一种1-甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种1‑甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备方法及其应用，属于有机材料合成与应用技术领域。该制备方法具体步骤是：首先将过量的水合肼加入罗丹明B乙醇溶液中，加热回流反应后得到初始产物，然后再分别采用浓盐酸和氢氧化钠溶液调节反应体系至中性，获得还原后的淡粉色中间产物罗丹明B酰肼；接着将罗丹明B酰肼溶于二氯甲烷中并与氯乙酰氯在缚酸剂三乙胺作用下反应得白色固体；最后将该白色固体溶于乙腈中在碳酸钾催化下与1‑甲基哌嗪反应制备得到1‑甲基哌嗪罗丹明酰胺分子探针。本发明专利技术不仅合成方法简单，试剂用量少，反应条件温和，产物水溶性较好，而且合成的探针识别氢离子的选择性、可逆性和稳定性均优良，可发展用作环境pH光学传感器。

Preparation and application of a 1-Methylpiperazine Rhodamine

【技术实现步骤摘要】
一种1-甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备及其应用
本专利技术属于有机材料合成及应用
，具体涉及一种简便制备罗丹明B衍生物光学传感材料的合成方法及其应用。
技术介绍
体系pH值的测量在化学过程控制、医学诊断和环境分析等科学和技术的各个领域中起着重要的作用。在体系pH值测定中，使用玻璃电极的电化学法是当今实验室中使用最广泛的方法之一。与传统的电化学检测法相比，具有体积小、成本低、响应时间快、安全性强、无需参比电极和实时检测等优点的光学传感法引起了科学工作者的广泛关注，因此近年来光学pH传感器的研究和应用发展迅猛。光学pH传感器一般通过测量不同pH值下探针的光学性质，包括紫外可见吸收光谱、反射率或荧光光谱等信息的改变情况获知体系的pH值，因此光学pH传感器的核心部件就是荧光探针。当前设计合成的不同类型的基于喹啉、联吡啶、芘等基团的光学探针已被广泛用于体系的pH值检测，但是这些光学探针在响应体系中的质子时，灵敏度不够高、选择性不强，而且结构较为复杂、合成原料价格昂贵，合成步骤较为繁琐，反应条件苛刻，远距离检测和破坏样品等方面有欠缺，所以设计具有增强光学信号的pH探针是当务之急。罗丹明衍生物内部含有内螺酰胺环结构，当与目标物质作用时，“开-关”平衡发生改变，从而引起光学性质的改变。有趣的是，罗丹明类衍生物的内酰胺结构对环境的pH值也很敏感。在中性或碱性条件下，内酰胺保持闭合不显示荧光。在酸性条件下，氢离子导致内酰胺开环，产生有强烈的荧光。因此，罗丹明类衍生物适用于用增强的荧光信号来监测酸性pH。本专利通过简单、条件温和的合成方法设计合成出有1-甲基哌嗪基取代的罗丹明B衍生物，并用于对氢离子的识别，可以改善现有的光学pH传感分子探针制备方法繁杂、响应灵敏度低、选择性低以及稳定性差等缺陷，极大地改善了光学识别氢离子的效果，有效拓宽了罗丹明衍生物的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的生物体内或环境中氢离子识别和检测方法复杂、仪器昂贵、过程繁琐、识别响应灵敏度不高、选择性差等缺陷，而利用光学传感的基本原理，通过简单的三步反应、温和的反应条件、价廉易得的原料功能导向性设计合成光学性能好、结构新颖的罗丹明B衍生物并采用设备简单的荧光分析法来高灵敏度特异选择性地识别检测氢离子。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术一种1-甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备方法具体包括以下步骤：(1)称取罗丹明B1.2g溶于30～35mL乙醇溶剂，加入98％水合肼2.0～4.0mL，在80～95℃条件下加热回流1.5～3.0h后，浓缩溶剂，析出黄色产物，抽滤、干燥后置于小烧杯中，不断滴加浓盐酸使产物完全溶解成紫红色溶液，再用40％氢氧化钠水溶液调节体系pH值至7.0左右，析出大量淡粉色固体，抽滤、干燥后获得淡粉色罗丹明B酰肼中间产物粉末。