新型硫酮基哌嗪荧光探针的合成及其对铜（Ⅱ）的识别性能

(常州大学 石油化工学院，江苏 常州 213164)

(常州大学 石油化工学院，江苏 常州 213164)

以苯胺和三氟乙酰乙酸乙酯为原料，经环合反应制得4-三氟甲基-2(1H)喹啉酮(1)；1与劳森试剂反应生成4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮(2)；2与间隔基反应合成中间体2-［(3-氯丙基)硫基］-4-(三氟甲基)喹啉(3)；将3连接到识别基团哌嗪上合成了一个新型的双荧光侧臂的探针化合物——1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4)，其结构经1H NMR和LC-MS表征。UV-Vis和FL研究结果表明，4的发射波长在396 nm；对Cu2+具有良好的识别作用，在1.0×10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1内可定量检测Cu2+含量。

4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮；硫酮基哌嗪；荧光探针；合成；光学性能

荧光探针是一种极好的生物分子传感器，具有灵敏度高、反应迅速等特点。尤其是近年发展起来的荧光化学传感器和分子信号系统的应用已深入到药物学、生理学、环境科学、信息科学等多个领域。随着生命科学的不断发展，含硫荧光探针已经在金属离子、蛋白质、核酸、细胞检测及免疫分析等方面发挥了重要作用［1-4］。哌嗪环是药物化学研究中常用的一类氮杂环化合物，含哌嗪的化合物作为相应的受体配体是现今十分活跃的研究领域。哌嗪衍生物能选择性识别Cu2+、Mn2+等金属离子［5］，而含硫化合物又具有比较强的金属离子配位能力，故本文选用含硫的荧光基团连接到哌嗪环上作为荧光探针化合物，研究其对金属离子的选择性识别。

本文以苯胺和三氟乙酰乙酸乙酯为原料，经环合反应得4-三氟甲基-2(1H)喹啉酮(1)；1与劳森试剂反应生成4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮(2)；2与间隔基(1-氯-3-溴丙烷)反应合成中间体2-［(3-氯丙基)硫基］-4-(三氟甲基)喹啉(3)；将3连接到识别基团哌嗪上合成了一个新型的双荧光侧臂的探针化合物——1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4，Scheme 1)，其结构经1H NMR和LC-MS表征。并利用UV-Vis和FL研究了其对金属离子(M2+)的识别性能。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

XT4-100X型显微熔点仪(温度未校正)；UV-1700型紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)；VARIAN-CARY型荧光光谱仪(FL)；AVANCE 300 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Bruker AutoflexⅡMALDI-TOF型质谱仪。

1［10］和劳森试剂［11］按文献方法合成；柱层析用硅胶，青岛海洋化工有限公司；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1)2的合成

在三口烧瓶中加入劳森试剂2.02 g(5 mmol)和甲苯20 mL，加热搅拌使其溶解；加入1 1.07 g (5 mmol)，N2保护下回流反应3 h(TLC跟踪)。冷却(析出固体)，抽滤，滤饼用甲苯重结晶得黄色针状固体2 0.64 g，产率54.5%，m.p.258.7℃～260.3℃；LC-MS m/z:227.95［M+］。

(2)3的合成

在三口烧瓶中加入2 1.15 g(5 mmol)，乙醇钠0.34 g和乙醇20 mL，搅拌下于室温反应2 h；缓慢滴加1-氯-3-溴丙烷1.58 g(10 mmol)，滴毕，回流反应5 h(TLC跟踪)。冷却，抽滤，滤液旋蒸除去乙醇后经硅胶柱层析(洗脱剂:石油醚)纯化得淡黄色固体3 0.76 g，产率49.6%，m.p.36.8℃ ～37.3℃；1H NMR δ:8.05～8.01(t，J=6.0 Hz，2H)，7.76～7.74(t，J=6.0 Hz，1H)，7.57～7.53(t，J=6.0 Hz，1H)，7.50(s，1H)，3.74～3.71(t，J=4.5 Hz，2H)，3.54～3.51(t，J=4.5 Hz，1H)，2.31～2.28(m，J=4.5 Hz，2H)；LC-MS m/z:306.75{［M+H］+}。

(3)4的合成

在三口烧瓶中加入哌嗪0.17 g(2 mmol)，3 1.22 g(4 mmol)和无水乙腈20 mL，加热搅拌使其溶解；加入K2CO30.55 g(4 mmol)，回流反应48 h(TLC跟踪)。抽滤得针状固体，依次用乙腈(3×5 mL)和水(3×5 mL)洗涤，干燥得肉色针状固体4 0.21 g，产率34.4%，m.p.108.6℃ ～109.8℃；1H NMR δ:8.01～7.97(t，J=6.0 Hz，4H)，7.73～7.68(t，J=7.5 Hz，2H)，7.55～7.51(t，J=6.0 Hz，2H)，7.50～7.47(t，J=4.5 Hz，4H)，3.41～3.37(t，J=6.0 Hz，4H)，2.55 (s，12H)；LC-MS m/z:625.15{［M+H］+}。

