基于香豆素和羧酸吲哚的氰根受体化合物、制备方法及其应用与流程

[0001]
本发明属于阴离子检测技术领域，涉及一种基于香豆素和羧酸吲哚的氰根受体化合物、制备方法及其应用，具体涉及一种基于碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸-2-(7-(二乙氨基基)香豆素)吲哚的氰根受体化合物、制备方法及其在检测cn-中的应用。


背景技术：

[0002]
氰化物是人们所知的最强烈、作用最快的有毒药物之一。氰化物主要分为氢氰酸、氰化钾等无机氰化物和乙腈、丙烯腈等有机氰化物。日常生活中木薯、苦杏仁等含有氰化物，汽车尾气和香烟的烟雾也都含有氰化氢。氰化物非常容易被人体吸收，可经口、呼吸道或皮肤进入人体。氰化物进入胃内，在胃酸的解离下，能立即水解为氰氢酸而被吸收。此种物质进入血液循环后，血液中的细胞色素氧化酶的fe
3+
与氰根结合，生成氰化高铁细胞色素氧化酶，丧失传递电子的能力，使呼吸链中断，细胞室息死亡。由于氰化物在类脂中的溶解度比较大，所以中枢神经系统首先受到危害，尤其呼吸中枢更为敏感。基于上述原因，环境中cn-的检测引起了人们极大的关注。
[0003]
在离子检测领域，比色法或荧光法由于操作简单、仪器易得等原因而倍受关注。目前，文献已公开了多种比色或荧光检测氰根离子的受体，但是，这些受体往往结构复杂，难以合成，因此，制约了此类方法在检测识别氰根离子中的应用。中国专利申请 201510849223x和2015108492225公开的氰根受体化合物均是在dmso/h
2
o体系中进行氰根检测，水溶性较差。


