7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑衍生物及其合成方法和应用

1.本发明涉及7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑衍生物，具体涉及一种7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑衍生物及其合成方法和在检测cu
2+
中的应用。


背景技术：

2.铜作为人体必需元素之一，参与了许多基本生理过程。由于具有独特的氧化还原特性，铜成为多种金属酶的催化剂辅因子，如细胞色素氧化酶、酪氨酸酶和cu/zn超氧化歧化酶。然而人体内过量的铜离子会刺激产生活性氧，危害中枢神经系统，导致一系列神经退化性疾病，如门克斯疾病，威尔逊疾病，老年痴呆症，帕金森病和朊病毒疾病。然而用于水体系中高选择、高灵敏性的检测cu
2+
的探针目前还很少。因此，能够快速可靠地检测、监控cu
2+
在环境科学和生物毒理学方面都具有重要意义。
3.在众多分析检测方法中，光学(比色和荧光)探针由于具有高的灵敏度、准确度较高、操作简便快速、对分析物损伤小和“裸眼”检测等优点而受到广泛关注。
4.试纸比色法操作简单、方便、快捷，不需要特殊仪器设备和专业培训，易于推广，结果清晰易辩，被广泛应用于环境分析、生命科学等诸多领域。寻找一种可用于检测铜离子的试纸是非常重要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑(nbd)衍生物及其合成方法和在检测cu
2+
中的应用。所述的nbd衍生物能避免多种金属离子的干扰，高选择性、高灵敏性地检测水溶液中的铜离子，且操作简单、方便、快捷，不需要特殊仪器设备和专业培训，易于推广，结果清晰易辩。
6.为实现上述目的，本发明的技术解决方案为：
7.一种nbd衍生物，其结构式为：
[0008][0009]
一种nbd衍生物的合成方法，包括如下步骤：
[0010]
第一步：将反应物4-氯-7-硝基苯并-1,2,3-苯并恶二唑(nbd-cl)和邻苯二胺在乙醇中加热回流5h-8h，反应结束后，抽滤，洗涤得到化合物1。
[0011]
第二步：将化合物1和2-羟基-1-萘甲醛在甲醇中加热回流8-10h，反应结束后，抽滤，洗涤得到目标化合物nbd衍生物。
[0012]
反应式如下：
[0013][0014]
作为优选，所述步骤中，第一步所述nbd-cl和邻苯二胺的摩尔比为1:1，所述加热时间为6h，所述加热温度为80℃；第二步所述化合物1，2-羟基-1-萘甲醛的摩尔比为1:1，所述加热时间为9h，所述加热温度为75℃。
[0015]
一种nbd衍生物用于检测铜离子的方法，包括如下步骤：
[0016]
(1)配置10-3
m nbd衍生物的dmso储备液，配置10-2
m cu
2+
的水溶液；
[0017]
(2)取150μl的nbd衍生物储备液加入干净的比色管中，随着cu
2+
的加入，溶液逐渐由橘黄色变为灰绿色，在473nm处的吸收峰逐渐减弱，600nm处的吸收峰逐渐增强，并在550nm处出现等吸收点。
[0018]
(3)取12μl nbd衍生物储备液加入干净的比色管中，随着cu
2+
浓度的增加，在荧光光度计上测定540nm处的荧光强度逐渐增强，体系在540nm的荧光强度i
540nm
和[cu
2+
]浓度在9-72
×
10-6
m的范围内呈现良好的线性关系(r2＝0.996)，以cu
2+
浓度为横坐标，以荧光强度i
540nm
为纵坐标作图，得到cu
2+
浓度与荧光强度的线性方程：f＝-164.66864+24.86483[cu
2+
]；
[0019]
