用于甲醛检测的点亮型式荧光探针

摘要

本申请开发了一种新颖的1,8‑萘酐衍生物，其在溶液和气相中均显示出对甲醛的开启荧光响应。在甲醛存在时，反应后的1,8‑萘酐衍生物在520nm处观察到开启荧光响应现象。经计算得到该具有荧光开启效应的探针检出限为38.0μM。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月15日提交的临时美国专利申请号：62/973,582的优先权，该申请在此通过引用作为整体纳入本申请，用于所有目的。

技术领域

本发明涉及化学计量仪的应用，可用于监测溶液和气相中的甲醛。

背景技术

甲醛(Formaldehyde,FA)是含有羰基官能团的最简单和最小的分子，用于建筑、家具涂装、纺织工业和许多化学工业。甲醛急性吸入可引起多种健康相关问题，例如头痛、呼吸困难和喉咙发麻，并且长期接触可能会致死或导致癌症。由于它容易与蛋白质和核酸相互作用，对细胞造成巨大损害，甲醛是一类对生物系统有剧毒的化合物。所以，开发简便、灵敏和高选择性的甲醛检测方法至关重要。目前存在几种可用的甲醛检测技术，例如高效液相色谱法、分光光度法和气相色谱法，但是这些方法需要昂贵的机械和专业的技术培训。其他技术，例如压电技术、电位计和电化学技术，对于甲醛的检测却没有足够高的灵敏度。因此，开发新的灵敏且具有成本效益的甲醛检测技术很有必要。在过去的几十年中，荧光技术已经被证明是一种强大的、非侵入性的分析工具。其可以用于检测和研究不同分析物和小分子，并具有高灵敏度、高对比度和高信噪比的优势。此外，荧光分子还具有其他一些优点，例如合成方法简便、成本低和颜色可调性高。到目前为止，文献中已经报道了多种用于检测甲醛的荧光探针，其中大多数的合成方法中都包括氮杂Copeσ迁移重排，而非使用直接合成的反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合物，所述组合物具有荧光开启的发光特性，所述组合物包含具有式1的结构的电子接受化合物：

其中R

其中R

本发明还提供一种组合物，所述组合物具有荧光开启的发光特性，所述组合物包含具有式2的结构的化合物：

根据如上所述的组合物用于甲醛检测的应用，其中所述组合物与醛基反应。

在本发明提供的应用中，反应现象为产生可观测到的吸收和/或发射光谱的变化。

在本发明提供的应用中，所述组合物用于检测溶液、聚集态或者固态样品。

附图说明

图1描绘了6-溴-1,8-萘酐衍生物的合成方案。

图2描绘了(A)CDCl

图3描绘了(A)用FA(0-80mM)处理180分钟后，DMF中AHB(20μM)的荧光光谱；(B)处理180分钟后，荧光强度与DMF中FA浓度(0-400eq.)之间的线性关系。

图4描绘了(A)日光照射下和(B)手持式紫外线灯的365nm紫外线照射下，AHB(顶部)和加入了含有FA的DMF后的AHB(底部)的照片。

图5描绘了在空气，水和1M甲醛的甲醇溶液中暴露(A)0s，(B)60s，(C)90s和(D)180s后，使用AHB进行气相检测。

图6描绘了在添加各种小分子物质(5.0mM)后，DMF中AHB(20μM)的(A)荧光响应和(B)荧光强度，每个光谱数据都在室温下180分钟后记录；(C)存在各种小分子物质(5.0mM)的情况下，AHB(20μM)的荧光图像。照片中从左到右的序列与上图相似。

图7描绘了(A)用FA(0-80mM)处理180分钟后，DMF中AHB(20μM)的荧光光谱；(B)处理180分钟后，荧光强度与DMF中FA浓度(0-400eq.)之间的线性关系。

图8描绘了FA存在时，设计分子的“开启”机制。

图9描绘了AHB与FA反应后形成的最终化合物的HRMS光谱。

具体实施方式

在整个申请中，当组合物被描述为具有、包括或包含特定组分时，或其中方法被描述为具有、包括或包含特定过程步骤时，可以预期的是，本申请的组合物也可以基本上由所述组分组成或由所述组分组成并且本申请的方法也可以基本上由所述过程步骤组成或由其组成。

在本申请中，当描述要素或组分被包括在所列举的要素或组分的列表中和/或从所列举的要素或组分的列表中选择的情况下，应理解，该要素或组分可以是所列举的要素或组分中的任何一个要素或组分或者该要素或组分可以选自由两个或多个所述要素或组件组成的组。此外，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本申请所述的组合物、装置或方法的要素和/或特征可以以多种方式组合，无论本申请是明确的还是隐含的

“包括”、“包含”或“具有”等词的使用一般应理解为开放式的和不受限制的，除非另有特别说明。

除非另有特别说明，本申请中单数的用法包括复数(反之亦然)。此外，如果“大约”一词在数值前使用，本申请也包括具体的数值本身，除非另有特别说明。这里使用的“大约”一词是是与标称值变化±10％、±7％、±5％、±3％、±1％或±0％，除非另有说明或推断。

应当理解，只要本申请仍然可以操作，步骤顺序或执行某些动作的顺序是不重要的。此外，可以同时进行两个或两个以上的步骤或动作。

当与本申请所述的化合物或组合物的样品结合使用时，术语“纯的”是指该样品包含按重量计至少60％的所述化合物或组合物。在某些实施方案中，样品包含按重量计至少70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.9％或更多的所述化合物或组合物。

术语“醛基”是本领域公认的，结构通式可表示为-CHO。

术语“室温”表示20℃至25℃范围的温度。

术语“荧光开启”和“荧光点亮”表示在荧光光谱图上特定波长处的荧光强度增强的现象。

本申请中，我们合成了氨基修饰的1,8-萘酐衍生物(图1)，并使用

在固体载体中，AHB最初没有荧光发射，但在暴露于甲醛气体后观察到在520nm处有荧光响应。AHB对甲醛气体的快速反应特性使其可用于制造检测醛类化合物的便携式传感器。将一滴含有100μM AHB的DMF溶液滴到滤纸条上即可制备得到便携式传感器。该传感器在DMF蒸发后即可使用。通过暴露于1M甲醛溶液中的甲醛蒸气中来测试AHB传感器的检测灵敏度。将0.5mL的1M甲醛溶液置于20mL的瓶子中，对其进行180秒的监测(图4和图5)。该甲醛传感器在1M甲醛溶液的甲醛蒸气中暴露60秒后观察到荧光发射(图5C)。使用水和空气作为对照组验证该传感器的检测特异性，没有观测到荧光发射。

通过添加其他含醛基化合物(例如乙酸、藜芦醛、庚醛、丁醛、戊二醛、苯乙酮和苯甲醛)进一步验证AHB对甲醛的选择性。加入甲醛时的荧光强度变化最大，同时也发现戊二醛和乙酸也显示出明显的荧光响应开启现象。其他物种如藜芦醛、庚醛、丁醛、苯乙酮和苯甲醛均显示出较弱的荧光强度变化。如图6所示，在365nm的紫外光的激发下，AHB在520nm处几乎检测不到荧光发射。随着逐渐加入不同浓度的甲醛后，520nm处的荧光发射逐渐增强。通过绘制荧光强度与甲醛浓度的关系图，得到良好的线性关系，R