一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法,吩噻嗪喹啉分子荧光探针及

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110128371 A(43)申请公布日 2019.08.16

(21)申请号 201910334345.3(22)申请日 2019.04.24

(71)申请人 中国科学院上海微系统与信息技术

研究所

地址 200050 上海宁区长宁路865号(72)发明人 梁丽娟　班业伟　孙一萌　赵建龙　(74)专利代理机构 上海智信专利代理有限公司

31002

代理人 余永莉(51)Int.Cl.

C07D 279/22(2006.01)C07D 417/12(2006.01)C09K 11/06(2006.01)G01N 21/(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图2页

CN 110128371 A()发明名称

一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法，吩噻嗪喹啉分子荧光探针及其制备方法和应用(57)摘要

本发明提供了一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法，吩噻嗪喹啉分子荧光探针及其制备方法和应用，所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针是1-{2-[4-二乙氨基-2-(4-吩噻嗪-己氧基)-苯基]-乙烯基}-N-甲基喹啉鎓盐。根据本发明提供的吩噻嗪喹啉分子荧光探针利用半菁染料为荧光信号报告基团，该吩噻嗪喹啉分子荧光探针的制备方法简单易行、成本低；该分子荧光探针不仅针对次氯酸根响应快、选择性高、检测灵敏度高，同时还可用于环境重金属离子的检测，方法简单，易于推广应用，为荧光探针用于细胞内活性氧化物检测及环境污染物重金属检测提供重要依据。

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1.一种吩噻嗪苯甲醛衍生物，其特征在于，所述吩噻嗪苯甲醛衍生物是4-二乙基氨基-2-(6-吩噻嗪-10-基-己氧基)-苯甲醛，其化学结构式如下：

2.一种根据权利要求1所述的吩噻嗪苯甲醛衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将化合物4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛与10-(6-溴-己基)-10H-吩噻嗪加入到无水乙腈中，加入碘化钾和碳酸钾搅拌均匀，避光回流反应20～28小时后冷却至室温；

2)在上述步骤1)所得反应液中加入四氟硼酸钾搅拌反应进行阴离子交换后，将得到的粗产品溶液减压蒸馏并用二氯甲烷萃取后收集有机相，用无水硫酸钠干燥，旋干有机相过柱子分离提纯，得到目标产物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛和10-(6-溴-己基)-10H-吩噻嗪的摩尔比为1:(1.5～3)；所述步骤1)中4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛、碘化钾和碳酸钾的摩尔比为1:(1～2):(3～5)；所述步骤1)中所述10-(6-溴-己基)-10H-吩噻、4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛、碘化钾和碳酸钾的总重量与乙腈的重量比为1:(15～25)。

4.一种吩噻嗪喹啉分子荧光探针，其特征在于，所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针是1-{2-[4-二乙氨基-2-(4-吩噻嗪-己氧基)-苯基]-乙烯基}-N-甲基喹啉鎓盐，其化学结构式如下：

5.一种根据权利要求4所述的吩噻嗪喹啉分子荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将根据权利要求1所述的吩噻嗪苯甲醛衍生物与N-乙基-2-甲基喹啉碘盐加入无水乙醇中，加入六氢吡啶，避光加热回流反应，然后冷却至室温；

2)在上述步骤1)所得的反应产物中加入四氟硼酸钾并搅拌反应进行阴离子交换后，得到粗产物；

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3)将上述步骤2)所得反应液过滤除去无机盐，将液相减压蒸出溶剂，将固体产物用无水乙醇重结晶，干燥后得到固体产物即为吩噻嗪喹啉分子荧光探针纯品。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中吩噻嗪苯甲醛衍生物与N-乙基-2-甲基喹啉碘盐的摩尔比为1:(0.5～1.5)。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中吩噻嗪苯甲醛衍生物与N-乙基-2-甲基喹啉碘盐的总重量与溶剂无水乙醇的重量比为1:(30～50)。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中重结晶时固体产物重量与乙醇的重量比为1:(5～15)。

