含罗丹明咪唑类六元环化合物及其制备方法与应用

摘要

本发明涉及含罗丹明咪唑类六元环化合物及其制备方法与应用。本发明所述化合物能提高识别金属铜离子水解速率、完全的咪唑类化合物引入到此体系中，合成一系列含罗丹明咪唑类六元环化合物，对金属铜离子的裸眼识别能力为最高为80nM，检测极限为35pM，荧光量子产率为0.63，成功实现了在腺癌人类肺泡基底上皮细胞中识别Cu

说明书

技术领域

本发明涉及分析化学技术领域，尤其是一种含罗丹明咪唑类六元环化合物及其制备方法与应用。

背景技术

过渡金属离子是生物体内不可缺少的重要成分，在许多生物体中都参与了多种基本的生理过程。其中，铜是一种极为重要的过渡金属，负责各种器官的正常功能和代谢过程。然而，Cu

科研工作者开发了以香豆素、姜黄素、芘、萘二甲酰亚胺、花青素、氟硼吡咯、罗丹明等为荧光团为母体的荧光小分子探针。其中以罗丹明代表，由于其优异的光物理性质，如高的消光系数、优良的量子产率、良好的光稳定性和相对较长的发射波长，具有很高的优势。因为罗丹明螺旋体内酯或螺旋体内酯衍生物无荧光和无色，而相应的螺旋体内酯/内酯开环后产生强烈的荧光发射和粉红色荧光增强型探针。基于此，在螺旋体内酯环上适当的配体在加入金属离子后会引起颜色变化和荧光变化，成为了科研工作者设计检测铜离子的首选。

1997年，Czarnik小组[Dujols，V.；Ford，F.；Czarnik，A.W.J.Am.Chem.Soc.1997，119，7386-7387]报告了罗丹明B酰肼开环反应检测Cu

2008年Swamy等[Swamy，K.M.K.；Ko，S.K.；Kwon，S.K.；Lee，H.N.；Mao，C.；Kim，J.M.；Lee，K.H.；Kim，J.；Shin，I，；Yoon，J.Chem.Commun.2008，5915-5917]报道了以硼酸连接的铜离子荧光和比色化学探针。以螯合机制，实现了在不同金属离子中对Cu

2012年Kumar等[Kumar，M.；Kumar，N.；Bhalla，V.；Sharma，P.R.；Kaur，T.Org.Lett.2012，14，406-409]报告了含罗丹明肼类五元环化合物，通过以水解机制，该化合物对铜离子的检测极限为20nM，荧光量子为产率0.19。实现了在人前列腺癌细胞中铜离子的成像。

传统的罗丹明五元环结构难以提高对铜离子检测能力。因为，以罗丹明五元环C-N键对铜离子检测机理大致分为两类：1)螯合模式和2)水解模式，但是探针与铜离子螯合效率低和水解不彻底。与此同时，传统的罗丹明五元环内酰胺结构通常在酸性溶液中表现出一种“不稳定”的特性，从而给其应用带来了不确定性和局限性。因此，探索新的有利螺旋体环骨架是提高铜离子检测能力的一条可行路径。

2012年Wu等[Wu，C.；Bian，Q.N.；Zhang，B.G.；Cai，X.；Zhang，S.D.；Zheng，H.；Yang，S.Y.；Jiang，Y.B.Org.Lett.2012，14，4198-4201]首次报道了罗丹明类六元环化合物，通过参与C-N键的裂解和异硫氰酸基团的形成，该探针对铜离子的裸眼识别能力为10μM，荧光量子产率为0.079。

2017年Majumdar等[Majumdar，A.；Lim，C.S.；Kim，H.M.；Ghosh，K.ACS Omega2017，2，8167-8176]报道了罗丹明类六元环化合物，以C-C键裂解及金属铜离子的螯合，可以选择性地区分Cu

然而，鲜有探针可以同时实现nM裸眼识别和pM检测级别对铜离子检测的报道。为寻找超灵敏检测铜离子，本发明以罗丹明化合物为基础，将可能提高识别金属铜离子水解速率、完全，合成一系列含罗丹明咪唑类六元环类化合物，考察其检测铜离子的能力。为开发超敏荧光探针开辟一条新途径。

发明内容

本发明的目的是：提供一种含罗丹明咪唑类六元环化合物及其制备方法及应用，它对金属铜离子有良好的选择性，且其合成方法经济简便。本发明的目的在于提供一种制备简单，选择性好、灵敏度高、检测范围广，通过断裂C-C和C-N以催化水解释放罗丹明酸荧光开启的方式，识别铜离子以及该探针在腺癌人类肺泡基底上皮细胞中对金属铜离子的检测。

