专利名称：一种用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及化学领域和荧光探针领域。
背景技术：
pH值作为酸度的衡量指标，在环境保护、人体健康、生物生理、化学、物理、采矿以及工业生产等过程中作为重要参数，尤其是在工业生产中，经常会产生大量强酸性工业废水，对环境和生态保护造成了巨大压力，因此准确测量pH值，尤其是强酸性水溶液的pH值具有重大意义。常用的测量pH值的方法主要有pH试纸测量法，电极法和荧光探针测量三种方法。其中pH试纸测量法准确程度较低，并且受主观因素影响较大，不利于准确测量pH值。电极 法比PH试纸测量法准确度有极大提高，并早已实现商业化应用，但是存在电微扰，酸碱偏差等问题，而且在强酸强碱溶液中可能造成的电极损伤，因此不利于测量强酸性溶液的pH。而荧光探针法与前两种方法相比具有灵敏度高、选择性好、简便易用以及便于观察的特点，通过调整结构，可以实现强酸强碱环境下的结构稳定，有利于强酸强碱环境下PH值的准确测量。但是目前常见的PH荧光探针测量范围集中在4、之间，这是由于传统的pH荧光探针往往基于香豆素或者荧光素等在强酸性条件下不稳定的发光团，并且对质子浓度非常敏感，在质子浓度较低(即PH介于7附近时)便产生荧光信号，并达到饱和。少数在低pH条件下有荧光响应的荧光探针由于加入了过多的质子感应基团，导致其荧光强度与PH值不成线性关系，因而无法进行准确的PH测量，且选择性较差。基于光致电荷转移机理的荧光团，其基本结构为给电子基团与吸电子基团共轭相连，由于具有较大的共轭平面和刚性结构，因而有更高的荧光量子效率和更好的稳定性。质子敏感基团在连接到这种结构的荧光团上之后，敏感度下降，导致PH探测范围向低pH值方向偏移，有利于实现强酸性环境下的PH值测量。
发明内容
本发明目的是提供一种可用于检测工业废水，胃酸以及酸性细胞器等强酸性环境的PH荧光探针及其制备方法。为实现上述目的，本发明的用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物，其结构式如(I)所示
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式中R1为乙烯基、乙炔基、苯乙烯基、苯乙炔基、联苯基或二萘嵌苯基，R2和R3均为氢、甲基或乙基链烷烃。
本发明的用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物的制备方法，采用对溴苯甲醛和邻氨基苯硫酚为原料通过脱水成环反应，偶联反应与含碘硝基苯衍生物连接，通过还原氨化生成PH荧光探针苯并噻唑-苯胺类衍生物，其具体步骤如下
(1)2-(4-溴苯基)苯并噻唑的合成
搅拌下，将浓度为O. 05、. 8mol/L的对溴苯甲醛、邻氨基苯硫酚和冰乙酸依次加入磷酸三乙酯中，升温至50-90°C，加入四乙酸铅，继续搅拌O. 5-4小时后冷却至室温，萃取，收集有机相并蒸干溶剂，柱层析分离，得到产物2- (4-溴苯基)苯并噻唑，上述的对溴苯甲醛、邻氨基苯硫酚和四乙酸铅的摩尔比为1:0. 8^1. 2:0. 8^3. 0，冰乙酸与磷酸三乙酯的体积比为1:7 15 ；
(2)4-(4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3-丁炔-2-醇的合成
将2- (4-溴苯基)苯并噻唑、2-甲基-3- 丁炔-2-醇、双三苯基磷二氯化钯和碘化亚铜溶于甲苯和三乙胺的混合溶液中，7(T90°C下回流搅拌8 24小时，蒸干溶剂，柱层析分离得到产物4- (4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3- 丁炔-2-醇，所述的2- (4-溴苯基)苯并噻唑与2-甲基-3- 丁炔-2-醇的摩尔比为1:0. 8飞.0，双三苯基磷二氯化钯与碘化亚铜的摩尔比为1:0. 5 4.0，双三苯基磷二氯化钯与2-甲基-3-丁炔-2-醇的质量比为1:广20，三乙胺与甲苯的体积比为1:0. 5 20 ；
(3)2-(4-乙炔基苯基)苯并噻唑的合成
