一类可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物及其应用

摘要

本发明涉及一类可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物及其应用，其结构通式如下所示：用于制备溶液、薄膜或者试纸，根据颜色或荧光的变化检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物。本发明制备方法简单、产率高、易分离、纯度高，对有机磷神经毒剂模拟物的响应灵敏，可以快速准确地检测溶液或气相中的有机磷神经毒剂模拟物。

说明书

技术领域

本发明属于化学传感器材料领域，特别涉及一类可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物及其应用。

背景技术

近年来，随着恐怖事件的频发，常被恐怖分子用作化学武器的沙林，塔崩，梭曼等有机磷类神经毒剂的检测越来越受到科研工作者的重视。这类神经毒剂的特点在于：可经皮肤、眼睛接触或通过呼吸道的吸入侵害身体，导致中枢神经系统机能失调，严重时可致命。并且这类毒剂在常温下，多为无色无味透明液体，易溶于水，很容易通过染毒食物和水进入人体。因此发展针对此类物质的简单便捷的检测技术对于公共健康和国防安全具有重要的意义。不过，由于沙林类神经毒剂具有剧毒，导致它的使用受到严格管控，所以在实际研究中通常会选用氯磷酸二乙酯(DCP)这类与沙林类毒剂具有相似的化学结构但毒性较小的物质作为模拟物。而神经毒剂化学活性通常高于神经毒剂模拟物，所以同等情况下，一个对有机磷神经毒剂模拟物具有高选择性的化学探针，其对有机磷神经毒剂的灵敏度更高。因此用神经毒剂模拟物的检测研究用来代替对神经毒剂的研究是普遍认可的。

目前，神经毒气模拟物的检测可以通过传统检测方法如质谱法，离子迁移谱，电化学传感器和酶传感器来实现。但是这些传统的检测有些受限于昂贵的检测设备，有些则检测周期过长，不能满足对有机磷酸酯类神经毒剂的现场实时快速响应的要求。比色法和荧光检测因具有响应快速、可肉眼识别和仪器简单而受到广泛关注。迄今为止，利用比色法和荧光法检测神经毒剂模拟物的研究工作只有少数文献报道(Tetrahedron，2014,2966-2970；J.Am.Chem.Soc.2006,128,5041-5048；ACS Macro Lett，2015，4，138-142)，但这些探针多数还只局限于在溶液中检测，少数能实现气相检测的材料通常结构比较复杂，合成较为繁琐。因此，设计出简单高效的可同时用于溶液和薄膜相检测的有机磷神经毒剂模拟物传感材料依旧存在困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一类可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物及其应用，该类化合物的制备方法简单、产率高、易分离、纯度高，对有机磷神经毒剂模拟物的响应灵敏，可以快速准确地检测溶液或气相中的有机磷神经毒剂模拟物。

本发明的一类可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物，其结构通式如下所示：其中，n、n₁、n₂为0或1且不同时为0。

所述R₁和R₂各自独立的选自下列基团：

-CH₃、-CH₂CH₃、-(CH₂)₂CH₃、-CH(CH₃)₂、-(CH₂)₃CH₃、-CH(CH₃)CH₂CH₃、-(CH₂)₄CH₃-CH(CH₃)(CH₂)₂CH₃、-CH(CH₂CH₃)₂、-(CH₂)₅CH₃、-(CH₂)₆CH₃、-(CH₂)₇CH₃、-(CH₂)₈CH₃、-(CH₂)₉CH₃、-(CH₂)₁₁CH₃、-(CH₂)₁₀CH₃或

所述R选自下列基团：

所述R₃和R₄各自独立的选自下列基团：

-CH₃、-CH₂CH₃、-(CH₂)₂CH₃、-CH(CH₃)₂、-(CH₂)₃CH₃、-CH(CH₃)CH₂CH₃、-(CH₂)₄CH₃-CH(CH₃)(CH₂)₂CH₃、-CH(CH₂CH₃)₂、-(CH₂)₅CH₃、-(CH₂)₆CH₃、-(CH₂)₇CH₃、-(CH₂)₈CH₃、-(CH₂)₉CH₃、-(CH₂)₁₀CH₃或-(CH₂)₁₁CH₃。

本发明的一类可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物的应用，用于制备溶液、薄膜或者试纸，根据颜色或荧光的变化(一般表现为荧光增强或变色)检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物。

