一种用于Au³⁺检测的荧光增强型荧光探针及其制备方法

一种用于Au³⁺检测的荧光增强型荧光探针及其制备方法
【专利摘要】本发明属于荧光探针材料技术领域，公开了一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针及其制备方法。所述荧光探针为3?(羟甲基)?7?(丙?2?炔基氧基)?2H?吡喃?2?酮，其具有式(1)所示的结构式。该探针可实现对金离子的荧光增强型检测，这种荧光增强型的检测模式有效直观，荧光发射明显且易于观测，并能避免外界条件的干扰，提高了检测精度和准确性。可用于化学、生物、环境等样品中金离子的定量分析。
【专利说明】
一种用于Au3+检测的荧光増强型荧光探针及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于荧光探针材料技术领域，具体涉及一种用于Au3+检测的荧光增强型荧 光探针及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在自然界中，金是一种过渡金属，以单质的形式存在于岩石中，在溶解后可以形成 三价及单价正离子。金与大部分化学物质都不会发生化学反应，但可以被氯、氟、王水及氰 化物侵蚀。历史上黄金充当货币的职能，如价值尺度、流通手段、储藏手段、支付手段和世界 货币。在工业与科学技术上，由于它具有极高的抗腐蚀的稳定性、良好的导电性和导热性以 及金的原子核具有较大捕获中子的有效截面等特点，使其可广泛用到最重要的现代高新技 术产业中去，如电子技术、通讯技术、宇航技术、化工技术、医疗技术等。近年，金离子可以催 化碳-碳重键反应(如催化炔烃的环加成反应)的特性及金纳米材料被广泛应用于纳米材料 和催化剂领域。金在医学上的应用可追溯到古代;近年来研究发现，虽然金元素形式是惰性 的，但研究发现其盐具有一定的生物学效应，其离子具有抗炎症的作用，故被广泛用于药物 治疗如关节炎、肺结核和癌症等疾病。但过量金的化合物对人体也会产生一定伤害，例如过 量氯化金被证实会对人的肝脏、肾脏和神经系统造成损害，同时金元素还会和生物体内的 一些生物分子例如酶和DNA结合，对人体产生毒性。因此研究与开发能够用于检测环境以及 生物体内的金离子含量的荧光探针具有重要的意义。
[0003] 迄今为止，检测金离子的方法有很多，使用较为广泛的有滴定法、吸光光度法、电 化学方法等。滴定法基于金通常呈三价状态，通过还原反应使三价金离子变成一价或零价 状态。1)还原为零价的滴定法:通常以氢醌作滴定剂，3'，3_二甲联苯胺或联苯胺或它们的 衍生物作为指示剂滴定。2)还原为一价态的滴定法:最具有代表性的就是碘量法:AuClf+ 3KI=AuI+I 2+3KCl+Cr。滴定法的缺点是，由于滴定终点的判断往往涉及分析人员的主观因 素，因而易于造成误差，影响检测的准确度。
[0004] 随着高灵敏度的显色剂的大量合成，促使分光光度法检测试料中痕量的金离子具 有很大的发展前途。应用最广泛、实用价值最高的显色剂是碱性染料。碱性染料分子中含有 硫、氮、氧原子，能提供电子和金离子络合，形成颜色更深的络合物，易于用分光光度法检 测，现在经常用到的是三苯甲烷碱性染料，例如结晶紫、灿烂绿和孔雀绿等。吸光光度法灵 敏度高、稳定性好，但这类方法的干扰较多。
[0005] 常用的电化学分析测定金离子主要包括以下几种：（a)极谱法，①阳极溶出伏安 法:将三价的金离子利用电位法进行还原，沉积到汞电极上形成汞齐，之后再经过预电解， 将富集的金发生电氧化反应，检测产生的溶出电流，计算金的含量。此法中需要用到汞电 极，会对环境产生污染，现在使用已不多；②极谱吸附波测定金，根据金离子吸附到试剂上 引起试剂氧化还原电位发生变化，从而根据扩散电流的变化程度和被吸附金离子的量的关 系，计算金的含量。（b)离子选择性电极，近年来研制了许多新型的高灵敏度的金离子选择 性电极。例如，以四苯砷或藏红与AuClf为电活性物质加入到不同溶剂中研制成新型聚氯乙 烯膜，制作成金离子选择性电极。电化学分析法只能检测到微量成分的金，不利于痕量金离 子的测定。
[0006] 近年来，荧光传感器作为一种新型的检测手段备受关注，其具有选择性好和灵敏 度高以及即时检测、响应快、设备简单等特点。例如以荧光增强型检测金离子的方式(例如 发表论文Chem.Commun.，2012,48,744-746)，合成了一种以氟硼二吡咯为母体的荧光探针， 在体系中无金离子时，该探针分子510nm处荧光较弱；当金离子存在并催化探针分子发生内 氢胺化反应形成闭环结构，从而在480nm的激发光照射下，荧光强度明显增强，实现了对金 离子的荧光增强型检测；但该体系的水溶性差且具有毒性，难以在水相中应用。中国专利 201510272256.2制备了一种用于金离子检测的石墨烯量子点，该探针基于石墨烯量子点作 为荧光团，通过氢键作用在量子点表面修饰L-半胱氨酸作为识别基团，金离子与识别集团 上的巯基发生相互作用，产生局域表面等离子体激元共振效应，致使荧光信号增强。在 350nm的激发光照射下，可在400-500nm波长范围发射荧光，从而实现了对金离子的荧光增 强型检测;但是该探针所使用的激发光波长处于紫外区，不利于生物领域中的检测应用。综 上所述，本领域急于发展一种抗干扰性强、准确度高、灵敏度高、应用领域广的简便且高效 的金离子检测方法。

【发明内容】

[0007] 为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用于 Au3+检测的荧光增强型荧光探针。该荧光探针以香豆素为母体，在金离子催化端炔反应的条 件下，通过产生分子内电荷转移效应的方式对金离子实现荧光增强检测。
[0008] 本发明的另一目的在于提供上述用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方 法。
