～2.76 ppm應(yīng)歸屬為季胺堿=N+-結(jié)構(gòu)的H的化學(xué)位移，3.76～3.85 ppm應(yīng)歸屬為-COOC-處的H的化學(xué)位移，4.80～4.92 ppm處應(yīng)歸屬為靠近香豆素的-N-CH2-結(jié)構(gòu)的H的化學(xué)位移；化學(xué)位移8.05～8.14 ppm、8.98～9.01 ppm應(yīng)歸屬為喹啉上的H。6.78～6.81 ppm、6.89～6.99 ppm應(yīng)歸屬為香豆素上的H的化學(xué)位移。化學(xué)位移7.75～7.95 ppm應(yīng)歸屬為C=C結(jié)構(gòu)的H。結(jié)合紅外光譜譜圖，說(shuō)明本論文的合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)正確。

3 結(jié)論

本文合成了一種新型香豆素-喹啉新型熒光探針XDS-1，通過(guò)核磁氫譜、紅外光譜等表征表明結(jié)構(gòu)正確，通過(guò)紫外光譜、熒光光譜等測(cè)試表明不同溶劑對(duì)該熒光探針光譜特性產(chǎn)生很大影響，當(dāng)溶劑的極性增加，該熒光探針的紫外最大吸收峰發(fā)生藍(lán)移。