一种二氧化硫的比率荧光探针及其合成方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种二氧化硫的比率荧光探针及其合成方法和应用。所述二氧化硫荧光探针，结构式为：

A Sulfur Dioxide Ratio Fluorescence Probe and Its Synthesis Method and Application

The invention provides a ratio fluorescent probe of sulfur dioxide and a synthesis method and application thereof. The sulfur dioxide fluorescent probe has the following structure:

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硫的比率荧光探针及其合成方法和应用
本专利技术属于有机小分子荧光探针领域，具体涉及一种检测二氧化硫荧光探针及其合成方法。
技术介绍
二氧化硫(化学式SO2)是最常见、最简单的硫氧化物。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业过程中也会产生二氧化硫。在日常生活中，SO2衍生物被广泛用作酶抑制剂、抗菌剂、医药产品、食品和饮料必不可少的防腐剂，它们大量用于范围广泛的行业。研究发现，暴露于高剂量的硫酸氢盐中，不仅是导致呼吸疾病，也与肺癌，心血管疾病的原凶，同时与许多神经系统疾病，如中风、偏头痛、阿尔兹海默症也有不可分的关系。二氧化硫吸入后会溶解到人体的血液中。轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽、咽喉痛；严重中毒者可在数小时之内发生肺水肿，出现心慌、胸闷、呼吸困难、咯血。长期低浓度接触，可出现头痛、头昏、乏力等全身症状。尽量避免接触有害气体。因此，发展一种有效快速检测二氧化硫及其衍生物的技术具有重要意义。近年来，对生物体和环境中重要的物种进行检测是一个热点的研究课题。与其他分析工具相比，荧光探针具有操作简单，检测限低，灵敏度高等优点，被广泛用于生物化学，药学以及环境研究和工业领域中的诊断，监测和分析工具。文献中已经报道了一些检测二氧化硫荧光探针。然而，大多数探针是基于荧光强度变化检测二氧化硫的，该类探针容易受到样品环境条件、探针浓度等因素的影响。相反，比值荧光探针可以避免这些因素的影响。FRET(荧光能量共振转移机制)是目前设计比率荧光探针应用最广泛的方法之一，该机理设计的比值荧光探针有两个完全分开的发射峰，能有效的避免光谱重叠。基于此，本文根据亚硫酸氢或亚硫酸盐的亲核性，设计了以FRET荧光信号传感为原理可逆性检测二氧化硫的比率型荧光探针。此类可逆的比率型对研究SO2在生物体内的生理功能具有重要意义。通过动力学实验证明，该探针能够快速可逆的识别SO2。本专利技术所述的比率型荧光消除了背景、环境、浓度的干扰，对检测环境及生物体系中的二氧化硫具有潜在的应用价值。此外，该探针成功应用于细胞成像，同时用于小鼠活体成像在生物体分析检测中显示出很大的优越性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种可逆检测二氧化硫的比率型荧光探针(NaSF)，该探针选择性好、灵敏度高。本专利技术的另一目的是提供一种上述荧光探针的合成方法，原料易得、合成步骤简单、收率高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种可逆检测二氧化硫的比率型荧光探针，简称为NaSF，其结构式如式(I)所示：式(I)。一种上述探针的合成方法，包括以下步骤：(1)4-溴-1,8-萘二甲酸酐与β-氨基丙酸在乙醇中加热回流，冷却至室温抽滤，提纯后得化合物1：(2)在DCC(二环己基碳二亚胺)和DMAP(4-二甲氨基吡啶)存在下，步骤(1)所得化合物1与哌嗪苯乙酮于无水二氯甲烷中在保护气氛下室温反应，提纯得到化合物2：(3)化合物2与四氢吡咯，在保护气氛下，于乙二醇、甲醚混合液中加热回流，得到红色溶液；然后将其滴加到冰水后抽滤、提纯得橙黄色化合物3：(4)在保护气下，化合物3与N,N二乙基水杨醛于浓硫酸中加热反应，然后将反应液加入过量高氯酸，混匀后加至冰水中，抽滤、提纯后得到荧光探针：步骤(1)中，4-溴-1,8-萘二甲酸酐与β-氨基丙酸物质的量比为4:3。步骤(1)中，反应温度为80-90℃。步骤(1)中，反应时间为3-5h。步骤(2)中，化合物1与哌嗪苯乙酮物质的量比为5:6。步骤(2)中，反应时间为20-24h。步骤(3)中，化合物2与四氢吡咯物质的量比为1:5。步骤(3)中，反应温度为125-135℃。步骤(3)中，反应时间为5-6h。