新型2-吡啶芐基胺類羅丹明基活性小分子探針的合成

易春雪,趙 崗,光善儀*,徐洪耀

(1.東華大學(xué) a.化學(xué)化工與生物工程學(xué)院；b.材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620)

羅丹明類染料因?yàn)榱己玫臒晒馓匦裕热巛^大摩爾吸光系數(shù)、可見光區(qū)內(nèi)較長的激發(fā)和發(fā)射波長、強(qiáng)的光穩(wěn)定性、高熒光量子產(chǎn)率以及螺環(huán)和開環(huán)的互變分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的熒光性能差異等而常被作為熒光基團(tuán)[1-4]。三聚氯嗪分子中有3個活潑的氯原子，在很多探針制備過程中被用作活性基團(tuán)，可分級取代形成各種不同性質(zhì)和用途的衍生物[3-5]。

2-吡啶芐基胺及酰胺環(huán)上的氨基均可作為電子的給予體來提供電子對，進(jìn)而和多種金屬離子配位生成金屬離子螯合物，從而實(shí)現(xiàn)對重金屬離子的配位識別。目前研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)并合成了多種以吡啶及其衍生物為識別基團(tuán)的金屬離子熒光探針。2014年，Sheng等[6]合成了含有1%甲醇的水溶性羅丹明-2-吡啶芐基胺類熒光探針，用于Fe3+的檢測；Hou等[7]合成了以香豆素為熒光基團(tuán)的2-吡啶芐基胺類Cu2+熒光探針。這類探針拓寬了配位化學(xué)的研究領(lǐng)域，使得吡啶類衍生物在熒光分析中得到了快速的發(fā)展[8-10]。

Scheme 1

本文以羅丹明B和乙二胺為原料，經(jīng)縮合反應(yīng)制得羅丹明酰乙二胺(1,Rhb)；然后在無水THF中，1與三聚氯嗪的活性氯原子發(fā)生親核取代反應(yīng)，得到羅丹明酰乙二胺-三聚氯嗪化合物(2,Rhbc)；最后在氮?dú)夥障拢衔?與N,N-二甲基吡啶胺反應(yīng)生成一種新型雙(2-吡啶芐基)胺羅丹明基活性小分子探針(3,Rhbd,Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、IR、HR-MS和元素分析表征。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該探針可以識別Fe3+。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

SGWX-4型熔點(diǎn)儀；Bruker AVANCE/DMX 600 MHz型核磁共振儀(氘代氯仿為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Nicolet 8700型傅里葉變換紅外光譜儀(KBr壓片)；VARIAN 310型四極桿質(zhì)譜儀。

1[8-12 ]和2[13-15]按文獻(xiàn)方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1.2 3的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在250 mL三口燒瓶中加入N,N-二甲基吡啶胺0.12 g(0.6 mmol)，K2CO30.17 g(1.2 mmol)和無水THF 10 mL，控制溫度為40～45 ℃,攪拌下滴加2300 mg(0.57 mmol)的無水THF(50 mL)溶液，滴畢(30 min)，攪拌下反應(yīng)15 h(TLC跟蹤)。過濾，濾液旋蒸除溶，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(展開劑:乙酸乙酯/石油醚,V/V=1/4)純化得淡粉紅色固體30.11 g,產(chǎn)率63.3%;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:1.16(t,J=7.0 Hz,12H),3.16～3.17(m,J=6.8 Hz,2H),3.32(q,J=7.0 Hz,8H),3.28～3.29(m,J=6.8 Hz,2H),4.92(s,4H),6.33～7.32(m,6H),7.05～7.07(m,2H),7.44～7.45(m,1H),7.63～7.64(m,1H),7.76～7.77(m,2H),7.73～7.74(m,1H),7.87～7.88(m,1H),8.44～8.46(d,J=8.0 Hz,2H),8.50～8.51(m,2H),11.02(s,1H);13C NMR(400 MHz,CDCl3)δ:12.9,25.4,45.8,47.1,47.4,62.4,97.7,106.5,111.3,119.6,128.0,128.8,128.9,127.7,132.3,139.2,140.6,151.3,160.6,162.8,165.4,167.9,168.1,169.3,172.4,175.3,183.4;HR-MS(ESI)m/z:Calcd for C45H47N10O2ClK{[M+K]+}794.4012,found 794.4021;Anal.calcd for C45H47N10O2Cl:C 67.78,H 6.19,O 4.01,N 17.57,found C 67.77,H 6.20,O 4.03,N 17.56。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