检测溶液或气相中的DCP的操作详述如下：

(1)对DCP的溶液检测：选择能溶解化合物的良溶剂(如四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈和二氧六环)，将化合物配成浓度较低的溶液(一般控制在10^-6M-10^-3M)，向溶液中滴加痕量的DCP，通过其颜色改变识别DCP的存在。

(2)对DCP气相检测既可通过试纸检测，也可通过薄膜检测：

①试纸检测：将实验室常见滤纸裁成条形(尺寸根据需要调整)，浸入到化合物的有机溶液中(溶剂一般选取四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈和二氧六环等良溶剂)，溶液浓度可根据需求调整，一般控制在10^-3M-1M之间，浸泡1-5分钟后，取出自然挥发干，成为检测试纸。也可直接将化合物的溶液直接滴在试纸上，自然晾干，形成圆形试纸。使用时，只需要将制备的检测试纸放置到待检测的DCP蒸汽中放置3-5分钟，然后观察试纸颜色和荧光的变化,定量测试时，也可测试试纸传感前后紫外和荧光光谱的变化。

②薄膜检测：通过旋涂的方法在石英片基底上制备传感薄膜(溶剂一般选取四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈和二氧六环等良溶剂，溶液浓度可根据需求调整，一般控制在10^-2M-10M之间)，测试传感薄膜的荧光光谱及光稳定性。取少许DCP在石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭，放置一旁待测。将传感薄膜放置密闭的石英池后，测其荧光光谱或者荧光最大发射峰峰强随时间的变化曲线。

本发明提供了一种合成方法简单、步骤少、产率高和容易纯化的化合物，它具有较高的化学修饰性，可根据需求通过引入不同结构的芳香官能团，或改变柔性单元长度，得到一系列性能良好的材料。该类材料可以和有机磷神经毒剂模拟物发生相互作用，引起颜色和荧光变化，这种变化肉眼可辨。该材料既能适用于实验室溶液中定量检测，也能用于现场快速定性和半定量检测。

有益效果

(1)本发明的可检测有机磷酸酯类神经毒剂模拟物的化合物，合成方法简单，合成步骤少，结构易调节，溶解性好，成膜性好，是适合溶液或固态荧光传感的理想原料；

(2)本发明的化合物的化学修饰性强，通过调控官能团种类或者改变柔性链长度可以容易地得到不同发射波长的荧光传感材料；

(3)本发明制备方法简单、产率高、易分离、纯度高，对有机磷神经毒剂模拟物的响应灵敏，可在3秒内作出快速响应，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的化学结构通式；

图2为化合物1的溶液(a)和加入DCP后(b)的溶液颜色变化；

图3为化合物1的溶液(a)和加入DCP后(b)的溶液荧光变化；

图4为由化合物1制备的试纸在置于DCP蒸汽前(a)后(b)的荧光变化；

图5为化合物2的溶液(a)和加入DCP后(b)的溶液颜色变化；

图6为化合物2的溶液(a)和加入DCP后(b)的溶液荧光变化；

图7为由化合物2制备的试纸在置于DCP蒸汽前(a)后(b)的荧光变化；

图8为由化合物3制备的传感薄膜在置于DCP前后的荧光光谱变化；

图9为由化合物4制备的试纸在置于DCP蒸汽前(a)后(b)的颜色变化。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)化合物1的结构和合成(n₁＝1，n₂＝0，n＝0，R₁＝R₂＝-CH₃)

称取1.5g 4-二甲基胺基苯甲醛、1.06g苯甲醛和0.6克85wt％水合肼溶于50ml无水乙醇中，水浴加热至80摄氏度，冷凝回流1.5h，得黄色沉淀。得到的粗产品经色谱柱分离得1.3g淡黄色固体化合物1。

质谱(EI)：m/z 251。

核磁氢谱¹H-NMR(400MHz，CDCl₃，25℃，TMS)：δ＝8.65-8.60(s，2H)，7.83(m，2H)，7.72(d，2H)，7.43(m，3H)，6.72(d，2H)，2.88(s，6H)。

(2)化合物2的结构和合成(n₁＝1，n₂＝1，n＝0，R₁＝R₂＝CH₃)

称取3.0g 4-二甲基胺基苯甲醛和0.6克85wt％水合肼溶于50ml无水乙醇中，水浴加热至80摄氏度，冷凝回流1.5h，得黄色沉淀。粗产品经过重结晶后得到2.17g淡黄色固体化合物2。

