一种荧光识别锌离子的有机化合物及其制备和使用方法转让专利
申请号 : CN201610280714.1
文献号 : CN105859706B
文献日 : 2018-04-27
发明人 : 高妍 , 王伟 , 刘清雷 , 董岩 , 钟佳琪
申请人 : 辽宁科技大学
摘要 :
本发明涉及一种荧光识别锌离子的有机化合物及其制备和使用方法，香豆素醛与氨基硫脲进行胺醛缩合，然后再与2‑溴苯乙酮进行环化反应制得；在荧光识别锌离子的有机化合物HM的稀溶液中加入锌离子产生蓝色荧光，加入其它阳离子无荧光变化。本发明的优点是：离子选择性好，能有效区分锌离子和其它阳离子；检测下限低，可以达到1.4nM，可用于化学体系和水体系痕量级锌离子浓度的监测；操作简单，不需要复杂的缓冲体系；识别方便，发光范围在500nm左右，为肉眼可见的蓝色光，拥有实际应用前景；可以用于活体细胞中的锌离子检测。
权利要求 :
1.一种荧光识别锌离子的有机化合物，其特征在于，该有机化合物HM的结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种荧光识别锌离子的有机化合物的制备方法，其特征在于，香豆素醛与氨基硫脲进行胺醛缩合，然后再与2-溴苯乙酮进行环化反应制得，具体操作包括以下步骤：
1)1份的香豆素醛和1～2份的氨基硫脲同时加入到9-12份的冰醋酸和乙醇混合溶剂中，所述混合溶剂的冰醋酸和乙醇的体积比为：1:(5～10)，加热搅拌回流，加热温度为70～
85℃，加热搅拌时间为6～8小时，得到M，M的结构式为：
2)1份的M与1～2份的2-溴苯乙酮加入到12～16份的乙醇溶剂中回流搅拌，搅拌过程中加热75～80℃，加热搅拌时间为8～9小时，制得HM。
3.根据权利要求2所述的一种荧光识别锌离子的有机化合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的乙醇为无水乙醇，步骤2)中所述的乙醇溶剂为无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，其特征在于，在荧光识别锌离子的有机化合物HM的稀溶液中加入锌离子产生蓝色荧光，加入其它阳离子无荧光变化。
5.根据权利要求4所述的一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，其特征在于，在13个10ml透明容量瓶中放置有机化合物HM的稀溶液，在其中分别滴加阳离子Ca2+,Mg2+,Ni2+,Co2+,Cu2+,Hg2+,Zn2+,Ba2+,Ag+,Pb2+,Fe3+,Cr3+,Cd2+的溶液，有机化合物HM稀溶液在滴有锌离子的样品瓶中由无荧光到产生较强的蓝色荧光变化，而滴加其它阳离子的溶液，无荧光变化。
6.根据权利要求4或5所述的一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，其特征在于，所述的有机化合物HM的稀溶液质量百分比为0.376mg/100ml，有机化合物HM的稀溶液为有机化合物HM的DMSO/H2O溶液；其中DMSO/H2O溶液中的二甲基亚砜DMSO与水H2O的体积比为
3:7。
7.根据权利要求1所述的一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，其特征在于，对活的Hep G2细胞中锌离子进行检测，在37℃下5％CO2培养箱中用有机化合物HM染色处理
30分钟的细胞，细胞内观察不到有荧光变化，当用Zn2+处理30分钟后，观察到细胞内有蓝色荧光；所述的有机化合物HM为10μM；Zn2+为20μM。
说明书 :
一种荧光识别锌离子的有机化合物及其制备和使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及化学分析离子检测领域，荧光识别锌离子的有机化合物及其制备和使用方法。
背景技术
[0002] 锌离子是人体内重要的微量元素，它在人体内的含量仅次于铁元素，人体内的很多生理活动，例如，细胞凋亡、基因表达、酶调控等都离不开锌元素。如果缺锌就会导致很多疾病。土壤中锌离子浓度太低或太高都会导致对植物的生长不利。由此可见，不管是在人体内还是在自然界内锌离子都是一种极其重要的物质。对于锌离子的检测常用的方法有能谱，原子吸收光谱以及常规化学分析等，这些方法需要比较昂贵的仪器或比较复杂的操作。如何对它进行简便有效的检测是一个不容忽视的课题。
