一种检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15及其制备方法和用途转让专利

申请号 : CN202110547722.9

文献号 : CN113264898B

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发明人 : 张勇刘桂琴邵秀荣隋宁徐来左小华

申请人 : 湖北理工学院黄石法姆药业股份有限公司湖北师范大学

摘要 :

本发明提供了一种检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15及其制备方法和用途。它可通过4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑先后与氨水和二(2‑(乙硫基)乙基)胺按照一定的比例反应得到。本发明的荧光探针ZY15对汞离子具有较高的选择性和灵敏度,响应时间短,抗干扰能力强,并伴随着荧光强度和荧光颜色的明显变化,其对汞离子的最低检测限为9.6nmol/L。探针ZY15可检测不同水体样品中汞离子的含量,在环境监测方面将具有良好的应用前景。

权利要求 :

1.一种检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15,其特征在于分子式为C14H22N4O3S3,结构式如下:

2.一种如权利要求1所述的检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15的制备方法,其特征在于包括如下步骤:

(1)将4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑溶于四氢呋喃中,再加入氨水,反应后蒸去溶剂得粗产物I,再向所述粗产物I中加入水,用二氯甲烷萃取三次,合并有机相,然后用无水硫酸镁干燥,蒸去溶剂得中间体,即4‑氯‑7‑磺酰氨基‑2,1,3‑苯并噁二唑;

(2)将步骤(1)得到的中间体溶于四氢呋喃中,再加入二(2‑(乙硫基)乙基)胺和三乙胺,反应后蒸去溶剂得粗产物Ⅱ,将所述粗产物Ⅱ通过柱层析分离得产物探针ZY15。

3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,

3‑苯并噁二唑和氨水的摩尔比为1:1~1:3,所述反应温度为0~50℃、反应时间为5~30分钟。

4.如权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述中间体、二(2‑(乙硫基)乙基)胺和三乙胺的摩尔比为1:1:1~1:3:1,所述反应温度为10~60℃、反应时间为1~

4小时,所述柱层析纯化所用洗脱剂乙酸乙酯和石油醚的体积比为3:1~6:1。

2

5.如权利要求1所述的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15在非疾病诊断与治疗目的的Hg+

检测中的用途。

2+

6.如权利要求5所述的用途,其特征在于:所述用途是检测水体中Hg 的含量。

7.如权利要求6所述的用途,其特征在于:所述检测的方法是荧光强度检测。

说明书 :

