一种基于吡咯‑香豆素双腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种基于吡咯‑香豆素双腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用，其中所述吡咯‑香豆素双腙衍生物的化学结构式如下：

说明书

技术领域

本发明属于有机合成领域，具体涉及吡咯-香豆素双腙衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

Cu²⁺在植物、人类及活细胞的生物系统中扮演着重要角色。然而，高浓度铜会引起神经系统紊乱等疾病。到目前为止，基于分子化学传感器的荧光方法，因为其操作简单和低检测极限这些优异特性，已成为识别金属离子的最重要的工具。针对Cu²⁺离子的测定，大量荧光探针已被报导。因此，Cu²⁺荧光探针的研究具有潜在的实用价值。

发明内容

通常情况下吡咯亚胺衍生物能与金属铜离子能够形成稳定的配合物。此外，香豆素衍生物具有良好的荧光性质。故含吡咯-香豆素双腙衍生物具有较好的铜离子识别性能。本发明主要目的在于提供一种可检测铜离子的灵敏度高、选择性好的金属离子荧光探针；另一目的是提供该荧光探针的制备方法和应用。

本发明的技术方案是，本发明提供一种基于吡咯-香豆素双腙衍生物的荧光探针，所述吡咯-香豆素双腙衍生物具有如下结构式：

本发明还提供了上述基于吡咯-香豆素双腙衍生物的荧光探针的制备方法，具体制备方法如下：

S1：将原料3，5-二甲基吡咯-2-甲醛首先用醇溶液溶解，再加入原料4-羟基-3-乙酰香豆素腙，形成悬浮液；

S2：将S1所得悬浮液在常压下回流，滴入2滴催化剂冰醋酸，反应时间3h，形成黄色溶液；

S3：将S2所得溶液冷却至室温后，有黄色固体析出，减压过滤，取滤渣；

S4：将S3所得滤渣用醇溶液洗涤，得到基于所述吡咯-香豆素双腙衍生物的荧光探针。

优选地，上述方法中3，5-二甲基吡咯-2-甲醛和4-羟基-3-乙酰香豆素腙的摩尔比为1:1。

优选地，将0.001-0.03mol的3，5-二甲基吡咯-2-甲醛溶于0.01-0.3L醇溶液再加入0.001-0.03mol的4-羟基-3-乙酰香豆素腙，滴入2-5滴冰醋酸催化，常压下回流搅拌2-4h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用无水乙醇洗涤得到所述吡咯-香豆素双腙衍生物的荧光探针。

优选地，所述醇溶液为无水乙醇或浓度为95％的乙醇溶液或浓度为75％的乙醇溶液。

本发明还提供了上述吡咯-香豆素双腙衍生物的荧光探针一种用途，即在作为铜离子荧光探针方面的应用，特别是在作为检测细胞内铜离子的荧光探针中的应用。

本发明还提供了一种用于检测细胞内铜离子的荧光探针，所述荧光探针主要由上述吡咯-香豆素双腙衍生物组成。

本发明通过用缩合反应制备吡咯-香豆素双腙衍生物荧光探针，合成简单，原料易得，在多种常见金属离子中，对铜离子表现出较高的选择性荧光识别性能，使含有铜离子的溶液荧光显著淬灭。更为重要的是也可用于生物组织，来检测细胞微环境中铜离子的荧光成像检测，具有快速、简便、灵敏度高、选择性强的特点，以及广泛的潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的荧光探针的¹HNMR谱图；

图2为本发明实施例1制得的荧光探针的质谱谱图；

图3为本发明实施例1制得的荧光探针的DMSO/HEPES(体积比1:9)溶液(10^-5mol/L)对不同金属离子(Ag⁺,Al³⁺,Ca²⁺,Cd²⁺,Co²⁺,Cr³⁺,Cu²⁺,Fe³⁺,Hg²⁺,K⁺,Mg²⁺,Mn²⁺,Na⁺,Ni²⁺,Pb²⁺,Zn²⁺10^-5mol/L)的荧光光谱图；

图4为本发明实施例1制得的荧光探针的DMSO/HEPES(体积比1:9)溶液(10^-5mol/L)滴定不同浓度Cu²⁺的荧光光谱光图；

图5在HeLa细胞中，荧光探针与Cu²⁺的荧光成像图；HeLa细胞用10^-5mol/L荧光探针培育30分钟后加入3×10^-5mol/L>2+，继续培育30分钟后使用Olympus>

其中：a为荧光探针荧光成像图；b为荧光探针明场成像图；c为荧光探针荧光图和明场图叠加后的图片；d为荧光探针+Cu²⁺荧光成像图；e为荧光探针+Cu²⁺明场成像图；f为荧光探针+Cu²⁺荧光图和明场图叠加后的图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明，本发明实施例采用的试剂和原料为常规市场购买得到。