9.一种根据权利要求4所述的吩噻嗪喹啉分子荧光探针的应用，其特征在于，所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针用于次氯酸根的检测，包括以下步骤：将所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针配制成浓度为1×10-5摩尔/升的溶液，用450nm波长的光激发，向该溶液中加入不同浓度的次氯酸，测定溶液在620nm波长的荧光强度，获得所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针检测次氯酸根离子的连续滴定荧光光谱。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针用于铜离子的检测，包括以下步骤：将所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针配制成浓度为1×10-5摩尔/升的溶液，用500nm波长的光激发，向该溶液中加入不同浓度的铜离子，测定溶液在610nm波长的荧光强度，获得所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针检测铜离子的连续滴定荧光光谱。

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一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法，吩噻嗪喹啉分子荧

光探针及其制备方法和应用

技术领域

[0001]本发明涉及荧光传感检测技术中的分子探针合成及检测方法，尤其是一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法，吩噻嗪喹啉分子荧光探针及其制备方法和应用。背景技术

[0002]随着生活水平的提高和工业的快速发展，大量重金属排放到水体中，成为水体和土壤污染的重要原因之一。由于重金属的稳定性，大部分难以分解会在自然环境中不断堆积，破坏生态系统并且最终通过饮水和食物等途径进入到人体。重金属如铜、锌、铁、锰等并非生命活动必需元素，一旦进入人体，会引发一系列疾病如阿尔兹海默症等，危害人类健康。目前检测重金属的方法有：质谱仪、液相色谱仪、原子吸收光谱法，紫外可见分光光度法等。尽管这些方法灵敏度高，但仪器昂贵，并且操作方法复杂，费时费力。因此建立一种快速、成本低廉的环境重金属检测方法具有重要的意义。[0003]细胞内的活性氧化物小分子主要包括过氧化氢、单线态氧、超氧负离子、过氧亚根、一氧化氮和次氯酸根等。其中次氯酸水平与许多疾病的发生密切相关，目前发展多种基于不同基团检测次氯酸的探针，还存在很多不足如选择性差和水溶性不好等缺点，迫切需要设计出对次氯酸检测具有专一性的荧光探针。

[0004]荧光分析技术作为现代分析化学中的一种重要方法，是利用荧光分子探针作为检测试剂，通过与目标物的结合使荧光强度或波长等荧光光学信号发生改变。通过特殊的设计使荧光探针具有高灵敏度、高选择性等性能，可方便进行环境污染物及细胞内活性氧化物的检测。因而开发适用于荧光标识的探针材料将对化学、生物分析及环境监测领域具有重要的意义。

发明内容

[0005]本发明的目的是提供一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法，吩噻嗪喹啉分子荧光探针及其制备方法和应用，从而解决现有技术中缺乏快速有效、成本低廉的环境污染物及细胞内活性氧化物的检测方法的问题。[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：[0007]根据本发明的第一方面，提供一种吩噻嗪苯甲醛衍生物，所述吩噻嗪苯甲醛衍生物是4-二乙基氨基-2-(6-吩噻嗪-10-基-己氧基)-苯甲醛，其化学结构式如下：

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根据本发明的第二方面，提供一种如上所述的吩噻嗪苯甲醛衍生物的制备方法，

包括以下步骤：1)将化合物4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛与 10-(6-溴-己基)-10H-吩噻嗪加入到无水乙腈中，加入碘化钾和碳酸钾搅拌均匀，避光回流反应20～28小时后冷却至室温；2)在上述步骤1)所得反应液中加入四氟硼酸钾搅拌反应进行阴离子交换后，将得到的粗产品溶液减压蒸馏并用二氯甲烷萃取后收集有机相，用无水硫酸钠干燥，旋干有机相过柱子分离提纯，得到目标产物。[0010]优选地，所述步骤1)中4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛和10-(6-溴- 己基)-10H-吩噻嗪的摩尔比为1:(1.5～3)。[0011]优选地，所述步骤1)中4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛、碘化钾和碳酸钾的摩尔比为1:(1～2):(3～5)。[0012]优选地，所述步骤1)中所述10-(6-溴-己基)-10H-吩噻、4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛、碘化钾和碳酸钾的总重量与乙腈的重量比为1: (15～25)。[0013]其中，10-(6-溴-己基)-10H-吩噻嗪的制备方法可参考文献ACS Nano2017vol.11#4p.4174-4182，此处作为举例，可以采用以下方法进行制备：