一种检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15及其制备

方法和用途

【技术领域】

[0001] 本发明属于有机小分子荧光探针及其制备和应用领域,具体涉及一种检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15及其制备方法和用途。
【背景技术】
[0002] 汞离子(Hg2+)是一种常见的极具生理毒性的重金属离子,它易被生物体吸收并且2+
积累,会对中枢神经系统造成伤害,严重时会导致呼吸衰竭甚至死亡。Hg 一旦进入坏境中,
2+
会直接对土壤、空气和水源造成极大的污染。环境中被动植物富集的Hg 经生物转化会生成
毒性更大的有机汞,各种形式的汞可通过水体及食物链最终进入人体。水俣病就是含汞工
2+
业废水的不合理排放而造成的公害病。因此,Hg 对于人体以及坏境来说都是有害物质,中
国卫生部和美国环境保护署已规定饮用水中汞的最大容许值为10nmol/L。所以,建立一种
2+
可以实时、原位、快速检测Hg 的方法具有十分重要的研究意义。
[0003] 目前,用于检测Hg2+的传统分析方法有原子吸收光谱法、电化学法、色谱法和毛细管电泳法等,然而由于受到样品预处理复杂、耗时、仪器昂贵等因素的影响,在一定程度上
限制了其应用。与传统的检测方法相比,有机小分子荧光探针检测技术由于具有检测灵敏
2+ 2+
度高、选择性好、快速便捷检测等优点而成为一种重要的Hg 检测方法。Hg 与荧光小分子
2+
探针相互作用,会引起其光物理和光化学性质变化,从而可实现对Hg 的高选择性识别。
[0004] 用于检测Hg2+的荧光探针目前已经报道了很多,但真正应用于实际的探针很少,主要是由于这些荧光探针大多存在诸如响应时间慢、抗干扰能力差等局限性。因此,开发高性
2+
能的Hg 荧光探针是本领域技术人员亟待解决的难题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷,提供一种选择性好、灵敏度高、使用方便、抗干扰能力强、响应快的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15及其制备方法和用途。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种检测汞离子的苯并噁二唑类比色荧光探针ZY15,其特征在于其分子式为C14H22N4O3S3,结构式如下:
[0007]
[0008] 本发明还提供了所述探针ZY15的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
[0009] (1)将4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑溶于四氢呋喃中,再加入氨水,反应后蒸去溶剂得粗产物I,再向所述粗产物I中加入水,用二氯甲烷萃取三次,合并有机相,然后
用无水硫酸镁干燥,蒸去溶剂得中间体,即4‑氯‑7‑磺酰氨基‑2,1,3‑苯并噁二唑;
[0010] (2)将步骤(1)得到的中间体溶于四氢呋喃中,再加入二(2‑(乙硫基)乙基)胺和三乙胺,反应后蒸去溶剂得粗产物Ⅱ,将所述粗产物Ⅱ通过柱层析分离得产物探针ZY15。
[0011] 优选地,步骤(1)中所述4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑和氨水的摩尔比为1:1~1:3,所述反应温度为0~50℃、反应时间为5~30分钟。
[0012] 优选地,步骤(2)中所述中间体、二(2‑(乙硫基)乙基)胺和三乙胺的摩尔比为1:1:1~1:3:1,所述反应温度为10~60℃、反应时间为1~4小时,所述柱层析纯化所用洗脱剂乙
酸乙酯和石油醚的体积比为3:1~6:1。
[0013] 所述探针ZY15的合成路线如下:
[0014] 。
[0015] 本发明还提供了所述探针ZY15在Hg2+检测中的用途。
[0016] 优选地,所述用途是检测水体中Hg2+的含量。
[0017] 优选地,所述检测的方法是荧光强度检测。
[0018] 本发明的有益效果是:
[0019] 1.本发明提供的探针ZY15的识别单元含有供电子的氮原子和硫原子,Hg2+与其结合后减弱了其推供电子的能力,探针的分子内电荷转移过程受阻,使得反应体系的荧光淬
2+ 2+
灭,同时探针荧光颜色由黄绿色变为无色,可实现Hg 的特异性识别。另外,探针ZY15对Hg
2+
响应速度快,抗干扰能力强,选择性和灵敏度高,对Hg 的最低检测限为9.6nmol/L,可满足
2+
中国卫生部和美国环境保护署对Hg 的检测限量要求。
[0020] 2.探针ZY15对Hg2+的检测过程快捷方便,无需大型检测仪器,能实现Hg2+的可视化2+
检测,它可应用于检测实际水体中Hg 的含量,在水环境监测领域将具有重要的应用价值。
[0021] 3.探针ZY15的稳定性好,可长期保存使用。【附图说明】
