新型香豆素荧光探针的合成及其对三聚氰胺的识别性能研究

1、2010年第30卷有机化学V ol. 30, 2010第6期, 908911 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 6, 908911 * E-mail: xqsunReceived August 10, 2009; revised November 10, 2009; accepted January 7, 2010.国家自然科学基金(No. 20872051资助项目.No. 6熊敏秋等:新型香豆素荧光探针的合成及其对三聚氰胺的识别性能研究909 Scheme 1呈淡黄色, 加热回流, TLC 点板跟踪至原料消失, 停止反应. 趁热将反应液抽滤,

2、滤饼用乙腈洗涤, 合并滤液, 旋转蒸发除去溶剂, 用乙醇重结晶得到白色固体26.4 g, 产率89.0%, m.p. 71.371.9 ; 1H NMR (500 MHz, CDCl 3 : 2.352.37 (m, 2H, 2.41 (s, 3H, 3.62 (t, J =10.5 Hz, 2H, 4.18 (t, J =9.5 Hz, 2H, 6.15 (s, 1H, 6.84 (s, 1H, 6.84 (d, J =14.4 Hz, 1H, 7.49 (d, J =14.4 Hz, 1H. ESI-MS m /z : 298 (M +1+.1.3 1-(7-丙氧基-4-甲基香豆素基二乙胺

3、(2的合成 在50 mL 三口烧瓶中加入0.31 g (1.0 mmol化合物1, 0.15 g (2.0 mmol二乙胺和25 mL 乙腈, 加热搅拌, 待固体完全溶解后, 加入0.28 g (2.0 mmol研磨的K 2CO 3粉末碳酸钾, 溶液呈黄色, 加热回流, TLC 跟踪, 反应8 h 后, 常温冷却后减压抽滤, 得黄色滤液, 将滤液中的过量二乙胺和溶剂旋转蒸发除去, 剩余淡黄色粘稠液体柱层析分离V (丙酮V (石油醚=110, 得到0.19 g 白色固体2, 产率65.3%. m.p. 38.339.8 ; 1H NMR (500 MHz, CDCl 3 : 1.04 (t, J

4、 =5.0 Hz, 6H, 1.941.99 (m, 2H, 2.40 (s, 3H, 2.542.58 (m, 2H, 2.612.64 (t, J =5.0 Hz, 2H, 4.08 (t, J =5.0 Hz, 2H, 6.14 (s, 1H, 6.82 (s, 1H, 6.85 (d, J =10.0 Hz, 1H, 7.48 (d, J =10.0 Hz, 1H; 13C NMR (75 MHz, CDCl 3 : 11.8, 18.7, 26.9, 47.1, 49.2, 66.9, 101.5, 111.9, 112.6, 113.5, 125.5, 152.6, 155.3,

5、161.4, 162.2; ESI-MS m /z : 290 (M +1+. Anal. calcd for C 17H 23NO 3: C 70.56, H 8.01, N 4.84; found C 70.49, H 8.03, N 4.83.1.4 1,4-二(7-丙氧基-4-甲基香豆素基哌嗪(3的合成 在50 mL 三口烧瓶中加入0.31 g (1.0 mmol化合物1, 0.043 g (0.5 mmol哌嗪和25 mL 乙腈加热搅拌, 待固体完全溶解后, 加入0.14 g (1.0 mmol研磨的K 2CO 3粉末碳酸钾, 加热回流, TLC 跟踪, 反应15 h 后, 常温冷却

6、后减压抽滤, 得白色固体, 用乙腈、去离子水洗涤多次, 以去除过量的化合物1、哌嗪和无机盐, 干燥得0.22 g 白色固体3, 产率84.0%. m.p. 166.7168.7 ; 1H NMR (500 MHz, CDCl 3 : 1.992.04 (m, 4H, 2.40 (s, 6H, 2.55 (t, J =5.0 Hz, 4H, 4.08 (t, J =5.0 Hz, 4H, 6.14 (s, 2H, 6.82 (s, 2H, 6.85 (d, J =10.0 Hz, 2H, 7.48 (d, J =10.0 Hz, 2H; 13C NMR (75 MHz, CDCl 3 : 18.

7、6, 26.5, 53.3, 54.9, 66.9, 101.5, 111.9, 112.7, 113.5, 125.5, 152.5, 155.3, 161.3, 162.1; ESI-MS m /z : 519 (M +1+. Anal. calcd for C 30H 34N 2O 6: C 69.48, H6.61, N 5.40; found C 69.40, H 6.62, N 5.41.1.5 1,4,7,10-四(7-丙氧基-4-甲基香豆素基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷(4的合成在50 mL 三口烧瓶中加入0.36 g (1.2 mmol化合物1, 0.05 g (0.3

8、 mmol Cyclen 和25 mL 乙腈加热搅拌, 待化合物1完全溶解后, 加入0.16 g (1.0 mmol研磨的K 2CO 3粉末碳酸钾, 加热保持温度在6570 , TLC 跟踪, 反应12 h 后, 常温冷却后减压抽滤, 得白色固体, 用乙腈洗去过量化合物1, 再用去离子水洗涤多次以去除无机盐, 干燥得0.27 g 白色固体4, 产率88.3%. m.p. 192.5193.5 ; 1H NMR (500 MHz, CDCl 3 : 1.87910有 机 化 学 V ol. 30, 2010 1.90 (m, 8H,2.36 (s, 12H, 2.49 (t, J =6.5 Hz

