新型2-吡啶芐基胺類羅丹明基活性小分子探針的合成

易春雪,趙 崗,光善儀*,徐洪耀

(1.東華大學 a.化學化工與生物工程學院；b.材料科學與工程學院，上海 201620)

羅丹明類染料因為良好的熒光特性，比如較大摩爾吸光系數、可見光區內較長的激發和發射波長、強的光穩定性、高熒光量子產率以及螺環和開環的互變分子結構導致的熒光性能差異等而常被作為熒光基團[1-4]。三聚氯嗪分子中有3個活潑的氯原子，在很多探針制備過程中被用作活性基團，可分級取代形成各種不同性質和用途的衍生物[3-5]。

2-吡啶芐基胺及酰胺環上的氨基均可作為電子的給予體來提供電子對，進而和多種金屬離子配位生成金屬離子螯合物，從而實現對重金屬離子的配位識別。目前研究人員已經設計并合成了多種以吡啶及其衍生物為識別基團的金屬離子熒光探針。2014年，Sheng等[6]合成了含有1%甲醇的水溶性羅丹明-2-吡啶芐基胺類熒光探針，用于Fe3+的檢測；Hou等[7]合成了以香豆素為熒光基團的2-吡啶芐基胺類Cu2+熒光探針。這類探針拓寬了配位化學的研究領域，使得吡啶類衍生物在熒光分析中得到了快速的發展[8-10]。

Scheme 1

本文以羅丹明B和乙二胺為原料，經縮合反應制得羅丹明酰乙二胺(1,Rhb)；然后在無水THF中，1與三聚氯嗪的活性氯原子發生親核取代反應，得到羅丹明酰乙二胺-三聚氯嗪化合物(2,Rhbc)；最后在氮氣氛下，化合物2與N,N-二甲基吡啶胺反應生成一種新型雙(2-吡啶芐基)胺羅丹明基活性小分子探針(3,Rhbd,Scheme 1)，其結構經1H NMR、IR、HR-MS和元素分析表征。通過實驗發現，該探針可以識別Fe3+。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SGWX-4型熔點儀；Bruker AVANCE/DMX 600 MHz型核磁共振儀(氘代氯仿為溶劑，TMS為內標)；Nicolet 8700型傅里葉變換紅外光譜儀(KBr壓片)；VARIAN 310型四極桿質譜儀。

1[8-12 ]和2[13-15]按文獻方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1.2 3的合成

氮氣保護下，在250 mL三口燒瓶中加入N,N-二甲基吡啶胺0.12 g(0.6 mmol)，K2CO30.17 g(1.2 mmol)和無水THF 10 mL，控制溫度為40～45 ℃,攪拌下滴加2300 mg(0.57 mmol)的無水THF(50 mL)溶液，滴畢(30 min)，攪拌下反應15 h(TLC跟蹤)。過濾，濾液旋蒸除溶，殘余物經硅膠柱層析(展開劑:乙酸乙酯/石油醚,V/V=1/4)純化得淡粉紅色固體30.11 g,產率63.3%;1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ:1.16(t,J=7.0 Hz,12H),3.16～3.17(m,J=6.8 Hz,2H),3.32(q,J=7.0 Hz,8H),3.28～3.29(m,J=6.8 Hz,2H),4.92(s,4H),6.33～7.32(m,6H),7.05～7.07(m,2H),7.44～7.45(m,1H),7.63～7.64(m,1H),7.76～7.77(m,2H),7.73～7.74(m,1H),7.87～7.88(m,1H),8.44～8.46(d,J=8.0 Hz,2H),8.50～8.51(m,2H),11.02(s,1H);13C NMR(400 MHz,CDCl3)δ:12.9,25.4,45.8,47.1,47.4,62.4,97.7,106.5,111.3,119.6,128.0,128.8,128.9,127.7,132.3,139.2,140.6,151.3,160.6,162.8,165.4,167.9,168.1,169.3,172.4,175.3,183.4;HR-MS(ESI)m/z:Calcd for C45H47N10O2ClK{[M+K]+}794.4012,found 794.4021;Anal.calcd for C45H47N10O2Cl:C 67.78,H 6.19,O 4.01,N 17.57,found C 67.77,H 6.20,O 4.03,N 17.56。