将4- (4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3- 丁炔-2-醇和浓度为O. 5^2mol/L的氢氧化钾溶于甲苯中，10(T12(TC下搅拌反应2小时，蒸干溶剂，用二氯甲烷萃取，利用柱层析分离提纯，得到产物2- (4-乙炔基苯基)苯并噻唑，4- (4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3-丁炔-2-醇与氢氧化钾的摩尔比为1:5 20 ；
(4)将2-(4-乙炔基苯基)-苯并噻唑和含碘硝基苯衍生物溶于三乙胺和甲苯的混合溶液中，在氩气保护下加入双三苯基磷二氯化钯和碘化亚铜，室温搅拌2-15小时，反应结束后倾入水中，萃取，所得有机相混合并蒸干溶剂，利用柱层析分离提纯，得到苯并噻唑-硝基苯衍生物，所述的2-(4-乙炔基苯基)_苯并噻唑和含碘硝基苯衍生物的摩尔比为1:0. 8^1. 5，双三苯基磷二氯化钯与碘化亚铜的摩尔比为1:0. 5^4. 0，双三苯基磷二氯化钯与2-(4-乙炔基苯基)_苯并噻唑的质量比为I: f 20，三乙胺与甲苯的体积比为1:0. 5^20 ；
(5)将苯并噻唑-硝基苯衍生物溶于乙醇和四氢呋喃的混合溶液中，在室温搅拌和氩气保护下加入钯碳，钯碳与苯并噻唑-硝基苯衍生物的质量比为1:1. 2 5.0，乙醇和四氢呋喃的体积比为I: I. (Γ3. 2，升温至4(T60°C，滴加水合肼，待不再有气泡生成后升温至7(T90°C，搅拌21小时，得到悬浊液，过滤，蒸干滤液并用柱层析法分离提纯，得到用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物。本发明中，所说的柱层析法是采用100-200目的硅胶为固定相，用二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，或二氯甲烷和石油醚的混合溶剂作为淋洗剂进行提纯分离。本发明的pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物在探测酸性环境酸度中的应用。其机理是pH荧光探针苯并噻唑-苯胺类化合物的荧光发射强度在强酸性溶剂中与PH值有线性关系，因此可以用于准确测量强酸性条件下的pH值。使用pH荧光探针苯并噻唑-苯胺类化合物检测pH值的方法取pH值O. 3-4. 35的被测溶液5mL，加入浓度为I X IQ-4M的结构式如(I)的苯并噻唑-苯胺类化合物的二甲基甲酰胺(DMF)溶液50 μ L，摇晃均匀后测试其荧光光谱，确定被测溶液的pH值。本发明的优点是
(I)本发明的用作PH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物制备工艺简单。(2)由于采用了光致电荷转移机理，该pH荧光探针分子具有较大的共轭平面，进而实现了较高的荧光量子效率和发光强度，并具有良好的稳定性和溶解性。(3 )由于采用了钝化机理，该pH荧光探针可用于探测强酸环境下的pH值，适用于胃酸检验以及酸性细胞器的检测，尤其适用于工业废水监测，在环境监测，生态保护，疾病诊断以及工业生产、排污检验中有广泛应用前景。
图I是荧光探针4- (4-苯并噻唑基苯基)乙炔基苯胺在不同pH值的溶液中的荧光光谱。图2是荧光探针4- (4-苯并噻唑基苯基)乙炔基苯胺在不同pH值的溶液中的荧光发射强度与pH的关系。内置图为pH值在O. 5^2. 5之间时该探针的荧光强度与pH值之间关系的线性拟合。图3是在pH值为I. 05和4. 35时，荧光探针4_ (4_苯并噻唑基苯基)乙炔基苯胺在加入各种干扰离子前后的荧光强度对比。
具体实施例方式实施例I :荧光探针4- (4-苯并噻唑基苯基)乙炔基苯胺(化合物I)的合成。
权利要求
1.一种用作PH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物，其结构式如(I)所示