(2)称取0.456g步骤(1)制备的罗丹明B酰肼溶于25mL的二氯甲烷中，加入0.4～0.6mL的氯乙酰氯，并加入0.5～1.5mL的三乙胺作为缚酸剂，冰盐浴下快速搅拌反应10～15h，蒸除溶剂后，得到淡紫色固体粗产物，接着中性氧化铝过柱后得到黄白色固体。所述罗丹明B酰肼与氯乙酰氯的摩尔比为1:2.5～3.75。(3)将步骤(2)得到的黄白色固体称取0.20g溶于乙腈中，滴加过量的1-甲基哌嗪0.4～0.6mL，加入0.40～0.6g碳酸钾做催化剂，加热回流5～8h后，蒸干溶剂，用乙酸乙酯/水反复萃取3次，脱除溶剂并采用乙醇重结晶后获得浅黄色1-甲基哌嗪罗丹明酰胺。所述中性氧化铝过柱时，流动相为乙酸乙酯和石油醚，其体积比为1:5～6。上述制备得到的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺可以作为新型pH光学探针用于对体系中的氢离子识别和检测。本专利技术的科学原理：采用具有激发和发射波长在可见光区、发光效率较高、较大的摩尔消光系数、水溶性好和生物毒性低的罗丹明母体化合物，与利于发生分子内电荷转移的1-甲基哌嗪基团缩合反应后制备出结构新颖的、配位能力强、稳定性好并具有优良光学性能的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺荧光分子探针，研究了其对氢离子的荧光响应，结果发现，1-甲基哌嗪罗丹明酰胺分子探针对氢离子能够产生较强的荧光响应现象，其它常见的金属阳离子不干扰响应，而且该分子探针具有良好的可逆性和稳定性，甚至可实现体系pH值的精确检测。本专利技术与其它pH光学传感分子探针材料的合成方法和应用相比，具有以下技术效果：1.该分子探针的合成过程较为简单，原材料用量较少，反应条件温和，节能减耗；2.分子探针的水溶性较好；3.分子探针对氢离子能够产生快速灵敏的光学响应(10s之内)；4.分子探针对氢离子识别选择性好，不受其它金属阳离子的干扰；5.分子探针的可逆性和稳定性强；6.可用于一定范围内体系pH值的精确测定。附图说明图1为本专利技术合成1-甲基哌嗪罗丹明酰胺的路线图。图2为本专利技术实施例3制备的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺溶液(10μM)对氢离子的荧光响应图(A)；1-甲基哌嗪罗丹明酰胺分子探针在565nm处荧光强度变化值与体系pH值之间的线性校正曲线(B)。图3为本专利技术实施例3制备的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺溶液与氢离子作用后的Benesi-Hildebrand图。图4为本专利技术实施例3制备的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺溶液在不同pH值环境下的可逆性(A)和稳定性图(B)。图5为本专利技术实施例3制备的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺溶液加入氢离子和其它金属阳离子后的荧光光谱柱形图。具体实施方式本专利技术的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本专利技术作任何限制，本领域的技术人员根据本专利技术的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本专利技术的保护范围。