[0009] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0010] 一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针，所述荧光探针为3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮，其具有如下的结构式：
[0011]
[0012] 上述用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，包括如下制备步骤：
[0013] (1)将2,4_二羟基苯甲醛和丙酸钠溶于丙酸酐，在搅拌条件下，滴加哌啶;将混合 溶液加热至回流，控制温度为165°C-170°C进行反应;反应完成后降温至90°C以下，将反应 液倒入冰水中，向所得的混合液滴加盐酸溶液使体系pH呈酸性，至固体析出，固体经分离洗 涤后加入浓硫酸搅拌反应，反应在冰浴条件下进行;反应结束后，将混合液倒入冰水中，加 水稀释至固体析出，固体经分离纯化，得到7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮；
[0014] (2)将7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮溶于二氯甲烷中，加入乙酸酐和吡啶，室温下 反应过夜，反应产物经分离纯化，得到白色固体3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯；
[0015] (3)将3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯溶于四氯化碳，加入N-溴代琥珀酰亚 胺(NBS)和偶氮二异丁腈(AIBN)，氮气及避光保护条件下室温下反应0.5-1小时后升温至80 °C-90°C回流反应，反应完成后蒸发除去有机溶剂;然后加入无水醋酸钠和冰乙酸，室温下 反应0.5-1小时后升温至115°C-120°C回流反应，反应完成后再加入盐酸溶液进行水解反 应，反应产物经分离纯化，得到固体7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛；
[0016] (4)将7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛溶于甲醇，在冰浴条件下加入硼氢化钠，先 在冰浴条件下反应〇. 5-1小时，撤去冰浴，室温下搅拌反应4-5小时，反应产物经分离纯化， 得到固体7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮；
[0017] (5)将7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮溶于丙酮，加入碳酸钾和3-溴丙炔进行 反应，反应产物经分离纯化，得到固体3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮。
[0018] 上述用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的合成路线图如图1所示。
[0019] 优选地，步骤（1)中所述分离纯化的步骤为:抽滤，固体使用去离子水清洗，干燥， 然后经硅胶层析柱纯化;步骤(2)中所述分离纯化的步骤为:旋转蒸发除去有机溶剂；用二 氯甲烷进行萃取，收集有机相，干燥，过滤;旋转蒸发除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱 纯化。
[0020] 优选地，步骤(3)中所述分离纯化的步骤为:加入去离子水进行重结晶；抽滤收集 析出物，固体用去离子水洗涤，干燥;步骤(4)中所述分离纯化的步骤为:旋转蒸发除去有机 溶剂，用乙酸乙酯萃取，使用盐酸溶液破乳，干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，干燥，所得固体 经硅胶层析柱纯化。
[0021] 优选地，步骤(5)中所述分离纯化的步骤为:旋转蒸发除去有机溶剂，用乙酸乙酯 萃取，收集有机相，干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化。
[0022] 优选地，步骤（1)中所述2、4_二羟基苯甲醛与丙酸钠的摩尔比为1:(2-2.2);所述 2、4_二羟基苯甲醛与丙酸酐的摩尔体积比为1: (0.3~0.4)mmol/mL。
[0023] 优选地，步骤(2)中所述7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮与二氯甲烷的摩尔体积比 为1: (7~8)mmol/mL;所述7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮与乙酸酐的摩尔体积比为1: (1.5 ~2)mmol/mL〇
[0024] 优选地，步骤(3)中所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯和N-溴代琥珀酰亚 胺用量的摩尔比为1: (3-3.2);所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯与无水醋酸钠用 量的摩尔比为1: (9-10);所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯与四氯化碳的摩尔体积 比为1: (7~8)mmol/mL;所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯与冰乙酸的摩尔体积比 为1:(7~8)mmol/mL。
