一种用于同时检测水合肼和亚硫酸（氢）盐的荧光探针及其制备方法和用途技术

一种用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针及其制备方法和用途，该荧光探针是具有以下结构的香豆素衍生物：

Fluorescent probe for simultaneous detection of hydrazine hydrate and sulfite (hydrogen) salt and preparation method and use thereof

A fluorescent probe for simultaneous determination of hydrazine hydrate and bisulfite (hydrogen) salt and its preparation method and use are described. The fluorescent probe is a coumarin derivative with the following structure:

【技术实现步骤摘要】
一种用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种荧光探针及应用该探针同时检测小分子和无机盐的方法,特别是一种能同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针及其制备方法和用途。
技术介绍
肼(N2H4)，一种高活性碱和还原剂，在化学，制药和农业中扮演重要角色，其用途涉及催化剂，缓蚀剂，纺织品和医药中间体等行业.由于其具有爆炸性特点肼也被用作火箭或导弹推进系统的高能燃料。但是，肼具有相当的毒性其制造、使用、运输和处置可能导致严重的环境污染。肼也是一种神经毒素，具有严重的致突变作用，对肝，肺，肾脏和人体中枢神经系统具有破坏作用，因此水合肼也被美国环境保护局(EPA)划为可能的人类致癌物质。虽然活细胞中没有内源性的肼，但其很容易被皮肤、口服吸收，或通过空气吸入进一步对活细胞造成伤害。因此，选择性和灵敏性的检测水合肼已受到越来越多的关注。长期以来，二氧化硫(SO2)一直被认为是一种环境污染物，在高浓度时毒性较强。毒理学研究表明SO2及其衍生物可能会改变细胞内硫醇水平，破坏细胞中的氧化还原平衡从而导致严重的神经元损伤。流行病学研究进一步表明，长期暴露于二氧化硫中不仅会诱发呼吸系统疾病，而且也会导致心血管疾病、肺癌和神经系统疾病。SO2在生理系统中主要形成为亚硫酸(氢)盐(HSO3-/SO32-)，SO2的毒性主要受这两种衍生物的影响。此外，在生理系统中SO2可以由含硫氨基酸内源性的产生，据悉线粒体是细胞内反应性硫物质(RSS)和活性氧物质(ROS)的主要来源场所。此外，亚硫酸(氢)盐被认为会显著降低心肌损伤和异丙基萜醇诱导的线粒体肿胀和变形。因此，监测细胞中的亚硫酸(氢)盐水平极具意义。近年来，荧光探针技术由于其高灵敏度、高选择性、实时检测和操作简易已被评估为强大的检测工具。与其他技术相比，如放射性同位素标记，磁共振成像(MRI)，电子自旋共振(ESR)和电化学检测，荧光探针具有许多优点它可以使用简便、低廉的仪器设备实现高灵敏度、非侵入性和安全性的检测。荧光探针技术可以将这些检测事件快速转换成具有单个分子水平的荧光信号。荧光探针是经历荧光团的光致电子性质变化的分子，其发射强度，荧光寿命，激发波长，发射波长和荧光量子产率通过化学反应来改变荧光分子的化学结构和微环境。由于水合肼和亚硫酸(氢)盐这两种物质特殊的化学性质,实现检测的难度很大。而且大多数的荧光探针只能用于单个物质的检测,能同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针就为数更少了。因此,现有探针,很少有能同时用来检测水合肼和亚硫酸(氢)盐而且检测成本高,效率低,且不利于对复杂微观系统的分析。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服现有技术中不能同时对水合肼和亚硫酸(氢)盐进行荧光检测的难题,提供一种结构稳定、性能优良，能适用水合肼和亚硫酸(氢)盐同时检测的，以香豆素为荧光母体的荧光探针，尤其是检测成本低,效率高,且有利于对复杂微观系统的分析。本专利技术的目的之二是提供能用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针的制备方法。本专利技术的目的之三是提供能用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针的用途。本专利技术的用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针是具有以下结构的香豆素衍生物：其中：R1、R2分别为氢质子、1～18个碳的烷基、芳基中的一种，R3为氰基、甲酸乙酯、甲酸甲酯、甲酸、甲醛缩二乙醇中的一种。本专利技术的用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针的制备方法，具体的合成路线和合成步骤为：(1)将带有取代基R1、R2的氨基水杨醛、丙二酸二乙酯、催化剂哌啶和有机溶剂无水乙醇依次加入100mL单口圆底烧瓶中，其中带有取代基R1、R2的氨基水杨醛与丙二酸二乙酯、哌啶、无水乙醇的摩尔比值分别为0.5-5、0.1-1、0.02-0.1，然后将反应混合物通入氮气加热至回流反应，1-20h后反应停止，待反应混合物恢复至室温，减压除去多余溶剂，然后加入浓盐酸和冰乙酸，其中带有取代基R1、R2的氨基水杨醛与浓盐酸和冰乙酸的摩尔比值均为0.1-0.5，随后将反应混合物加热至80-120℃进行反应，4-10h后停止加热，待反应混合物恢复至室温，将其倒入30-150mL冰水中，边搅拌边滴加稀氢氧化钠溶液调节溶液pH直至析出大量固体，最后用布氏漏斗抽滤除去溶剂，用蒸馏水洗涤滤饼，真空干燥后重结晶，得到化合物Ⅰ；(2)在氮气氛围下，用注射器向干燥的100ml圆底烧瓶中加入三氯氧磷，将反应物置于冰水浴中冷却搅拌，再用注射器逐滴加入无水的N,N-二甲基甲酰胺，滴加完毕后恢复至室温继续搅拌20-60min得到深色液体，其中化合物Ⅰ和三氯氧磷、N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比值均为1-5，将化合物Ⅰ溶于5-50mL的无水N,N-二甲基甲酰胺中，用注射器加入上述密闭烧瓶中，加热至50-80℃继续反应，其中化合物Ⅰ和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比值为0.1-2，5-24h后停止加热，待反应混合物冷却至室温，将其倒入50-300mL冰水中，边搅拌边滴加稀的氢氧化钠溶液调节溶液的pH直至析出大量固体。最后用布氏漏斗抽滤除去溶剂，用蒸馏水洗涤滤饼，真空干燥后重结晶，得到化合物Ⅱ，(3)将化合物Ⅱ、带有R3取代基的乙腈和无水乙醇依次加入圆底烧瓶中，然后加入哌啶和冰乙酸，其中化合物Ⅱ与带有R3取代基的乙腈、无水乙醇、哌啶、冰乙酸的摩尔比值分别为0.1-10、0.01-0.1、5-20、5-20，在氮气氛围下，加热至50-100℃反应，3-12h后停止加热，待反应混合物冷却至室温，然后减压除去溶剂，最后所得到粗产物经硅胶色谱柱纯化，得到紫色固体的目标荧光探针。所述的带有取代基R1、R2的氨基水杨醛和带有R3取代基的乙腈，其中：R1、R2分别为氢质子、1～18个碳的烷基、芳基中的一种，R3为氰基、甲酸乙酯、甲酸甲酯、甲酸、甲醛缩二乙醇中的一种。一种所述的用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针的用途，可以用于真实环境水样品中的水合肼和亚硫酸(氢)盐的含量检测以及化学模拟生物体系和生物体细胞中的水合肼和亚硫酸(氢)盐的含量检测，具体做法是：将探针分子溶解在生理盐酸或磷酸盐(PBS)的缓冲溶液中，或者将探针分子溶解在甲醇、乙醇、乙腈、二甲亚砜或二甲酰胺有机溶剂中，或者将探针分子溶解在水和上述有机溶剂任意比例的混合溶剂中，最终配制成浓度为1×10-5摩尔/升的探针溶液；然后在溶解有探针分子的上述探针溶液中加入不同浓度的含有水合肼或亚硫酸(氢)盐的样品溶液，样品溶液与探针溶液的用量比为10微升：1毫升。相对于现有的技术,本专利技术具有如下优点与技术效果：本专利技术合成的探针化合物的结构是氰基乙烯基取代的氨基香豆素衍生物,其中氰基乙烯基作为识别基团能够同时与水合肼、亚硫酸(氢)盐发生反应,通过分子结构的变化将信号传导至氨基香豆素荧光基团,促使其荧光发射波长发生改变,从而可用于比率型荧光检测。本专利技术合成的荧光探针,在激发光激发下,在570纳米左右处有一个较强的橙色荧光。当加入水合肼后,识别基团氰基乙烯基与水合肼结合,破坏了探针分子原有的分子内电荷转移过程,使得探针在570纳米左右处的橙色荧光减弱，510纳米左右处的绿色荧光增强,从而实现对水合肼的比率型荧光检测。当亚硫酸(氢)盐存在时,亚硫酸(氢)根与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针，其特征在于具有以下结构的香豆素衍生物：