2 结果与讨论

2.1 光学性能

(1)UV-Vis

图1为1～4的 UV-Vis谱图(c 1.0×10-4mol·L-1，甲醇为溶剂)。由图1可见，2的最大紫外吸收位于可见光区。这是由于2中硫原子最外层电子较1中氧原子的最外层电子更易被激发而发生跃迁，紫外吸收向波长方向移动，发生了红移现象。

(2)FL

图2为1，3和4的FL谱图(c 1×10-4mol· L-1，甲醇为溶剂)。由图2可见，在354 nm激发波长激发下，4在甲醇中的发射波长为396 nm。探针分子通过烷基链臂将母体和识别基团连接到一起，由于PET效果导致呈现较弱的荧光强度。

图1 1～4的UV-Vis谱图*Figure 1 UV-Vis spectra of 1～4 *c 1.0×10-4mol·L-1，甲醇为溶剂

图2 1，3，4的FL谱图*Figure 2 FL spectra of 1，3，4 *同图1

2.2 4对M2+的选择性识别性能

哌嗪环具有一定识别金属离子的能力，根据加入等摩尔量金属离子后荧光强度的变化，反映4对不同离子［碱金属 (Na+，K+)、碱土金属(Ca2+，Sr2+，Fe3+，Ba2+和Mg2+)及过渡金属离子(Co2+，Cd2+，Ni2+，Mn2+，Hg2+和Zn2+)］的识别效果。M2+与4络合后荧光强度变化不明显，而Cu2+加入后荧光强度有较大增强(图3)。因为Cu2+与4的杂原子存在相互配位作用［12］，阻碍或者减弱了4的PET过程，同时引起了分子的空间结构变化(图4)，增强了分子刚性结构，荧光强度也随即增强。

进一步研究Cu2+浓度对4荧光强度的影响(图5)，发现随着Cu2+浓度增大荧光强度也随之增大。Cu2+浓度在1.0×10-7mol·L-1～1.0× 10-4mol·L-1时，探针荧光强度与Cu2+浓度呈良好的线性关系(图6)，曲线方程为 Y=8.84× 10-6c+209.25(mol·L-1)，相关系数R为0.983 36，根据该线性方程可以检测1.0×10-7mol· L-1～1.0×10-4mol·L-1内Cu2+的含量。

图3 4对M2+的选择性图*Figure 3 Selectivity of 4 for M2+*c 5.0×10-5mol·L-1，甲醇为溶剂

图4 4与Cu2+的识别*Figure 4 Recognition of 4 and Cu2+

图5 c(Cu2+)对4荧光强度的影响*Figure 5 Effect of c(Cu2+)on FL of 4 *c(0.0～5.0)×10-4mol·L-1，甲醇为溶剂

图6 4的荧光强度和c(Cu2+)关系图*Figure 6 Linear relation of fluorescence intensity of 4 and c(Cu2+) *同图5

3 结论

设计并合成了以4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮为母体基团，通过烷基链与识别基团哌嗪相连接，发射波长为396 nm的新型荧光探针化合物1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4)。4对Cu2+具有良好的识别作用，在1.0× 10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1内可以定量检测Cu2+含量。该研究对于Cu2+识别检测的应用有一定指导意义。

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新型硫酮基哌嗪荧光探针的合成及其对铜(Ⅱ)的识别性能*

贺琳彦，席海涛，孙小强

Synthesis of a Novel Thiopiperazine Fluorescent Probe and Its Recognition Performance on Cu2+

HE Lin-yan， XI Hai-tao， SUN Xiao-qiang
(School of Petrochemical Engineering，Changzhou University，Changzhou，213164，China)

A novel thiopiperazine fluorescent probe——1，4-bis【4-{［4-(trifluoromethyl)quinolin-2-yl］thio}butyl】piperazine(4)was synthesized by a four-step reaction from 4-(trifluoromethyl)quinolin-2(1H)-one and piperazine.The structure was characterized by1H NMR and LC-MS.The selectivity of 4 on Cu2+in methanol was investigated by UV-Vis and FL.The results showed that λmaxof 4 was 396 nm.4 exhibited selectivity for Cu2+in 1.0×10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1.

4-(trifluoromethyl)quinolin-2(1H)-one；thiopiperazine；fluorescent probe；synthesis；recognition performance

O626.4；O626.3

A

1005-1511(2014)01-0016-04

2012-10-22；

2013-12-16

国家自然科学基金资助项目(20872051)

贺琳彦(1988-)，女，汉族，江苏丹阳人，硕士研究生，主要从事有机合成和超分子化学的研究。

席海涛，博士，教授，E-mail:xht@cczu.edu.cn