[0025] 优选地，步骤(4)中所述7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛与硼氢化钠用量的摩尔 比为1: (2-3);所述7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛与甲醇的摩尔体积比为1: (10~12) mmol/mL〇
[0026] 优选地，步骤(5)中所述7-羟基-3-(羟甲基)-2H_吡喃-2-酮与碳酸钾用量的摩尔 比为1:(3-4);所述7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮与丙酮的摩尔体积比为1:(15~20) mmol/mL;所述7-羟基-3-(轻甲基)-2H-吡喃-2-酮与3-溴丙炔的摩尔体积比为1:0.5mmol/ mL〇
[0027] 相对于现有技术，本发明的荧光探针及制备方法具有如下优点及有益效果：
[0028] (1)本发明的探针化合物对金离子检测具有较好的抗干扰性，常见的其他离子无 法催化探针中的炔基的离去反应，因而无法导致荧光发射，从而不干扰探针对金离子的检 测，表明探针分子具有较好的特异性检测。
[0029] (2)本发明的探针化合物由作为识别基团的炔基及具有荧光性质的香豆素所构 成;探针化合物在存在金离子的条件下会快速发生炔基离去反应，分子结构上由拉电子的 炔基转化为供电子的羟基，得到7-羟基-3-(羟甲基)-2H_吡喃-2-酮，引起分子内部不同基 团之间的电子发生转移，从而产生分子内电荷转移效应，使香豆素母体荧光信号增强。因此 该探针可实现对金离子的荧光增强型检测，随着金离子浓度的增加，蓝色荧光逐渐增强。这 种荧光增强型的检测模式有效直观，荧光发射明显且易于观测，提高了检测精度和准确性。 在一定的浓度下，荧光强度与检测物浓度存在线性关系，可用于定量检测。
[0030] (3)本发明所得荧光探针的检测体系构建了一种新的灵敏度高、准确性高的检测 金离子的方法，其使用方便，便于推广应用。
[0031] (4)本发明探针分子合成工艺较为简便且成本低，产率较高。
【附图说明】
[0032]图1为本发明荧光探针化合物的合成路线图。
[0033]图2为实施例1中7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮的核磁共振氢谱图。
[0034] 图3为实施例1中7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮的质谱图。
[0035]图4为实施例1中3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯的核磁共振氢谱图。
[0036]图5为实施例1中3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯的质谱图。
[0037] 图6为实施例1中7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛的质谱图。
[0038]图7为实施例1中7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮的核磁氢谱图。
[0039 ]图8为实施例1中7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮的质谱图。
[0040]图9为实施例1中3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮的核磁氢谱图。 [0041 ]图10为实施例1中3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮的质谱图。
[0042]图11为本发明的荧光探针在PBS缓冲溶液中在有无金离子存在时的荧光光谱图。 [0043]图12为本发明的荧光探针在PBS缓冲溶液中与不同浓度金离子共存时的荧光光谱 图。
[0044] 图13为本发明的荧光探针在PBS缓冲溶液中与不同金属离子共存时的荧光光谱图 (金属离子：1·空白样，2.Au3+，3.Ag +，4.Ba2+，5.Ca2+，6.Co2+，7.Cr 3+，8.Cu2+，9.K+，10.Li+， ll.Mg2+，12.Mn2+，13.Na+，14.Ni2+)。
[0045] 图14为本发明的荧光探针抗干扰性测试的荧光光谱图（金属离子：1.空白样， 2.Au3+，3.Ba 2+，4.Ca2+，5.Co2+，6.Ag+，7.Cr 3+，8.Cu2+，9.Mg2+，10.K+，ll.Li +，12.Mn2+，13.Na+， 14.Ni2.)。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0047] 实施例1
[0048] (1)将3000mg的2，4_ 二羟基苯甲酸（21 · 6mmol)和4500mg的丙酸纳（46 · 8mmol)溶于 7.5mL的丙酸酐，在搅拌条件下，滴加0.5mL的哌啶;将混合溶液加热至回流，控制温度为170 °C，反应6小时；反应停止后静置反应液，待温度降至90°C以下，将反应液倒入冰水中，向所 得的混合液滴加盐酸溶液，使体系pH呈酸性，观察到有固体析出；随后将混合溶液进行抽 滤，使用lOOmL的去离子水清洗，得到红褐色固体;将上述所得红褐色固体转移至烧瓶中，加 入浓硫酸搅拌反应，反应在冰浴条件下进行，观察到反应液变成粉红色;反应结束后，将混 合液倒入冰水中，加200mL去离子水稀释，观察到有固体析出，随后进行抽滤，使用lOOmL去 离子水清洗，干燥，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 4:l)，得 到固体7-羟基-3-甲基-2!1-吡喃-2-酮143〇11^(产率为37.6%)。