本发明是这样实现的：一种含罗丹明咪唑类六元环化合物，该化合物具有如通式(I)所示的结构：

式中，R为氢、甲基、胺基、苄基、胺甲基、硫甲基、硫乙基。

含罗丹明咪唑类六元环的制备方法，其合成路线如下；

式中，R为氢、甲基、胺基、苄基、胺甲基、硫甲基、硫乙基。

含罗丹明咪唑类六元环化合物在检测金属铜离子的应用。

通过采用上述技术方案，本发明以罗丹明化合物为基础，将能提高识别金属铜离子水解速率、完全的咪唑类化合物引入到此体系中，合成一系列含罗丹明咪唑类六元环化合物，且发现该系列化合物中，有一化合物对金属铜离子的裸眼识别能力为80nM，检测极限为35pM，荧光量子产率为0.63，成功实现了在腺癌人类肺泡基底上皮细胞中识别Cu

附图说明

图1：a为本发明的探针1(10μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入10μM的Cu

图2为本发明的探针1(10μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入10μM的Cu

图3：a为本发明的探针1(10μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入不同浓度的Cu

图4为本发明的探针1(10μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入Cu

图5为本发明的罗丹明(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入Cu

图6为本发明的探针1(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中的高效液相谱图(柱子EC-C18 4.6×100mm，柱温35℃，流动相甲醇∶水(65∶35，V/V)，流速1mL/min，注入量2μL，λ

图7为本发明的探针1(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入Cu

图8为本发明的探针1(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入Cu

图9为本发明的探针1(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入Cu

图10为本发明的Cu

图11为本发明的探针1(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入不同浓度Cu

图12为本发明探针1(1μM)在乙腈∶水(3∶7，V/V)的混合溶液中，加入不同浓度Cu

图13为本发明的探针1(5μM)在腺癌人类肺泡基底上皮细胞中对Cu

实施例

下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例中用到的所有原料和溶剂均为市售分析纯。

实施例1：目标化合物1的制备

将罗丹明B(200.0mg，0.4mmol)加入到溶有0.4mL三氯氧磷的10mL干燥1，2-二氯乙烷溶液中，加热回流6小时后停止反应，脱溶，减压蒸发浓缩。将得到的粗产物溶于10mL无水乙腈中。滴加到溶有2-氨基咪唑(33.2mg，0.4mmol)和三乙胺(0.5mL)的8mL无水乙腈中，回流4小时。脱溶，减压蒸发浓缩，柱层析(洗脱剂PE∶EA＝100∶1～60∶1)得黄色固体，产率46.2％。

其它目标化合物的合成参照实施例1。

合成的部分含罗丹明咪唑类六元环化合物的结构及核磁共振氢谱、碳谱数据和高分辨质谱数据如表1所示。

表1 部分化合物的核磁共振氢谱，碳谱数据和高分辨质谱

测试实施例：

本发明采用的技术方案是：一种铜离子催化水解型荧光分子探针1，该探针具有如下结构：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图1-13对本发明作进一步的详细描述。

实施例：

1、探针1溶液的制备

称取0.0051g探针1于10mL容量瓶中，用乙腈溶液溶解并定容，得到浓度为10

2、金属离子的制备

称取一定质量的各种金属硝酸盐于100mL容量瓶中，用去离子溶解并定容，得到浓度为10

3、探针1对铜离子的选择性

在乙腈∶水(3∶7，V/V)的体系中，向探针1(10μM)分别加入10μM各种Ca

4、其他金属离子对铜离子的竞争性

在10μM Cu

5、探针1对Cu

通过荧光、高分辨、和高效液相手段证实了探针1是通过催化水解模式识别Cu

6、探针1-Cu

为更好说明探针的灵敏性检测，本发明选择了向探针1中加入不同浓度的Cu

本发明利用信噪比法(S/N)[Guo，L.；Xu，Y.；Ferhan，A.R.；Chen，G.；Kim，D.H.J.Am.Chem.Soc.2013，135，12338-12345]测试了探针1对Cu

S/N＝(|average

当S/N的取值范围在3到5之间时该条件下的浓度即为探针的检测限。利用上述方法测得了探针1在乙腈∶水(3∶7，V/V)的溶液中对Cu

6、探针1在乙腈∶水(3∶7，V/V)的溶液中，加入一定量的Cu

7、探针1在腺癌人类肺泡基底上皮细胞中识别Cu

本发明利用荧光显微镜探讨了探针1检测腺癌人类肺泡基底上皮细胞内Cu