[发明专利]用于区分探测锌离子和镉离子的荧光探针苯并噻唑-三联吡啶类化合物及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学领域和荧光探针领域。 

背景技术

锌离子和镉离子作为同一族的金属元素，在生物生理过程中却扮演了截然不同的角色。锌离子是人体内含量第二多的金属离子，参与了许多生理活动，包括基因转录，蛋白酶的催化，金属酶的调节，神经信号的传输以及细胞新陈代谢过程，锌离子浓度水平过低会导致一系列的病理活动。与之相反，人体摄入镉离子会导致急性或慢性中毒症状，镉离子还会在人体内富集，引发癌症及其他并发症。近年来，医学研究发现长期接触镉离子还可以导致基因变异。然而作为一种重要的合金组元，在过去的几个世纪中，镉在电镀、工业生产以及金属冶炼过程中有广泛应用。由于镉具有较大的热中子俘获截面，因此常常在原子核反应堆中用于反应控制棒，此外，镉离子还曾经广泛用于绘画用染料，而镍镉电池直到今天依然在大量使用。如此广泛的应用，尤其是工业生产中的污染，对环境和生态保护造成了巨大压力。因此对锌离子和镉离子的探测具有重大意义。 

目前荧光探针法探测金属离子由于具有灵敏度高、选择性好、简便易用以及便于观察的特点而受到广泛关注。荧光探针一般包含荧光团和配体两部分，配体可以与特定的金属离子配位，进而影响荧光团的发光。然而由于锌和镉属于同一族元素，具有极其相近的核外电子排布和相同的配位数，导致与锌离子配位的同样可以与镉离子配位，因此目前已有的荧光探针往往无法有效地区分锌离子和镉离子，限制了这些荧光探针的实际应用，在荧光探针法识别锌镉离子方面存在空白。 

为解决上述问题，我们采用了基于光致电荷转移机理的荧光探针，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，有利于提高探针的检测灵敏度。与传统的锌离子和镉离子荧光探针不同的是，该类荧光探针的荧光团与配体共轭相连，因此当不同的金属离子与配体结合后，探针分子的荧光发射峰会出现不同的变化，实现对不同金属离子的区分探测。 

发明内容

本发明目的是提供一种可用于复杂环境下区分探测锌离子和镉离子的荧光探针苯并噻唑-三联吡啶类化合物及其制备和应用方法。 

为实现上述目的，本发明的用于区分探测锌离子和镉离子的荧光探针苯并噻唑-三联吡啶类化合物，其结构式如（I）所示： 

式中R为乙烯基、乙炔基、苯乙烯基、苯乙炔基、芴基或9，9-二醚芴基。 

用于区分探测锌离子和镉离子的荧光探针苯并噻唑-三联吡啶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，偶联反应与对卤代三联吡啶衍生物连接，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0.05～0.8mol/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℃，加入四乙酸铅，继续搅拌0.5-4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，70～90℃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1:0.8～6.0，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1:1～20，三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0.5～2mol/L的氢氧化钾溶于甲苯中，100～120℃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；