通过核磁共振氢谱对该产物 进行表征，结果如图2所示，表征数据如下:4 NMR(500MHz，DMS〇-d6，δρρπι): 10.34-10.40(s， lH)，7.73-7.76(d，lH)，7.41-7.45(m，lH)，6.74-6.77(dd，lH)，6.67-6.72(d，lH)，2.(n-2.06(d，3H)。其中，10 · 37ppm处对应的为酸羟基质子特征峰，7 · 74ppm、7 · 42ppm、6 · 76ppm处 对应为苯环上质子特征峰，2.03ppm处对应的为甲基特征峰。另外，通过高分辨的质谱进行 了辅助证明，结果如图3所示，鉴定数据如下：HR-ESI MS calcd for C1QH8〇3(M-Hr: 175.0401 found: 175.0403。通过核磁和质谱的分析可以确定所合成的产物为目标中间体。 [0049] (2)将1430mg的7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮（8.12mmol)溶于58mL的二氯甲烷 中，加入15mL的乙酸酐和2.5mL吡啶，室温下反应过夜。停止反应后，旋转蒸发除去有机溶 剂；用350mL二氯甲烷进行萃取，收集有机相，加入4000mg无水硫酸钠干燥，过滤;旋转蒸发 除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 4:l)，得到 白色固体3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯1190mg(产率为67.2 % )。通过核磁共振氢谱 对该产物进行表征，结果如图4所示，表征数据如下：4匪R(500MHz，⑶Cl3，δ rom):7.50-7·53(s，1H)，7·40-7.44(d，lH)，7.05-7.14(d，lH)，7.00-7.0(dd，lH)，2.32-2.36(s，3H)， 2 · 20-2 · 22(d，3H)。其中，7 · 51、7 · 42和7 · 02ppm处对应的为苯环上质子的特征峰，2 · 34ppm处 对应的为乙脂基上甲基的特征峰，2.21ppm处对应的为烯基上甲基的特征峰。另外，通过高 分辨的质谱进行了辅助证明，结果如图5所示，鉴定数据如下：HR-ESI MS calcd for &出1()〇4(1+!〇 +:219.06524〇1111(1:219.0654。通过核磁和质谱的分析可以确定所合成的产物 为目标中间体。
[0050] (3)将1190mg的3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯（5.46mmo 1)溶于40mL四氯化 碳，加入3110mg的N-溴代琥?自酰亚胺（17.47mmol)和偶氮二异丁腈，先在室温下反应0.5小 时，而后加热搅拌回流8小时，控制温度在90°C，整个反应在充氮气和避光保护下进行;冷却 至室温，旋转蒸发除去有机溶剂，加入4300mg的无水醋酸钠(52.4mmol)和40mL冰乙酸，先在 室温下反应〇. 5小时，随后加热搅拌回流12小时，控制温度在115°C，整个反应在充氮气和避 光的条件下进行。将反应体系温度降至90°C，加入80mL的2N盐酸溶液，搅拌反应0.5小时;冷 却至室温，再在室温下反应24小时；将反应体系再次加温至110°C，停止加热;冷却至室温， 加入250mL的去离子水，随后进行重结晶；抽滤并收集析出物，使用100mL去离子水洗涤，干 燥，得到固体7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛650mg(产率为62.6%)。通过高分辨的质谱进 行了证明，结果如图6所示，鉴定数据如下:HR-ESI MS calcd for &〇Η6〇4(Μ-ΗΓ:189.0193， found:189.0194。
[0051] (4)将650mg的7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛（3.42mmol)溶于40mL的甲醇，在冰 浴条件下加入388mg硼氢化钠（10.26mmol)，先在冰浴条件下反应0.5小时，撤去冰浴，室温 下搅拌反应5小时；旋转蒸发除去有机溶剂，用300mL的乙酸乙酯萃取，使用盐酸溶液破乳， 用3500mg的无水硫酸钠干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，干燥，所得固体经硅胶层析柱纯化 (淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 2:l)，得到固体7-羟基-3-(羟甲基）-2H-吡喃-2-酮 400mg(产率为60.9%)。通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图7所示，表征数据如 下：iHNMRWOOMHz，DMS〇-d 6，δρρπι): 10 · 41-10 · 44(s，1H)，7 · 82-7 · 87(s，1H)，7 · 55-7 · 58(d， 1!1)，6.77-6.80((1(1，1!1)，6.7卜6.74((1，1!1)，5.29-5.33(扒1!1)，4.29-4.32((1，2!〇。其中， 10.42ppm处对应的为酚羟基的特征峰，7.85、7.56和6.78ppm处对应的为苯环质子的特征 峰，5.3 lppm处对应的为羟基质子的特征峰，4.3 lppm处对应的为亚甲基质子的特征峰。另 外，通过高分辨的质谱进行了辅助证明，结果如图8所示，鉴定数据如下:HR-ESI MS calcd for C1QH8〇4(M-H)-:191.0350,found:191.0353。通过核磁和质谱的分析可以确定所合成的 产物为目标中间体。
