熒光性質(zhì)的研究吡哆醛雙縮二氨基硫脲金屬配合物

魯曉莉，劉寶全，王劍鋒

(大連民族大學(xué) 生物技術(shù)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116605)

1864年Schiff首次報(bào)道了伯胺與羰基化合物之間發(fā)生的縮合反應(yīng)，其反應(yīng)實(shí)質(zhì)為親和加成反應(yīng)[1]。親核試劑為胺類化合物，其結(jié)構(gòu)中所帶孤對(duì)電子的氮原子進(jìn)攻羰基中帶正電荷的碳原子，形成中間產(chǎn)物α-羥基胺類化合物，進(jìn)一步脫水形成希夫堿(Schiff base)。氨基硫脲類希夫堿是一類重要的有機(jī)化合物，如圖1。氨基硫脲是指化合物NH2-NH-CS-NH-NH2，其中氨基與醛或酮羰基縮合，成為縮氨基硫脲，分子中氮原子上的氫，可被烷基、芳香基取代，從而形成一系列性質(zhì)不同的縮氨基硫脲類試劑，因其結(jié)構(gòu)中的雜原子, 而具有多種生物活性，同時(shí)這些雜原子又有很強(qiáng)的配位作用，可以通過(guò) S、N提供電子對(duì)和金屬離子生成螯合物[2]。

希夫堿在與金屬進(jìn)行配位時(shí)其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)使得配位方式靈活多樣，通常存在硫酮式和硫醇式的互變異構(gòu)，亦或以中性與陰離子的形式與金屬進(jìn)行配位，其中亞胺的N，肼基的N、S以及胺基N均可參與配位，是胺基硫脲類希夫堿與金屬配位結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要原因之一[3]。希夫堿及金屬配合物在醫(yī)藥、催化、染料、腐蝕以及分析化學(xué)等眾多領(lǐng)域均有重要應(yīng)用[4]。在醫(yī)藥領(lǐng)域，希夫堿金屬配合物具有抗癌[5]、抑菌[6]、抗病毒[7]等生物活性；在催化領(lǐng)域，希夫堿的鈷和鎳配合物已作為催化劑使用[8]；在染料領(lǐng)域，該配合物因受pH調(diào)控具有顏色的變化，色度豐富飽滿[9]；在腐蝕領(lǐng)域，某些芳香族的希夫堿常作為銅的緩蝕劑[10]；在分析領(lǐng)域，希夫堿作為良好的配體，可以用來(lái)鑒別鑒定金屬離子以及定量分析金屬離子的含量[11]；希夫堿金屬配合物也展示出了熒光性[12-13]，熒光探針靈敏度高、選擇性好、不受外界電磁場(chǎng)影響，在化學(xué)生物學(xué)和分析化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，本文對(duì)具有希夫堿結(jié)構(gòu)的吡哆醛雙縮二氨基硫脲及其金屬配合物熒光性質(zhì)進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：Varian Mercury plus400核磁共振儀；Bruker Daltonics Bio TOF型質(zhì)譜儀，美國(guó)布魯克·道爾頓公司(Bruker DaltonicInc.)；熒光分光光度計(jì)為Perkin Elmer公司；紫外分光光度計(jì)為日本島津公司；精密酸堿計(jì)為上海理達(dá)儀器廠；顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀為北京泰克儀器有限公司。

試劑：鹽酸吡哆醛(98%，日本W(wǎng)ako)；硫代氨基脲(99%，福晨化學(xué))；二硫化碳；80%水合肼；硫酸銅；醋酸鉛；氯化鎳；硫酸錳；醋酸鋅；氯化鐵；硝酸鈷，均為科密歐分析純?cè)噭?/p>

1.2 方 法[14]

