专利名称：一种锌、铜离子荧光探针及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属化学分析检测技术领域，具体涉及一种荧光分子探针，尤其涉及一 种锌、铜离子荧光分子探针及其制备方法以及该荧光分子探针在重金属离子识别 和检测中的应用。
背景技术：
过渡金属及重金属广泛地存在于自然界中，其中某些元素如铜、锌等在生命 过程中具有非常重要的功能，例如锌是人体生长发育尤其是脑发育不可缺少的必 需微量元素，在人体免疫防卫、创伤愈合、生殖功能、核酸及蛋白质代谢等方面 发挥着重要作用。目前临床常用的锌检测指标主要有血清锌、尿锌、发锌和白细 胞锌。血清锌的降低常见于酒精中毒性肝硬变、肺癌、慢性感染、胃肠吸收障碍、 肾病综合症及部分慢性肾衰患者，急性组织损伤、烧伤、外科手术等应急状态以 及急性心肌梗塞、动脉粥样硬化，糖尿病患者也常出现血清锌的降低。另外，生 长发育期的儿童缺锌会出现味觉障碍、食欲不振、嗜睡、生长发育停滞和性成熟 延缓等症状。血清锌的增高常见于甲状腺机能亢进、风湿性心脏病，锌摄入过量 或工业污染引起的急性锌中毒，并且锌摄入过多可加重铜的缺乏。而铜是生命系 统中重要的微量元素和必须的营养元素，缺乏铜离子容易导致神经性疾病，如 Menkes综合症、Wilson病、家族遗传性脊侧索硬化、Alzheimers病和Prion病等。 鉴于铜离子对于生命的重要性，铜在人体内的分布受到严格控制。因此，采用荧 光分子探针的方法检测锌、铜离子，尤其是跟踪其化学反应及其在生命中的作用 过程就变成一件非常有意义的事情。目前锌、铜等重金属及过渡金属离子荧光分 子传感器的设计合成及应用研究已成为化学科学、环境科学及生命科学等领域的 研究热点。
文献报道的铜离子荧光探针是将聚乙烯亚胺(PEI)配置成聚乙烯亚胺水溶 液再在聚四氟乙烯内衬的反应器中反应蒸出溶剂得到黄色粘稠液态物质，反应需 加入过硫酸铵、过氧化氢、过乙酸、碘酸、高锰酸钾等物质作为氧化剂，反应条件要求复杂，反应温度高，得到的物质为粘稠的液体不易存放、携带。中国专利 200810070917. 3 "—种铜离子荧光探针及其制备方法和用途"报道的铜离子荧光 探针制备相对复杂，而且只有荧光增强而无颜色变化，判别识别不明显。中国专 利01805747. 0 "锌荧光探针"及中国专利200410019339. 2 "稀土-过渡混和金 属配合物型锌离子荧光探针"也存在上述问题，并且仅能单一测定锌离子，不能 同时测定铜离子。为此，在现有研究基础上发现性能更优、合成更易和生产成本 更低的新荧光团则具有非常重要的使用价值。目前采用一种荧光探针能检测锌、 铜两种离子还未见相关报道。
发明内容
本发明目的之一提供一种选择性好、能检测锌、铜离子的荧光探针；目的之 二提供一种合成更易、生产成本低的该荧光探针的制备方法；目的之三提供该荧 光探针在重金属离子识别和检测中的应用。
为实现本发明目的，技术方案如下通过研究探索合成出一种对锌、铜离子 具有特殊识别作用的物质，将其作为检测锌、铜离子荧光探针。该荧光分子探针
为1-(7-乙酰胺-1，8-萘啶)-2-(6-乙酰胺-吡啶)-乙烯化合物，具有式1结构， 其特征在于其含有酰胺保护的萘啶基团、中间的碳碳双键和另一端的酰胺保护的 吡啶基团，这些基团使其对于锌、铜离子具有特殊识别作用，机理上异于普通的
荧光探针。其机理在于由于分子的刚性改变和共轭性改变对于锌在荧光增强的
同时颜色红移，颜色改变有利于提高探针的灵敏性。同时对铜离子识别时d轨道 的存在使荧光猝灭效率极高，两种现象使得该物质能同时识别锌、铜两种金属。
(式1)
其制备路线如下:将2-胺基-3-醛基-吡啶、2-胺基-7-甲基-1， 8-萘啶和乙酸酐于100°C-150°C
温度下，在氮气保护下搅拌回流10-50小时；然后将混合物倒入冰水中，搅拌过
夜；过滤得到黄色固体，用水冲洗，干燥后得到粗产物；使用氯仿/乙醇(10:l)
为展开剂通过硅胶柱后得到浅黄色样品即为锌、铜离子荧光探针化合物，产率达
80%。
2-胺基-3-醛基-吡啶可根据文献Schmidt, D. G. ; Seemuth， P. D. ; Zi匿r， H. &《C力e瓜1983，邻1914.合成；2-胺基_7-甲基-1， 8-萘啶可根据 Kelly, T. R. ; Zhao, C. ; Bridger, G. J. 力瓜C/ e瓜5bc. 1989, 777， 3744. Kelly, T. R. ; Bridger, G. J. ; Zhao, C. 力瓜C/ e瓜5bc. 1990, 7"' 8024.合成。
从
中可以看出，在多种的金属离子中，锌、铜离子荧光探针只对锌、 铜离子表现出良好的选择性。因此，锌、铜离子荧光探针可以应用于金属离子检 测，特别是在生物组织和环境污水中的锌、铜离子的检测。
本发明优点1、将1-(7-乙酰胺-1，8-萘啶)-2-(6-乙酰胺-批啶)-乙烯化合 物作为金属分子探针，对锌、铜有很好的选择性，抗干扰能力强，在生物组织和 环境污水应用中不仅使用方便而且有较好的使用效果；2、探针为固体粉末，便 于使用贮藏，并且合成方法简单、收率高、成本低，推广应用前景良好；3、该