实施例1：

吡咯-香豆素双腙衍生物的合成

将195mg 3，5-二甲基吡咯-2-甲醛溶于10mL无水乙醇中，再加入218mg4-羟基-3-乙酰香豆素腙，并滴入2滴冰醋酸，常压下回流搅拌3h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用无水乙醇洗涤得到黄色固体即为目标产物，目标产物的产率为68％。

采用核磁共振仪对制得的吡咯-香豆素双腙衍生物进行核磁共振分析，结果如下：

¹H>6),δ(ppm):16.36(s,1H,OH),11.22(s,1H,NH),8.41(s,1H,CH＝N),7.96-7.98(d,1H,Aryl-H),7.62-7.66(t,1H,Aryl-H),7.27-7.34(q,1H,Aryl-H),5.83(s,1H,CH),2.93(s,3H,CH₃),2.19(s,3H,CH₃),2.24(s,3H,CH₃),具体核磁图谱见图1；

质谱：ESI-MS:m/z＝324.1235for[M+H]⁺.具体质谱谱图见图2。

实施例2

将390mg 3，5-二甲基吡咯-2-甲醛溶于20mL95％乙醇中，再加入436mg4-羟基-3-乙酰香豆素腙，滴入2滴冰醋酸，常压下回流搅拌3h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用95％乙醇洗涤得到黄色固体即为目标产物，目标产物的产率为72％。

实施例3

将195mg 3，5-二甲基吡咯-2-甲醛溶于10mL75％乙醇中，再加入218mg4-羟基-3-乙酰香豆素腙，滴入2滴冰醋酸，常压下回流搅拌3h，冷却至室温后析出大量固体，减压过滤，将滤渣用75％乙醇洗涤得到黄色固体即为目标产物，目标产物的产率为78％。

实施例4

吡咯-香豆素双腙衍生物对铜离子的光学性质测定

将上述实施例1制得的吡咯-香豆素双腙衍生物作为荧光探针在DMSO/HEPES(体积比1:9)介质中配制成摩尔浓度为10^-5mol/L的溶液，分别在含摩尔浓度为10^-5mol/L的Ag⁺,Al³⁺,Ca²⁺,Cd²⁺,Co²⁺,Cr³⁺,Cu²⁺,Fe³⁺,Hg²⁺,K⁺,Mg²⁺,Mn²⁺,Na⁺,Ni²⁺,Pb²⁺,Zn²⁺等金属离子的溶液中加入等量的上述荧光探针溶液，采用荧光光谱仪对其分别进行荧光光谱分析(激发波长为450nm)，记录585nm处的荧光强度值，所得的荧光光谱图见图3。通过图3可以看出，本发明实施例1制得的吡咯-香豆素双腙衍生物作为荧光探针对铜离子的响应时间短，强度高，可用于铜离子的快速检测。365nm紫外灯激发下，铜离子反应液中桔黄色荧光快速淬灭，而本发明实施例1制得的吡咯-香豆素双腙衍生物对其它金属离子如Ag⁺,Al³⁺,Ca²⁺,Cd²⁺,Co²⁺,Cr³⁺,Cu²⁺,Fe³⁺,Hg²⁺,K⁺,Mg²⁺,Mn²⁺,Na⁺,Ni²⁺,Pb²⁺等无明显荧光响应。

DMSO/HEPES(体积比1:9)溶液中，摩尔浓度为10^-5mol/L的吡咯-香豆素双腙衍生物荧光探针对铜离子具有较高的选择性响应。通过图4荧光滴定光谱可以计算得到Cu²⁺检出限达3.28×10^-8mol/L，线性范围为5×10^-6-1.4×10^-5mol/L，因此本发明实施例1制得的吡咯-香豆素双腙衍生物可用于铜离子的荧光定量检测。

实施例5

吡咯-香豆素双腙衍生物荧光探针在细胞内铜离子的检测实验

HeLa细胞用10^-5M的上述实施例1制得的吡咯-香豆素双腙衍生物荧光探针培育0.5小时后加入Cu²⁺，继续培育0.5小时后使用Olympus>2+荧光成像图；e为荧光探针+Cu²⁺明场成像图；f为荧光探针+Cu²⁺荧光图和明场图叠加后的图片。HeLa细胞中加入上述吡咯-香豆素双腙衍生物有强荧光，而再加入铜离子后，荧光强度明显减弱，故本发明实施例1制得的吡咯-香豆素双腙衍生物可用于细胞中铜离子的荧光探针。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。