[0022] 图1为实施例4中各种金属离子分别加入到探针ZY15后的荧光光谱图;
[0023] 图2为实施例4中探针ZY15荧光强度与Hg2+浓度的线性关系图;
[0024] 图3实施例5中不同金属离子干扰探针ZY15识别Hg2+的的荧光数据图;
[0025] 图4为实施例5中探针ZY15与Hg2+作用后荧光随时间的变化图;
[0026] 图5为实施例5中探针ZY15在加入Hg2+4分钟前(左)后(右)的荧光颜色变化图(365nm紫外灯照射)。
【具体实施方式】
[0027] 现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明步
骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。
[0028] 若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0029] 实施例1探针ZY15的合成
[0030] (1)将4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑(1.01g,4mmol)溶于20mL四氢呋喃中,在室温和搅拌的条件下滴加氨水(0.28g,8mmol)。滴加完毕,再在室温下反应10min,然后蒸
去溶剂可得粗产物I。再向粗产物I中加入10mL水,然后依次用30mL二氯甲烷萃取三次,合并
有机相,用无水硫酸镁干燥后,蒸去溶剂二氯甲烷可得中间体即4‑氯‑7‑磺酰氨基‑2,1,3‑
苯并噁二唑;
[0031] 0.69g。产率74%;ESI‑MS:253.02[M+H]+;1HNMR(400MHz,CDCl3,ppm):δ7.96(d,1H,13
J=7.2Hz),7.52(d,1H,J=7.8Hz);CNMR(100MHz,CDCl3,ppm):δ145.87,144.66,128.19,
127.44,123.67,122.18。
[0032] (2)将中间体(0.47g,2mmol)溶于20mL四氢呋喃中,再向其中加入二(2‑(乙硫基)乙基)胺(0.58g,3mmol)和三乙胺(0.20g,2mmol),在室温下反应2h后蒸去溶剂四氢呋喃可
得粗产物Ⅱ。以乙酸乙酯和石油醚4:1(V/V)的比例为洗脱剂,将粗产物Ⅱ通过柱层析分离
+ 1
可得探针ZY15 0.59g。产率76%;熔点99‑101℃;ESI‑MS:m/z 390.14(M);HNMR(400MHz,
CDCl3,ppm):δ1.21(t,J=7.6Hz,6H),2.52(q,J=7.2Hz,4H),2.69(t,J=6.8Hz,4H),3.67
13
(t,J=7.6Hz,4H),6.74(d,J=7.6Hz,1H),7.22(s,2H),7.72(d,J=8.4Hz,1H);C NMR
(100MHz,CDCl3):δ143.1,141.2,131.2,125.1,112.3,99.8,59.6,29.9,25.8,15.1。
[0033] 实施例2探针ZY15的合成
[0034] (1)将4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑(1.01g,4mmol)溶于20mL四氢呋喃中,在室温和搅拌的条件下滴加氨水(0.14g,4mmol)。滴加完毕,再在50℃下反应5min,然后蒸
去溶剂可得粗产物I。再向粗产物I中加入10mL水,然后依次用30mL二氯甲烷萃取三次,合并
有机相,用无水硫酸镁干燥后,蒸去溶剂二氯甲烷可得中间体即4‑氯‑7‑磺酰氨基‑2,1,3‑
苯并噁二唑;
[0035] 0.51g。产率55%;ESI‑MS:253.02[M+H]+;1HNMR(400MHz,CDCl3,ppm):δ7.96(d,1H,13
J=7.2Hz),7.52(d,1H,J=7.8Hz);CNMR(100MHz,CDCl3,ppm):δ145.87,144.66,128.19,
127.44,123.67,122.18。
[0036] (2)将中间体(0.47g,2mmol)溶于20mL四氢呋喃中,再向其中加入二(2‑(乙硫基)乙基)胺(0.39g,2mmol)和三乙胺(0.20g,2mmol),在60℃下反应1h后蒸去溶剂四氢呋喃可
得粗产物Ⅱ。以乙酸乙酯和石油醚3:1(V/V)的比例为洗脱剂,将粗产物Ⅱ通过柱层析分离
+ 1
可得探针ZY15 0.45g。产率58%;熔点99‑101℃;ESI‑MS:m/z 390.14(M);HNMR(400MHz,
CDCl3,ppm):δ1.21(t,J=7.6Hz,6H),2.52(q,J=7.2Hz,4H),2.69(t,J=6.8Hz,4H),3.67
13
(t,J=7.6Hz,4H),6.74(d,J=7.6Hz,1H),7.22(s,2H),7.72(d,J=8.4Hz,1H);C NMR
(100MHz,CDCl3):δ143.1,141.2,131.2,125.1,112.3,99.8,59.6,29.9,25.8,15.1。