技术实现要素：

[0004]
针对现有的氰根受体化合物荧光探针水溶性较差的问题，本发明提供一种基于香豆素和羧酸吲哚的氰根受体化合物。
[0005]
本发明的技术解决方案如下：
[0006]
基于香豆素和羧酸吲哚的氰根受体化合物，即碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸
ꢀ-
2-(7-(二乙氨基基)香豆素)吲哚，结构式如下：
[0007][0008]
本发明还提供上述基于香豆素和羧酸吲哚的氰根受体化合物的制备方法，具体步
骤如下：
[0009]
以乙醇为反应溶剂，以7-(二乙氨基基)香豆素-3-甲醛与羧酸吲哚为底物，于70～80℃下回流反应，反应结束后抽滤，正己烷洗涤，得到碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸
ꢀ-
2-(7-(二乙氨基基)香豆素)吲哚。
[0010]
优选地，所述的7-(二乙氨基基)香豆素-3-甲醛与羧酸吲哚的摩尔比为1：1。
[0011]
优选地，所述的回流反应时间为10～13h。
[0012]
进一步地，本发明提供上述基于香豆素和羧酸吲哚的氰根受体化合物在氰根离子检测中的应用。
[0013]
与现有技术相比，本发明的优点是：
[0014]
(1)化合物合成简单，原料易得；
[0015]
(2)化合物可以在纯水溶液中检测cn-；
[0016]
(3)可以快速的“裸眼”检测cn-；
[0017]
(4)化合物的细胞毒性较低。
附图说明
[0018]
图1为受体化合物碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸-2-(7-(二乙氨基基)香豆素)吲哚检测氰根离子的机理图。
[0019]
图2为本发明的氰根受体化合物(2x10-5 mol/l)在纯h
2
o体系中与各种阴离子 (50equiv.)相互作用时的紫外可见光谱图。
[0020]
图3为本发明的氰根受体化合物(2x10-5 mol/l)在纯h
2
o体系中与各种阴离子 (50equiv.)相互作用时的荧光光谱图。
[0021]
图4为本发明的氰根受体化合物(2x10-5 mol/l)在纯h
2
o体系中在含有其他离子时，对cn-的检测没有影响的紫外可见光谱图和荧光光谱图。
[0022]
图5为本发明的氰根受体化合物(2x10-5 mol/l)在纯h
2
o体系滴定cn-离子的荧光光谱图。
[0023]
图6为本发明的氰根受体化合物的细胞毒性，横坐标1表示传感器cid为0μm，2 为0.1μm，3为1μm，4为10μm，5为30μm，6为50μm。
具体实施方式
[0024]
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步详述。
[0025]
上述受体化合物碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸-2-(7-(二乙氨基基)香豆素)吲哚的合成路线如下：
[0026][0027]
本发明氰根受体化合物含有c＝c双键，在氰根存在下受体化合物发生氰根离子的亲核加成反应，致使受体分子的共轭间断，从而导致其溶液的颜色褪去，并且发射出很强的绿色荧光。因此，受体化合物碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸-2-(7-(二乙氨基基) 香豆素)吲哚检测氰根离子的机理如图1所示。
[0028]
本发明氰根受体化合物以c＝c双键作为反应性结合位点，以7-(二乙氨基基)香豆素
ꢀ-
3-甲醛作为荧光信号报告基团。当受体分子遇到氰根离子时，氰根离子可与受体分子的 c＝c双键发生加成反应，从而导致受体分子内发生质子转移和电荷转移，使受体分子产生颜色和荧光变化，从而达到比色-荧光双通道检测cn-的目的。
[0029]
(一)受体的阴离子识别实验
[0030]
1、受体的阴离子识别性能研究
[0031]
分别移取0.5ml受体的纯h
2
o溶液(2
×
10-4
mol/l)于一系列10ml比色管中，再分别移取9ml的纯h
2
o于上述加了受体的比色管中，然后再分别加入f-,cl-,br-,i-,aco-, h
2
po
4-,hso
4-,clo
4-,cn-,n
3-和scn-的h
2
o溶液(0.01mol/l)0.5ml。此时受体浓度为2
×
10-5
mol/l，阴离子浓度为受体浓度的50倍，混合均匀后放置30分钟，观察各个受体对阴离子的响应。
[0032]
发现，当在受体化合物的h
2
o体系中分别加入上述阴离子的水溶液时，只有cn-的加入使受体的h
2
o体系由蓝色变为无色。在其相应的紫外光谱中，cn-的加入使受体的h
2
o体系在584nm处的吸收峰消失，同时在425nm处出现一个新的吸收峰。其它阴离子的加入对受体的h
2
o体系颜色和紫外光谱吸收峰无明显影响(见图2)。另外，受体的h
2