荧光探针识别锌离子过程中除了荧光显著增强外颜色也发生了变化，特征明显， 有利于对于金属的检测，特别有利于实现原位检测。因为普通荧光分子探针对于 金属离子的选择性较差，无法在荧光增强的同时实现颜色变化。
图1为锌、铜离子荧光探针分子(1)的单晶结构。
图2为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5. 0xl0_5M)甲醇溶液对于Zn2+的荧光光谱响应图。在图1中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标为荧光强度; 图中箭头表示锌离子浓度增加，直至探针分子浓度的二倍为止。图2中右上角插 入的小图为411 rnn处(1曲线)和458 nm处(2曲线)发射强度对于锌离子浓 度响应情况(锌离子浓度由0到1. 0x101，激发波长为362 nm)。
图3为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5. 0x10—5M)甲醇溶液对于Cu2+ 的荧光光谱响应图。在图3中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标为荧光强度； 图中箭头表示铜离子浓度增加，直至探针分子浓度的二倍为止。图3中右上角插 入的小图为411 nm处发射强度对于铜离子浓度响应情况(铜离子浓度由0到 1.0xlO_4M,激发波长为362 nm)。
图4为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5.0xlO_5M)甲醇溶液对于不 同的金属离子(Zn2+ 、 Mn2+、 Hg K+、 Mg2+、 Ca2+、 Na+、 Cr:!+、 Ni2+、 Cu2+)的荧光 光谱响应图。在图4中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标为荧光强度，激发 波长为362 nm。其中1曲线为锌离子的荧光光谱响应图；2曲线为铜离子的荧光 光谱响应图。
图5为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5.0x10—5M)甲醇溶液对于不 同的金属离子和高浓度干扰离子(5慮的032+Mg2+, Na+, K+)存在下锌离子的荧 光响应情况。纵坐标为(I-I。)/1。。 I表示458 nm处的荧光强度，1。表示441nm 处的荧光强度，激发波长为362 nm。
图6为锌、铜离子荧光探针分子(1)甲醇溶液在365 nm的光照下拍摄的照 片。(左侧是加入锌离子的照片，中间为未加入金属离子的照片，右侧为加入铜 离子的照片)
图7为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5. 0xl(T5M)乙醇溶液对于ZnCl2 的荧光光谱响应图。在图7中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标为荧光强度 (锌离子浓度由0到1.0x10—4M，激发波长为362 nm)。曲线1为该荧光探针乙 醇溶液荧光光谱响应图；曲线2为该荧光探针乙醇溶液加入锌离子后的荧光光谱 响应图。
图8为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5. 0x10—5M)乙醇溶液对于CuCl2 的荧光光谱响应图。在图8中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标为荧光强度 (铜离子浓度由0到1.0xlO_4M，激发波长为362 nm)。曲线1为该荧光探针乙醇溶液荧光光谱响应图；曲线2为该荧光探针乙醇溶液加入铜离子后的荧光光谱 响应图。
图9为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5.0x10—5M)乙醇溶液对于 Zn(N0:,)2的荧光光谱响应图。在图9中，横坐标为荧光发射波长(nm),纵坐标为 荧光强度(锌离子浓度由0到1.0x10—4M，激发波长为362 nm)。曲线1为该荧 光探针乙醇溶液荧光光谱响应图；曲线2为该荧光探针乙醇溶液加入锌离子后的 荧光光谱响应图。
图10为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5.0xl(r5M)乙醇溶液对于 Cu(N03)2的荧光光谱响应图。在图10中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标 为荧光强度(铜离子浓度由0到1.0xlO_4M，激发波长为362 nm)。曲线1为该 荧光探针乙醇溶液荧光光谱响应图；曲线2为该荧光探针乙醇溶液加入铜离子后 的荧光光谱响应图。