下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，其中实施例中反应产物的核磁数据测试表征使用的是德国Bruker公司的型号为AVANCE-III400MHz的核磁共振仪(TMS为内标)；红外光谱测试表征采用美国Nicolet/Nexus-870FT-IR型红外光谱仪(KBr压片)；使用美国PerkinElmerLS55型荧光光谱仪和美国WinASPECTPLUS2000型紫外光谱仪分别测定荧光和紫外可见吸收光谱。本专利技术一种可用于体系pH值光学检测的1-甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备方法(如图1所示)，具体包括以下步骤：首先将罗丹明B溶于适量乙醇中，搅拌后加入水合肼，加热回流还原反应一定时间后浓缩溶剂，得到黄色粗产物，再分别采用浓盐酸和一定浓度的氢氧化钠调节反应介质酸度至近中性后，析出大量沉淀，过滤、干燥后获得淡粉色罗丹明B酰肼中间产物粉末；接着将罗丹明B酰肼溶于二氯甲烷中，加入氯乙酰氯和缚酸剂三乙胺，冰盐浴下快速搅拌反应，脱除溶剂，得到紫色固体粗产物，中性氧化铝过柱后得到白色固体；最后将该白色中间产物溶于乙腈中，用碳酸钾做催化剂，滴加1-甲基哌嗪，加热回流反应之后抽滤，并用乙酸乙酯跟水萃取后蒸除溶剂，用乙醇重结晶得到最终产物，即罗丹明B类衍生物1-甲基哌嗪罗丹明酰胺。一、本专利技术罗丹明B衍生物的合成实施例1(1)将罗丹明B1.2g(2.5mmol)溶于30mL乙醇溶剂，加入98％(质量百分含量)水合肼2mL，在80℃条件下加热回流3h后，浓缩溶剂，析出黄色产物，抽滤、干燥后置于小烧杯中，不断滴加浓盐酸使产物完全溶解成紫红色溶液，再用4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种1‑甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称取罗丹明B1.2g溶于30～35mL乙醇溶剂，加入98％水合肼2.0～4.0mL，在80～95℃条件下加热回流1.5～3.0h后，浓缩溶剂，析出黄色产物，抽滤、干燥后置于小烧杯中，不断滴加浓盐酸使产物完全溶解成紫红色溶液，再用40％氢氧化钠水溶液调节体系pH值至7.0左右，析出大量淡粉色固体，抽滤、干燥后获得淡粉色罗丹明B酰肼中间产物粉末；(2)称取0.456g步骤(1)制备的罗丹明B酰肼溶于25mL的二氯甲烷中，加入0.4～0.6mL的氯乙酰氯，并加入0.5～1.5mL的三乙胺作为缚酸剂，冰盐浴下快速搅拌反应10～15h，蒸除溶剂后，得到淡紫色固体粗产物，接着中性氧化铝过柱后得到黄白色固体；所述罗丹明B酰肼与氯乙酰氯的摩尔比为1:2.5～3.75；(3)将步骤(2)得到的黄白色固体称取0.20g溶于乙腈中，滴加过量的1‑甲基哌嗪0.4～0.6mL，加入0.40～0.6g碳酸钾做催化剂，加热回流5～8h后，蒸干溶剂，用乙酸乙酯/水萃取，脱除溶剂并采用乙醇重结晶后获得1‑甲基哌嗪罗丹明酰胺。

【技术特征摘要】
1.一种1-甲基哌嗪罗丹明酰胺的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称取罗丹明B1.2g溶于30～35mL乙醇溶剂，加入98％水合肼2.0～4.0mL，在80～95℃条件下加热回流1.5～3.0h后，浓缩溶剂，析出黄色产物，抽滤、干燥后置于小烧杯中，不断滴加浓盐酸使产物完全溶解成紫红色溶液，再用40％氢氧化钠水溶液调节体系pH值至7.0左右，析出大量淡粉色固体，抽滤、干燥后获得淡粉色罗丹明B酰肼中间产物粉末；(2)称取0.456g步骤(1)制备的罗丹明B酰肼溶于25mL的二氯甲烷中，加入0.4～0.6mL的氯乙酰氯，并加入0.5～1.5mL的三乙胺作为缚酸剂，冰盐浴下快速搅拌反应10～15h，蒸除溶剂后，得到淡紫色固体粗产物，接着中性氧化铝过柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芳辉，罗祥瑞，杨俊卿，魏先文，孙文斌，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34