香豆素修飾的均三嗪環熒光探針的合成及其光學性能*

劉一龍，蔣祺驊，張 震，孫小強，席海濤

(常州大學石油化工學院，江蘇常州 213164)

香豆素類化合物具有優良的生理活性、光穩定性好、熒光量子產率高、Stocks位移大等特性，是很好的熒光增白劑、熒光探針和藥物等精細化工產品的原料和中間體，近年來在熒光探針方面的研究備受關注［1－4］。

Scheme 1

均三嗪衍生物分子結構中含有均三嗪環，具有較為穩定的化學性質［5］、良好的光學性質以及抗菌、抗癌性，已經被廣泛地應用于農藥、醫藥、熒光增白劑、抗氧劑、潤滑劑、紙張處理劑、橡膠、紡織助劑等多個領域［6］。均三嗪環可以通過氫鍵作用、與金屬離子的配合作用以及p－p作用進行分子識別，可以將其應用到超分子領域。三聚氯氰是含氮的六元雜環，其雜環上的氮原子與金屬離子的配位能力較好［7－9］;且環上的碳原子可以作為反應中心，與胺基和羥基等基團之間發生親核取代反應，而且三嗪環上的三個氯原子的反應活性有著特異性，可以通過控制反應條件進行分級取代，從而實現在三聚氯氰上選擇性地引入一個或多個取代基［10－11］。

本文以間苯二酚與乙酰乙酸乙酯經親核取代反應制得7-羥基-4-甲基香豆素(1);1與3-溴-1-丙醇經取代反應制得 3-(4，6-二氯-1，3，5-三嗪-2-氧基)-1-丙醇(4);1和4分別與三聚氯氰(2)經取代反應合成了兩種新型的單側臂探針化合物——7-(4，6-二氯-1，3，5-三嗪-2-氧基)-4-甲基香豆素(3)和 7-［3-(4，6-二氯-1，3，5-三嗪-2-氧基)丙氧基］-4-甲基香豆素(5)(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(Mn+)的識別性能。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS-2型微機熔點儀(溫度未校正);Bruker VANCE 300MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標);LCMS-2010EV型質譜儀。

1按文獻［12］方法合成;柱層析用硅膠 H，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)3的合成

在反應瓶中依次加入2 4.00 g(20 mmol)和乙腈40 mL，攪拌使其溶解;加入碳酸鉀0.86 g(6 mmol)和1 1.08 g(6 mmol)，于0 ℃反應8 h。抽濾，濾液蒸干得淡黃色固體，經硅膠柱層析［洗脫劑:A=V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶2］純化得淡黃色固體3，收率51.5%;1H NMR(CDCl3)δ:7.71(d，J=8.7 Hz，1H，ArH)，7.23(d，J=2.3 Hz，1H，ArH)，7.16(m，1H，CH)，2.48(s，3H，CH3);13C NMR δ:18.8，110.9，112.4，113.5，114.9，118.7，127.1，150.3，153.1，153.4，160.2，160.2，161.8;LC-MS m/z:324.95{［M+H］+}。

(2)4的合成

在反應瓶中加入1 2.02 g(11.4 mol)和丙酮30 mL，攪拌使其溶解;加入 3-溴-1-丙醇 2.36 g(17 mmol)和碳酸鉀 8.61 g(62 mmol)，于 60 ℃反應8 h。抽濾，濾液蒸干后經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1∶2)純化得白色固體4，收率80.5%;1H NMR δ:7.48(d，J=8.7 Hz，1H，ArH)，6.85(m，2H，ArH)，6.12(d，J=1.2 Hz，1H，ArH)，4.18(t，J=6.1 Hz，2H，CH2OH)，3.87(t，J=6.0 Hz，2H，OCH2)，2.39(d，J=1.2 Hz，3H，CH3)，2.08(m，2H，CH2)，1.6(s，1H，OH);13C NMR δ:163.71，159.3，154.15，154.64，128.53，115.61，110.56，111.02，100.43，68.86，60.73，31.81，20.52;HR-ESI-MS m/z:Calcd for C13H14O4{［M+H］+}235.096 5，found 235.096 2。

(3)5的合成

于0℃，反應瓶中依次加入2 0.26 g(10 mmol)和乙腈30 mL，攪拌使其溶解;加入4 0.51 g(15 mmol)和碳酸鉀 0.26 g(15 mol)，加畢，于85℃反應8 h。冷卻，抽濾，濾液經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1∶1)純化得淡黃色固體5，收率67.5%;1H NMR δ:7.68(d，J=8.5 Hz，1H)，6.98 ～6.95(m，2H，ArH)，6.21(s，1H，CH)，4.46(t，J=6.2 Hz，2H，CH2)，4.19(t，J=6.2 Hz，2H，CH2)，2.39(s，3H，CH3)，2.17(t，J=6.2 Hz，2H，CH2);13C NMR δ:162.83，160.35，155.25，155.25，153.90，126.35，113.81，112.79，112.79，111.71，101.82，65.49，42.27，31.90，18.81;HR-ESI-MS m/z:Calcd for C16H13N3O4Cl2{［M+H］+}382.035 6，found 382.035 2。