(4)取12μl nbd衍生物荧光探针储备液加入干净的比色管中，取xμl待测样品溶液加入，用二次水定容到5ml，在荧光分光光度计上检测，测得的荧光强度，带入步骤(2)的线性方程，得到[cu
2+
]，待测样品[cu
2+
]
待测
＝5000μl
×
[cu
2+
]
×
10-6
/xμl,即可求得cu
2+
的浓度。
[0020]
一种检测cu
2+
的试纸，其含有nbd衍生物。
[0021]
所述的检测cu
2+
的试纸的制备方法，步骤为：将nbd衍生物溶于dmso溶剂中，然后将滤纸条在nbd衍生物的dmso溶液中浸泡、干燥后得到nbd衍生物试纸(橘色)。
[0022]
为了保证检测前后试纸颜色变化明显，优选步骤中的nbd衍生物的dmso溶液的浓度为1
×
10-3
m。
[0023]
将试纸浸泡在浓度为1
×
10-3
m,5
×
10-3
m,1
×
10-2
m的铜离子的水溶液后，试纸从橘色逐渐变为灰绿色。
[0024]
与现有技术相比，本发明的检测具有以下优点和效果：
[0025]
(1)方法经济：所需试剂价格便宜，合成简单，产物收率高，检测成本低。
[0026]
(2)特异性高：可双模式高选择性地对二价铜离子检测，不受其他共存阳离子的干扰。
[0027]
(3)快捷：检测时间只需30-60s，完全能够满足紧急情况的检测需要。
[0028]
(4)操作简单方便：只需通过荧光分光光度计进行检测，检测手段简便，结果清晰可辩。
[0029]
(5)本发明可用于试纸检测cu
2+
，不需要特殊仪器设备和专业培训，任何人均可操作。
附图说明
[0030]
图1为本发明nbd衍生物用于测定cu
2+
的荧光选择性图；
[0031]
图2为本发明nbd衍生物用于测定cu
2+
的荧光光谱图；
[0032]
图3为本发明nbd衍生物测定cu
2+
的工作曲线图；
[0033]
图4为本发明nbd衍生物用于测定cu
2+
的紫外吸收光谱图；
[0034]
图5为本发明共存金属离子对nbd衍生物-cu
2+
体系的影响对比图。
[0035]
图6为本发明利用nbd衍生物试纸检测水溶液中不同浓度的铜离子时试纸颜色变化图。
具体实施方式：
[0036]
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步详细说明。其中附图中的l即为nbd衍生物。
[0037]
实施例1 nbd衍生物的合成和表征
[0038]
第一步，将0.1g(0.5mmol)nbd-cl和0.054g(0.5mmol)邻苯二胺溶解在7ml无水乙醇中，加热回流6h，反应结束后，抽滤，得到化合物1。1h nmr(dmso-d6)δ(ppm):10.701(s,1h,-nh),8.533(d,1h,arh),7.119(m,2h,arh),6.829(d,1h,arh),6.635(t,1h,arh),5.915(d,1h,arh),5.279(s,2h,-nh2)..
[0039]
第二步，将0.36g(0.5mmol)化合物1和0.086g(0.5mmol)2-羟基-1-萘甲醛溶解在20ml甲醇溶液中加热回流9h。反应结束后抽滤，用甲醇洗去杂质，真空干燥，得到橘色固体，即nbd衍生物。1h nmr(dmso-d6)δ(ppm):15.22(d,1h,-oh),11.14(s,1h,-nh),9.72(d,1h,-c＝nh),8.52(d,1h,arh),8.47(d,1h,arh),8.09(d,1h,arh),7.87(d,1h,arh),7.77(d,1h,arh),7.61(t,1h,arh),7.55(m,2h,arh),7.48(t,1h,arh),7.36(t,1h,arh),6.84(d,1h,arh),6.19(d,1h,arh).