[0003] 近年来，在离子检测领域，比色法或荧光法由于操作简便、仪器易得等原因而成为研究的热点。有鉴于此，研究一种高选择性、易于制备和应用的锌离子的识别受体化合物是很有意义和商业前景的。
发明内容
[0004] 为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种荧光识别锌离子的有机化合物及其制备和使用方法，操作简单，可有效区分锌离子和其它阳离子，同时可用于活体细胞中的锌离子检测。
[0005] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] 一种荧光识别锌离子的有机化合物，该有机化合物HM的结构式为：
[0007]
[0008] 一种荧光识别锌离子的有机化合物的制备方法，香豆素醛与氨基硫脲进行胺醛缩合，然后再与2-溴苯乙酮进行环化反应制得，具体操作包括以下步骤：
[0009] 1)1份的香豆素醛和1～2份的氨基硫脲同时加入到9-12份的冰醋酸和乙醇混合溶剂中，所述混合溶剂的冰醋酸和乙醇的体积比为：1:(5～10)，加热搅拌回流，加热温度为70～85℃，加热搅拌时间为6～8小时，得到M，M的结构式为：
[0010]
[0011] 2)1份的M与1～2份的2-溴苯乙酮加入到12～16份的乙醇溶剂中回流搅拌，搅拌过程中加热75～80℃，加热搅拌时间为8～9小时，制得HM。
[0012] 步骤1)中所述的乙醇为无水乙醇，步骤2)中所述的乙醇溶剂为无水乙醇。
[0013] 一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，在荧光识别锌离子的有机化合物HM的稀溶液中加入锌离子产生蓝色荧光，加入其它阳离子无荧光变化。
[0014] 一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，在13个10ml透明容量瓶中放置有机化合物HM的稀溶液，在其中分别滴加阳离子Ca2+,Mg2+,Ni2+,Co2+,Cu2+,Hg2+,Zn2+,Ba2+,Ag+,Pb2+,Fe3+,Cr3+,Cd2+的溶液，有机化合物HM稀溶液在滴有锌离子的样品瓶中由无荧光到产生较强的蓝色荧光变化，而滴加其它阳离子的溶液，无荧光变化。
[0015] 所述的有机化合物HM的稀溶液质量百分比为0.376mg/100ml，有机化合物HM的稀溶液为有机化合物HM的DMSO/H2O溶液；其中DMSO/H2O溶液中的二甲基亚砜DMSO与水H2O的体积比为3:7。
[0016] 一种荧光识别锌离子的有机化合物的使用方法，对活的Hep G2细胞中锌离子进行检测，在37℃下5％CO2培养箱中用有机化合物HM染色处理30分钟的细胞，细胞内观察不到2+
有荧光变化，当用Zn 处理30分钟后，观察到细胞内有蓝色荧光；所述的有机化合物HM为10μM；Zn2+为20μM。
有荧光变化，当用Zn 处理30分钟后，观察到细胞内有蓝色荧光；所述的有机化合物HM为10μM；Zn2+为20μM。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0018] 1)离子选择性好，能有效区分锌离子和其它阳离子；
[0019] 2)检测下限低，可以达到1.4nM，可用于化学体系和水体系痕量级锌离子浓度的监测；
[0020] 3)操作简单，不需要复杂的缓冲体系；
[0021] 4)识别方便，发光范围在500nm左右，为肉眼可见的蓝色光，拥有实际应用前景；
[0022] 5)可以用于活体细胞中的锌离子检测。
附图说明
[0023] 图1是带有有机化合物HM的探针在DMSO/H2O溶液中加入金属离子前后的紫外变化图。
[0024] 图2是带有有机化合物HM的探针在DMSO/H2O溶液中加入金属离子前后的荧光变化图。
[0025] 图3是带有有机化合物HM的探针加入锌离子前在Hep G2细胞内的生物成像图(正常光)。
[0026] 图4是带有有机化合物HM的探针加入锌离子后在Hep G2细胞内的生物成像图(正常光)。
[0027] 图5是带有有机化合物HM的探针加入锌离子前在Hep G2细胞内的生物成像图(暗室)。
[0028] 图6是带有有机化合物HM的探针加入锌离子后在Hep G2细胞内的生物成像图(暗室)。
具体实施方式
[0029] 下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
[0030] 实施例一：
