新型硫酮基哌嗪熒光探針的合成及其對銅（Ⅱ）的識別性能

(常州大學 石油化工學院，江蘇 常州 213164)

(常州大學 石油化工學院，江蘇 常州 213164)

以苯胺和三氟乙酰乙酸乙酯為原料，經環合反應制得4-三氟甲基-2(1H)喹啉酮(1)；1與勞森試劑反應生成4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮(2)；2與間隔基反應合成中間體2-［(3-氯丙基)硫基］-4-(三氟甲基)喹啉(3)；將3連接到識別基團哌嗪上合成了一個新型的雙熒光側臂的探針化合物——1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4)，其結構經1H NMR和LC-MS表征。UV-Vis和FL研究結果表明，4的發射波長在396 nm；對Cu2+具有良好的識別作用，在1.0×10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1內可定量檢測Cu2+含量。

4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮；硫酮基哌嗪；熒光探針；合成；光學性能

熒光探針是一種極好的生物分子傳感器，具有靈敏度高、反應迅速等特點。尤其是近年發展起來的熒光化學傳感器和分子信號系統的應用已深入到藥物學、生理學、環境科學、信息科學等多個領域。隨著生命科學的不斷發展，含硫熒光探針已經在金屬離子、蛋白質、核酸、細胞檢測及免疫分析等方面發揮了重要作用［1-4］。哌嗪環是藥物化學研究中常用的一類氮雜環化合物，含哌嗪的化合物作為相應的受體配體是現今十分活躍的研究領域。哌嗪衍生物能選擇性識別Cu2+、Mn2+等金屬離子［5］，而含硫化合物又具有比較強的金屬離子配位能力，故本文選用含硫的熒光基團連接到哌嗪環上作為熒光探針化合物，研究其對金屬離子的選擇性識別。

本文以苯胺和三氟乙酰乙酸乙酯為原料，經環合反應得4-三氟甲基-2(1H)喹啉酮(1)；1與勞森試劑反應生成4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮(2)；2與間隔基(1-氯-3-溴丙烷)反應合成中間體2-［(3-氯丙基)硫基］-4-(三氟甲基)喹啉(3)；將3連接到識別基團哌嗪上合成了一個新型的雙熒光側臂的探針化合物——1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4，Scheme 1)，其結構經1H NMR和LC-MS表征。并利用UV-Vis和FL研究了其對金屬離子(M2+)的識別性能。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

XT4-100X型顯微熔點儀(溫度未校正)；UV-1700型紫外-可見吸收光譜儀(UV-Vis)；VARIAN-CARY型熒光光譜儀(FL)；AVANCE 300 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Bruker AutoflexⅡMALDI-TOF型質譜儀。

1［10］和勞森試劑［11］按文獻方法合成；柱層析用硅膠，青島海洋化工有限公司；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)2的合成

在三口燒瓶中加入勞森試劑2.02 g(5 mmol)和甲苯20 mL，加熱攪拌使其溶解；加入1 1.07 g (5 mmol)，N2保護下回流反應3 h(TLC跟蹤)。冷卻(析出固體)，抽濾，濾餅用甲苯重結晶得黃色針狀固體2 0.64 g，產率54.5%，m.p.258.7℃～260.3℃；LC-MS m/z:227.95［M+］。

(2)3的合成

在三口燒瓶中加入2 1.15 g(5 mmol)，乙醇鈉0.34 g和乙醇20 mL，攪拌下于室溫反應2 h；緩慢滴加1-氯-3-溴丙烷1.58 g(10 mmol)，滴畢，回流反應5 h(TLC跟蹤)。冷卻，抽濾，濾液旋蒸除去乙醇后經硅膠柱層析(洗脫劑:石油醚)純化得淡黃色固體3 0.76 g，產率49.6%，m.p.36.8℃ ～37.3℃；1H NMR δ:8.05～8.01(t，J=6.0 Hz，2H)，7.76～7.74(t，J=6.0 Hz，1H)，7.57～7.53(t，J=6.0 Hz，1H)，7.50(s，1H)，3.74～3.71(t，J=4.5 Hz，2H)，3.54～3.51(t，J=4.5 Hz，1H)，2.31～2.28(m，J=4.5 Hz，2H)；LC-MS m/z:306.75{［M+H］+}。

(3)4的合成

在三口燒瓶中加入哌嗪0.17 g(2 mmol)，3 1.22 g(4 mmol)和無水乙腈20 mL，加熱攪拌使其溶解；加入K2CO30.55 g(4 mmol)，回流反應48 h(TLC跟蹤)。抽濾得針狀固體，依次用乙腈(3×5 mL)和水(3×5 mL)洗滌，干燥得肉色針狀固體4 0.21 g，產率34.4%，m.p.108.6℃ ～109.8℃；1H NMR δ:8.01～7.97(t，J=6.0 Hz，4H)，7.73～7.68(t，J=7.5 Hz，2H)，7.55～7.51(t，J=6.0 Hz，2H)，7.50～7.47(t，J=4.5 Hz，4H)，3.41～3.37(t，J=6.0 Hz，4H)，2.55 (s，12H)；LC-MS m/z:625.15{［M+H］+}。

