一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的合成及其应用制造技术

本发明专利技术属于生物探针材料的制备及其应用技术领域，提供一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的合成及其应用，可以检测水溶液中铬离子的螺吡喃衍生物探针，该探针是利用苯并咪唑作为铬离子识别基团，半花菁作为荧光基团，通过氨基连接而成；铬离子的识别是通过和苯并咪唑络合配位，从而诱导螺吡喃C‑O键断裂，开环发荧光实现的。该探针化合物结构式为：

Synthesis and application of a spiropyran derivative probe for naked eye detection of chromium III

The invention belongs to the field of preparation and application technology of bio-probe materials, and provides the synthesis and application of spiropyran derivative probes for naked eye detection of chromium III. The spiropyran derivative probes can detect chromium ions in aqueous solution. The probes are formed by using benzimidazole as chromium ion recognition group and hemicyanine as fluorescence group, and by amino bonding. It is not achieved by complexing with benzimidazole to induce the cleavage of spiropyran C_O bond and open-loop fluorescence. The structure formula of the probe compound is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的合成及其应用
本专利技术属于生物探针材料的制备及其应用
，具体涉及一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的合成及其应用，该生物探针以苯并咪唑作为识别基团，可以对水中铬离子（III）进行裸眼检测。
技术介绍
近些年来，重金属污染问题受到人们的高度关注，因此设计和研究高灵敏度、高选择性的重金属离子荧光探针，成为了荧光探针研究领域中一个重点和热门方向。螺吡喃是一种新型的光致变色有机化合物，它可以在紫外光或者加热条件下，可以从闭环无荧光结构异构化成为开环部花菁发荧光结构。近年来，国内外课题组相继报道了一系列在N原子或者7-位上引入金属离子识别基团的螺吡喃衍生物荧光探针。sakamoto课题组把冠醚接到了螺吡喃的7-位上，得到了一类可以和碱金属作用诱导螺吡喃开环的荧光探针，他们发现紫外线可以加速碱金属离子对该类螺吡喃化合物的诱导开环作用（Anal.Chem.77（2005）1999-2006.）。邵娜课题组在螺吡喃化合物的7-位上引入了一系列不同的氨基化合物，得到了可以和锌离子和铜离子选择性作用的探针（Angew.Chem.45（2006）4944-4948.）。这些文献都是报道了在螺吡喃化合物的7-位上引入金属离子识别基团，很少有在5-位上引入金属离子识别基团的，他们的相关结构设计出发点都是金属离子与开环结构氧原子的配位来实现半花菁开环结构的形成，也就是围绕氧原子的配位来设计的，这使得金属离子诱导螺吡喃开环体系因为机理的单一性使得该种体系的发展受到了极大的限制。因此在5-位上引入金属离子识别基团具有很强的创新性和实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的合成及其应用，可以检测水溶液中铬离子的螺吡喃衍生物探针，该探针是利用苯并咪唑作为铬离子识别基团，半花菁作为荧光基团，通过氨基连接而成；铬离子的识别是通过和苯并咪唑络合配位，从而诱导螺吡喃C-O键断裂，开环发荧光实现的。本专利技术由如下技术方案实现的：一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针，该探针化合物结构式为：，简写为SP。制备所述的对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的方法，半花菁与溴乙烷在乙腈溶剂中加热回流，生成深红色固体，深红色固体在碱的作用下生成黄色油状液体，油状液体与5-硝基水杨醛在乙醇中加热回流发生成环反应生成螺吡喃硝基衍生物，螺吡喃硝基衍生物在氯化亚锡和乙酸的作用下还原成螺吡喃氨基衍生物，螺吡喃氨基衍生物与两倍量的2-氯甲基苯并咪唑在碳酸钾与碘化钾的作用下，氨基上的两个氢被苯并咪唑环取代，生成具有两个苯并咪唑环的螺吡喃衍生物SP。