9、, 8H, 2.57 (s, 16H, 4.02 (t, J =6.5 Hz, 8H, 6.07 (s, 4H, 6.69 (s, 4H, 6.79 (d, J =8.5 Hz, 4H, 7.43 (d, J =8.5 Hz, 4H; 13C NMR (75 MHz, CDCl 3 : 18.6, 27.0, 51.9, 53.4, 66.7, 101.2, 111.8, 112.6, 113.4, 125.5, 152.6, 155.2, 161.3, 162.2; ESI- MS m /z : 1037 (M +1+. Anal. calcd for C 60H 68N 4O 12: C

10、69.48, H 6.61, N 5.40; found C 69.37, H 6.63, N 5.42.2 结果与讨论2.1 荧光性质测定荧光测试所用仪器为VARIAN-CARY 荧光光谱仪最大测量值为1000 a.u., 测试温度为293 K, 激发波长为285 nm, 激发电压为600 MV, 激发狭缝宽度和发射狭缝宽度均为5 nm.分别移取1 mL 化合物14的DMSO 溶液(浓度分别为4.0×10-3, 4.0×10-3, 2.0×10-3, 1.0×10-3 mol/L于一系列10 mL 容量瓶中. 分别加入04 mL 三聚氰胺的DMSO 溶

11、液(1.0×10-3 mol/L, 用DMSO 稀释至刻度线, 混合均匀后进行测定.测定结果表明, 化合物14均能使三聚氰胺的荧光(em =355 nm, I f, max =36 a.u.猝灭, 其中化合物13的荧光光谱没有因加入三聚氰胺而发生变化. 当在化合物4中加入三聚氰胺时, 其荧光光谱发生了明显的猝灭现象, 说明荧光探针化合物4对三聚氰胺具有识别作用.图1为DMSO 中三聚氰胺存在时化合物4的荧光光谱变化. 在其DMSO 溶液中按增量为2.0×10-5 mol/L 的方法逐渐加入01.0×10-4 mol/L 的三聚氰胺时, 化合物4的荧光强度逐步下降,

12、 当加入的三聚氰胺的量与化合物4相同(均为1.0×10-4 mol/L时, 化合物4的荧光强度下降31%. 此时若继续加入三聚氰胺, 化合物4的荧光光谱不再发生变化.图1 三聚氰胺存在时化合物4的荧光光谱图Figure 1 Fluorescence spectra of 4 (1.0×10-4 mol/L in the presence of melamine2.2 识别机理化合物4荧光猝灭是由于: Cyclen 环与四个香豆素支链通过协同作用9,10, 将三聚氰胺包裹(Eq. 1, 导致香豆素与三聚氰胺之间的-, C H 堆积作用增强, 从而使荧光焠灭1016. 而化合物

13、13中不存在类似于Cyclen 这样的大环化合物, 其协同包裹作用不强.化合物4荧光的猝灭也有可能是由于三聚氰胺上的氢对其的束缚17. 为了验证此假设, 做了对比试验, 在同样的试验条件下, 在化合物4 (1.0×10-4 mol/L中加入等量的2,4,6-三吗啉基-1,3,5-三嗪(5, 其荧光光谱图如图2所示, 其中5在DMSO 中的荧光发射可忽略.图2 化合物4和45的荧光光谱图Figure 2 Fluorescence spectra of 4 (1.0×10-4 mol/L and 45(1.0×10-4 mol/L如图2所示, 加入5后, 化合物4的荧

14、光强度下降了48%. 由于三聚氰胺中的氢已被吗啉基取代, 因此可否定氢键束缚导致荧光强度下降的假设.此外, 由于5的分子支架增强了其与化合物4的结合, 包裹牢固性的提高使Eq. 2所示的动态平衡有利于向右边进行, 因此, 荧光猝灭的程度比加入三聚氰胺时要强.2.3 三聚氰胺的检测限荧光光谱法具有高灵敏度、快速等优点, 经实验测定, 使用荧光光谱法检测三聚氰胺的检测限为5.0×10-10 mol/L (I f, max =21 a.u., 而我们采用中性分子荧光探针化No. 6熊敏秋等:新型香豆素荧光探针的合成及其对三聚氰胺的识别性能研究911 合物检测三聚氰胺的检测限可达到 5.0&

15、#215;10-11 mol/L,并且现象明显(如图3所示.分别配制1.0×10-5 mol/L 的化合物4, 及其中加入01.0×10-5 mol/L 三聚氰胺的DMSO 溶液. 上述各溶液的荧光光谱图如图3所示.图3 化合物4和4·Melamine 的荧光光谱图Figure 3 Fluorescence spectra of 4 (1.0×10-5 mol/L and4·Melamine由于在较低浓度的溶液中, 溶质间的相互作用减弱, 因此 1.0×10-5mol/L 的化合物4的荧光强度较 强16,18. 与此同时, 检测的灵敏

16、度也有所提高, 当加入等量的三聚氰胺时, 化合物4的荧光强度降低66%; 当加入5.0×10-11 mol/L 的三聚氰胺时, 化合物4荧光强度降低的程度仍有22%, 猝灭现象明显, 具有检测三聚氰胺的应用潜能. 综上所述, 化合物4是一种新型的中性分子荧光探针, 能对三聚氰胺进行识别, 检测灵敏度较高, 其检测限可达到5.0×10-11 mol/L.References 1 Callam, J. F.; de Silva, A. P.; Magri, D. C. Tetrahedron 2005, 61, 8551. 2 Haupt, K.; Mosbach, K. Ch

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