一种SO2比率型荧光探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种检测二氧化硫的荧光探针：

A SO2 ratio fluorescent probe and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种SO2比率型荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术属于分析化学
，具体涉及一种检测二氧化硫的荧光探针及其应用。
技术介绍
SO2是存在于生物体内不可或缺的的活性硫之一，它在人类各种各样的生理和病理过程中扮演着重要的角色。内源性SO2的产生主要是由于细胞线粒体中H2S和含硫小分子（例如半胱氨酸（Cys）和同型半胱氨酸（Hcy））在酶的作用下发生了催化氧化反应。SO2是调节心血管疾病重要因子，具有舒张血管，降血压，抗氧化等功能，它的异常值可能导致许多健康障碍，例如，过量摄入SO2可导致呼吸道疾病（包括哮喘，肺气肿，慢性支气管炎）脑神经紊乱（包括偏头痛，中风和脑癌）甚至肺癌。因此，实时监测活细胞中SO2的水平对于相关疾病的诊断具有非常重要的意义。对于传统的SO2检测方法如高效液相色谱法、电化学检测法、质谱法、比色法和毛细管电泳法等已有报道，但它们也同时由于存在着成本高、复杂难懂、破坏组织或细胞、操作繁琐等众多缺点因而限制了这些方法的实际应用。相比之下，荧光生物成像方法具有显著的优势，它具有操作简单、选择性和灵敏度高、检测限低、实时、无损、细胞内检测等优点。因此，设计识别SO2的荧光探针具有重要意义。而比率型荧光探针由于消除了环境干扰导致的假阳性结果，比“增强型”和“猝灭型”荧光探针具有更高的准确度和灵敏度。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种检测二氧化硫的荧光探针，响应速度快、抗干扰能力强。本专利技术的另一目的是提供一种上述荧光探针在检测溶液中和生物细胞内亚硫酸氢根的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种检测二氧化硫的荧光探针，其化学结构式如式（I）所示：式（I）。上述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：（1）N2气保护下，在NaOH和KI存在的条件下，2-甲氧基吩噻嗪和1-溴丁烷在DMSO中加热回流反应，反应液经纯化得到淡黄色油状化合物1；（2）在0℃，N2气保护下，三氯氧磷和DMF搅拌至出现淡粉色固体时，加入化合物1的DMF溶液，加热反应，反应液经纯化得到黄色固体化合物2；（3）0-5℃条件下，化合物2的二氯甲烷溶液与AlCl3混合，然后室温反应，反应液经纯化得到黄色油状化合物3；（4）N2气保护下，化合物3和对氨基苯腈在乙醇中室温反应，反应液经纯化得橙红色固体，即荧光探针。步骤（1）中，所述的反应温度为95℃。步骤（2）中，所述的反应温度为60℃。一种上述荧光探针在检测溶液、细胞或生物体中亚硫酸氢根的应用。本专利技术的机理如下：本专利技术所述的荧光探针吩噻嗪荧光团斯托克斯位移大，发射波长长，N原子和S原子都具有孤对电子，作为较强的供电子基团而引入到目标分子的结构中，CN基团作为吸电子基团，与吩噻嗪基团形成一个大的电子推拉体系，从而得到具有ICT效应的探针Ph-CN。在亚硫酸氢根存在下，探针上的C=N发生麦克尔加成反应，切断体系大的共轭结构，ICT效应被阻断，生成Ph-CN-SO2，660nm处的深红发射减弱460nm处的蓝色荧光增强。本专利技术具有以下优点：深红发射探针Ph-CN能有效避开生物组织的自吸收与自发荧光，具有较强的生物组织穿透性。探针Ph-CN有良好的选择性、稳定性，它对SO2的响应速度很快并且在酸性和中性范围内对SO2响应良好，能产生较大的发射位移，避免了与SO2相互作用后的产物光谱重叠，有利于探针在活体生物系统中的进一步应用。附图说明图1是荧光探针的1HNMR图谱；图2是荧光探针的13CNMR图谱；图3是荧光探针的质谱图；图4是荧光探针对不同浓度的亚硫酸氢根的响应；图5是荧光探针对亚硫酸氢根的响应动力学；图6是荧光探针对不同离子、小分子和氨基酸的选择性；图7是不同pH对探针及探针响应亚硫酸氢根的影响；图8是荧光探针在活细胞中的成像应用。