一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法，属于分析化学领域，该Cu2+荧光探针的分子式为C21H24N4O3，结构式为该荧光探针的制备方法包括：2‑(2’‑氨基苯基)苯并恶唑的制备，中间体的制备，最终产物的制备，本发明专利技术提供的基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法，该Cu2+荧光探针在纯水环境中对Cu2+具有较好的选择性，线性范围宽，极强的抗干扰能力，是一种理想的Cu2+传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分析化学领域，尤其涉及一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法。
技术介绍
铜是人体中也是生命周期中营养物质代谢过程必不可少的痕量元素，同时由于在很多行业中的广泛应用，铜也是一种重要的金属污染物，当铜离子的浓度较低时，它对于各种器官是一种营养物质，但是过量的铜离子的存在对人体会产生毒性，同时也会扰乱正常细胞的功能。因此，铜离子在体内的平衡与许多重大疾病有关比如：Menkes氏稔毛综合征、帕金森氏症、威尔逊疾病、朊毒体、老年痴呆症等。世界卫生组织规定日常饮用水中铜离子的浓度不能超过2ppm.由于铜离子在生物上有着重要的作用和对环境的影响。所以开发专一选择性、高灵敏度、低检测限、线性范围宽、抗干扰性强的水溶性Cu2+传感器对环境科学和生命科学有着重要的意义。许多传统的定性定量方法被应用在分析检测不同样品中铜离子的含量，例如利用电感耦合等离子质谱，原子发射光谱，原子吸收光谱等大型精密仪器。但是这些方法都需要昂贵的仪器，繁琐的样品处理过程以及专业的操作人员。同时这些方法并不能实现实时原位检测。因此，光学探针，特别是荧光探针，与其他分析方法相比，有着易于操作，分析时间短，不需要复杂的仪器，所以逐渐发展成人体内
和水环境中检测金属铜离子的一个强有力的工具。目前大量的化合物被设计合成用来检测铜离子的存在，但是，这些探针大都有以下缺点：(1)铜离子探针的合成方法繁琐(2)大部分的监测工作都是在有机溶液中进行很少在纯水溶液中进行(3)抗干扰能力差，特别容易受到Hg2+，Zn2+，Co2+,Cr3+离子的干扰。上述这些缺陷限制了荧光探针的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中Cu2+检测荧光探针需在有机溶剂中参与且选择性不好，抗干扰能力不强的缺点，提供了一种在水溶液中能够很好的选择性识别铜离子，抗干扰能力极强，线性范围宽，检测限低的基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术中一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针，其结构式如式I所示：本专利技术中一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针的制备方法，其
合成路线如下：更进一步地，所述制备方法具体包括如下工艺步骤：步骤A、将邻氨基苯甲酸和邻氨苯酚混合后加入到多聚磷酸中，在一定温度下反应若干小时；步骤B、将上述反应液冷却至一定温度后，将反应液倒入水中，过滤收集沉淀，少量的水洗涤沉淀后，将沉淀溶于碱性溶液中，过滤，沉淀用水洗，然后干燥，乙醇重结晶得到2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑纯品；步骤C、将2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑和DMAP溶于二氯甲烷中；步骤D、将溶于二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，搅拌一段时间后，旋蒸，混合物用柱层析分离提纯，得中间体纯品；步骤E、将N-羟乙基哌嗪和中间体混合后溶解在DMF中，在搅拌下缓慢加入一定量的无水碳酸钾后于一定温度下反应若干小时后；步骤F、冷却至室温，过滤得到沉淀，滤液用乙酸乙酯萃取，合并有机相，干燥，过滤，柱层析分离得最终产物。优选地，所述步骤A具体条件为，邻氨基苯甲酸和邻氨苯酚混合后研磨均匀，将研磨均匀的混合物加入到质量为混合物20倍的多聚磷酸中，然后于机械搅拌下在220℃下反应，反应时间为3h。优选地，所述步骤B具体条件为，冷却的温度在60℃以上，所述反应液倒入沸水中，且沸水的体积为多聚磷酸体积的5倍，所述碱性溶液为饱和碳酸氢钠溶液，所述饱和碳酸氢钠溶液用量为将溶液调解至pH8-9之间，所述干燥在真空条件下进行。优选地，所述步骤C具体条件为，所述2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑和DMAP溶于干燥的二氯甲烷中。优选地，所述步骤D具体条件为，在氩气保护下，将溶于干燥二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，搅拌2h，旋蒸，混合物用柱层析分离提纯，提纯时洗脱剂为石油醚/二氯甲烷＝2:1，V:V。优选地，所述步骤E具体条件为，所述DMF使用前进行无水处理，所述反应时长为10h。优选地，所述步骤F具体条件为，所述乙酸乙酯萃取时分三次等体积萃取，所述干燥时干燥剂选择无水硫酸镁干燥，柱层析分离时洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯＝1:1，V:V。本专利技术中一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针在铜离子化学传感器领域的应用，所述Cu2+荧光探针可用于水环境和人体中铜离子含量的传感检测，所述的传感检测是荧光强度检测。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供了一种基于苯并恶唑结构的