合成1時，為了提高產(chǎn)物純度，采用了柱層析分離。合成2時，由于化合物1容易被氧化，反應(yīng)必須在N2保護(hù)下進(jìn)行。此外，滴加化合物1時速度需要足夠慢。最后由于三聚氯嗪的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，反應(yīng)時間不宜過長。在3的合成中，由于N,N-二甲基吡啶胺與2的反應(yīng)活性不高，通過加熱提高反應(yīng)速度。K2CO3對最終產(chǎn)率有較大影響，用量不宜太多。

2.2 表征

分析1～3的IR譜圖(圖略)可知，對于化合物1，3436 cm-1處特征峰為NH2的伸縮振動吸收峰，3196 cm-1處特征峰為NH的伸縮振動吸收峰，2980 cm-1和2920 cm-1處特征峰為飽和烷基鏈的吸收峰，1712 cm-1處特征峰為羰基的伸縮振動吸收峰，1625 cm-1,1552 cm-1,1387 cm-1處特征峰為苯環(huán)骨架的振動吸收峰，1106 cm-1處特征峰為C—O單鍵的振動吸收峰，對于化合物2，813 cm-1處特征峰為三嗪環(huán)的吸收峰，對于化合物3，3238 cm-1處特征峰為NH的振動吸收峰，1684 cm-1處特征峰為羰基的伸縮振動吸收峰，1524 cm-1處特征峰為C=N雙鍵伸縮振動吸收峰，1280 cm-1處特征峰為C—N振動吸收峰，1120 cm-1處特征峰為C—O的伸縮振動吸收峰。

分析1～3的1H NMR譜圖(圖略)可知，受三嗪環(huán)的去屏蔽作用影響，2轉(zhuǎn)化為3后，2中靠近三嗪結(jié)構(gòu)苯環(huán)上質(zhì)子特征吸收峰向低場移動，并出現(xiàn)了新的質(zhì)子吸收峰δ4.92，歸屬于吡啶環(huán)與三嗪環(huán)連接的CH2的特征峰，δ8.44和δ8.50均為吡啶環(huán)上的質(zhì)子吸收峰。

2.3 離子檢測

圖1和圖2為探針Rhbd和Fe3+絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)吸收光譜和熒光發(fā)射譜圖。由圖1可知，激發(fā)波長為558 nm，Rhbd和Fe3+絡(luò)合物在578 nm處呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的熒光發(fā)射峰。由圖2可知，隨著時間的延長，絡(luò)合物的熒光強(qiáng)度不斷升高，在11 min時達(dá)到穩(wěn)定。

圖3為探針Rhbd對不同金屬離子的FL譜圖。由圖3可見，Rhbd只對Fe3+有響應(yīng)[16-23]，Rhbd-Fe3+的熒光強(qiáng)度是單純探針熒光強(qiáng)度的幾十倍。除Fe3+之外，Pb2+，Cd2+和Fe2+等離子不能與探針Rhbd絡(luò)合。根據(jù)熒光滴定曲線計(jì)算可得其檢出限為30 nM。

λ/nm圖1 乙腈-水溶液中，探針Rhbd和Fe3+絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)吸收光譜和熒光發(fā)射譜圖Figure 1 Excited state absorption spectra and fluorescence emission spectra of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O solution

t/min圖2 乙腈-水溶液中,Rhbd和Fe3+絡(luò)合物的熒光強(qiáng)度Figure 2 The FL intensity of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O(λex=556 nm)

圖3 乙腈-水溶液中,探針Rhbd對不同金屬離子的熒光發(fā)射譜圖Figure 3 FL of Rhbd and different metal ions in MeCN-H2O (λex=558 nm)

圖4 乙腈-水溶液中，探針Rhbd對Fe3+的FL譜圖Figure 4 FL spectra of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O

以羅丹明B為熒光基團(tuán)，活性三聚氯嗪為橋基，連接N,N-二甲基吡啶胺，成功合成了一種新型的可識別Fe3+的活性小分子探針，檢出限為30 nM。合成反應(yīng)條件較溫和，后處理簡單且產(chǎn)率較高，為該類探針衍生物的合成提供了很好的借鑒作用。