具体步骤如下：（1）深红色固体的合成：0.02mol溴乙烷和0.02mol半花菁加入43ml乙腈中，在85℃条件下加热回流24小时，反应完成后，冰水浴中冷却至室温，抽滤得到粉色固体，用冷冻过的乙醚洗涤3次，得到深红色的固体；（2）黄色油状液体的合成：0.006mol深红色的固体加入1M氢氧化钠水溶液中，25℃下搅拌10分钟，反应后溶液用10ml乙醚萃取3次，合并有机相，用饱和食盐水洗涤一次，再用无水硫酸钠干燥，蒸发浓缩得到黄色油状液体；（3）螺吡喃硝基衍生物的合成：0.0047mol黄色油状液体和0.007mol的5-硝基水杨醛加入到50ml乙醇中，在80℃条件下搅拌加热回流24小时，反应完后在冰水浴中冷却至室温，抽滤得到紫红色固体，用冷冻后的乙醇洗涤3次，得到暗红色的固体，即为螺吡喃硝基衍生物；（4）螺吡喃氨基衍生物的合成：0.0034mol螺吡喃硝基衍生物和0.0138mol氯化亚锡加入40ml乙醇中，再加入3滴乙酸，氮气保护条件下搅拌回流3小时，反应结束后，未反应完的氯化亚锡过滤除去，往过滤残渣中加入5%的氢氧化钠50ml，用25ml三氯甲烷萃取三次，最终合并有机相，用饱和食盐水洗涤一次，再用无水硫酸钠干燥，过滤后蒸发浓缩，用硅胶柱纯化得到黄色油状液体即螺吡喃氨基衍生物；（5）SP的合成：0.0021mol螺吡喃氨基衍生物和0.0064mol碳酸钠溶解在10ml乙腈中，于冰水浴中加入0.0053mol2-氯甲基苯并咪唑，搅拌等待10分钟，然后升温至室温，在室温下搅拌30分钟，最后升温至85℃加热回流24小时，反应结束后加入水溶解未反应完的碳酸钠，用30ml二氯甲烷萃取3次，合并有机相，用饱和食盐水洗涤一次，再用无水硫酸钠干燥，最后蒸发浓缩得到黑色油状液体，然后用硅胶柱纯化得到翠绿色固体，即为SP。步骤（4）中柱纯化的洗脱剂为乙酸乙酯：石油醚V/V为1:4。步骤（5）中柱纯化的洗脱剂为乙酸乙酯：石油醚：甲醇V/V/V为50:25:1。该荧光探针在Cr3+的检测过程中的应用。本专利技术中所制备探针SP能够对铬离子进行选择性检测，从探针与不同金属离子作用后溶液的紫外光谱图可以看出，只有探针与铬离子结合后其紫外光谱的变化最为明显，从溶液颜色变化来看，也只有铬离子与探针的溶液的颜色由无色变为明显的红色。附图说明图1为化合物5螺吡喃硝基衍生物的核磁氢谱图；图2为化合物6螺吡喃氨基衍生物的核磁氢谱图；图3为化合物SP的核磁氢谱图；图4为化合物SP的核磁碳谱图；图5为探针和金属离子选择性作用的紫外-可见(uv-vis)吸收光谱；图6为探针分子与铬离子作用的选择性结果图（铬离子1eq，其他金属离子10eq）；图7为铬离子滴定探针分子溶液的紫外-可见(uv-vis)吸收光谱图；图8为铬离子滴定探针分子溶液的荧光发射光谱图；图9为不同pH值对探针影响的紫外-可见(uv-vis)吸收光谱图；图10为探针分子和铬离子作用的检出限；图11为化合物3黄色油状液体的合成路线图；图12为化合物5螺吡喃硝基衍生物的合成路线图；图13化合物6为螺吡喃氨基衍生物的合成路线图；图14为化合物6合成SP的路线图。具体实施方式一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针，该探针化合物结构式为：，简写为SP。制备所述的对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的方法，半花菁与溴乙烷在乙腈溶剂中加热回流，生成深红色固体，深红色固体在碱的作用下生成黄色油状液体，油状液体与5-硝基水杨醛在乙醇中加热回流发生成环反应生成螺吡喃硝基衍生物，螺吡喃硝基衍生物在氯化亚锡和乙酸的作用下还原成螺吡喃氨基衍生物，螺吡喃氨基衍生物与两倍量的2-氯甲基苯并咪唑在碳酸钾与碘化钾的作用下，氨基上的两个氢被苯并咪唑环取代，生成具有两个苯并咪唑环的螺吡喃衍生物SP。具体步骤如下：（1）深红色固体的合成：把溴乙烷（2.2克，0.02mol）和半花菁（3.2克，0.02mol）加入43ml乙腈中，在85度条件下加热回流24小时，待反应完后，放在冰水浴中快速冷却至室温，抽滤得到粉色固体。用冷冻过的乙醚洗涤3次，得到深红色的固体，即化合物2；（2）黄色油状液体的合成：把化合物2（1.65克，0.006mol）加入30ml（1M）氢氧化钠水溶液中，25度下搅拌10分钟，反应后溶液用10ml乙醚萃取3次，合并有机相，用饱和食盐水洗涤一次，再用无水硫酸钠干燥，再蒸发浓缩得到黄色油状液体，即化合物3；（3）螺吡喃硝基衍生物的合成：把化合物3（0.9克，0.0047mol）和5-硝基水杨醛即化合物4（1.17克，0.007本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针，其特征在于：该探针化合物结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针，其特征在于：该探针化合物结构式为：，简写为SP。2.制备权利要求1所述的一种对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的方法，其特征在于：半花菁与溴乙烷在乙腈溶剂中加热回流，生成深红色固体，深红色固体在碱的作用下生成黄色油状液体，油状液体与5-硝基水杨醛在乙醇中加热回流发生成环反应生成螺吡喃硝基衍生物，螺吡喃硝基衍生物在氯化亚锡和乙酸的作用下还原成螺吡喃氨基衍生物，螺吡喃氨基衍生物与两倍量的2-氯甲基苯并咪唑在碳酸钾与碘化钾的作用下，氨基上的两个氢被苯并咪唑环取代，生成具有两个苯并咪唑环的螺吡喃衍生物SP。3.根据权利要求2所述的制备对铬III裸眼检测的螺吡喃衍生物探针的方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）深红色固体的合成：0.02mol溴乙烷和0.02mol半花菁加入43ml乙腈中，在85℃条件下加热回流24小时，反应完成后，冰水浴中冷却至室温，抽滤得到粉色固体，用冷冻过的乙醚洗涤3次，得到深红色的固体；（2）黄色油状液体的合成：0.006mol深红色的固体加入1M氢氧化钠水溶液中，25℃下搅拌10分钟，反应后溶液用10ml乙醚萃取3次，合并有机相，用饱和食盐水洗涤一次，再用无水硫酸钠干燥，蒸发浓缩得到黄色油状液体；（3）螺吡喃硝基衍生物的合成：0.0047mol黄色油状液体和0.007mol的5-硝基水杨醛加入到50ml乙醇中，在80℃条件下搅拌加热回流24小时，反应完后在冰水浴中冷却至室温，抽滤得到紫红色固体，用冷冻后的乙醇洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩辉，赵宏伟，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14