[0040]
实施例2 nbd衍生物用于cu
2+
的荧光选择性测定
[0041]
用dmso配置1mm的nbd衍生物储备液，用蒸馏水配置0.01m的cu
2+
溶液，并配置ph＝7.4、浓度为0.025m的hepes缓冲溶液；取60μl的nbd衍生物储备液加入干净的比色管中，分别加入60μl cu
2+
，k
+
,ca
2+
,na
+
,mg
2+
,al
3+
,zn
2+
,hg
2+
,ag
+
,pb
2+
,co
2+
,ni
2+
,cr
3+
,cd
3+
,fe
3+
，0.15mlhepes缓冲，用乙腈和水的混合溶液(v/v＝1:1)定容至5ml，摇匀后取2.5ml加到干净的比色皿中，在荧光分光光度计上检测，只有cu
2+
的加入，使545nm处的荧光强度显著增强。荧光选择性见图1。
[0042]
实施例3 nbd衍生物测定cu
2+
的线性关系
[0043]
取60μl的nbd衍生物储备液加入干净的比色管中，分别加入不同体积的cu
2+
(4.5μl、9μl、12μl、15μl、18μl、21μl、24μl、27μl、30μl、33μl、36μl)，0.15mlhepes缓冲，用乙腈和水的混合溶液(v/v＝1:1)定容至5ml，摇匀后取2.5ml加到干净的比色皿中，在荧光分光光度计上检测，随着cu
2+
的加入，540nm处的荧光强度逐渐增强(见图2)。体系在540nm的荧光强度i
540nm
和[cu
2+
]浓度在9-72
×
10-6
m的范围内呈现良好的线性关系(r2＝0.996)，以cu
2+
浓度为横坐标，以荧光强度i
540nm
为纵坐标作图，得到cu
2+
浓度与荧光强度的线性方程：f＝-164.66864+24.86483[cu
2+
]，[cu
2+
]的单位为10-6
mol/l；工作线性图见图3。
[0044]
实施例4 nbd衍生物用于cu
2+
的紫外吸收测定
[0045]
取150μl的nbd衍生物储备液加入干净的比色管中，分别加入不同体积的cu
2+
(6μl、12μl、18μl、24μl、30μl、36μl、42μl、48μl)，加入0.15ml hepes缓冲，用乙腈和水的混合溶液(v/v＝1:1)定容至5ml，摇匀后取2.5ml加到干净的比色皿中，在紫外可见分光光度计上检测，随着cu
2+
的加入，溶液逐渐由橘黄色变为灰绿色，在473nm处的吸收峰逐渐减弱，600nm处的吸收峰逐渐增强，并在550nm处出现等吸收点。紫外吸收光谱图见图4。
[0046]
实施例5共存阳离子对cu
2+
的干扰性的荧光测定
[0047]
取60μl的nbd衍生物储备液加入干净的比色管中，分别加入60μl的cu
2+
和60μl的其他各种阳离子(k
+
,ca
2+
,na
+
,mg
2+
,al
3+
,zn
2+
,hg
2+
,ag
+
,pb
2+
,co
2+
,ni
2+
,cr
3+
,cd
3+
,fe
3+
)，0.15mlhepes缓冲，用乙腈和水的混合溶液(v/v＝1:1)定容至5ml，摇匀后取2.5ml加到干净的比色皿中，在荧光分光光度计上检测。共存阳离子对nbd衍生物-cu
2+
的荧光强度的干扰见图5。
[0048]
实验证明，其它常见阳离子不干扰体系对cu
2+
的测定。
[0049]
实施例6试纸的制备
[0050]
将2
×
1cm的滤纸条用0.1mol/l的hcl浸泡一个小时，然后用蒸馏水洗涤至中性，晾干后备用，将实施例1合成的nbd衍生物溶于dmso溶剂中，然后将准备好的滤纸条浸泡在配置好的nbd衍生物溶液中(其中，nbd衍生物的浓度为10-3
m)1h后，干燥后制得含nbd衍生物的试纸。
[0051]
实施例7 nbd衍生物试纸测不同浓度的cu
2+
水溶液
[0052]
将实施例6制备的含nbd衍生物的试纸分别浸泡在1
×
10-3
m，5
×
10-3
m，1
×
10-2
m的cu
2+
水溶液中，1min后，取出试纸，试纸颜色从橘黄色逐渐变为灰绿色。(见图6)。