图11为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为5.0xlO-5M)乙醇溶液对于 CiiS(X的荧光光谱响应图。在图11中，横坐标为荧光发射波长(nm)，纵坐标为荧 光强度(铜离子浓度由0到1.0x10—4M，激发波长为362 mn)。曲线1为该荧光 探针乙醇溶液荧光光谱响应图；曲线2为该荧光探针乙醇溶液加入铜离子后的荧 光光谱响应图。
图12为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为2.5xl(T5M)甲醇溶液的瞬态 荧光。纵坐标为光子数，横坐标为保留时间。
图13为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为2.5xlO—5M)甲醇溶液加入2 个当量锌离子后的瞬态荧光。纵坐标为光子数，横坐标为保留时间。
图14为锌、铜离子荧光探针分子(1)(浓度为2.5xlO—5M)甲醇溶液加入2 个当量铜离子后的瞬态荧光。纵坐标为光子数，横坐标为保留时间。
具体实施例方式
为对本发明进行更好的说明，举实施例如下
实施例1锌、铜离子荧光探针1-(7-乙酰胺-1,8-萘啶)-2-(6-乙酰胺-吡 啶)-乙烯化合物的制备
将2-胺基-3-醛基-吡啶、2-胺基-7-甲基-1，8-萘啶和乙酸酐于140。 C温度 下，在氮气保护下搅拌回流24小时。然后将混合物倒入冰水中，搅拌过夜。过滤得到黄色固体，用大量的水冲洗，干燥后得到粗产物。使用氯仿/乙醇(10:l) 为展开剂通过硅胶柱后得到浅黄色样品，产率80%。
荧光探针的基本数据
mp 180 - 181 ° C。
'H NMR (CDC1:,， 400 MHz) : S (ppm) 8. 59 (m, 1H), 8. 53 (d， 1H, J= 8. 8 Hz)， 8.18 (m， 3H), 7.67 (d, 1H, J=16.2Hz)， 7.56 (d, 1H， J=8. 3Hz), 7.48 (m， 1H)， 7.37 (d， 1H， ， 16.2 Hz), 2.33 (s, 9 H).
13C丽R (CDCU 100 MHz): 5 (ppm) 25.0， 26.7， 115.1' 120.0， 120.1， 124.9， 128.1， 131.2， 133.8, 136.1' 137.3, 139.4, 149.7, 150.8， 154.0, 157.9, 172.5.
IR (KBr, cm_1) : 3395, 1701, 1597， 1504, 1428, 1400， 1368， 1307， 1286, 1255， 1137， 1031， 850， 807.
Elemental analysis calcd (%) for C21H19N50:i: C 64.77' H 4.92， N 17.98; found: C 64.35, H 5.22' N 17.61.
实施例2锌、铜离子荧光探针的应用
将荧光探针溶于甲醇中，至浓度为5.0x10—5M，加入相应的金属离子溶液后， 测定荧光强度变化。图2、图3、图4、图5、图7、图8、图9、图10、图11 的激发波长均为362 nm。光谱分析表明，荧光探针分子1对于锌离子和铜离子 具有很高的选择性，荧光探针分子1的低浓度溶液加入锌离子后荧光显著增强并 且发生红移，颜色发生改变，该选择性不受钾、钙、钠、镁离子的影响，也不受 溶剂以及金属离子的配阴离子的影响；加入铜离子后荧光猝灭，也不受溶剂和金 属离子的配阴离子的影响。瞬态荧光表明加入锌离子或铜离子后荧光寿命发生了 变化。该荧光探针对锌、铜离子有较好的选择性，可以很好地应用于生物组织和 环境污水中锌、铜离子的检测。
权利要求
1. 一种锌、铜离子荧光探针，其特征在于，此荧光探针为1-(7-乙酰胺-1，8-萘啶)-2-(6-乙酰胺-吡啶)-乙烯化合物，具有如下结构，
2. 如权利要求1所述的锌、铜离子荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤将2-胺基-3-醛基-吡啶、2-胺基-7-甲基-l,8-萘啶和乙酸酐于10(rC-15(TC 温度下，在氮气保护下搅拌回流10-50小时；然后将混合物倒入冰水中，搅拌过 夜；过滤得到黄色固体，用水冲洗，干燥后得到粗产物；以氯仿/乙醇为展开剂 通过硅胶柱后得到浅黄色样品即为锌、铜离子荧光探针化合物。
3. 如权利要求l所述的锌、铜离子荧光探针的应用，其特征在于，，将其应用于 生物组织和环境污水中锌、铜离子的检测。
全文摘要
本发明公开了一种荧光分子探针，属化学分析检测技术领域。具体涉及一种锌、铜离子荧光分子探针及其制备方法以及该荧光分子探针在重金属离子识别和检测中的应用。该荧光分子探针为1-(7-乙酰胺-1，8-萘啶)-2-(6-乙酰胺-吡啶)-乙烯化合物，具有如上结构，该锌、铜离子荧光探针可用于生物组织的离子检测和重金属离子检测，快速准确、方便、专一性好，具有较好的应用前景。
文档编号G01N21/00GK101446547SQ20081023076
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者于明明, 李占先, 石秋芝, 魏柳荷, 魏英耐 申请人:郑州大学