步骤(4)中，化合物3与N,N二乙基水杨醛物质的量比为1:1。步骤(4)中，反应温度为85-95℃。步骤(4)中，反应时间为5-6h。步骤(2)、(3)、(4)中，保护气体选自氮气或氩气。一种上述荧光探针在检测溶液、细胞和生物体中SO2的应用。所述SO2在溶液、细胞和生物体中为HSO3-或SO32-。荧光探针的检测原理如下：本专利技术所述的可逆识别二氧化硫的比率型荧光探针，在存在二氧化硫水溶液中，所发射的荧光由645nm(近红外)变成了550nm；在甲醛存在下，发射的荧光又变为645nm(近红外)。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的荧光探针NaSF对二氧化硫有响应，且在甲醛存在下荧光可逆，能够快速可逆的识别SO2，消除了背景、环境、浓度的干扰，为生物及环境中检测二氧化硫的应用奠定了可靠的理论基础，对检测环境及生物体系中的二氧化硫具有潜在的应用价值。此外，该探针成功应用于细胞成像，同时用于小鼠活体成像在生物体分析检测中显示出很大的优越性。附图说明图1是荧光探针NaSF的核磁表征：1HNMR谱(a)和13CNMR谱(b)；图2是荧光探针NaSF不同浓度二氧化硫的滴定测试；图3是荧光探针NaSF不同浓度甲醛的滴定测试；图4是荧光探针NaSF在PBS缓冲液中二氧化硫及甲醛的动力学测试实验；图5是荧光探针NaSF对不同离子的选择性；图6是荧光探针NaSF的细胞成像测试；图7是荧光探针NaSF的小鼠活体成像测试。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受下述实施例的限制。实施例1荧光探针的合成(1)将化合物1的合成称取的4-溴-1,8-萘二甲酸酐(2.38g，16mmol)和的β-氨基丙酸(1.68g，12mmol)于合适的反应瓶中，加入10mL无水乙醇溶解，在氮气保护下，85℃的条件下加热回流3-5h，等体系温度冷却至室温时出现沉淀，然后抽滤，以二氯甲醛：甲醇＝20:1为淋洗液过硅胶柱纯化，得到灰色固体化合物1。(2)化合物2的合成称取化合物1(1.74g，5mmol)和哌嗪苯乙酮(1.3g，6mmol)于合适的反应瓶中，再加入DCC(1.5g，7.5mmol)和DMAP(30mg，0.25mmol)，然后加入10mL的无水二氯甲烷，在氮气保护下，室温搅拌20h，旋蒸，以二氯甲醛:甲醇＝30:1为淋洗液过硅胶柱提纯后得到化合物2。(3)化合物3的合成称取化合物2(3.2g，6mmol)和四氢吡咯(2.1g，30mmol)于反应瓶中，再加入10mL乙二醇甲醚使其溶解，在氮气保护下，130℃回流5h，然后加入冰水中，抽滤，以二氯甲醛：甲醇＝25:2为淋洗液过硅胶柱提纯，得到橙色固体化合物3。(4)化合物NaSF的合成称取化合物3(1.59g，1mmol)和N，N-二乙基水杨醛(193mg，1mmol)于合适的反应瓶中，加入5mL的浓硫酸作溶剂，在氮气保护下，90℃条件下搅拌5h。加热后颜色为灰褐色且随时间颜色逐渐加深。反应结束后，加入100μL高氯酸，搅拌混匀后，将其慢慢滴加入冰水中，然后抽滤后，以二氯甲醛：甲醇＝20:1为淋洗液过硅胶柱得荧光探针NaSF。实施例2荧光探针NaSF对二氧化硫和甲醛响应测试配制浓度为1mM实施例1获得的荧光探针NaSF的二甲基亚砜(DMSO)的测试母液溶液待用。(1)测试溶液为2mL体系，探针的终浓度为10μM，测试使用的亚硫酸氢钠的终浓度分别为1μM、2μM、5μM-70μM(以5为公差递增)，其中含乙腈的体积分数为20％。继而进行荧光检测(λex＝440n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可逆检测二氧化硫的比率型荧光探针，其结构式如式（I）所示：

【技术特征摘要】
1.一种可逆检测二氧化硫的比率型荧光探针，其结构式如式（I）所示：式（I）。2.一种如权利要求1所述的探针的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）4-溴-1,8-萘二甲酸酐与β-氨基丙酸在乙醇中加热回流，冷却至室温抽滤，提纯后得化合物1：；（2）在DCC和DMAP存在下，步骤（1）所得化合物1与哌嗪苯乙酮于无水二氯甲烷中在保护气氛下室温反应，提纯得到化合物2：；（3）化合物2与四氢吡咯，在保护气氛下，于乙二醇、甲醚混合液中加热回流，得到红色溶液；然后将其滴加到冰水后抽滤、提纯得橙黄色化合物3：；（4）在保护气下，化合物3与N,N二乙基水杨醛于浓硫酸中加热反应，然后将反应液加入过量高氯酸，混匀后加至冰水中，抽滤、提纯后得到荧光探针：。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，马燕燕，高雯杰，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37