2 結果與討論

2.1 光學性能

(1)UV-Vis

圖1為1，3～5的 UV-Vis譜圖(甲醇為溶劑，c=1.0 ×10－4mol·L－1)。由圖 1 可見，4 的紫外吸收峰位于近紫外區，最大吸收波長為320.80 nm。這是由于4中存在C=O鍵，O原子的躍遷是因為其最外層電子受到激發而產生的，故其紫外吸收發生紅移。

圖1 1，3～5的UV-Vis譜圖*Figure 1 UV-Vis spectra of 1，3～5

(2)FL

圖2為1，3～5的FL譜圖(甲醇為溶劑，c=1.0 ×10－4mol·L－1)。由圖 2 可見，4 在甲醇溶液中的激發波長為 324.29 nm，發射波長為371.80 nm。3在甲醇溶液中的激發波長為320.80 nm，發射波長為412.75 nm。探針分子中引入了三嗪基團，由于PET作用導致呈現探針分子3和5的熒光強度減弱。

以5 為例(甲醇為溶劑，c=1.0 ×10－5mol·L－1)，考察了溫度和pH對熒光性能的影響，結果分別見圖3和圖4。由圖3可見，在0℃ ～60℃，隨著溫度升高，5的熒光強度呈現下降的趨勢。原因在于隨著溫度的升高，分子內部能量的轉換作用增強，溫度上升導致介質黏度變小，增加了熒光分子與溶劑分子碰撞淬滅的機會，使得其熒光強度下降。

圖2 1，3～5的FL譜圖*Figure 2 FL spectra of 1，3～5

圖3 溫度對5的FL譜圖的影響*Figure 3 Relationship between FL of 5 and temperature

圖4 pH對5的FL譜圖的影響*Figure 4 Relationship between FL of 5 and pH

由圖4可見，在 pH 1.35～6.23條件下，隨pH值升高，5的熒光強度逐漸增強，在pH 8.22～13.15，隨pH升高，5的熒光強度基本保持不變，具有一定穩定性，由于人體體內為弱堿環境(pH 7.3)，因此5為藥物類熒光探針提供了可行性。

2.2 對Mn+的選擇性識別

由于經熒光基團修飾過的均三嗪環具有一定的Mn+識別能力，通過比較加入等摩爾量Mn+后溶液熒光強度的變化，可以較為清晰地反映出該化合物對Mn+的識別能力。5對不同Mn+的選擇性識別作用見圖5。由圖5可知，堿金屬(Na+和K+)、堿土金屬(Ca2+和 Mg2+)、過渡金屬離子(Cu2+，Fe3+，Co2+，Ni2+，Mn2+，Hg2+和 Zn2+)在與5絡合后熒光強度變化不明顯，而Cu2+加入后熒光強度有較大減弱。這是由于三聚氯氰氮雜環上的氮原子和側鏈上的氧原子能夠和Cu2+發生螯合作用，促進或激發了5的PET過程，使得電子發生轉移，電子由低能級向高能級躍遷，同時削弱了分子的剛性結構，產生了熒光淬滅的現象。

圖5 5對Mn+的選擇性圖*Figure 5 Selectivity of 5 for Mn+

根據5與Cu2+的工作曲線圖(圖6)可以看出，在5與Cu2+的摩爾比接近2∶1時，熒光淬滅現象最明顯，因此可以得出5與Cu2+以2∶1配位形成絡合物(Chart 1)。

圖6 5與Cu2+的工作曲線圖Figure 6 Job’s plot of 5 with Cu2+

進一步研究不同［Cu2+］對同一濃度的探針化合物熒光強度影響，結果見圖7。由圖7可見，隨著［Cu2+］增大，熒光強度逐漸減弱。

圖7 5的熒光強度隨［Cu2+］的變化關系圖Figure 7 Relationship between FL of 5 with［Cu2+］

［Cu2+］在1.0 ×10－6mol·L－1～5.0 ×10－5mol·L－1范圍內，探針熒光強度(Y)與［Cu2+］呈良好的線性關系，線性方程為:Y=13.66×10－6［Cu2+］+297.67(mol·L－1)，相關系數 R=0.982 09，根據該線性方程可以檢測 1.0 × 10－6mol·L－1～5.0 ×10－5mol·L－1范圍內 Cu2+含量。

圖8 5的熒光強度隨［Cu2+］的變化關系圖Figure 8 Relationship between FL of 5 with［Cu2+］

3 結論

設計并合成了以三聚氯氰為母體的新型熒光探針化合物(5)，其發射波長為371.80 nm。5在中性至堿性條件下(pH 7.3～13.15)熒光變化較為穩定，對于銅離子在較寬的pH范圍內有著良好的識別作用，在 1.0 ×10－6mol·L－1～5.0 ×10－5mol·L－1范圍內可以定量檢測 Cu2+的含量。該研究對在一定酸堿條件下銅離子的識別檢測應用有著一定的實際應用價值。

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