一種新型氧雜蒽熒光探針的設(shè)計(jì)與合成

李愛勤，馬志偉

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 理學(xué)部，河南 鄭州 450046)

0 前言

分子熒光染料的發(fā)展一直是分子傳感和分子成像技術(shù)等領(lǐng)域的一個(gè)引人注目的研究課題。氧雜蒽類熒光染料由于具有高消光系數(shù)、高量子產(chǎn)率和良好的生物相容性，受到廣泛關(guān)注。熒光素類和羅丹明類衍生物是最常見的氧雜蒽類熒光團(tuán)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)中的熒光探針、染料激光器和染料敏化太陽(yáng)能電池的光敏劑等的開發(fā)應(yīng)用中。然而，常見的熒光素類染料存在一些不足，如在強(qiáng)光照下不可逆的光漂白，對(duì)識(shí)別溶劑體系的酸堿度比較敏感，容易受到背景體系熒光干擾等不良熒光性質(zhì)。羅丹明衍生物在濃縮溶液中或在固體上摻雜時(shí)也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的平行π—π堆積二聚體的傾向，導(dǎo)致發(fā)射猝滅和低光敏性的應(yīng)用。以上這些固有缺陷限制了它們作為熒光標(biāo)簽和示蹤劑的應(yīng)用。因此，近年來(lái)，設(shè)計(jì)和合成具有生物應(yīng)用價(jià)值的新型發(fā)光材料一直是一個(gè)引人注目的研究課題。因?yàn)闊晒鈽?biāo)記和示蹤劑的靈敏度與熒光團(tuán)的吸光度和量子數(shù)成正比產(chǎn)量，高消光系數(shù)的信號(hào)熒光團(tuán)、量子產(chǎn)率、光穩(wěn)定性、pH值獨(dú)立性和通常需要在各種溶劑中溶解。用一個(gè)羅丹明與熒光素的獨(dú)特結(jié)合結(jié)構(gòu)，是很有趣的熒光標(biāo)記和示蹤劑的候選者，因?yàn)樗鼈兝^承了熒光素和羅丹明，如高消光系數(shù)、量子產(chǎn)率、光穩(wěn)定性和在各種溶劑中的溶解性。

鑒于此，我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了一個(gè)結(jié)合羅丹明和熒光素共同優(yōu)點(diǎn)的新型氧雜蒽熒光團(tuán)(compound1)。參考文獻(xiàn)報(bào)道，乙?；Ｓ糜谒想碌淖R(shí)別基團(tuán)，本文通過(guò)將乙酰氯與新型氧雜蒽熒光團(tuán)(compound1)中的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)得到可以用于水合肼識(shí)別的熒光探針(N2H4P1)。該探針通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步合成方法合成，反應(yīng)條件溫和，后處理方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高，探針結(jié)構(gòu)通過(guò)核磁氫譜、核磁碳譜和高分辨質(zhì)譜的表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 合成路線

合成路線如圖1所示。

圖1 合成路線

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；集熱式磁力攪拌器DF-101S，上海力辰邦西儀器科技有限公司；AR123型電子天平，上海菁海儀器制造廠；齊威ZF-1臺(tái)式三用紫外線分析儀，杭州齊威儀器有限公司；SHB-IV臺(tái)式循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；Q-Exactive型高分辨質(zhì)譜儀，Thermo；DTX-400型核磁共振儀，Bruker。

1.3 試劑和溶劑

2-(4-二乙氨基-2-羥基苯甲?；?、1,4-萘二酚、甲磺酸、乙酰氯、三乙胺，均為分析純，購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；所用甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯等分析純?nèi)軇?，均?gòu)自天津科密歐試劑公司；48～75 μm(200～300目)柱層析硅膠(青島海洋化工有限公司)。