[0014]1)将吩噻嗪和氢化钠加入到干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，冰浴搅拌并向溶液中缓慢滴加1,6-二溴己烷，吩噻嗪和1,6-二溴己烷的摩尔比为1: (2～3)，室温搅拌；[0015]以及2)将上述步骤1)中的反应液萃取干燥，并减压蒸馏除去溶剂得到粗产品，通过柱层析硅胶提纯，得到10-(6-溴-己基)-10H-吩噻嗪，其化学结构式如下：

[0016]

[0017]

根据本发明的第三方面，提供一种吩噻嗪喹啉分子荧光探针，所述吩噻嗪喹啉分子荧光探针是1-{2-[4-二乙氨基-2-(4-吩噻嗪-己氧基)-苯基]-乙烯基}-N-甲基喹啉鎓盐，其化学结构式如下：

[0018]

[0019]

根据本发明的第四方面，提供一种如上所述的吩噻嗪喹啉分子荧光探针的制备方法，包括以下步骤：1)将吩噻嗪苯甲醛衍生物与N-乙基-2-甲基喹啉碘盐加入无水乙醇中，加入六氢吡啶，避光加热回流反应，然后冷却至室温；2)在上述步骤1)所得的反应产物中加

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入四氟硼酸钾并搅拌反应进行阴离子交换后，得到粗产物；3)将上述步骤2)所得反应液过滤除去无机盐，将液相减压蒸出溶剂，将固体产物用无水乙醇重结晶，干燥后得到固体产物即为吩噻嗪喹啉分子荧光探针纯品。[0020]优选地，所述步骤1)中所述N-乙基-2-甲基喹啉碘盐为N-乙基-2-甲基喹啉碘鎓盐。

[0021]优选地，所述步骤1)中吩噻嗪衍生物是10-(6-溴-己基)-10H-吩噻嗪与 N-乙基-2-甲基喹啉碘盐的摩尔比为1:(0.5～1.5)，还优选地为1:1。[0022]优选地，所述步骤1)中权利要求6所述化合物与N-乙基-2-甲基喹啉碘盐的总重量与溶剂无水乙醇的重量比为1:(30～50)。[0023]优选地，所述步骤2)中重结晶时固体产物重量与乙醇的重量比为1: (5～15)。[0024]根据本发明的第五方面，提供一种如上所述的吩噻嗪喹啉分子荧光探针在检测次氯酸根离子中的应用。根据本发明的一个优选实施方式，该应用包括以下步骤：将制备的吩噻嗪喹啉分子荧光探针配制成浓度为1×10-5摩尔/ 升的溶液，用450nm波长的光激发，向溶液中加入不同浓度的次氯酸，测定溶液在620nm波长的荧光强度，获得探针检测次氯酸根离子的连续滴定荧光光谱。

[0025]根据本发明的第六方面，提供一种如上所述的吩噻嗪喹啉衍生物在检测铜离子中的应用。根据本发明的一个优选实施方式，该应用包括以下步骤：将制备的吩噻嗪喹啉分子荧光探针配制成浓度为1×10-5摩尔/升的溶液，用 500nm波长的光激发，向溶液中加入不同浓度的铜离子，测定溶液在610nm 波长的荧光强度，获得探针检测铜离子的连续滴定荧光光谱。

