一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子的制备及其应用，本发明专利技术得到目标分子成功的将二者性能相结合，在水性溶剂中，该分子不仅能够对硫化氢分子进行高选择性、高灵敏性的检测，而且该分子具有优良的光开关性能，其能在紫外光和绿色光的照射下表现出快速、可逆的荧光开关性能。在硫化氢检测、环境保护、超分辨成像、生命科学等技术领域有着巨大的应用前景。

Preparation and application of a light switch fluorescent molecule with the recognition function of hydrogen sulfide

The invention discloses an optical switch with hydrogen sulfide fluorescent molecular recognition function of the preparation and application of the invention, the success of the target molecule two performance combination in the aqueous solvent, the molecular detection can not only high selectivity and high sensitivity to hydrogen sulfide molecules, and the molecular optical switch with performance excellent, it can show the fluorescence performance of the switch is rapid and reversible in ultraviolet light and green light. It has a great application prospect in the field of hydrogen sulfide detection, environmental protection, super-resolution imaging, life science and other technical fields.

【技术实现步骤摘要】
一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子的制备及其应用
本专利技术涉及一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子的制备及其应用，具体来说，涉及具有H2S识别功能，并且能在紫外光和可见光的照射下具有可逆荧光开关特性的分子的制备及其应用，属于化学材料制备及分析检测领域。
技术介绍
硫化氢(H2S)一直以来都被认为只是一种有臭鸡蛋气味的有毒气体，但近年来发现，它是继一氧化碳和一氧化氮之后，可在生命体内发挥生理作用的第三种气体信号分子，作为一种气体递质，它不需借助任何特殊的载体就可以快速、自由的通过细胞膜，对一系列生物靶点产生影响，参与机体多种功能的调节，如神经保护、细胞生成、促血管生成、抗氧化应激等。近年来，由于小分子有机荧光探针具有高选择性、高灵敏度、操作方便、无创性检测等优点，从而受到了包括生命科学、医学、药理学、分析化学等各个领域的广泛关注。特别是在分析检测生物样品中，荧光探针更能体现其优势。荧光探针能够对生物样品中目标分子进行非侵入性成像检测，可以实时观察到荧光探针识别目标分子前后的光学信号变化，并且能将这些信号转化为具体的图片信息。目前虽然报导了大量的Cys/Hcy、GSH和H2S荧光探针，但是很少有探针能将H2S从Cys/Hcy、和GSH三者中区分检测出来。所以专利技术一种能够将H2S从Cys/Hcy、和GSH三者中区分检测出来的易观察信号变化的荧光探针是非常有必要的。在近20年内，具有响应性的功能分子受到了越来越多的关注。具有响应性的功能分子一般指受到外界刺激如光照、温度、外力、磁场、pH值的改变或者综合作用从而导致材料的物理性质或者化学结构发生可逆或者不可逆的变化。其应用涉及生物传感器，化学传感器，生物成像等领域。荧光技术对于物质在纳米尺寸的微小变化有着独特的优势。具有光开关性能的荧光分子近年来得到了迅速的发展。在各种光开关荧光分子的设计与合成中，具有光致变色以及可逆荧光开关性能的分子发展尤为迅速。这种光开关荧光分子一般是通过将一种给体荧光染料和对应能级匹配的光致变色受体化合物（如恶嗪类化合物、螺吡喃类化合物和偶氮苯类化合物等）通过共价键等的方式结合到一起从而实现在不同光激发下对体系的荧光性能进行可逆调控。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
针对目前有机小分子荧光探针在H2S分子的检测中所面临的问题，以及结合光开关的优良特点，本专利技术通过分子设计，合成出一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子。进一步应用研究表明，该分子能够对H2S实现高选择性和高灵敏度的检测，并且能够在紫外光和绿色光交替照射下具有多次可逆荧光开关性能。为实现上述目的，本专利技术提供的具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子，结构如式Ⅰ所示：式Ⅰ该分子的特征在于它本身在生理环境中有无荧光，与硫化氢特异性反应后，可生成具有荧光的产物，从而实现对硫化氢的特异性检测，并且该分子能够在紫外光和绿色光交替照射下具有多次可逆荧光开关性能。为实现上述目的，本专利技术一方面提供具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子的制备方法，包括以下步骤：(1)式II化合物的制备：惰性气体保护下，将2-甲基喹啉、2-溴乙醇加入反应瓶中，140℃反应1~3h，反应结束后降至室温，用甲醇溶解，用乙酸乙酯沉淀，抽滤，得到式II化合物；其中所述的2-甲基喹啉与2-溴乙醇的摩尔比为1:1～1:2。(2)式III化合物的制备：惰性气体保护下，将式II化合物、丙二腈加入反应瓶中，乙醇为溶剂，冰浴下，滴加乙醇钠，反应1~3h后，室温反应4～18h，反应结束后，抽滤，得到黄色滤饼，滤饼用乙醇洗涤，得到式III化合物；其中所述的式II化合物、丙二腈的摩尔比为1:1～1:4。(3)式Ⅳ化合物的制备：惰性气体保护下，将式Ⅲ化合物、对羟基苯甲醛及哌啶加入反应瓶中，乙腈为溶剂，加热回流反应4～18h，反应结束后降至室温，浓缩反应液，加去离子水抽滤，得到红橙色滤饼，滤饼用乙腈洗涤，得到式Ⅳ化合物；其中所述的Ⅲ化合物、对羟基苯甲醛的摩尔比为1:1～1:3。(4)式Ⅴ化合物的制备：将式Ⅳ化合物与2,4-二硝基苯磺酰氯、三乙胺加入反应瓶中，四氢呋喃为溶剂，室温搅拌反应8～36h，待反应结束后，浓缩反应液，加去离子水洗涤3～5次，加入二氯甲烷萃取，分液留存二氯甲烷层，加入无水硫酸钠干燥，浓缩，硅胶柱层析提纯，洗脱剂为V石油醚：V乙酸乙酯＝0.5～1:1，得到式Ⅴ化合物；其中所述的Ⅳ化合物与2,4-二硝基苯磺酰氯的摩尔比为1:1～1:2。(5)式I化合物的制备：将式Ⅴ化合物与1’-羧丙基-3’,3’-二甲基吲哚啉-6-硝基螺苯并吡喃、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶加入反应瓶中，二氯甲烷为溶剂，室温搅拌反应8～36h，待反应结束后，过滤，浓缩反应液，硅胶柱层析提纯，洗脱剂为二氯甲烷，得到式Ⅰ化合物；其中所述的Ⅴ化合物与1’-羧丙基-3’,3’-二甲基吲哚啉-6-硝基螺苯并吡喃的摩尔比为1:1～1:3。反应路线如下：进一步地，步骤(1)中所述的2-甲基喹啉与2-溴乙醇的摩尔比为1:1～1:2。进一步地，步骤(2)中所述的式II化合物与丙二腈的摩尔比为1:1～1:4。进一步地，步骤(3)中所述的式III化合物与对羟基苯甲醛的摩尔比为1:1～1:3。进一步地，步骤(4)中所述的式Ⅳ化合物与2,4-二硝基苯磺酰氯的摩尔比为1:1～1:2。进一步地，步骤(5)中所述的式式Ⅴ化合物与1’-羧丙基-3’,3’-二甲基吲哚啉-6-硝基螺苯并吡喃的摩尔比为1:1～1:3。本专利技术另一方面提供一种根据上述的制备方法制备的具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子。本专利技术又一方面提供一根据上述的制备方法制备的具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子在水环境中检测硫化氢的应用。本专利技术的有益效果和创新在于：(1)本专利技术通过共价键将具有硫化氢响应性的基团和具有光响应的螺吡喃基团结合在一起利用荧光共振能量转移（FRET）机理成功地制备了具有硫化氢选择性响应且具有多次可逆荧光开关性能的分子，该分子对硫化氢的选择性好，且抗其他分子干扰能力强；同时，够在紫外光和绿色光交替照射下具有多次可逆荧光开关性能。(2)本专利技术中所制备的具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子，在细胞高分辨率成像，细胞溶酶体定位，复杂环境生物结构分析等领域有着非常重要的应用前景下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：图1为式Ⅰ分子的核磁共振氢谱图。图2为式Ⅰ分子对硫化氢分子识别和光开关响应示意图。图3为式Ⅰ分子的荧光强度和硫化氢浓度变化的关系图。图4为式Ⅰ分子的荧光随硫化氢浓度变化的荧光强度变化值对应的拟合曲线和该曲线所对应的函数图。图5为式Ⅰ分子对各种离子选择性识别的对比数据图。图6为各种离子对为式Ⅰ分子荧光强度的干扰性对比数据图。图7为式Ⅰ分子对紫外光和绿光的可逆响应循环图。需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本专利技术的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本专利技术的概念。具体实施方式为使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子，其特征在于，结构如式Ⅰ所示：