【技术特征摘要】
1.一种用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针，其特征在于具有以下结构的香豆素衍生物：其中：R1、R2分别为氢质子、1～18个碳的烷基、芳基中的一种，R3为氰基、甲酸乙酯、甲酸甲酯、甲酸、甲醛缩二乙醇中的一种。2.一种如权利要求1所述的用于同时检测水合肼和亚硫酸(氢)盐的荧光探针的制备方法，具体的合成路线和合成步骤为：步骤(1)，化合物Ⅰ的制备：将带有取代基R1、R2的氨基水杨醛、丙二酸二乙酯、催化剂哌啶和有机溶剂无水乙醇依次加入100mL单口圆底烧瓶中，然后将反应混合物通入氮气加热至回流反应，1-20h后反应停止，待反应混合物恢复至室温，减压除去多余溶剂，然后加入浓盐酸和冰乙酸，随后将反应混合物加热至80-120℃进行反应，4-10h后停止加热，待反应混合物恢复至室温，将其倒入30-150mL冰水中，边搅拌边滴加稀氢氧化钠溶液调节溶液pH直至析出大量固体，最后用布氏漏斗抽滤除去溶剂，用蒸馏水洗涤滤饼，真空干燥后重结晶，得到化合物Ⅰ；步骤(2)，化合物Ⅱ的制备：在氮气氛围下，用注射器向干燥的100ml圆底烧瓶中加入三氯氧磷，将反应物置于冰水浴中冷却搅拌，再用注射器逐滴加入无水的N,N-二甲基甲酰胺，滴加完毕后恢复至室温继续搅拌20-60min得到深色液体，将化合物Ⅰ溶于5-50mL的无水N,N-二甲基甲酰胺中，用注射器加入上述密闭烧瓶中，加热至50-80℃继续反应，5-24h后停止加热，待反应混合物冷却至室温，将其倒入50-300mL冰水中，边搅拌边滴加稀的氢氧化钠溶液调节溶液的pH直至析出大量固体，最后用布氏漏斗抽滤除去溶剂，用蒸馏水洗涤滤饼，真空干燥后重结晶，得到化合物Ⅱ，步骤(3)，荧光探针的制备：将化合物Ⅱ、带有R3取代基的乙腈和无水乙醇依次加入圆底烧瓶中，然后加入哌啶和冰乙酸，在氮气氛围下，加热至50-100℃反应，3-12h后停止加热，待反应混合物冷却至室温，然后减压除去溶剂，最后所得到粗产物经硅胶色谱柱纯化，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾林涛，吴娟娟，叶卓，潘健，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12