專利名稱：哌嗪基熒光化合物及其在正離子超敏光信號識別中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類四種新型哌嗪基熒光化合物及其在過渡金屬離子和氫質(zhì)子超敏光信號識別中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
利用光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(Photoinduced Electron Transfer，PET)原理設(shè)計開發(fā)出的有機(jī)熒光化合物用于生物微環(huán)境氫質(zhì)子的檢測或酸性成分的標(biāo)記已較為常見并已實現(xiàn)商品化。但是針對在生物及環(huán)境體系中有重要作用的過渡金屬離子開發(fā)出的熒光探針卻較為少見，這可能是因為通常情況下過渡金屬離子對熒光具有強(qiáng)烈的淬滅作用。已經(jīng)報道的幾種過渡金屬離子熒光開關(guān)(或探針)，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本很高，或者對離子的敏感性不高(過渡金屬離子絡(luò)合導(dǎo)致的熒光增強(qiáng)倍數(shù)只有幾倍到幾十倍)。PET熒光開關(guān)分子體系一般由熒光發(fā)色團(tuán)，連接基，受體三部分組成?，F(xiàn)有的各種PET熒光開關(guān)分子(包括用于H+和金屬離子檢測)中的連接基絕大多數(shù)采用柔性的單烷基鏈(含1-3個碳)，已報道的只有個別使用剛性的連接基(如苯環(huán))的熒光開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于研制結(jié)構(gòu)簡單，對過渡金屬離子，氫質(zhì)子都具有高敏感性的熒光開關(guān)化合物。其將在生物組織、細(xì)胞、膜等微環(huán)境及試劑、藥品、流體的分析檢驗中發(fā)揮作用。
本發(fā)明中涉及一類四種化合物分別具有以下結(jié)構(gòu)通式 其中R1＝H，-CN；R2＝-CN；R3＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH；R4＝C2～C12直鏈或支鏈烷基，-CH2CH2OH；R5＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH；R6＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH；R7＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH
本發(fā)明的構(gòu)思在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用的熒光發(fā)色團(tuán)具有很高的量子產(chǎn)率，強(qiáng)烈推-拉電子體系。在熒光發(fā)色團(tuán)的推電子部位一側(cè)，通過連接基與受體相連，這樣的布局有利于電子從受體向發(fā)色團(tuán)的轉(zhuǎn)移。受體部分為最簡單的叔胺或仲胺，而不是復(fù)雜的諸如冠醚之類的受體，降低制造成本。連接基則采用半剛半柔性的哌嗪環(huán)，這是由于考慮到熒光化合物應(yīng)具有適度的剛性以利于體系的電子轉(zhuǎn)移，并避免由于過渡金屬離子靠近化合物中的熒光團(tuán)而可能發(fā)生的淬滅作用；同時具有一定柔性以便在絡(luò)合離子時能作出適當(dāng)?shù)臉?gòu)型調(diào)整，增大絡(luò)合的能力，從而降低檢測下限。(4-烷基)哌嗪環(huán)上與芳環(huán)相連的氨基成為熒光發(fā)色團(tuán)的供電子基團(tuán)，而脂肪胺部分則作為光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的電子給體和金屬離子及氫質(zhì)子結(jié)合功能基團(tuán)，六元環(huán)骨架作為光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的路徑。