[0037] 实施例3探针ZY15的合成
[0038] (1)将4‑氯‑7‑氯磺酰基‑2,1,3‑苯并噁二唑(1.01g,4mmol)溶于20mL四氢呋喃中,在室温和搅拌的条件下滴加氨水(0.42g,12mmol)。滴加完毕,再在0℃室温下反应30min,然
后蒸去溶剂可得粗产物I。再向粗产物I中加入10mL水,然后依次用30mL二氯甲烷萃取三次,
合并有机相,用无水硫酸镁干燥后,蒸去溶剂二氯甲烷可得中间体即4‑氯‑7‑磺酰氨基‑2,
1,3‑苯并噁二唑;
[0039] 0.62g。产率66%;ESI‑MS:253.02[M+H]+;1HNMR(400MHz,CDCl3,ppm):δ7.96(d,1H,13
J=7.2Hz),7.52(d,1H,J=7.8Hz);CNMR(100MHz,CDCl3,ppm):δ145.87,144.66,128.19,
127.44,123.67,122.18。
[0040] (2)将中间体(0.47g,2mmol)溶于20mL四氢呋喃中,再向其中加入二(2‑(乙硫基)乙基)胺(1.16g,6mmol)和三乙胺(0.20g,2mmol),在10℃下反应4h后蒸去溶剂四氢呋喃可
得粗产物Ⅱ。以乙酸乙酯和石油醚6:1(V/V)的比例为洗脱剂,将粗产物Ⅱ通过柱层析分离
+ 1
可得探针ZY15 0.56g。产率72%;熔点99‑101℃;ESI‑MS:m/z 390.14(M);HNMR(400MHz,
CDCl3,ppm):δ1.21(t,J=7.6Hz,6H),2.52(q,J=7.2Hz,4H),2.69(t,J=6.8Hz,4H),3.67
13
(t,J=7.6Hz,4H),6.74(d,J=7.6Hz,1H),7.22(s,2H),7.72(d,J=8.4Hz,1H);C NMR
(100MHz,CDCl3):δ143.1,141.2,131.2,125.1,112.3,99.8,59.6,29.9,25.8,15.1。
[0041] 实施例4探针ZY15对Hg2+的荧光检测
[0042] 取实施例1制备的探针ZY15溶于乙醇中,配制成浓度为1mmol/L的探针储备液;各+ 2+ + 2+ 3+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ + 2+ 2+
种金属离子(K ,Ca ,Na ,Mg ,Cr ,Mn ,Fe ,Fe ,Co ,Ni ,Cu ,Zn ,Pb ,Ag ,Cd ,Hg )
用蒸馏水配制浓度均为1mmol/L的储备液。将探针和金属离子按照1:2的物质的量比例混
合,然后用乙醇和蒸馏水稀释(VEtOH:VH2O=1:1),混匀后用荧光光谱仪测试它们的荧光光
2+
谱。由图1可以看出探针ZY15对Hg 显示出较好的选择性。向探针ZY15(10μmol/L)中逐渐滴
2+ 2+
加不同当量的Hg ,发现溶液在505nm处的荧光发射强度对Hg 的浓度(0.1~6.5μmol/L)呈
2
现良好的线性关系(线性方程y=530.65‑156.51x,R =0.9888),可实现该浓度范围内汞离
2+
子的高灵敏定量检测(图2)。Hg 的最低检测限按3σ/k计算为9.6nmol/L,该检测限可满足美
2+
国环境保护署对Hg 的检测限量要求。
[0043] 实施例5探针ZY15的抗干扰能力和对Hg2+的时间响应
[0044] 加入10倍Hg2+物质的量(20μmol/L)的干扰离子(K+,Ca2+,Na+,Mg2+,Cr3+,Mn2+,Fe3+,2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ + 2+ 2+
Fe ,Co ,Ni ,Cu ,Zn ,Pb ,Ag ,Cd )到探针ZY15(10μmol/L)与Hg 的反应体系中,发现
2+
它们都不会明显影响ZY15对Hg 的检测,这证实探针ZY15具有较强的抗干扰能力(图3)。此
2+
外,向ZY15溶液中加入2倍量的Hg 后,4分钟后其荧光强度就已经趋于稳定(图4)。此时在
365nm紫外灯下照射时,溶液的颜色由黄绿色变为无色(图5),这种溶液颜色的快速变化表
2+
明ZY15可用于Hg 的即时可视化检测。
[0045] 实施例6探针ZY15对水体中Hg2+的检测
[0046] 选择实验室常用的自来水、市售某品牌矿泉水和湖北黄石市磁湖三种水体样本,2+
以它们代替荧光测试所用的蒸馏水,且未作任何处理。对水样中的Hg 进行加标回收实验
2+
时,以没有加入Hg 的水样作为空白对照。由表1可看出,ZY15均不能检测三种水体中低浓度
2+ 2+
的Hg ,而向这三种水体中加入外源的Hg ,测试结果的相对标准偏差(RSD)在2.51%~
2+
4.83%之间,Hg 恢复率范围在95.0%~104.2%之间,这表明ZY15可以应用于这些实际水
2+
体样品中Hg 的定量测定。
[0047] 表1探针ZY15检测水体样品中Hg2+的恢复性试验
[0048]