1.4 合成方法

中間體(compound 1)為已知物，其合成方法參考文獻(xiàn)合成，其合成方法如下：100 mL的單口燒瓶中，分別加入2-(4-二乙氨基-2-羥基苯甲酰基)苯甲酸(1.57 g，5 mmol)，1,4-萘二酚(0.96 g，6 mmol)和甲磺酸(10 mL)混合攪拌，85 ℃條件下反應(yīng)約4 h。薄層色譜檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完全后，加入30 mL的飽和碳酸氫鈉溶液至上述反應(yīng)體系中攪拌反應(yīng)約1 h。分批次加入乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)相，有機(jī)相采用無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、濃縮得到粗產(chǎn)品固體。粗產(chǎn)品采用甲醇重結(jié)晶，得到紅色固體1.97 g，產(chǎn)率90 %。

探針(N2H4P1)的具體合成方法如下：100 mL的單口燒瓶中，分別將中間體compound 1(436 mg，1 mmol)，無(wú)水三乙胺(0.5 mL)混合于15 mL無(wú)水二氯甲烷中，攪拌條件下，滴加入含有草酰氯(156 mg，2 mmol)的5 mL無(wú)水二氯甲烷溶液。室溫?cái)嚢璺磻?yīng)約24 h，薄層色譜檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完全后，分兩次加入15 mL飽和食鹽水洗滌。收集有機(jī)相，有機(jī)相采用無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、濃縮、柱層析分離(洗滌液為二氯甲烷：甲醇，體積比為25∶1)得到淺紅色固體431.1 mg，產(chǎn)率90%。1H NMR (400 MHz，CDCl3，TMS)：δ1.25(t，J=6.0 Hz，6H)，2.36(s，3H)，3.43(q，J=6.7 Hz，4H)，6.46(dd，J=4.0 Hz，1H)，6.54(s，1H)，6.66(m，2H)，7.24 (d，J=8.0 Hz，1H)，7.68(m，4H)，7.79(d，J=8.0 Hz，1H)，8.08(d，J=8.0 Hz，1H)，8.65(d，J=8.0 Hz，1H)；13C NMR ( 100 MHz，CHCl3)：δ12.6，20.8，44.5，84.3，97.7，104.7，109.0，112.4，115.4，121.4，122.8，124.2，124.9，25.0，126.9，127.0，127.8，128.1，128.8，129.7，135.1，142.0，145.6，149.6，152.4，153.3，169.3，169.4；HRMS m/z calcd for C30H26NO5[M+H+]+480.181 1，found 480.177 8。

2 識(shí)別機(jī)理

結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道，水合肼可以促進(jìn)苯酚乙酸酯的水解[4]。我們提出了探針N2H4P1識(shí)別水合肼的可能的識(shí)別機(jī)理如圖2所示。

圖2 探針對(duì)水合肼的識(shí)別機(jī)理

水合肼促進(jìn)了探針結(jié)構(gòu)中苯酚乙酸酯的水解得到具有熒光的熒光團(tuán)compound 1，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水合肼的專一性識(shí)別。采用高分辨質(zhì)譜對(duì)上述識(shí)別機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證。高分辨質(zhì)譜結(jié)果顯示，當(dāng)探針溶液中加入水合肼以后，正離子模式下出現(xiàn)了一根m/z=438.171 5峰，與單獨(dú)熒光團(tuán)compound 1的理論計(jì)算值438.170 5[M+H+]+一致。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了探針對(duì)水合肼的識(shí)別機(jī)理，證明了探針可以應(yīng)用于水合肼的檢測(cè)。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并合成了一種兼具羅丹明和熒光素優(yōu)點(diǎn)的新型氧雜蒽類熒光探針(N2H4P1)，探針結(jié)構(gòu)未見文獻(xiàn)報(bào)道。從原料到產(chǎn)物通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步反應(yīng)得到，方法簡(jiǎn)單，最終目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率較高。探針結(jié)構(gòu)中含有對(duì)水合肼具有特異性反應(yīng)的乙?；Y(jié)構(gòu)，其對(duì)水合肼識(shí)別的分析光譜性能仍在進(jìn)一步地研究中。