2 結果與討論

2.1 合成

合成1時，為了提高產物純度，采用了柱層析分離。合成2時，由于化合物1容易被氧化，反應必須在N2保護下進行。此外，滴加化合物1時速度需要足夠慢。最后由于三聚氯嗪的化學性質比較活潑，反應時間不宜過長。在3的合成中，由于N,N-二甲基吡啶胺與2的反應活性不高，通過加熱提高反應速度。K2CO3對最終產率有較大影響，用量不宜太多。

2.2 表征

分析1～3的IR譜圖(圖略)可知，對于化合物1，3436 cm-1處特征峰為NH2的伸縮振動吸收峰，3196 cm-1處特征峰為NH的伸縮振動吸收峰，2980 cm-1和2920 cm-1處特征峰為飽和烷基鏈的吸收峰，1712 cm-1處特征峰為羰基的伸縮振動吸收峰，1625 cm-1,1552 cm-1,1387 cm-1處特征峰為苯環骨架的振動吸收峰，1106 cm-1處特征峰為C—O單鍵的振動吸收峰，對于化合物2，813 cm-1處特征峰為三嗪環的吸收峰，對于化合物3，3238 cm-1處特征峰為NH的振動吸收峰，1684 cm-1處特征峰為羰基的伸縮振動吸收峰，1524 cm-1處特征峰為C=N雙鍵伸縮振動吸收峰，1280 cm-1處特征峰為C—N振動吸收峰，1120 cm-1處特征峰為C—O的伸縮振動吸收峰。

分析1～3的1H NMR譜圖(圖略)可知，受三嗪環的去屏蔽作用影響，2轉化為3后，2中靠近三嗪結構苯環上質子特征吸收峰向低場移動，并出現了新的質子吸收峰δ4.92，歸屬于吡啶環與三嗪環連接的CH2的特征峰，δ8.44和δ8.50均為吡啶環上的質子吸收峰。

2.3 離子檢測

圖1和圖2為探針Rhbd和Fe3+絡合物的激發態吸收光譜和熒光發射譜圖。由圖1可知，激發波長為558 nm，Rhbd和Fe3+絡合物在578 nm處呈現出強烈的熒光發射峰。由圖2可知，隨著時間的延長，絡合物的熒光強度不斷升高，在11 min時達到穩定。

圖3為探針Rhbd對不同金屬離子的FL譜圖。由圖3可見，Rhbd只對Fe3+有響應[16-23]，Rhbd-Fe3+的熒光強度是單純探針熒光強度的幾十倍。除Fe3+之外，Pb2+，Cd2+和Fe2+等離子不能與探針Rhbd絡合。根據熒光滴定曲線計算可得其檢出限為30 nM。

λ/nm圖1 乙腈-水溶液中，探針Rhbd和Fe3+絡合物的激發態吸收光譜和熒光發射譜圖Figure 1 Excited state absorption spectra and fluorescence emission spectra of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O solution

t/min圖2 乙腈-水溶液中,Rhbd和Fe3+絡合物的熒光強度Figure 2 The FL intensity of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O(λex=556 nm)

圖3 乙腈-水溶液中,探針Rhbd對不同金屬離子的熒光發射譜圖Figure 3 FL of Rhbd and different metal ions in MeCN-H2O (λex=558 nm)

圖4 乙腈-水溶液中，探針Rhbd對Fe3+的FL譜圖Figure 4 FL spectra of Rhbd and Fe3+ in MeCN-H2O

以羅丹明B為熒光基團，活性三聚氯嗪為橋基，連接N,N-二甲基吡啶胺，成功合成了一種新型的可識別Fe3+的活性小分子探針，檢出限為30 nM。合成反應條件較溫和，后處理簡單且產率較高，為該類探針衍生物的合成提供了很好的借鑒作用。