[0031] 化合物M的合成：将5mmol的香豆素醛和5mmol的氨基硫脲，溶于10ml无水乙醇和冰醋酸的混合溶剂中，混合溶剂中无水乙醇和冰醋酸的体积比为8:1。加热搅拌7小时，回流至反应结束(TLC跟踪)，加热温度为80℃，冷却有固体析出，抽滤，粗品用柱层析分离(石油醚：二乙＝7:3)，得到淡黄色固体M，收率74％。
[0032] 化合物(HM)的合成：将5mmol化合物M和5mmol溴代苯乙酮溶于25ml无水乙醇中，反应过程中析出大量橘黄色固体，回流至反应结束(TLC跟踪)，抽滤，粗品用柱层析分离(石油醚：二乙＝6:4)，得到橘黄色固体有机化合物HM，收率59％。
[0033] 实施例二：
[0034] 荧光识别锌离子的有机化合物HM，利用香豆素醛与氨基硫脲进行胺醛缩合，然后在与2-溴苯乙酮进行环化反应制得，其结构式为：
[0035] 荧光识别锌离子的有机化合物HM的制备方法：
[0036]
[0037] a)1份香豆素醛和1.2份氨基硫脲同时加入到10份的体积比为：1:6冰醋酸：乙醇的混合溶剂中，加热搅拌回流(加热温度82℃，搅拌时间为8小时)，得到M。
[0038] b)1份的M与1.2份的2-溴苯乙酮加入到15份的无水乙醇中回流搅拌制得有机化合物HM。
[0039] 有机化合物HM的结构式为：
[0040]
[0041] 实施例三：
[0042] 化合物M的合成：将5份的香豆素醛和10份的氨基硫脲，溶于50份无水乙醇和冰醋酸的混合溶剂中，混合溶剂中无水乙醇和冰醋酸的体积比为5:1。加热搅拌8小时，回流至反应结束(TLC跟踪)，加热温度为78℃，冷却有固体析出，抽滤，粗品用柱层析分离(石油醚：二乙＝7:3)，得到淡黄色固体M，收率67％。
[0043] 化合物(HM)的合成：将5份化合物M和10份溴代苯乙酮溶于60份无水乙醇中，反应过程中析出大量橘黄色固体，回流至反应结束(TLC跟踪)，抽滤，粗品用柱层析分离(石油醚：二乙＝6:4)，得到橘黄色固体有机化合物HM，收率55％。
[0044] 核磁表征数据:1H NMR(600MHz,DMSO)δ:12.559(s,1H,NH),11.371(s,1H,OH),8.698(s,1H,CH＝N),7.870(d,J＝6.5Hz,2H,Ar),7.689(d,J＝8.5Hz,1H,Ar),7.438(t,J＝
7.0Hz,3H,Ar),7.340(d,J＝7.0Hz,1H,Ar),6.989(d,J＝8.5Hz,1H,Ar),6.253(s,1H,Ar),
2.502(s,3H,CH3).13C NMR(150MHz,DMSO)δ:160.25,159.69,154.21,152.37,129.11,
128.28,127.65,126.10,113.59,112.65,111.32,106.57.
7.0Hz,3H,Ar),7.340(d,J＝7.0Hz,1H,Ar),6.989(d,J＝8.5Hz,1H,Ar),6.253(s,1H,Ar),
2.502(s,3H,CH3).13C NMR(150MHz,DMSO)δ:160.25,159.69,154.21,152.37,129.11,
128.28,127.65,126.10,113.59,112.65,111.32,106.57.
[0045] 利用荧光识别锌离子的有机化合物HM进行锌离子检测：
[0046] 在13个10ml无色透明容量瓶中分别放置0.0377mg该有机化合物HM的DMSO/H2O(v/v＝3:7)溶液，在其中分别滴加阳离子Ca2+,Mg2+,Ni2+,Co2+,Cu2+,Hg2+,Zn2+,Ba2+,Ag+,Pb2+,Fe3+ 3+ 2+,Cr ,Cd 的水溶液，混合均匀后，可见到含有锌离子的样品瓶中液体有蓝色荧光，其它样品瓶中液体无变化，放置在254nm紫外灯下更明显，见图1、图2。其中DMSO/H2O溶液pH＝7.2。
[0047] 利用荧光识别锌离子的有机化合物HM进行细胞中锌离子检测：
[0048] 在37℃下5％CO2培养箱中用10μM(摩尔质量)的有机化合物HM染色处理30分钟的细胞，细胞内观察不到有荧光变化，当用Zn2+(20μM)处理30分钟后，利用奥林巴斯ix73荧光显微镜可观察到细胞内有蓝色荧光，图3-图6，为细胞染色前后变化。
[0049] 该有机化合物为HM，其制备方法为首先香豆素醛与氨基硫脲进行胺醛缩合，然后在与2-溴苯乙酮进行环化反应制得；该化合物的稀溶液本身不具荧光效果，当加入锌离子后发出较强的蓝色荧光而其它阳离子的加入不能产生类似的荧光变化现象，且最低检测限为1.4nM。因此，该有机化合物能高灵敏性的单一选择性荧光比色识别锌离子，而且其它阳离子对该识别过程没有干扰，可方便快捷的用于锌离子的检测。