【技术特征摘要】
1.一种具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子，其特征在于，结构如式Ⅰ所示：式Ⅰ。2.根据权利要求1所述的具有硫化氢识别功能的光开关荧光分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)式II化合物的制备：惰性气体保护下，将2-甲基喹啉、2-溴乙醇加入反应瓶中，140℃反应1~3h，反应结束后降至室温，用甲醇溶解，用乙酸乙酯沉淀，抽滤，得到式II化合物；(2)式III化合物的制备：惰性气体保护下，将式II化合物、丙二腈加入反应瓶中，乙醇为溶剂，冰浴下，滴加乙醇钠，反应1~3h后，室温反应4～18h，反应结束后，抽滤，得到黄色滤饼，滤饼用乙醇洗涤，得到式III化合物；(3)式Ⅳ化合物的制备：惰性气体保护下，将式Ⅲ化合物、对羟基苯甲醛及哌啶加入反应瓶中，乙腈为溶剂，加热回流反应4～18h，反应结束后降至室温，浓缩反应液，加去离子水抽滤，得到红橙色滤饼，滤饼用乙腈洗涤，得到式Ⅳ化合物；(4)式Ⅴ化合物的制备：将式Ⅳ化合物与2,4-二硝基苯磺酰氯、三乙胺加入反应瓶中，四氢呋喃为溶剂，室温搅拌反应8～36h，待反应结束后，浓缩反应液，加去离子水洗涤3～5次，加入二氯甲烷萃取，分液留存二氯甲烷层，加入无水硫酸钠干燥，浓缩，硅胶柱层析提纯，洗脱剂为V石油醚：V乙酸乙酯＝0.5～1:1，得到式Ⅴ化合物；(5)式I化合物的制备：将式Ⅴ化合物与1’-羧丙基-3’,3’...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，洪永想，张培盛，王宏，余茂林，张媛，邹朝，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43