[0026]根据本发明提供的吩噻嗪喹啉分子荧光探针，其核心为吩噻嗪结构，以富电子性能的吩噻嗪作为电子给体，具有较高量子效率和稳定性的半菁染料为荧光信号报告基团，充分利用活性氧化物及重金属对吩噻嗪的氧化性能。该探针基于光诱导电子转移机制，是一种荧光开启型探针。该分子荧光探针对次氯酸有较高的选择性，发射波长拓展至长波长并且pH适用范围增宽。同时该探针能够选择性检测重金属离子。[0027]本发明的优点是：该吩噻嗪喹啉分子荧光探针对检测次氯酸根响应快、选择性高、检测的灵敏度高，检测限可达到1.7×10-7摩尔/升的数量级；该类探针材料的制备方法简单易行、成本低；同时，由于这类吩噻嗪喹啉分子荧光探针具有较好的水溶性，因此可直接在水溶液中进行检测，且实用的pH 值范围广，使其应用更加广泛。进一步，这类吩噻嗪喹啉分子荧光探针可以实现对重金属离子的检测，能够同时检测环境重金属离子如铜离子等，检测限可达到10-7摩尔/升的数量级；使得该探针不仅可用于细胞中活性氧化物的检测，同时能够对环境中的污染物进行检测。[0028]总之，本发明提供了一种吩噻嗪苯甲醛衍生物及其制备方法，吩噻嗪喹啉分子荧光探针及其制备方法和应用，该吩噻嗪喹啉分子荧光探针利用半菁染料为荧光信号报告基团，制备方法简单易行、成本低；该吩噻嗪喹啉分子荧光探针不仅针对次氯酸根响应快、选择性高、检测灵敏度高，同时还可用于环境重金属离子的检测，方法简单，易于推广应用，为荧光探针用于细胞内活性氧化物检测及环境污染物重金属检测提供重要依据。

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附图说明

[0029]图1是根据本发明制备的吩噻嗪喹啉分子荧光探针加入不同浓度次氯酸的连续滴定荧光光谱；

[0030]图2是根据本发明制备的吩噻嗪喹啉分子荧光探针测得对次氯酸根检测的检测限；

[0031]图3是根据本发明制备的探针加入不同浓度铜离子的连续滴定荧光光谱在610纳米的荧光强度点状图；

[0032]图4是根据本发明制备的探针主体及加入铜离子后在10分钟的稳定性测试，其中，激发波长500纳米，荧光发射波长610纳米。具体实施方式

[0033]以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于本发明的范围。[0034]实施例1、吩噻嗪苯甲醛衍生物的制备[0035]步骤如下：

[0036]1)将化合物4-N,N-二乙基氨基-2-羟基-苯甲醛(387mg,2mmol)与10-(6- 溴-己

基)-10H-吩噻嗪(1.08g,3mmol)加入到20mL无水乙腈中，加入碘化钾53mg，再加入研磨的碳酸钾550mg搅拌均匀,避光回流反应24小时；[0037]2)冷却至室温后，在上述反应液中加入四氟硼酸钾搅拌2小时进行阴离子交换后，将得到的粗产品溶液减压蒸馏并用二氯甲烷萃取后收集有机相，用无水硫酸钠干燥，旋干有机相过柱子分离提纯。洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯(4/1,v/v)。提纯后产物用真空干燥箱干燥，得到油状物806mg，产率为85％。[0038]实施例2、吩噻嗪喹啉衍生物的制备[0039]步骤如下：

[0040]1)将上述实施例2中得到的4-二乙基氨基-2-(6-吩噻嗪-10-基-己氧基)- 苯甲醛

(224mg,0.5mmol)与N-乙基-2-甲基喹啉碘盐(150mg,0.5mmol)加入 10mL无水乙醇中，加入200μL六氢吡啶，避光加热回流反应，加热温度为油浴温度100℃，加热回流时间为6小时，然后冷却至22℃；

[0041]2)在上述反应产物中加入63mg(0.5mmol)四氟硼酸钾(KBF4)并搅拌反应2小时，进行阴离子交换后，得到粗产品产物；

[0042]3)将上述反应液过滤除去无机盐，将液相减压蒸出溶剂并浓缩至3毫升，将固体产物用5毫升无水乙醇重结晶，干燥后得到246毫克黄色固体产物即为制备的1-{2-[4-二乙氨基-2-(4-吩噻嗪-己氧基)-苯基]-乙烯基}-N-甲基喹啉鎓盐分子荧光探针纯品，收率为68％，熔点为1-166℃。[0043]1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm):8.46(d,1H),8.30(d,1H),8.14(d,1H), 8.01(d,1H),7.90(t,J＝10.0Hz,2H),7.77(d,1H),7.57(t,J＝8.0Hz,1H), 7.32(d,1H),7.19-7.10(m,4H),6.99-6.(m,4H),6.32(d,1H),5.91(s,1H), 4.84-4.79(q,J＝6.8Hz,2H),4.10-4.06(t,J＝8.0Hz,4H),3.44-3.38(q,J＝8.0 Hz,4H),2.09(m,4H),1.53(t,J＝6.0Hz,3H),1.21