對以上四種化合物均可采用以下通用方法合成1)哌嗪或4-烷基哌嗪與相應(yīng)的鹵代發(fā)色團(tuán)前體進(jìn)行親核取代反應(yīng)。其中II、III種化合物也可由其硝基取代發(fā)色團(tuán)前體與哌嗪或4-烷基哌嗪親核取代反應(yīng)來合成。2)4-烷基哌嗪取代化合物的合成，也可以采用哌嗪與鹵代或硝基取代發(fā)色團(tuán)前體親核反應(yīng)的產(chǎn)物與鹵代烷或其他烷基化試劑進(jìn)行叔胺化反應(yīng)來制備。
例如合成通式結(jié)構(gòu)(I)，可用發(fā)色團(tuán)鹵代化合物與哌嗪及其衍生物，在溶劑中回流一定時間，然后減壓蒸出部分溶劑，析出產(chǎn)物，過濾，即可制得產(chǎn)品(I) 其中R1、R2、R3代表前面所述的取代基團(tuán)。
合成通式(II)或(III)化合物，可用硝基取代的發(fā)色團(tuán)化合物與哌嗪及其衍生物，在溶劑中，于20-100℃下反應(yīng)，減壓蒸出部分溶劑，析出固體，過濾，制得產(chǎn)物(II) 其中R4、R5代表前面所述的取代基團(tuán)。
合成通式(IV)化合物，可用硝基鹵代化合物與哌嗪及其衍生物，在溶劑中低溫下反應(yīng)一定時間，減壓蒸出部分溶劑，析出產(chǎn)物，過濾，得到產(chǎn)品(IV) 其中R7代表前面所述的取代基團(tuán)。
本發(fā)明的熒光開關(guān)化合物可在多種常用溶劑如甲醇，乙醇，異丙醇，乙腈等中與多種過濾金屬離子如Cr3+，F(xiàn)e3+，Cu2+，Co2+，Ni2+和Mn2+，Hg2+，Zn2+，Ag-等相結(jié)合并且表現(xiàn)出很大的熒光增強(qiáng)(熒光量子效率為未結(jié)合離子前的100-200倍)，同時熒光最大發(fā)射波長也會向短波方向移動15-30nm。
本發(fā)明的熒光開關(guān)化合物在不同的pH值介質(zhì)中熒光強(qiáng)度有明顯變化在堿性介質(zhì)熒光很弱，在中性和酸性介質(zhì)熒光增強(qiáng)很大(熒光量子效率為堿性條件下的200-400倍)。
本發(fā)明熒光開關(guān)化合物的特點為采用哌嗪環(huán)作為連接基，結(jié)構(gòu)簡單，對過渡金屬離子和氫質(zhì)子都有良好的開關(guān)性。
說明書附

圖1為鐵離子對化合物1-1熒光的影響，縱座標(biāo)為熒光量子效率，橫座標(biāo)為鐵離子濃度(10-6mol/L)；說明書附圖2為pH值對化合物1-1熒光的影響，縱座標(biāo)為熒光量子效率，橫座標(biāo)為pH值。
具體實施例方式
實施例1 1克4-溴萘二腈，溶于10克吡啶中，加入1.6克N-甲基哌嗪，回流3小時，減壓濃縮溶劑后，過濾，得產(chǎn)品，產(chǎn)物I-1為黃色固體，收率80％，熔點214-215℃1H NMR(CDCI3，400M)δ2.55(s，3H，-CH3)，2.90(s，4H，-NCH2CH2NCH3)，3.30(s，4H，-NCH2CH2NCH3)，7.21(d，J＝8Hz，1H)，7.62(t，J＝8Hz，1H)，8.02(d，J＝7.6Hz，1H)，8.08(d，J＝7.2Hz，1H)，8.46(d，J＝8.4Hz，1H)。
實施例2 1克4-硝基-1，8-萘酰丁亞胺，溶于10克二甲基甲酰胺(即DMF)，加入1.4克N-甲基哌嗪，室溫放置一晝夜，濃縮溶劑后，過濾，得產(chǎn)品，產(chǎn)物II為黃色固體，收率90％，熔點120-121℃；1H NMR(CDCL3，400M)δ2.52(s，3H，-CH3)，2.92(s，4H，-NCH2CH2NCH3)，-CH2CH2OH)，7.25(d，J＝8Hz，1H)，7.72(t，J＝8Hz，1H)，8.42(d，J＝8.4Hz，1H)，8.48(d，J＝8Hz，1H)，8 55(d，J＝7.2Hz，1H)。
實施例3 1克Cl-NBD溶于5克二氯甲烷，2份N-甲基哌嗪溶于5克二氯甲烷，冰浴攪拌下，將后者緩慢滴入前者中，滴完后保持2小時，濃縮，析出固體，過濾得到產(chǎn)品，產(chǎn)物IV-1為紅色固體，收率85％。熔點184-185℃；1H NMR(CDCI3，400M)δ2.39(s，3H，-CH3)，2.67(t，4.8Hz，4H-CH2NCH3)，4.12(t，4.8Hz，4H，CH2CH2NCH3)，6.30(d，9.2Hz，1H)，8.40(d，8.8Hz，1H)。
