一种检测氟离子的荧光探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种检测氟离子的荧光探针及其制备方法和应用，其化学名称为2‑(2‑丁基‑1,3‑二氧羰基‑2,3‑二氢‑1H‑苯并[去]异喹啉‑6‑基)‑3‑(4‑((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)‑2‑苯丙腈，通过(1)N‑正丁基‑4‑溴‑1,8‑萘酰亚胺的合成；(2)2‑(2‑丁基‑1,3‑二氧羰基‑2,3‑二氢‑1H‑苯并[去]异喹啉‑6‑基)‑2‑苯基乙腈的合成；(3)2‑(2‑丁基‑1,3‑二氧羰基‑2,3‑二氢‑1H‑苯并[去]异喹啉‑6‑基)‑3‑(4‑((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)‑2‑苯丙腈的合成：最终制得，该荧光探针应用于检测水溶液中氟离子。与现有技术相比，本发明专利技术具有灵敏度高、可循环识别阴离子，并可在水溶液中检测氟离子等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种检测氟离子的荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术涉及荧光探针领域，尤其是涉及一种检测氟离子的荧光探针及其制备方法和应用。
技术介绍
在超分子化学中人工阴离子受体的设计和开发引起了极大的重视。在环境、生物体内阴离子的广泛存在，对生物体内的代谢与机制调节起着很大的作用。在生物医学领域，少量氟离子可以增强牙齿结构的稳定性，保护骨与牙齿的健康；而人体蓄存过量则致氟中毒，轻者造成氟斑牙，重者出现氟骨症，甚至完全丧失劳动和生活自理能力。近年来，阴离子荧光探针由于其方法的选择识别性好、检测灵敏度高、抗干扰能力强和操作简单得到非常广泛的应用。荧光探针检测阴离子的主要原理是借助于荧光光谱仪器，通过观察阴离子与荧光探针分子之间发生的特异性反应，从而导致荧光分子结构上发生变化，最终通过这种荧光信号的改变来实现对阴离子的定量及定性分析。目前人们已经设计、合成了很多具有潜在应用价值的阴离子荧光探针，但是大部分的探针合成复杂，成本高，不可重复识别，并且很难实现在水溶液中识别阴离子。因此，开发出一类灵敏度高、可循环识别阴离子，并可在水溶液中检测氟离子的荧光探针具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵敏度高、可循环识别阴离子，并可在水溶液中检测氟离子的荧光探针及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：首先，专利技术人了解到1,8-萘酰亚胺是一种优秀荧光团，其结构稳定、易于合成、有优良的光学特性——吸收和发射波长在可见光区、较大的斯托克红移、较高的光稳定性等，而且分子结构内具有典型的ICT光电特性，在微环境条件下具有极高的敏感性等优点。因此，可作为一种潜在的荧光发色团来应用于识别阴离子的探针设计，也可应用于医药、荧光、染料、颜料等工业领域，于是得出以下方案：一种检测氟离子的荧光探针，其化学名称为2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4-((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)-2-苯丙腈，其结构式如下：一种如上所述的检测氟离子的荧光探针的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的合成：先将4-溴-1,8-萘酐溶解于第一溶剂中，再逐渐滴入正丁胺升温至回流状态进行反应，反应结束后析晶、过滤、洗涤，得到灰黄色针状晶体N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺；(2)2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈的合成：在干燥氮气氛围中，先将苯乙腈和NaH搅拌溶解于第二溶剂，并氮气置换，再将N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于第二溶剂，并注入第二溶剂中升温至回流状态；待反应完全后，恢复至室温，酸化、洗涤干燥、减压蒸馏，经柱层析后收集得到紫红色固体2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈；(3)2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4-((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)-2-苯丙腈的合成：在干燥氮气氛围中，加NaH和2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈搅拌溶于第三溶剂，并氮气置换，再加入(4-(溴甲基)-苯氧基)(叔丁基)二苯基硅烷升温至回流状态；待反应完全后，恢复至室温，酸化、萃取洗涤干燥、减压蒸馏，经柱层析后收集得到白色固体2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4-((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)-2-苯丙腈，即检测氟离子的荧光探针。由于NaH是易燃固体，当纯度过高时极易自燃，所以市售的NaH的纯度一般为60％左右，并分散于矿物油中，因此在计量时，所示的摩尔数为产品中NaH的摩尔数，而质量为整个固体产品的质量。本专利技术中所述的回流温度即为各个步骤中混合液体的沸点，因此未特别规定各个步骤的反应温度。