1.2.1 1,3-二氨基硫脲的合成

取80%水合肼100 mL于圓底燒瓶中，加入適量去離子水，冰水浴，使用磁力攪拌器攪拌30 min，量取41.5 mL CS2加入到恒壓分液漏斗中，緩慢滴加，時(shí)長(zhǎng)在1h左右，室溫?cái)嚢?0 min，至黃色沉淀析出后，加入6 g NaOH，水浴加熱升溫至75～85 ℃，反應(yīng)10 h，產(chǎn)生的H2S氣體用導(dǎo)氣管導(dǎo)入氫氧化鈉溶液中進(jìn)行吸收，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，抽濾得到析出的白色顆粒狀固體；再用甲醇對(duì)濾渣進(jìn)行洗滌，重復(fù)三次，最后用無(wú)水乙醇重結(jié)晶，得白色棒狀結(jié)晶，真空干燥24 h，得目標(biāo)產(chǎn)物1,3-二氨基硫脲，產(chǎn)率90%。

1.2.2 吡哆醛雙縮二氨基硫脲(PyMAT)的合成

稱取1,3-二氨基硫脲0.1327 g(1.25 mmol)倒入小燒杯中，加入少許去離子水和兩滴濃鹽酸，50 ℃預(yù)熱至完全溶解；另取一小燒杯稱取鹽酸吡哆醛0.5000 g(2.5 mmol)加入15 mL無(wú)水乙醇溶解，50 ℃加熱至完全溶解，緩慢倒入1,3-二氨基硫脲水溶液，快速攪拌，水浴加熱至80 ℃反應(yīng)30 min，冷卻至室溫，有棕色沉淀析出，減壓抽濾，用去離子水反復(fù)沖洗數(shù)次，至濾餅變?yōu)槌壬?；再?0%的經(jīng)HCl酸化的乙醇溶液溶解濾餅，加熱至固體完全溶解，冷卻至室溫后抽濾，真空干燥的黃色粉末，產(chǎn)率82.5%，熔點(diǎn)253～256 ℃。1H-NMR in DMSO-d6/ppm:12.85(s,2H,-NH-), 8.31(d,2H,pyridoxal), 8.20(d,2H,-CH=), 4.77(d,2H,-CH2-), 2.63(d,6H,-CH3)。HRMS: C17H21N6O4S for +, found 405.1335, calculated 405.1340。

1.2.3 吡哆醛雙縮二氨基硫脲金屬配合物的合成

以銅配合物為例：吡哆醛雙縮二氨基硫脲100 mg (0.25 mmol)溶解于50mL乙醇中，加入CuSO450 mg (0.25 mmol)，水浴加熱60 ℃回流反應(yīng)1 h，冷卻至室溫后抽濾，沉淀用甲醇洗滌3次，真空干燥，得深棕色產(chǎn)品。金屬鹽水溶液具有不同的顏色，反應(yīng)過(guò)程中可根據(jù)顏色變化判斷反應(yīng)是否完成。

表1 吡哆醛雙縮二氨基硫脲與金屬離子形成的配合物

2 結(jié)果與討論

2.1 吡哆醛雙縮二氨基硫脲(PyMAT)的熒光檢測(cè)結(jié)果

PyMAT熒光檢測(cè)結(jié)果如圖2。

吡哆醛雙縮二氨基硫脲的激發(fā)光波長(zhǎng)為291 nm，在酸性條件下，發(fā)射光波長(zhǎng)為390 nm，在中性與堿性條件下，發(fā)射光波長(zhǎng)為442 nm，熒光強(qiáng)度為600～1 000 a.u.。吡哆醛雙縮二氨基硫脲原溶液pH為3.09，熒光強(qiáng)度為896 a.u，隨著pH值的改變，熒光強(qiáng)度也有所改變，幾乎都大于500 a.u.，pH 2.49和pH 12.43時(shí)，均出現(xiàn)較大熒光強(qiáng)度，只有當(dāng)pH 5.50時(shí)，熒光強(qiáng)度明顯減弱。通過(guò)紫外光譜分析，pH 2～12之間，出現(xiàn)明顯的吸收減小到吸收增大的過(guò)程。

2.2 吡哆醛雙縮二氨基硫脲與不同金屬配合物的熒光檢測(cè)