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(t,J＝8.0Hz,6H)；C NMR(100MHz,CDCl3,ppm):161.6,155.6,153.2,146.3,145.2,141.3,

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138.2, 135.4,134.2,130.2,125.1,122.6,120.1,117.5,116.0,112.4,109.0,105.2,93.9, 68.1,46.9,46.3,45.1,27.0,23.5,13.6,12.8.[0044]应用实例1：[0045]利用吩噻嗪喹啉衍生物制成5×10-3M的溶液，用EtOH:PBS(v/v＝1:1) 稀释为1×10-5M的溶液，进行次氯酸根离子的检测。次氯酸根对探针的连续滴定荧光发射光谱如图1所示，以450nm作为激发波长。吩噻嗪喹啉衍生物的连续滴定荧光光谱图可以看出，探针主体在EtOH:PBS(v/v＝1:1)体系中荧光较弱，随着向主体中加入次氯酸的浓度逐渐增加，探针发射波长620 nm处的荧光逐渐增强。当加入次氯酸浓度达到10当量时，荧光增强约10 倍，溶液达到饱和状态，如图1所示。在620nm发射峰的荧光增强对应化合物吩噻嗪基团的硫氧化结构。利用3σ/k得到σ为0.31，k为5.39，求得检测限1.7×10-7M，如图2所示。说明该探针可以定量检测次氯酸水平，有望用于细胞内次氯酸检测。[0046]应用实例2：[0047]利用吩噻嗪喹啉衍生物制成5×10-3M的溶液，用乙腈稀释为1×10-5M 的溶液，进行铜离子的检测。铜离子对探针的连续滴定荧光发射光谱如图3 所示，以500nm作为激发波长。吩噻嗪喹啉衍生物的连续滴定荧光光谱图可以看出，探针主体乙腈中荧光较弱，随着向主体中加入铜离子的浓度逐渐增加，探针发射波长610nm处的荧光逐渐增强。当加入铜离子浓度达到0.6 当量时，荧光增强约4.5倍，溶液达到饱和状态，如图3所示。在610nm发射峰的荧光增强对应化合物吩噻嗪基团的硫氧化结构。同时对该探针做了稳定性测试，测定探针主体及加入饱和铜离子后，在10分钟内的荧光强度，当加入铜离子90秒后荧光增强到最大，从90秒到600秒范围内荧光基本保持稳定，说明改探针主体的稳定性较好，并且反应速度快，可以实现90秒对铜离子的检测，如图4所示。同时说明该探针可以定量检测铜离子变化，有望用于环境水溶液中铜离子检测。[0048]检测限曲线的制备：[0049]利用吩噻嗪喹啉衍生物制成5×10-3M的溶液，用EtOH:PBS(v/v＝1:1) 稀释为1×10-5M的溶液，进行次氯酸根离子的检测。在6个3毫升样品瓶中分别加入2毫升1×10-5摩尔/升的溶液，然后依次加入0、0.5、1、1.5、2、 2.5当量的次氯酸根离子并混合均匀。采用450nm的激发波长激发测定其荧光光谱。然后以探针在620nm处的荧光发射强度(I)变化和次氯酸根的浓度按[F-F0]对[ClO-]作图而得到检测限曲线，其中：F0为不存在次氯酸根时探针的荧光发射强度；F为探针与次氯酸根作用时的荧光发射强度。[0050]综上所述，本发明制备的吩噻嗪喹啉分子荧光探针不仅对次氯酸根检测表现出很强的荧光增强效应，还可以对环境中重金属有响应。该探针可用于环境样品、自来水、化学模拟生物体系中次氯酸根的检测，生物活细胞和活组织内次氯酸根的分析检测和荧光成像检测，以及临床医学上病变组织中次氯酸根的检测，具有响应速度快、选择性高、灵敏度高和实用性强等良好效果。同时对铜离子响应快、检测的灵敏度高，并且制备方法简单易行、成本低，该荧光探针可用于活性氧化物次氯酸根离子及环境污染物中重金属的同时检测。[0051]以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

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