进一步地，步骤(1)中所述的4-溴-1,8-萘酐、正丁胺和第一溶剂的摩尔体积比为(10-15)mmol:(80-90)mmol:50ml；步骤(2)中所述的N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺、苯乙腈、NaH和第二溶剂的摩尔体积比为(2-4)mmol:(2-5)mmol:(15-20)mmol:40ml；步骤(3)中所述的2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈、(4-(溴甲基)-苯氧基)(叔丁基)二苯基硅烷、NaH和第三溶剂的摩尔体积比为(1-2)mmol:(1-2)mmol:(15-20)mmol:25ml。进一步地，所述的第一溶剂包括乙酸或乙醇；所述的第二溶剂包括无水四氢呋喃；所述的第三溶剂包括无水四氢呋喃。四氢呋喃的除水处理：向四氢呋喃中加入适量的钠丝，加热回流10h左右，降至室温储存，并加活化的4A分子筛密封保存。进一步地，步骤(1)中所述的反应的时间为1-2h，步骤(2)中所述的反应的时间为3-6h，步骤(3)中所述的反应的时间为3-6h。一种如上所述的检测氟离子的荧光探针的应用，该荧光探针应用于检测水溶液中氟离子。进一步地，检测时，将荧光探针溶解在乙腈中，对氟离子进行测试。本专利技术的荧光探针是以4-溴-1,8-萘酰亚胺为荧光团，-Si-O基为识别位点，在乙腈作为溶剂的条件下，在331nm、348nm处有紫外吸收峰，加入F-后，331nm和348nm处吸收峰出现降低，在385nm、631nm处出现两个新峰。而加入其它阴离子，该荧光探针的紫外吸收光谱没有明显变化。在荧光光谱中，以333nm作为激发波长，该荧光探针的最大发射波长为378nm，具有微弱蓝色荧光，加入F-后，378nm处的荧光强度明显降低。在紫外灯365nm照射下，观察到加入F-后出现荧光淬灭，而其它阴离子没有变化。在其他离子存在干扰下，加入F-后，631nm处依然出现新的吸收峰，几乎不受其他离子的干扰。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)相对传统串联释放反应，本专利技术借助氟离子切断硅氧键串联释放含碳负离子的荧光信号，并且其他离子无法切断硅氧键，进而引起光学信号变化，表现出本专利技术良好的特异性；(2)在其他离子，例如CN-，Cl-，Br-，I-，HSO4-，H2PO4-，AcO-，BF4-，NO3-，ClO4-存在干扰下，加入F-后，本专利技术的荧光探针在631nm处依然出现新的吸收峰，几乎不受其他离子的干扰，表现出本专利技术良好的抗干扰性；(3)无论测试的是高浓度F-和低浓度的F-，本专利技术均能够表现出有效性，在极高和极低的浓度下本专利技术的荧光探针仍能与F-发生特异性的荧光反应，表现出极强的浓度适应性。附图说明图1为实施例1中的荧光探针的乙腈溶液中加入不同阴离子时的紫外吸收谱图；图2为实施例1中的荧光探针的乙腈溶液中加入不同阴离子时在可见光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测氟离子的荧光探针，其特征在于，其化学名称为2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4-((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)-2-苯丙腈，其结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种检测氟离子的荧光探针，其特征在于，其化学名称为2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4-((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)-2-苯丙腈，其结构式如下：





2.一种如权利要求1所述的检测氟离子的荧光探针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的合成：
先将4-溴-1,8-萘酐溶解于第一溶剂中，再逐渐滴入正丁胺升温至回流状态进行反应，反应结束后析晶、过滤、洗涤，得到灰黄色针状晶体N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺；
(2)2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈的合成：
在干燥氮气氛围中，先将苯乙腈和NaH搅拌溶解于第二溶剂，并氮气置换，再将N-正丁基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于第二溶剂，并注入第二溶剂中升温至回流状态；待反应完全后，恢复至室温，酸化、洗涤干燥、减压蒸馏，经柱层析后收集得到紫红色固体2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈；
(3)2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4-((叔丁基二苯基甲硅烷基)氧基)苯基)-2-苯丙腈的合成：
在干燥氮气氛围中，加NaH和2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-2-苯基乙腈搅拌溶于第三溶剂，并氮气置换，再加入(4-(溴甲基)-苯氧基)(叔丁基)二苯基硅烷升温至回流状态；待反应完全后，恢复至室温，酸化、萃取洗涤干燥、减压蒸馏，经柱层析后收集得到白色固体2-(2-丁基-1,3-二氧羰基-2,3-二氢-1H-苯并[去]异喹啉-6-基)-3-(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘传祥，陈曦，陈亚运，付超，李喆垚，陈璐，朱婷婷，高晨，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31