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）化合物1的合成：称取2-甲氧基吩噻嗪（1.145g，5mmol）、1-溴丁烷（1.36g，10mmol）和碘化钾（12mg，0.072mmol）、氢氧化钠（0.4g，10mmol）加入到圆底烧瓶中，用适量的DMSO溶解，N2气保护下95℃搅拌6小时，停止反应，冷却至室温，将产物倒入水中，用二氯甲烷萃取，氯化钠和水分别洗涤三次，收集有机相，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂，经柱层析（石油醚：二氯甲烷=30：1v/v）提纯，得到浅黄色油状产物，产率71%；（2）化合物2的合成：在0℃，N2保护条件下下，向三氯氧磷（559μL，6mmol）中逐滴加入干燥DMF（464μL，6mmol）至出现浅粉色固体时，加入适量DMF溶剂溶解的化合物1（1.145g，5mmol），升温至60℃搅拌4小时，停止反应，冷却至室温，将产物倒入100g碎冰中，用碳酸氢钠调节pH至7，再用二氯甲烷萃取，氯化钠和水分别洗涤三次，收集有机相，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂，经柱层析（石油醚：乙酸乙酯=15：1v/v）提纯，得到黄色固体，产率65%；（3）化合物3的合成：称取化合物2（626mg，2mmol）溶于适量的干燥二氯甲烷溶液中，加入三氯化铝（1.064g，8mmol），N2气保护下在0-5℃条件下搅拌15分钟，然后室温反应6小时，待反应完成后，将产物倒入50mL冰水中，用二氯甲烷萃取，氯化钠和水分别洗涤三次，收集有机相，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去溶剂，经柱层析（石油醚：二氯甲烷=5：1v/v）提纯，得到黄色油状产物，产率61%；（4）探针Ph-CN的合成：称取化合物3（299mg，1mmol）溶于适量的干燥乙醇溶液中，加入对氨基苯腈（92.5mg，1.2mmol），N2气保护下室温搅拌5小时，停止反应，将产物抽滤，并用乙醇洗涤，得到橙红色固体，产率70%；其1HNMR图谱如图1：1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ12.94(s,1H),8.81(s,1H),7.89(d,J=8.5Hz,2H),7.50(d,J=8.5Hz,2H),7.38(s,1H),7.24–7.15(m,2H),7.08(d,J=8.1Hz,1H),6.99(t,J=7.4Hz,1H),6.57(s,1H),3.92(t,J=6.9Hz,2H),1.73–1.64(m,2H,1.39(dt,J=14.6,7.4Hz,2H),0.89(t,J=7.4Hz,3H)）；其13CNMR图谱如图2：13CNMR(100MHz,DMSO-d6)δ163.75,162.50,152.72,150.65,143.19,134.14,130.36,128.13,127.57,123.70,122.68,117.02,114.65,113.23,108.74,103.89,47.20,28.66,19.78,14.06；其HRMS图谱如图3：HRMS(m/z):[M+H]+calcdforC24H22N3OS+,400.1405;found,400.1478。实施例2荧光探针对不同浓度亚硫酸氢根的响应配制浓度为1mM的本专利技术所述检测SO2的比率型荧光探针Ph-CN的DMSO的测试母液溶液待用。配制探针终浓度为10μM，含30%CH3CN溶液的PBS溶液，分别与不同浓度的亚硫酸氢钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测二氧化硫的荧光探针，其化学结构式如式（I）所示：

【技术特征摘要】
1.一种检测二氧化硫的荧光探针，其化学结构式如式（I）所示：式（I）。2.一种如权利要求1所述的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）N2保护下，在NaOH和KI存在的条件下，2-甲氧基吩噻嗪和1-溴丁烷在DMSO中加热回流反应，反应液经纯化得到化合物1：；（2）在0℃，N2保护下，三氯氧磷和DMF搅拌至出现淡粉色固体时，加入化合物1的DMF溶液，加热反应，反应液经纯化得到化合物2：...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，张天歌，朱琳琳，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37