一種新型香豆素-喹啉熒光探針的制備和特性研究

林大勇，付江堂，周婷婷，祝晶晶，谷迎春*，任雪玲

(1.安達市多森新材料科技有限公司，黑龍江 安達 151400；2.齊齊哈爾龍珠涂料有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；3.天津城建大學 理學院 天津市化工廢水源頭減排與資源化工程技術中心，天津 300384；4.鄭州大學 河南省腫瘤重大疾病靶向治療和診斷重點實驗室，河南 鄭州 450001)

熒光探針是在紫外-可見-近紅外區具有特征熒光，且其熒光性質可隨所處環境的性質改變而靈敏地改變的一類熒光性分子[1]。香豆素類的熒光性質可以很容易被調控，它的熒光量子產率也是比較高的，Stokes位移大、光穩定性好。改性的香豆素具有更長的吸收波長和發射波長[2]，如7-羥基香豆素-半菁雜化染料，其吸收波長為485～643 nm，發射波長為620～722 nm，但是其熒光量子產率非常低[3]。喹啉是一個大的共軛體系，可以很容易地產生π到π*的電子躍遷，喹啉基衍生物不僅具有較強的熒光，而且其雜環氮原子能參與配位，即同時具有識別和熒光功能[4]。1987年，N-( 6-甲氧基-8-喹啉基) 對甲苯磺酰胺首次用于活體細胞Zn2+成像，此后以喹啉為母核的Zn2+熒光探針發展迅速。N,N-二(2-吡啶甲基)胺在鋅離子熒光探針的設計中得到廣泛應用，N,N-二(2-吡啶甲基)胺能提供3個氮原子，是明確的中性Zn2+配體。Li Yiming[5]等人報道的基于分子內電荷轉移原理的Zn2+熒光探針1，與Zn2+結合后熒光增強13倍，熒光量子產率由0. 035增大至0.610。該研究組[6]在2012年又合成了2-甲基喹啉Zn2+探針2，螯合促進熒光增強和抑制光誘導電子轉移共同導致化合物熒光增強。2的熒光性質與1相似，因而可將其作為生物相容性熒光探針用于生物檢測。

本文根據熒光探針的設計原理和香豆素、啉類熒光探針的特性，設計合成一種新型香豆素-喹啉新型熒光探針，其具有很好的選擇性，對待測物質的敏感度比較高，能夠更加準確的選擇待測物等等。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

咔唑，天津市江天化工有限公司；哌啶、三氯氧磷，天津市化學試劑二廠；1-溴代正辛烷，阿拉丁；4-甲基喹啉，上海喬木化學科技有限公司；3-溴丙胺氫溴酸鹽，上海海曲化學有限公司；羅丹明B，天津市光復精細化工研究所；硅膠板(GF254)、柱層析硅膠，青島海洋化工分廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 7-二乙氨基香豆素的合成

將二乙氨基-2-羥基苯甲醛放入圓底燒瓶中，分別加入丙二酸二乙酯、哌啶和無水乙醇，攪拌并回流反應8 h，蒸除溶劑。向殘留物中加入混合酸，攪拌8 h進行水解反應。倒入冰水中，然后用NaOH溶液調至pH值為6左右。磁力攪拌30 min后，過濾，水洗，干燥，乙醇重結晶，干燥得到產物白色粉末，產量16.4 g，產率76%，熔點在68～70℃。

1.2.2 7-二乙基氨基香豆素-3-醛的合成

向7-二乙氨基香豆素中加入DMF，再逐漸滴加三氯氧磷，0℃下攪拌30 min進行蒸餾。在60℃條件下攪拌12 h，然后倒入冰水中。加入NaOH溶液調節pH值。將得到的粗產物在漏斗中進行過濾，洗滌，干燥，最后用無水乙醇進行重結晶，干燥得到產物橘黃色固體，產量7.1 g，產率為72%，熔點是70～72℃。

1.2.3 4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽

向單口燒瓶中放入4-甲基喹啉和1,4丁磺酸內脂，溫度控制在140℃，反應1 h。用薄層色譜法實時監控，直到原料反應完全。停止反應，冷卻到室溫后，向單口圓底燒瓶中加入乙酸乙酯分散，得到的液體進行抽濾，干燥得到產物米白色固體顆粒，產量2.5 g，產率為63.46%，熔點是198～200℃。