2.制备权利要求I所述的用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)2-(4-溴苯基)苯并噻唑的合成 搅拌下，将浓度为O. 05、. 8mol/L的对溴苯甲醛、邻氨基苯硫酚和冰乙酸依次加入磷酸三乙酯中，升温至50-90°C，加入四乙酸铅，继续搅拌O. 5-4小时后冷却至室温，萃取，收集有机相并蒸干溶剂，柱层析分离，得到产物2- (4-溴苯基)苯并噻唑，上述的对溴苯甲醛、邻氨基苯硫酚和四乙酸铅的摩尔比为1:0. 8^1. 2:0. 8^3. 0，冰乙酸与磷酸三乙酯的体积比为1:7 15 ； (2)4-(4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3-丁炔-2-醇的合成 将2- (4-溴苯基)苯并噻唑、2-甲基-3- 丁炔-2-醇、双三苯基磷二氯化钯和碘化亚铜溶于甲苯和三乙胺的混合溶液中，7(T90°C下回流搅拌8 24小时，蒸干溶剂，柱层析分离得到产物4- (4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3- 丁炔-2-醇，所述的2- (4-溴苯基)苯并噻唑与2-甲基-3- 丁炔-2-醇的摩尔比为1:0. 8飞.0，双三苯基磷二氯化钯与碘化亚铜的摩尔比为1:0. 5 4.0，双三苯基磷二氯化钯与2-甲基-3-丁炔-2-醇的质量比为1:广20，三乙胺与甲苯的体积比为1:0. 5 20 ； (3)2-(4-乙炔基苯基)苯并噻唑的合成 将4- (4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3- 丁炔-2-醇和浓度为O. 5^2mol/L的氢氧化钾溶于甲苯中，10(T12(TC下搅拌反应2小时，蒸干溶剂，用二氯甲烷萃取，利用柱层析分离提纯，得到产物2- (4-乙炔基苯基)苯并噻唑，4- (4-苯并噻唑基苯基)-2-甲基-3-丁炔-2-醇与氢氧化钾的摩尔比为1: 5^20 ； (4)将2-(4-乙炔基苯基)-苯并噻唑和含碘硝基苯衍生物溶于三乙胺和甲苯的混合溶液中，在氩气保护下加入双三苯基磷二氯化钯和碘化亚铜，室温搅拌2-15小时，反应结束后倾入水中，萃取，所得有机相混合并蒸干溶剂，利用柱层析分离提纯，得到苯并噻唑-硝基苯衍生物，所述的2-(4-乙炔基苯基)_苯并噻唑和含碘硝基苯衍生物的摩尔比为1:0. 8^1. 5，双三苯基磷二氯化钯与碘化亚铜的摩尔比为1:0. 5^4. 0，双三苯基磷二氯化钯与2-(4-乙炔基苯基)_苯并噻唑的质量比为I: f 20，三乙胺与甲苯的体积比为1:0. 5^20 ； (5)将苯并噻唑-硝基苯衍生物溶于乙醇和四氢呋喃的混合溶液中，在室温搅拌和氩气保护下加入钯碳，钯碳与苯并噻唑-硝基苯衍生物的质量比为1:1. 2 5.0，乙醇和四氢呋喃的体积比为I: I. (Γ3. 2，升温至4(T60°C，滴加水合肼，待不再有气泡生成后升温至7(T90°C，搅拌21小时，得到悬浊液，过滤，蒸干滤液并用柱层析法分离提纯，得到用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物。
3.根据权利要求2所述的制备用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物的方法，其特征在于所说的柱层析法是采用100-200目的硅胶为固定相，用二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，或二氯甲烷和石油醚的混合溶剂作为淋洗剂进行提纯分离。
4.权利要求I所述的苯并噻唑-苯胺类化合物作为pH荧光探针在检测酸性环境酸度中的应用。
全文摘要
本发明公开的用作pH荧光探针的苯并噻唑-苯胺类化合物，其结构式如(I)，式中R1为乙烯基、乙炔基、苯乙烯基、苯乙炔基、联苯基或二萘嵌苯基，R2和R3均为氢、甲基或乙基链烷烃。其制备方法采用对溴苯甲醛和邻氨基苯硫酚为原料通过脱水成环反应，偶联反应与含碘硝基苯衍生物连接，通过还原氨化生成pH荧光探针苯并噻唑-苯胺类衍生物。这种荧光探针引入苯并噻唑和苯乙炔基等刚性结构，荧光量子效率高，具有较高的热稳定性和溶解性；本探针采用光致电荷转移机理和共轭钝化机理，可以探测强酸性条件下的pH值，具有响应迅速、高灵敏度和高选择性的特点，在环境监测，生态保护，疾病诊断以及工业生产、排污检验中有广泛应用前景。
文档编号C09K11/06GK102942537SQ20121044605
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者钱国栋, 谭轶群, 杨雨, 崔元靖, 郁建灿, 王智宇, 樊先平, 王民权 申请人:浙江大学