[0052] (5)将400mg的7-羟基-3-(羟甲基）-2H-吡喃-2-酮（2 · 08mmo 1)溶于40mL的丙酮，加 入lOOOmg碳酸钾(7.24mmol)和lmL的3-溴丙炔;先在室温下反应0.5小时，随后加热反应6小 时，控制温度为50 °C。
[0053]冷却至室温，旋转除去有机溶剂，用乙酸乙酯萃取，收集有机相，干燥;旋转蒸发除 去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 3:l)，得到固 体3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮239mg(产率为49.9% )。通过核磁共振氢 谱对该产物进行表征，结果如图9所示，表征数据如下：?匪R(600MHz，DMS0-d6，S ppm): 7·91-7·93(s，1H)，7·69-7·72(d，lH)，7.05-7.07(d，lH)，6.98-7.01(dd，lH)，5.39-5.41(f， 1!〇,4.92-4.94((1，2!〇,4.32-4.35((1(1，2!〇,3.61-3.70(七，1!1)。其中，7.92、7.70和6.99口口111 处对应的为苯环上质子的特征峰，5.40ppm处对应的羟基质子的特征峰，4.9 3ppm处对应的 为炔基旁亚甲基上质子的特征峰，4.34ppm处对应的为羟基旁亚甲基的特征峰。另外，通过 高分辨的质谱进行了辅助证明，结果如图10所示，鉴定数据如下：HR-ESI MS calcd for C13H1Q〇4(M-H) -: 229.0506，found: 229.0500。通过核磁和质谱的分析可以确定所合成的产物 为目标中间体。
[0054] 实施例2
[0055] (1)将150011^的2,4-二羟基苯甲醛（10.8111111〇1)和228611^的丙酸钠（23.76_〇1)溶 于4.3mL的丙酸酐，在搅拌条件下，滴加0.3mL的哌啶;将混合溶液加热至回流，控制温度为 165°C，反应6小时；反应停止后静置反应液，待温度降至90°C以下，将反应液倒入冰水中，向 所得的混合液滴加盐酸溶液，使体系呈酸性，观察到有固体析出；随后将混合溶液进行抽 滤，使用100mL的去离子水清洗，得到红褐色固体;将上述所得红褐色固体转移至烧瓶中，加 入浓硫酸搅拌反应，反应在冰浴条件下进行，观察到反应液变成粉红色;反应结束后，将混 合液倒入冰水中，加200mL去离子水稀释，观察到有固体析出，随后进行抽滤，使用100mL去 离子水清洗，干燥，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 4:l)，得 到固体7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮761.8mg(产率为40.0% )。
[0056] (2)将600mg的7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮(3.41mmo 1)溶于27mL的二氯甲烷中， 加入6.8mL的乙酸酐和3. OmL吡啶，室温下反应过夜。停止反应后，旋转蒸发除去有机溶剂； 用350mL二氯甲烷进行萃取，收集有机相，加入4000mg无水硫酸钠干燥，过滤;旋转蒸发除去 有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 4:l)，得到白色 固体3-甲基-2-氧代-2!1-色烯-7-基乙酸酯55611^(产率为74.7%)。
[0057] (3)将400mg的3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯（1.83mmol)溶于14.6mL四氯 化碳，加入977mg的N-溴代琥?自酰亚胺(5.49mmol)和偶氮二异丁腈，先在室温下反应1小时， 而后加热搅拌回流8小时，控制温度在85 °C，整个反应在充氮气和避光保护下进行;冷却至 室温，旋转蒸发除去有机溶剂，加入150 lmg的无水醋酸钠（18.3mmo 1)和14.6mL冰乙酸，先在 室温下反应1小时，随后加热搅拌回流12小时，控制温度在117°C，整个反应在充氮气和避光 的条件下进行。将反应体系温度降至90 °C，加入75mL的2N盐酸溶液，搅拌反应1小时;冷却至 室温，再在室温下反应24小时；将反应体系再次加温至110°C，停止加热;冷却至室温，加入 250mL的去离子水，随后进行重结晶；抽滤收集析出物，使用100mL去离子水洗涤，干燥，得到 固体7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛246mg(产率为70.7% )。
[0058] (4)将200mg的7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛（1.05mmol)溶于12.6mL的甲醇，在 冰浴条件下加入112mg硼氢化钠(2.96_〇1)，先在冰浴条件下反应1小时，撤去冰浴，室温下 搅拌反应4小时;旋转蒸发除去有机溶剂，用300mL的乙酸乙酯萃取，用3500mg的无水硫酸钠 干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，干燥，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙 酯，V/V = 2:1)，得到固体7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮136mg(产率为67.4% )。