o体系在365nm波长紫外光激发下在642nm处出有一个荧光发射峰，呈现紫红色荧光。而cn-的加入使受体的h
2
o体系发射出绿色的荧光(见图3)。其它阴离子的加入对受体的荧光没有任何影响(见图4)。因此，该受体能单
--
选择性比色-荧光双通道识别 cn-。
[0033]
2、受体对cn最低检测限的测定
[0034]
在25℃时，利用紫外-可见光谱，根据cn-对受体溶液的滴定实验(见图5)，通过 3σb/s计算，得到该受体对cn-离子的最低检测限达3.35
×
10-7
mol/l。这远低于wto 规定的饮用水中cn-的最高含量(1.9
×
10-6
mol/l)。由此说明该受体在饮用水中的氰根检测方面有潜在的应用价值。
[0035]
大量实验证明，在纯水体系中，受体化合物均具有单一选择性比色-荧光双通道识别氰根离子的性能，而且对cn-的检测灵敏度很高。
[0036]
(二)检测活体细胞内的cn-[0037]
以碘化e-3，3-二甲基-n-乙基-6-羧酸-2-(7-(二乙氨基基)香豆素)吲哚为传感器cid，为了探索传感器cid的潜在生物学应用，我们在体外测试了cid对b16-f10细胞的生物
相容性。即使受体浓度未50μm，细胞生存能力仍能达到85％以上(见图6)。因此， cid传感器有可能应用于活体细胞cn-的检测。具体实验方案如下：
[0038]
b16-f10细胞用含有10％的胎牛血清的rpmi-1640培养基在含有5％的二氧化碳和 95％的空气的培养箱中培养24h。在实验之前，细胞放在6孔板，随后滴加受体溶液(10 μm)。让细胞在5％co
2
和95％空气环境中37℃孵育3h，pbs冲洗其中3个孔3次。随后，20μm cn-被注入到这三个孔中，继续孵化20分钟使其进入受体细胞。然后用 pbs缓冲液冲洗含有受体溶液和cn-的细胞三次，去除浮色。然后检测结果验证通过荧光图像的红色通道荧光显微镜(λ
em
＝570-620nm)。
[0039]
受体溶液进入细胞并在整个细胞质基质中广泛分布。在显微镜下观察到含有受体的细胞显示生动的红色荧光。而含有受体和氰根的细胞仅出现大片黑色。此结果表明，本发明可用于活体细胞中cn-的检测。
[0040]
实施例1
[0041]
羧酸吲哚(0.232g,1mmol)和7-(二乙氨基基)香豆素-3-甲醛(0.245g,1mmol)溶解在乙醇(20ml)，搅拌和回流在76℃反应10h。反应完成后，将产物在正己烷-乙醇溶剂再结晶，并用正己烷洗涤纯化得到深绿色粉末。
[0042]
yield 73％,
1
h nmr(500mhz,dmso)δ13.30(s,0h),8.88(s,1h),8.39(d,j＝12.3 hz,1h),8.15(d,j＝8.2hz,1h),7.90(dd,j＝51.3,11.9hz,1h),7.60(d,j＝9.0hz,1h), 6.94(d,j＝8.9hz,1h),6.74(s,1h),4.48(d,j＝6.9hz,2h),3.59(d,j＝6.6hz,2h),1.81 (s,3h),1.46(t,j＝6.8hz,2h),1.19(t,j＝6.6hz,3h).
13
c nmr(126mhz,dmso)δ 166.95,159.95,158.38,154.89,144.26,143.79,133.15,131.06,130.89,124.37,114.66, 112.73,112.14,110.32,109.43,97.18,51.88,45.47,40.50,40.34,40.17,40.00,39.84,39.67, 39.50,26.54,13.31,13.00.ms m/z[m]
+
calcd for c
28
h
31
n
2
o
4+
459.2299,found 459.2278.
[0043]
实施例2
[0044]
羧酸吲哚(0.232g,1mmol)和7-(二乙氨基基)香豆素-3-甲醛(0.245g,1mmol)溶解在乙醇(20ml)，搅拌和回流在76℃反应11h。反应完成后，将产物在正己烷-乙醇溶剂再结晶，并用正己烷洗涤纯化得到深绿色粉末。
[0045]
产率：70％，合成产物的表征数据同实施例1。
[0046]
实施例3
[0047]
羧酸吲哚(0.232g,1mmol)和7-(二乙氨基基)香豆素-3-甲醛(0.245g,1mmol)溶解在乙醇(20ml)，搅拌和回流在76℃反应12h。反应完成后，将产物在正己烷-乙醇溶剂再结晶，并用正己烷洗涤纯化得到深绿色粉末。
[0048]
产率：74％，合成产物的表征数据同实施例1。
[0049]
实施例4
[0050]
羧酸吲哚(0.232g,1mmol)和7-(二乙氨基基)香豆素-3-甲醛(0.245g,1mmol)溶解在乙醇(20ml)，搅拌和回流在76℃反应13h。反应完成后，将产物在正己烷-乙醇溶剂再结晶，并用正己烷洗涤纯化得到深绿色粉末。
[0051]
产率：72％，合成产物的表征数据同实施例1。

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