實施例4實施例1中的化合物I-1溶于乙醇中配制濃度為1×10-6mol/L的溶液，測定其熒光光譜最大發(fā)射波長為482nm，熒光量子效率為0.0034，加入不同量的三氯化鐵時熒光強(qiáng)度有不同程度的增加，波長明顯向短波移動。當(dāng)加入的Fe3+濃度為10×10-6mol/L時熒光強(qiáng)度達(dá)到最大值(繼續(xù)加入Fe3+則熒光反而減弱)，此時最大發(fā)射波長為467nm，熒光量子效率為0.552，比不加三氯化鐵時增大了160倍。
從附圖1可以看出化合物I-1不僅對Fe3+表現(xiàn)出很好的熒光開關(guān)性，同時對其他多種過渡金屬離子如Cr3+，Cu2+，Co2+，Ni2+和Mn2+，Hg2+，Zn2+，Ag+等也有很好的敏感性。
本發(fā)明中的其它化合物均對多種過渡金屬離子表現(xiàn)出高靈敏度的熒光開關(guān)性能(與不同過渡金屬離子結(jié)合后，熒光增強(qiáng)100-200倍)。
實施例5實施例1中的熒光開關(guān)化合物I-1溶解于甲醇-0.05mol/L K3PO4水溶液(V∶V＝1∶4)緩沖體系中，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值。隨著pH值的減小，熒光強(qiáng)度增加。在堿性條件下(pH＝11)，熒光量子效率為0.0022，酸性條件下(pH＝3.2)，熒光量子效率為0.601，是堿性條件下的273倍。
從附圖2可以看出本發(fā)明中的其它化合物均對pH值非常敏感，酸性介質(zhì)中的熒光量子效率為堿性介質(zhì)中的200-400倍。
權(quán)利要求
1.一類由發(fā)色團(tuán)、連接基和受體三部分組成的熒光化合物，其特征在于本熒光化合物的熒光發(fā)色團(tuán)是苯系或萘系衍生物，連接基為哌嗪環(huán)，受體為叔胺或仲胺，它們具有如下的結(jié)構(gòu)通式 其中R1＝H，-CN；R2＝-CN；R3＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH；R4＝C2～C12直鏈或支鏈烷基，-CH2CH2OH；R5＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH；R6＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH；R7＝-H，C1～C12直鏈或支鏈烷烴，-C2H4OH
2.一類以權(quán)利要求1所述熒光化合物的用途，其特征在于這四種哌嗪基熒光化合物(I)、(II)、(III)、(IV)可用作正離子的超敏光信號識別，在甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈中與過渡金屬離子和氫質(zhì)子結(jié)合能增強(qiáng)熒光和良好開關(guān)性。
3.按照權(quán)利要求2所述熒光化合物的用途，其特征在于過渡金屬離子有Cr3+，F(xiàn)e3+，Cu2+，Co2+，Ni2+和Mn2+，Hg2+，Zn2+，Ag+。
4.一類以權(quán)利要求1所述熒光化合物的用途，其特征在于四種哌嗪基熒光化合物(I)、(II)、(III)、(IV)用作分子熒光開關(guān)，可檢測宏觀和微環(huán)境中的過渡金屬離子、pH值、酸性有機(jī)質(zhì)；在生物組織、細(xì)胞、膜微環(huán)境及試劑、藥品、流體的分析檢驗中有重要價值。
全文摘要
本發(fā)明提供一類四種哌嗪基熒光開關(guān)化合物,可用作正離子的超敏光信號識別,其與過渡金屬離子和氫質(zhì)子結(jié)合后熒光有顯著的增強(qiáng),具有良好的開關(guān)性?？捎米鞣肿訜晒忾_關(guān),檢測宏觀及微環(huán)境中的過渡金屬離子、pH值、酸性有機(jī)質(zhì)等。其在生物組織、細(xì)胞、膜等微環(huán)境及試劑、藥品、流體的分析檢驗中有重要價值。
文檔編號C09K11/06GK1374366SQ01142310
公開日2002年10月16日 申請日期2001年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者錢旭紅, 肖義 申請人:大連理工大學(xué)