[0059] (5)将80mg的7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮(0.42mmol)溶于8.4mL的丙酮，加 入232.2mg( 1.68mmol)的碳酸钾和210yL的3-溴丙炔;先在室温下反应1小时，随后加热反应 6小时，控制温度为50°C。冷却至室温，旋转除去有机溶剂，用乙酸乙酯萃取，收集有机相，干 燥;旋转蒸发除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V =3:1)，得到固体3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2!1-吡喃-2-酮5〇1^(产率为51.7%)。 [0060] 本实施例探针化合物3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮的中间体以 及最终的探针化合物表征与实施例1中的结果是相同的。
[0061 ] 实施例3
[0062] (1)将2600mg的2，4_ 二羟基苯甲酸（18 · 7mmol)和 3596mg的丙酸纳（37 · 4mmol)溶于 5.6mL的丙酸酐，在搅拌条件下，滴加0.45mL的哌啶；将混合溶液加热至回流，控制温度为 170°C，反应6小时；反应停止后静置反应液，待温度降至90°C以下，将反应液倒入冰水中，向 所得的混合液滴加盐酸溶液，使体系呈酸性，观察到有固体析出；随后将混合溶液进行抽 滤，使用100mL的去离子水清洗，得到红褐色固体;将上述所得红褐色固体转移至烧瓶中，加 入浓硫酸搅拌反应，反应在冰浴条件下进行，观察到反应液变成粉红色;反应结束后，将混 合液倒入冰水中，加200mL去离子水稀释，观察到有固体析出，随后进行抽滤，使用100mL去 离子水清洗，干燥，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 4:l)，得 到固体7-羟基-3-甲基-2!1-吡喃-2-酮165611^(产率为50.3%)。
[0063] (2)将1200mg的7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮（6 · 82mmo 1)溶于47 · 7mL的二氯甲烷 中，加入10.2mL的乙酸酐和2.OmL吡啶，室温下反应过夜。停止反应后，旋转蒸发除去有机溶 剂；用350mL二氯甲烷进行萃取，收集有机相，加入4000mg无水硫酸钠干燥，过滤;旋转蒸发 除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 4:l)，得到 白色固体3-甲基-2-氧代-2!1-色烯-7-基乙酸酯96211^(产率为64.7%)。
[0064] (3)将800mg的3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯（3.66mmol)溶于25.6mL四氯 化碳，加入2020mg的N-溴代琥珀酰亚胺（11.35mmol)和偶氮二异丁腈，先在室温下反应0.6 小时，而后加热搅拌回流8小时，控制温度在80°C，整个反应在充氮气和避光保护下进行;冷 却至室温，旋转蒸发除去有机溶剂，加入2698mg的无水醋酸钠(32.9mmol)和25.6mL冰乙酸， 先在室温下反应0.7小时，随后加热搅拌回流12小时，控制温度在120°C，整个反应在充氮气 和避光的条件下进行。将反应体系温度降至90°C，加入70mL的2N盐酸溶液，搅拌反应1小时； 冷却至室温，再在室温下反应24小时；将反应体系再次加温至110°C，停止加热；冷却至室 温，加入250mL的去离子水，随后进行重结晶；抽滤收集析出物，使用100mL去离子水洗涤，干 燥，得到固体7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛560mg(产率为80.5 % )。
[0065] (4)将400mg的7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛（2.1mmol)溶于21mL的甲醇，在冰 浴条件下加入159mg硼氢化钠(4.2mmol)，先在冰浴条件下反应0.7小时，撤去冰浴，室温下 搅拌反应4.5小时;旋转蒸发除去有机溶剂，用300mL的乙酸乙酯萃取，使用盐酸溶液破乳， 用3500mg的无水硫酸钠干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，干燥，所得固体经硅胶层析柱纯化 (淋洗剂为石油醚/乙酸乙酯，V/V = 2:l)，得到固体7-羟基-3-(羟甲基）-2H-吡喃-2-酮 27611^(产率为68.4%)。
[0066] (5)将150mg的7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮(0.79mmol)溶于11.9mL的丙酮， 加入327.6mg( 2.37mmol)的碳酸钾和395yL的3-溴丙炔;先在室温下反应0.8小时，随后加热 反应6小时，控制温度为50°C。冷却至室温，旋转除去有机溶剂，用乙酸乙酯萃取，收集有机 相，干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(淋洗剂为石油醚/乙酸乙 酯，V/V = 3:l)，得到固体3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮106mg(产率为 58.3%)〇
[0067] 本实施例探针化合物3_(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H_吡喃-2-酮的中间体以 及最终的探针化合物表征与实施例1中的结果是相同的。
[0068] 本发明所得探针化合物3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮的性能测 试：