1.2.4 熒光探針XDS-1的合成

分別將7-二乙基氨基香豆素-3-醛和4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽溶溶于乙醇中，將二者倒入燒瓶中，滴入3滴哌啶，油浴加熱，溫度控制在90℃，磁力攪拌反應12 h。然后冷卻至室溫。除去溶劑，得到的產物進行柱層析分離，選用二氯甲烷和甲醇作為展開劑，分離出未反應完全的原料和反應產物，除去溶劑，得到的產物乙酸乙酯攪拌溶解，抽濾干燥得到黑金色固體顆粒。產量0.02 g，產率為13.3%，熔點是270～272℃。

2 結果與討論

2.1 XDS-1紅外光譜的測定

圖1給出了XDS-1的紅外光譜圖，從圖中可以看出，XDS-1在3422 cm-1處有很明顯的特征峰，說明XDS-1分子中存在伯氨基，是4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽的伯氨基；在2967 cm-1處出現的特征峰屬于雙鍵及苯環的不飽和碳的C-H鍵；在1650 cm-1處出現的伸縮振動峰，說明該熒光探針具有碳-碳雙鍵結構。在1554 cm-1和1450 cm-1處出現的吸收峰，說明該熒光探針存在苯環骨架結構，表明4-(4-甲基喹啉-1-烯-1-基)丁烷-1-磺酸鹽和7-二乙基氨基香豆素-3-醛的苯環結構有被保留。在1750 cm-1和1150 cm-1處出現的吸收峰，說明該熒光探針具有羰基結構，表明該熒光探針存在7-二乙基氨基香豆素-3-醛的羰基結構。

圖1 XDS-1的紅外光譜譜圖

2.2 不同溶劑對XDS-1光譜特性的影響

由于不同溶劑的極性、及氫鍵與介電常數不同，不同溶劑對該熒光探針的熒光特性具有一定的影響。在室溫下，對XDS-1在不同溶劑下的溶液進行紫外-可見吸光光譜測定，如圖2 所示；對上述不同溶劑的熒光探針溶液進行熒光發射光譜的測定，如圖3所示。最大吸收波長是DCM，其值達到了565 nm，最小的是EAC，其值為520 nm。Stokes位移值在不同溶劑內都比較大，說明該熒光探針很好的避免了激發光對發射信號的干擾，以及生物熒光背景干擾。由此說明XDS-1紫外-可見吸收光譜波長長，熒光發射波長長，Stokes位移大。

圖2 XDS-1在不同溶劑中的紫外-可見吸光光譜

圖3 XDS-1在不同溶劑中的熒光探針光譜

2.4 XDS-1核磁共振譜

圖4 XDS-1核磁共振譜圖

圖4給出了XDS-1的核磁共振圖，可以看出，化學位移為1.15～1.18 ppm、1.93～2.18 ppm、2.45～2.76 ppm、3.87～3.94 ppm、4.80～4.92 ppm的H應歸屬為-CH2-結構。其中化學位移為1.15～1.18 ppm、1.93～2.18 ppm的H應歸屬為戊基上的-CH2- 結構，2.45～2.76 ppm應歸屬為季胺堿=N+-結構的H的化學位移，3.76～3.85 ppm應歸屬為-COOC-處的H的化學位移，4.80～4.92 ppm處應歸屬為靠近香豆素的-N-CH2-結構的H的化學位移；化學位移8.05～8.14 ppm、8.98～9.01 ppm應歸屬為喹啉上的H。6.78～6.81 ppm、6.89～6.99 ppm應歸屬為香豆素上的H的化學位移。化學位移7.75～7.95 ppm應歸屬為C=C結構的H。結合紅外光譜譜圖，說明本論文的合成產物結構正確。

3 結論

本文合成了一種新型香豆素-喹啉新型熒光探針XDS-1，通過核磁氫譜、紅外光譜等表征表明結構正確，通過紫外光譜、熒光光譜等測試表明不同溶劑對該熒光探針光譜特性產生很大影響，當溶劑的極性增加，該熒光探針的紫外最大吸收峰發生藍移。