一种新型氧杂蒽荧光探针的设计与合成

李爱勤，马志伟

(河南牧业经济学院 理学部，河南 郑州 450046)

0 前言

分子荧光染料的发展一直是分子传感和分子成像技术等领域的一个引人注目的研究课题。氧杂蒽类荧光染料由于具有高消光系数、高量子产率和良好的生物相容性，受到广泛关注。荧光素类和罗丹明类衍生物是最常见的氧杂蒽类荧光团，目前已经被广泛应用于分子生物学中的荧光探针、染料激光器和染料敏化太阳能电池的光敏剂等的开发应用中。然而，常见的荧光素类染料存在一些不足，如在强光照下不可逆的光漂白，对识别溶剂体系的酸碱度比较敏感，容易受到背景体系荧光干扰等不良荧光性质。罗丹明衍生物在浓缩溶液中或在固体上掺杂时也表现出强烈的平行π—π堆积二聚体的倾向，导致发射猝灭和低光敏性的应用。以上这些固有缺陷限制了它们作为荧光标签和示踪剂的应用。因此，近年来，设计和合成具有生物应用价值的新型发光材料一直是一个引人注目的研究课题。因为荧光标记和示踪剂的灵敏度与荧光团的吸光度和量子数成正比产量，高消光系数的信号荧光团、量子产率、光稳定性、pH值独立性和通常需要在各种溶剂中溶解。用一个罗丹明与荧光素的独特结合结构，是很有趣的荧光标记和示踪剂的候选者，因为它们继承了荧光素和罗丹明，如高消光系数、量子产率、光稳定性和在各种溶剂中的溶解性。

鉴于此，我们设计并合成了一个结合罗丹明和荧光素共同优点的新型氧杂蒽荧光团(compound1)。参考文献报道，乙酰基常用于水合肼的识别基团，本文通过将乙酰氯与新型氧杂蒽荧光团(compound1)中的羟基发生缩合反应得到可以用于水合肼识别的荧光探针(N2H4P1)。该探针通过简单的两步合成方法合成，反应条件温和，后处理方法简单，产率较高，探针结构通过核磁氢谱、核磁碳谱和高分辨质谱的表征。

1 实验部分

1.1 合成路线

合成路线如图1所示。

图1 合成路线

1.2 实验仪器

RE-52型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；集热式磁力搅拌器DF-101S，上海力辰邦西仪器科技有限公司；AR123型电子天平，上海菁海仪器制造厂；齐威ZF-1台式三用紫外线分析仪，杭州齐威仪器有限公司；SHB-IV台式循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；Q-Exactive型高分辨质谱仪，Thermo；DTX-400型核磁共振仪，Bruker。

1.3 试剂和溶剂

2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)、1,4-萘二酚、甲磺酸、乙酰氯、三乙胺，均为分析纯，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；所用甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯等分析纯溶剂，均购自天津科密欧试剂公司；48～75 μm(200～300目)柱层析硅胶(青岛海洋化工有限公司)。

1.4 合成方法

中间体(compound 1)为已知物，其合成方法参考文献合成，其合成方法如下：100 mL的单口烧瓶中，分别加入2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸(1.57 g，5 mmol)，1,4-萘二酚(0.96 g，6 mmol)和甲磺酸(10 mL)混合搅拌，85 ℃条件下反应约4 h。薄层色谱检测反应进程，反应完全后，加入30 mL的饱和碳酸氢钠溶液至上述反应体系中搅拌反应约1 h。分批次加入乙酸乙酯萃取，合并有机相，有机相采用无水硫酸钠干燥、过滤、浓缩得到粗产品固体。粗产品采用甲醇重结晶，得到红色固体1.97 g，产率90 %。

探针(N2H4P1)的具体合成方法如下：100 mL的单口烧瓶中，分别将中间体compound 1(436 mg，1 mmol)，无水三乙胺(0.5 mL)混合于15 mL无水二氯甲烷中，搅拌条件下，滴加入含有草酰氯(156 mg，2 mmol)的5 mL无水二氯甲烷溶液。室温搅拌反应约24 h，薄层色谱检测反应进程，反应完全后，分两次加入15 mL饱和食盐水洗涤。收集有机相，有机相采用无水硫酸钠干燥、过滤、浓缩、柱层析分离(洗涤液为二氯甲烷：甲醇，体积比为25∶1)得到浅红色固体431.1 mg，产率90%。1H NMR (400 MHz，CDCl3，TMS)：δ1.25(t，J=6.0 Hz，6H)，2.36(s，3H)，3.43(q，J=6.7 Hz，4H)，6.46(dd，J=4.0 Hz，1H)，6.54(s，1H)，6.66(m，2H)，7.24 (d，J=8.0 Hz，1H)，7.68(m，4H)，7.79(d，J=8.0 Hz，1H)，8.08(d，J=8.0 Hz，1H)，8.65(d，J=8.0 Hz，1H)；13C NMR ( 100 MHz，CHCl3)：δ12.6，20.8，44.5，84.3，97.7，104.7，109.0，112.4，115.4，121.4，122.8，124.2，124.9，25.0，126.9，127.0，127.8，128.1，128.8，129.7，135.1，142.0，145.6，149.6，152.4，153.3，169.3，169.4；HRMS m/z calcd for C30H26NO5[M+H+]+480.181 1，found 480.177 8。

2 识别机理

结合文献报道，水合肼可以促进苯酚乙酸酯的水解[4]。我们提出了探针N2H4P1识别水合肼的可能的识别机理如图2所示。

图2 探针对水合肼的识别机理

水合肼促进了探针结构中苯酚乙酸酯的水解得到具有荧光的荧光团compound 1，从而实现对水合肼的专一性识别。采用高分辨质谱对上述识别机理进行了验证。高分辨质谱结果显示，当探针溶液中加入水合肼以后，正离子模式下出现了一根m/z=438.171 5峰，与单独荧光团compound 1的理论计算值438.170 5[M+H+]+一致。以上实验结果验证了探针对水合肼的识别机理，证明了探针可以应用于水合肼的检测。

3 结论

本文设计并合成了一种兼具罗丹明和荧光素优点的新型氧杂蒽类荧光探针(N2H4P1)，探针结构未见文献报道。从原料到产物通过简单的两步反应得到，方法简单，最终目标产物产率较高。探针结构中含有对水合肼具有特异性反应的乙酰基结构，其对水合肼识别的分析光谱性能仍在进一步地研究中。