[发明专利]一种检测氟离子的化合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测氟离子的化合物及其制备方法，还涉及该化合物作为氟离子荧光传感器的用途，尤其涉及该传感器用作细胞中氟离子检测方面。

背景技术

由于阴离子在生物、环境和化工等领域扮演着重要的角色，所以设计合成选择性识别阴离子的化学传感器成为当前超分子化学研究领域的重要课题，其中荧光传感器能够将分子识别的信息转换成能被感知的荧光信号，具有高度灵敏性、快速检测，检出限低等特点，可广泛应用于生物化学、细胞生物学和分析化学等相关领域。氟离子具有很多独特的生物和化学性质。氟是人体必需的微量元素之一，人体内缺少氟，会造成龋齿和骨质疏松等疾病。但是人体内摄人过量的氟会破坏胶原质、降低甲状腺的活力、造成免疫力下降等，对人体危害极大。在细胞学和生物学中，氟化钠会影响细胞信号的传输，而且高浓度的氟离子会导致哺乳动物细胞的凋亡。随着工业的发展、排氟企业的增多及生产规模的扩大，导致环境氟污染日趋严重，因此对氟离子进行选择性识别和检测具有十分重要的现实意义。

对于氟离子的检测存在一定的挑战性，因为其离子半径较小，电负性较高，有很强的溶剂化趋势，存在形式对介质酸度较为敏感，只能存在于一定的pH范围内。因此，在设计针对氟离子的传感器时，必须综合考虑全部影响因素。目前，人们已经成功设计了一系列氟离子的化学传感器，然而却存在着种种局限性：大部分的氟离子传感器只能在有机溶剂中进行，并且只能检测有机的氟离子（以四丁基氟化铵形式存在），而不能检测无机的氟化钠；一些已被报道的氟离子传感器由于存在水溶性较差、不能通过细胞膜、对细胞有毒害等局限性，不能用于细胞中氟离子的检测。

因此，设计合成水溶性好、生物相容性好、能够检测无机的氟化钠的荧光传感器仍是当务之急，并对于生物化学、环境科学以及医学等都有着重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术之不足，提供一种有较好的水溶性和生物相容性的检测氟离子的化合物。

本发明为解决上述问题提供的技术方案是：一种检测氟离子的化合物，其结构通式为：

其中，R为-COOCH₃或-CH₂OH。

本发明还提供上述检测氟离子的化合物的制备方法，包括以下步骤：

1）将结构式为的化合物F0和氢化钠分别置于反应容器中（氢化钠与化合物F0的摩尔比为2：1），抽真空后，在氮气或氩气保护下加入新蒸的四氢呋喃做溶剂；

2）在冰浴下（0℃），将化合物F0的四氢呋喃溶液慢慢滴加到氢化钠的四氢呋喃溶液中，滴加完毕后继续搅拌5分钟，然后等体系升温至室温（18～35℃）后，加入叔丁基二苯基氯硅烷（叔丁基二苯基氯硅烷与化合物F0的摩尔比为2：1），在氮气或氩气保护下避光反应，室温下搅拌12小时，薄板层析（TLC）显示反应完全后，减压蒸馏除去溶剂，将所得到的粗产品溶解到氯仿中，用饱和盐水洗三次，用氯仿萃取，合并有机层，用无水硫酸钠或无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂后经柱层析分离，得到结构式为的化合物F1，上述柱层析所用的淋洗剂为二氯甲烷和石油醚按体积比2：1混合的溶剂。

本发明的制备方法还包括以下步骤：

1）将化合物F1和氢化铝锂分别置于反应容器中（氢化铝锂与化合物F1的摩尔比为1：1），抽真空后，在氮气或氩气保护下加入新蒸的四氢呋喃做溶剂；

2）在冰浴下（0℃），将氢化铝锂的四氢呋喃溶液慢慢滴加到化合物F1的四氢呋喃溶液中，滴加完毕后继续搅拌2小时，薄板层析（TLC）显示反应完全后，减压蒸馏除去溶剂，将所得到的粗产品溶解到二氯甲烷中，用5摩尔每升的盐酸溶液洗三次，用二氯甲烷萃取，合并有机层，用无水硫酸钠或无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂后，得到结构式为的化合物F2。

本发明的化合物用作氟离子荧光传感器，具有很好的传感性能。在化合物F1或F2的溶液中加入微量的氟离子后，由于硅原子与F^-有很强的亲合力，可以形成Si-F键而使得原有的Si-O键发生断裂，生成含氧负基团的中间体M1，该中间体很快经过互变异构形成共轭的化合物M2。

上述化合物M1和M2的结构通式分别为：

由于氟离子的加入，使得体系中原来的非共轭结构变为共轭结构，引起分子内电荷转移情况的改变，宏观上表现为化合物的荧光发光的改变。这类传感器因为氟离子与硅有特别强的结合力而具有良好的选择性和极高的敏感度。