[0069] (1)探针化合物3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮的荧光性质。
[0070]用PBS缓冲溶液配制测试样与空白样，测试样中探针化合物浓度为5μΜ，Au3+浓度为 40μΜ;空白样中探针化合物浓度为5μΜ，不加入金离子。在405nm激发光照射下，空白样荧光 强度低;然而测试样中的探针分子在金离子存在的条件下，端炔基团被催化发生离去反应， 分子内由拉电子的炔基转化为供电子的羟基，引起分子内部不同基团之间的电子发生转 移，从而产生分子内电荷转移效应，使香豆素母体荧光信号增强，故炔基离去后的探针分子 在465nm左右发射出显著的蓝色荧光。其荧光发射谱图如图11所示。
[0071] (2)探针化合物3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮在PBS缓冲溶液中 对金离子的焚光响应测试。
[0072]配制一系列浓度梯度的Au3+测试样，探针化合物浓度为5μΜ，三价金离子浓度分别 为0、0.1、0.3、0.5、0.8、1、2、5、10、20、30、4(^]?的1^3缓冲溶液。分别测定各个样品在40511111 激发光下的荧光发射谱图，结果如图12所示。随着金离子浓度的增大，蓝色荧光逐渐增强， 因此可实现对金离子的荧光增强型检测，这种检测模式有效直观，提高了准确性。由上述结 果可见，本发明制备的探针化合物3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2Η-吡喃-2-酮可以用 于生物样品、环境样品以及化学样品中金离子进行定量检测分析。
[0073] (3)探针化合物3_(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2Η_吡喃-2-酮的特异性检测测 试。
[0074]分别配制浓度为40μΜ的其它不同金属离子的测试样PBS缓冲溶液(如Mg2+、Na+、Cu2 +、八8+、(：〇2+、8&2+、0 3+、1(+、1^ +、0&2+、附2+、1112+)，探针化合物的浓度为5以1，进行荧光测定，绘 制不同金属离子对应的465nm处的荧光强度的柱状图，结果如图13所示。测试实验表明，其 他金属离子不会与探针化合物发生反应，说明了本发明的探针化合物对金离子具有特异性 检测的性能。
[0075] (4)探针化合物3_(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H_吡喃-2-酮的抗干扰性检测 测试。
[0076]分别配制其他不同金属离子与金离子共存的测试样PBS缓冲溶液(如Mg2+、Na+、Cu 2 +、八8+、(：〇2+、8& 2+、03+、1(+、1^+、0& 2+、附2+、1112+)，探针化合物浓度为5以1，其他金属离子与金离 子的浓度为40μΜ。随后进行荧光测定，绘制不同金属离子与金离子共存情况下对应的465nm 处荧光强度的柱状图，结果如图14所示。实验表明，其它金属离子不干扰探针化合物对三价 金离子的测定，说明了本发明的探针具有较好的抗干扰性，对金离子的检测可以实现良好 的灵敏度与准确性。
[0077] 本发明以探针分子3_(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H_吡喃-2-酮对金离子进行 检测，该探针化合物由炔基作为识别基团，香豆素分子作为荧光基团，探针化合物在检测体 系存在金离子的条件下会快速发生炔基离去反应，分子结构上由拉电子的炔基转化为供电 子的羟基，得到7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮，引起分子内部不同基团之间的电子发 生转移，从而产生分子内电荷转移效应，使香豆素母体焚光信号增强。在405nm激发光照射 下，故炔基离去后的探针分子在465nm左右发射出显著的蓝色荧光。因此可实现对金离子的 荧光增强型检测，这种模式有效直观，提高了准确性和检测精度。测试实验表明，其他金属 离子不会与探针化合物发生特异性反应而产生干扰，说明了本发明的探针化合物对金离子 具有特异性检测的性能。在其他金属离子和金属离子共存的条件下，也不干扰探针化合物 对三价金离子的测定，说明了本发明的探针具有较好的抗干扰性，对金离子的检测可以实 现良好的灵敏度与准确性。
[0078]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针，其特征在于：所述荧光探针为3-(羟甲 基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮，其具有如下的结构式：2. 权利要求1所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征在于 包括如下制备步骤： (1) 将2，4-二羟基苯甲醛和丙酸钠溶于丙酸酐，在搅拌条件下，滴加哌啶;将混合溶液 加热至回流，控制温度为165°C-170°C进行反应;反应完成后降温至90°C以下，将反应液倒 入冰水中，向所得的混合液滴加盐酸溶液使体系pH呈酸性，至固体析出，固体经分离洗涤后 加入浓硫酸搅拌反应，反应在冰浴条件下进行;反应结束后，将混合液倒入冰水中，加水稀 释至固体析出，固体经分离纯化，得到7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮； (2) 将7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮溶于二氯甲烷中，加入乙酸酐和吡啶，室温下反应 过夜，反应产物经分离纯化，得到白色固体3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯； (3) 将3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯溶于四氯化碳，加入N-溴代琥珀酰亚胺和 偶氮二异丁腈，氮气及避光保护条件下室温下反应〇 . 