2 結果與討論

2.1 光學性能

(1)UV-Vis

圖1為1～4的 UV-Vis譜圖(c 1.0×10-4mol·L-1，甲醇為溶劑)。由圖1可見，2的最大紫外吸收位于可見光區。這是由于2中硫原子最外層電子較1中氧原子的最外層電子更易被激發而發生躍遷，紫外吸收向波長方向移動，發生了紅移現象。

(2)FL

圖2為1，3和4的FL譜圖(c 1×10-4mol· L-1，甲醇為溶劑)。由圖2可見，在354 nm激發波長激發下，4在甲醇中的發射波長為396 nm。探針分子通過烷基鏈臂將母體和識別基團連接到一起，由于PET效果導致呈現較弱的熒光強度。

圖1 1～4的UV-Vis譜圖*Figure 1 UV-Vis spectra of 1～4 *c 1.0×10-4mol·L-1，甲醇為溶劑

圖2 1，3，4的FL譜圖*Figure 2 FL spectra of 1，3，4 *同圖1

2.2 4對M2+的選擇性識別性能

哌嗪環具有一定識別金屬離子的能力，根據加入等摩爾量金屬離子后熒光強度的變化，反映4對不同離子［堿金屬 (Na+，K+)、堿土金屬(Ca2+，Sr2+，Fe3+，Ba2+和Mg2+)及過渡金屬離子(Co2+，Cd2+，Ni2+，Mn2+，Hg2+和Zn2+)］的識別效果。M2+與4絡合后熒光強度變化不明顯，而Cu2+加入后熒光強度有較大增強(圖3)。因為Cu2+與4的雜原子存在相互配位作用［12］，阻礙或者減弱了4的PET過程，同時引起了分子的空間結構變化(圖4)，增強了分子剛性結構，熒光強度也隨即增強。

進一步研究Cu2+濃度對4熒光強度的影響(圖5)，發現隨著Cu2+濃度增大熒光強度也隨之增大。Cu2+濃度在1.0×10-7mol·L-1～1.0× 10-4mol·L-1時，探針熒光強度與Cu2+濃度呈良好的線性關系(圖6)，曲線方程為 Y=8.84× 10-6c+209.25(mol·L-1)，相關系數R為0.983 36，根據該線性方程可以檢測1.0×10-7mol· L-1～1.0×10-4mol·L-1內Cu2+的含量。

圖3 4對M2+的選擇性圖*Figure 3 Selectivity of 4 for M2+*c 5.0×10-5mol·L-1，甲醇為溶劑

圖4 4與Cu2+的識別*Figure 4 Recognition of 4 and Cu2+

圖5 c(Cu2+)對4熒光強度的影響*Figure 5 Effect of c(Cu2+)on FL of 4 *c(0.0～5.0)×10-4mol·L-1，甲醇為溶劑

圖6 4的熒光強度和c(Cu2+)關系圖*Figure 6 Linear relation of fluorescence intensity of 4 and c(Cu2+) *同圖5

3 結論

設計并合成了以4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮為母體基團，通過烷基鏈與識別基團哌嗪相連接，發射波長為396 nm的新型熒光探針化合物1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4)。4對Cu2+具有良好的識別作用，在1.0× 10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1內可以定量檢測Cu2+含量。該研究對于Cu2+識別檢測的應用有一定指導意義。

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新型硫酮基哌嗪熒光探針的合成及其對銅(Ⅱ)的識別性能*

賀琳彥，席海濤，孫小強

Synthesis of a Novel Thiopiperazine Fluorescent Probe and Its Recognition Performance on Cu2+

HE Lin-yan， XI Hai-tao， SUN Xiao-qiang
(School of Petrochemical Engineering，Changzhou University，Changzhou，213164，China)

A novel thiopiperazine fluorescent probe——1，4-bis【4-{［4-(trifluoromethyl)quinolin-2-yl］thio}butyl】piperazine(4)was synthesized by a four-step reaction from 4-(trifluoromethyl)quinolin-2(1H)-one and piperazine.The structure was characterized by1H NMR and LC-MS.The selectivity of 4 on Cu2+in methanol was investigated by UV-Vis and FL.The results showed that λmaxof 4 was 396 nm.4 exhibited selectivity for Cu2+in 1.0×10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1.

4-(trifluoromethyl)quinolin-2(1H)-one；thiopiperazine；fluorescent probe；synthesis；recognition performance

O626.4；O626.3

A

1005-1511(2014)01-0016-04

2012-10-22；

2013-12-16

國家自然科學基金資助項目(20872051)

賀琳彥(1988-)，女，漢族，江蘇丹陽人，碩士研究生，主要從事有機合成和超分子化學的研究。

席海濤，博士，教授，E-mail:xht@cczu.edu.cn