將吡哆醛雙縮二氨基硫脲分別與Cu2+，Mn2+，Pb2+，Zn2+，F(xiàn)e3+，Ni2+，Co2+形成金屬離子配合物，并對(duì)其所形成的金屬離子配合物進(jìn)行熒光檢測(cè)，結(jié)果如圖3。隨著pH的變化，不同配合物的發(fā)射波長(zhǎng)和熒光強(qiáng)度都有明顯的變化，發(fā)射波長(zhǎng)均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。

綜上所述，總結(jié)得出吡哆醛雙縮二氨基硫脲與其不同金屬離子所形成的配合物均有熒光現(xiàn)象，且發(fā)射波長(zhǎng)不同，但是隨著pH值的變化，熒光強(qiáng)度會(huì)隨之變化，見(jiàn)表2。

吡哆醛雙縮二氨基硫脲本身具有熒光性質(zhì)，與不同的過(guò)渡金屬離子形成的配合物具有不同的顏色，也展示出不同的熒光光譜的特征，這主要是金屬離子的加入改變了吡哆醛雙縮二氨基硫脲的配位鍵合性能；pH對(duì)吡哆醛雙縮二氨基硫脲與金屬離子配合物的熒光性質(zhì)具有明顯的影響，這主要是酸堿度對(duì)其配位能力的改變。其中PyMAT-Cu2+，PyMAT-Mn2+，PyMAT-Pb2+，PyMAT-Ni2+四種金屬離子配合物受pH的影響較大，只有在強(qiáng)酸獲強(qiáng)堿的條件下才具有較強(qiáng)的熒光現(xiàn)象，弱酸弱堿時(shí)熒光強(qiáng)度均低于200 a.u.，且發(fā)射波場(chǎng)均隨著pH值的增大而增大；而PyMAT-Fe3+，PyMAT-Co2+兩種金屬離子配合物隨pH值增大同一發(fā)射波長(zhǎng)處的熒光強(qiáng)度逐漸減弱，但最小熒光強(qiáng)度均高于200 a.u.；但最有意思的是PyDith-Zn2+配合物，該配合物的熒光強(qiáng)度在37 6 nm時(shí)隨pH增大而減小，當(dāng)pH 8.4時(shí)熒光強(qiáng)度最低，再隨著pH逐漸增大，447 nm處的熒光強(qiáng)度又逐漸增大，呈現(xiàn)一種U型變化趨勢(shì)。

3 結(jié) 論

吡哆醛雙縮二氨基硫脲(PyMAT)與過(guò)渡金屬離子形成的配合物展示出了一定的熒光性質(zhì)，且此熒光現(xiàn)象隨pH的變化而變化。本實(shí)驗(yàn)主要選擇了七種不同金屬離子化合物與PyMAT形成金屬配合物，其中受pH影響較大的金屬離子配合物為PyMAT-Cu2+，PyMAT-Mn2+，PyMAT-Pb2+，PyMAT-Ni2+，隨著溶液由強(qiáng)酸至強(qiáng)堿的變化，它們的熒光強(qiáng)度變化十分明顯，只有在強(qiáng)酸強(qiáng)堿時(shí)才具有較強(qiáng)的熒光現(xiàn)象，弱酸弱堿時(shí)熒光強(qiáng)度幾乎沒(méi)有，可作為水溶液中酸堿變化的熒光指示劑；雖然PyDith-Zn2+配合物也有類似的變化現(xiàn)象，但是該配合物隨著pH的變化呈現(xiàn)處U型趨勢(shì)，在pH8～14時(shí)熒光強(qiáng)度逐漸增大，可作為熒光標(biāo)識(shí)劑；而PyMAT-Fe3+，PyMAT-Co2+兩種金屬離子配合物則與其他的配合物相反，隨著pH的增大，熒光強(qiáng)度顯現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)，但最低熒光強(qiáng)度均比其他配合物的熒光強(qiáng)度高，可作為一種酸堿變化較大的熒光指示劑。