质谱(EI)：m/z 294。

核磁氢谱¹H-NMR(400MHz，CDCl₃，25℃，TMS)：δ＝8.57(s，2H)，7.70-7.68(d，4H)，6.72(d，4H)，3.02(s，12H)。

(3)化合物3的合成(n₁＝1，n₂＝1，n＝0，R₁＝R₂＝CH₂CH₃)

称取3.54克4-二乙基胺基苯甲醛和0.6克85wt％水合肼溶于50ml无水乙醇中，水浴加热至80摄氏度，冷凝回流1.5h，得黄色沉淀。重结晶后抽虑，烘干，得棕黄色固体化合物3，质量2.67克。

质谱(EI)：m/z 350。

核磁氢谱¹H-NMR(300MHz,CDCl₃,25℃,TMS):δ＝8.54(s,2H),7.67(d,4H),6.67(d,4H),3.42(m,8H),1.19(m,12H).。

(4)化合物4的合成(n₁＝1，n₂＝1，n＝1，R₁＝R₂＝CH₃)

称取1.08克对苯二胺和3.0克4-二甲基胺基苯甲醛溶于200毫升无水乙醇中，水浴加热至80摄氏度，冷凝回流1.5h，得黄色沉淀。重结晶后抽虑，烘干，得2.98g棕黄色固体化合物4。

质谱(EI)：m/z 370。

核磁氢谱¹H-NMR(300MHz,CDCl₃,25℃,TMS):8.38(s，2H)；7.78(d，4H)；7.23(d，4H)；6.74(d，4H)；3.05(s，12H)。

实施例2

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-4M的化合物1的溶液，吸取2毫升放入石英池中。同样选取四氢呋喃为溶剂，配置浓度为1*10^-1M的DCP溶液。用微量进样器提取4微升注入到化合物1的溶液中。此时观察到溶液颜色从淡黄色变为深黄色，如图2所示。

实施例3

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-4M的化合物1的溶液，吸取2毫升放入石英池中。同样选取四氢呋喃为溶剂，配置浓度为1*10^-1M的DCP溶液。用微量进样器提取4微升注入到化合物1的溶液中。在紫外灯下观察溶液荧光变化，发现溶液荧光从无荧光变为黄绿色荧光，如图3所示。

实施例4

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-3M的化合物1的溶液，用一次性吸管吸取溶液后滴加一滴至普通滤纸上，自然晾干，制备成检测试纸。然后将试纸置于DCP蒸汽中，五分钟后，在紫外灯下观察试纸在置于DCP饱和蒸汽前后的荧光变化，发现试纸从无荧光变为黄绿色荧光，如图4所示。

实施例5

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-4M的化合物2的溶液，吸取2毫升放入石英池中。同样选取四氢呋喃为溶剂，配置浓度为1*10^-1M的DCP溶液。用微量进样器提取4微升注入到化合物2的溶液中。此时观察到溶液颜色从淡黄色变为橙红色，如图5所示。

实施例6

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-4M的化合物2的溶液，吸取2毫升放入石英池中。同样选取四氢呋喃为溶剂，配置浓度为1*10^-1M的DCP溶液。用微量进样器提取4微升注入到化合物2的溶液中。在紫外灯下观察溶液荧光变化，发现溶液从无荧光变为橙红色荧光，如图6所示。

实施例7

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-3M的化合物2的溶液，用一次性吸管吸取溶液后，滴加一滴至普通滤纸上，自然晾干，制备成检测试纸。然后将试纸置于DCP蒸汽中，五分钟后，在紫外灯下观察试纸在置于DCP饱和蒸汽前后的荧光变化，发现试纸从无荧光变为橙红色荧光，如图7所示。

实施例8

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-1M的化合物3的溶液，通过旋涂的办法在石英片基底上制备基于化合物3的传感薄膜。把少量DCP放置石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭。将传感薄膜放置密闭的石英池后，300s后测其荧光发射光谱的变化。数据表明，原本荧光很弱的薄膜，和DCP蒸汽作用后出现了一个最大发射峰在560纳米的明显的荧光发射光谱，如图8所示。

实施例9

选取四氢呋喃作为溶剂，配置浓度为1*10^-3M的化合物4的溶液。将裁剪成条状的试纸浸入上述溶液后5秒后取出，自然晾干，制备成检测试纸。然后将试纸置于DCP蒸汽中，五分钟后，在紫外灯下观察试纸在置于DCP饱和蒸汽前后的颜色变化，发现试纸从淡黄色变为紫红色，如图9所示。

尽管结合优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。