5-1小时后升温至80°C-9(TC回流反 应，反应完成后蒸发除去有机溶剂;然后加入无水醋酸钠和冰乙酸，室温下反应0.5-1小时 后升温至115°C-12(TC回流反应，反应完成后再加入盐酸溶液进行水解反应，反应产物经分 离纯化，得到固体7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛； (4) 将7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛溶于甲醇，在冰浴条件下加入硼氢化钠，先在冰 浴条件下反应〇. 5-1小时，撤去冰浴，室温下搅拌反应4-5小时，反应产物经分离纯化，得到 固体7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮； (5) 将7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮溶于丙酮，加入碳酸钾和3-溴丙炔进行反应， 反应产物经分离纯化，得到固体3-(羟甲基)-7-(丙-2-炔基氧基)-2H-吡喃-2-酮。3. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于:步骤（1)中所述分离纯化的步骤为:抽滤，固体使用去离子水清洗，干燥，然后经硅胶 层析柱纯化;步骤(2)中所述分离纯化的步骤为:旋转蒸发除去有机溶剂；用二氯甲烷进行 萃取，收集有机相，干燥，过滤;旋转蒸发除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化。4. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于:步骤(3)中所述分离纯化的步骤为:加入去离子水进行重结晶；抽滤收集析出物，固体 用去离子水洗涤，干燥;步骤(4)中所述分离纯化的步骤为:旋转蒸发除去有机溶剂，用乙酸 乙酯萃取，使用盐酸溶液破乳，干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，干燥，所得固体经硅胶层析柱 纯化。5. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于:步骤(5)中所述分离纯化的步骤为:旋转蒸发除去有机溶剂，用乙酸乙酯萃取，收集有 机相，干燥;旋转蒸发除去有机溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化。6. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于:步骤（1)中所述2、4_二羟基苯甲醛与丙酸钠的摩尔比为1:(2-2.2);所述2、4_二羟基 苯甲醛与丙酸酐的摩尔体积比为I: (0.3~0.4)mmol/mL。7. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于:步骤(2)中所述7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮与二氯甲烷的摩尔体积比为1: (7~8) mmol/mL;所述7-羟基-3-甲基-2H-吡喃-2-酮与乙酸酐的摩尔体积比为I: (1.5~2)mmol/ mL〇8. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于:步骤(3)中所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯和N-溴代琥珀酰亚胺用量的摩 尔比为1: (3-3.2);所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯与无水醋酸钠用量的摩尔比 为1: (9-10);所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯与四氯化碳的摩尔体积比为1: (7~ 8)mmol/mL;所述3-甲基-2-氧代-2H-色烯-7-基乙酸酯与冰乙酸的摩尔体积比为1:(7~8) mmol/mL〇9. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特征 在于：步骤(4)中所述7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛与硼氢化钠用量的摩尔比为1:(2- 3) ;所述7-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-甲醛与甲醇的摩尔体积比为1:(10~12)mmol/mL。10. 根据权利要求2所述的一种用于Au3+检测的荧光增强型荧光探针的制备方法，其特 征在于:步骤(5)中所述7-羟基-3-(羟甲基)-2H-吡喃-2-酮与碳酸钾用量的摩尔比为1:(3- 4) ;所述7-羟基-3-(轻甲基)-2H-R比喃-2-酮与丙酮的摩尔体积比为1: (15~20)mmol/mL;所 述7-羟基-3-(轻甲基)-2H-吡喃-2-酮与3-溴丙炔的摩尔体积比为1:0.5mmol/mL。
【文档编号】G01N21/64GK106008435SQ201610391026
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】吴水珠, 李博文, 陈泽霖, 曾钫
【申请人】华南理工大学