Cu2+荧光探针，本专利技术提供的Cu2+荧光探针能够对生物细胞内、环境水体中Cu2+进行检测。本专利技术提供一种分子结构简单、合成方法简单、产率高、对铜离子具有较好选择性、极强的抗干扰能力，以及优良的线性范围和低的检测限的Cu2+荧光探针。附图说明图1为本专利技术提供的确认铜离子化学传感器结构的氢谱和碳谱；图2为本专利技术提供的铜离子荧光探针化合物对不同的金属离子的荧光强度图谱；图3为本专利技术提供的铜离子荧光探针化合物的荧光强度和铜离子的滴定曲线；图4为本专利技术提供的铜离子荧光探针化合物的荧光探针和铜离子的浓度线性范围；图5-1为本专利技术提供的铜离子化学传感器与铜离子反应氢谱示意图；图5-2为本专利技术提供的铜离子化学传感器与铜离子反应识别机理示意图；图6为本专利技术提供的铜离子化学传感器的荧光强度和铜离子与其他离子共存时的荧光强度对比图；具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本实例中一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针，其分子结构式如下：本实例中一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针的制备方法，其合成路线如下：在本实例中，所述制备方法具体包括如下工艺步骤：步骤A、将邻氨基苯甲酸和邻氨基苯酚混合后研磨均匀，将研磨均匀的混合物加入到质量为混合物20倍的多聚磷酸中，然后于机械搅拌下在220℃下反应，反应时间为3h；步骤B、将上述反应液冷却至60℃以上后，将反应液倒入沸水中，且沸水的体积为步骤A中多聚磷酸体积的5倍，过滤收集沉淀，少量的水洗涤沉淀后，将沉淀溶于饱和碳酸氢钠溶液中，过滤，沉淀用水洗，然后真空下干燥，乙醇重结晶得到2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑纯品；步骤C、将2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑和DMAP溶于干燥的二氯甲烷中；步骤D、在氩气保护下，将溶于干燥二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，搅拌2h，旋蒸，混合物用柱层析分离提纯，提纯时洗脱剂为石油醚/二氯甲烷＝2:1，V:V；步骤E、将N-羟乙基哌嗪和中间体混合后溶解在DMF中，所述DMF溶液使用前进行无水处理，在搅拌下缓慢加入一定量的无水碳酸钾后于一定温度下反应10h。步骤F、冷却至室温，过滤得到沉淀，滤液用乙酸乙酯分三次等体积萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，柱层析分离得最终产物，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯＝1:1，V:V。基于上述，最终产物铜离子荧光探针化合物的氢谱和碳谱如图1所示，本专利技术提供的铜离子荧光探针，以2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑为荧光母体，依次通过与氯代乙酰氯反应，在氨基上引入甲酰基，所得到的中间体与N-羟乙基哌嗪反应，引入N原子和羟基，羟基的引入增加了该化合物的水溶性，同时也可以增强在水中的荧光性。通过在母体引入与铜离子进行专一性配位的氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针，其特征在于，其结构式如式I所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针，其特征在于，其结构式如式I所示：2.一种如权利要求1所述的基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针的制备方法，其特征在于，其合成路线如下：3.根据权利要求2所述的一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针的制备方法，其特征在于，具体包括如下工艺步骤：步骤A、将邻氨基苯甲酸和邻氨基苯酚混合后加入到多聚磷酸中，在一定温度下反应若干小时；步骤B、将上述反应液冷却至一定温度后，将反应液倒入水中，过滤收集沉淀，少量的水洗涤沉淀后，将沉淀溶于碱性溶液中，过滤，
\t沉淀用水洗，然后干燥，乙醇重结晶得到2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑纯品；步骤C、将2-(2’-氨基苯基)苯并恶唑和DMAP溶于二氯甲烷中；步骤D、将溶于二氯甲烷中的氯代乙酰氯逐滴加入到上述混合溶液中，搅拌一段时间后，旋蒸，混合物用柱层析分离提纯，得中间体纯品；步骤E、将N-羟乙基哌嗪和中间体混合后溶解在DMF中，在搅拌下缓慢加入一定量的无水碳酸钾后于一定温度下反应若干小时后；步骤F、冷却至室温，过滤得到沉淀，滤液用乙酸乙酯萃取，合并有机相，干燥，过滤，柱层析分离得到最终产物。4.根据权利要求3所述的一种基于苯并恶唑结构的Cu2+荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体条件为，邻氨基苯甲酸和邻氨苯酚混合后研磨均匀，将研磨均匀的混合物，加入到质量为混合物20倍的多聚磷酸中，然后于机械搅拌下在220℃下反应，反应时间为3h。5.根据权利要求3所述的一种基于苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：田林，庄文昌，周颖梅，盛风涛，李昭，李靖，顾越飞，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32