本發(fā)明涉及一種噁二唑核熒光染料、制備方法及應(yīng)用，具體地說是一種含1,3,4-噁二唑核和Salen型配位基的熒光染料及其制備方法，同時該熒光染料在熒光傳感器中的應(yīng)用以及用于檢測鐵離子（Fe³⁺或Fe²⁺），屬于單光子熒光傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熒光傳感器是指能與待測的分析物發(fā)生作用并通過熒光信號的改變?yōu)樾盘柋憩F(xiàn)形式的分子器件。由于其具有眾多優(yōu)點，例如選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、醫(yī)藥、工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測等一系列領(lǐng)域?；谛》肿拥臒晒鈧鞲衅饔捎诮Y(jié)構(gòu)簡單易于修飾的特點，研究得更為深入。鐵離子是生物體內(nèi)最基本的金屬離子之一，在多種生物化學(xué)過程中起著關(guān)鍵的作用，攝入過多或者不足都會引起生物體的生理異常，例如，貧血，肝臟和腎臟的損害，心力衰竭，糖尿病等。設(shè)計合成能夠選擇性檢測鐵離子的熒光傳感器具有重要的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種含1,3,4-噁二唑核熒光染料及其制備方法，還包括其在傳感器特別是檢測鐵離子（Fe³⁺或Fe²⁺）方面的應(yīng)用；本發(fā)明含1,3,4-噁二唑核和Salen配位基的熒光傳感器具有很好的選擇性，靈敏度很高，通過熒光猝滅法可以檢測鐵離子（Fe³⁺或Fe²⁺），其中，含1,3,4-噁二唑核熒光染料中的Salen配位基與鐵離子1：1配位絡(luò)合。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料，其結(jié)構(gòu)式為：

。

一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料的制備方法，包括以下步驟：

(1) 按物質(zhì)的量比為2∶1稱取水楊醛、二乙烯三胺分別加入無水甲醇中，混合均勻，室溫攪拌1h，緊接著加熱回流1h，冷卻靜置，滴加稀鹽酸，有淺黃色片狀晶體沉淀生成，然后過濾，得到中間體水楊醛縮二乙烯三胺：

；

(2) 含1,3,4-噁二唑核的熒光染料2a的合成：按物質(zhì)的量比為1∶1∶0.02∶0.02∶2.25稱取水楊醛縮二乙烯三胺、對溴硝基二芳基1,3,4-噁二唑、（±）BINAP、醋酸鈀、碳酸銫加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合均勻；將反應(yīng)液置于微波反應(yīng)器中，氮氣保護(hù)，無水無氧條件，設(shè)置微波反應(yīng)器條件為：功率600W，反應(yīng)溫度180 ^oC，反應(yīng)時間1.5 h；反應(yīng)停止后，冷卻至室溫；將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到分液漏斗，加去離子水洗去無機鹽，乙酸乙酯萃取，靜置，分層，取上層有機相，干燥；過濾除去干燥劑，濃縮，粗產(chǎn)物通過硅膠柱層析純化，得到目標(biāo)產(chǎn)物2a；

含1,3,4-噁二唑核的熒光染料2b的合成：按物質(zhì)的量比為1∶1∶0.024∶0.024∶1.7稱取水楊醛縮二乙烯三胺1、對溴叔丁基二芳基1,3,4-噁二唑、（±）BINAP、醋酸鈀、叔丁醇鉀加入N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合均勻；將反應(yīng)液置于微波反應(yīng)器中，氮氣保護(hù)，無水無氧條件，設(shè)置微波反應(yīng)器條件：功率600 W，反應(yīng)溫度180 ^oC，反應(yīng)時間2 h；反應(yīng)停止后，冷卻至室溫；將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到分液漏斗，加去離子水洗去無機鹽，乙酸乙酯萃取，靜置，分層，取上層有機相，干燥；過濾除去干燥劑，濃縮，粗產(chǎn)物通過硅膠柱層析純化，得到目標(biāo)產(chǎn)物2b。

進(jìn)一步地，一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料的制備方法，步驟（2）中2a硅膠柱層析純化采用V_PE：V_EtOAc =1∶2→1∶4梯度洗脫；步驟（2）中2b硅膠柱層析純化采用V_PE ∶V_EtOAc= 4∶1→3∶1梯度洗脫。

進(jìn)一步地，一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料的制備方法，中間體水楊醛縮二乙烯三胺的合成在空氣氣氛下進(jìn)行，中間體1與對溴二芳基1,3,4-噁二唑的Buchwald–Hartwig偶聯(lián)反應(yīng)采用微波技術(shù)在干燥的氮氣氛圍下進(jìn)行，產(chǎn)物的提純在空氣氣氛下進(jìn)行。

一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料，應(yīng)用于熒光傳感器。

一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料，用于檢測鐵離子Fe³⁺或Fe²⁺。

一種含1,3,4-噁二唑核的熒光染料識別金屬離子的方法，包括以下步驟：將所述含1,3,4-噁二唑核的熒光染料溶于四氫呋喃中，濃度為1×10^-4mol/L，對不同濃度的金屬離子進(jìn)行檢測。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明制備的熒光染料合成簡單，結(jié)構(gòu)得到核磁、紅外的表征證實，具有較高的熒光量子產(chǎn)率，在均相體系中可高靈敏、高選擇性地實現(xiàn)對鐵離子（Fe³⁺或Fe²⁺）的檢測。

附圖說明

圖1是熒光染料2a與不同金屬離子的熒光響應(yīng)曲線圖；

圖2是Fe³⁺離子滴定2a的THF溶液熒光強度變化圖；

圖3是常見的金屬離子對Fe³⁺識別干擾的相對熒光強度變化圖；

圖4是熒光染料2b與不同金屬離子的熒光響應(yīng)曲線圖；

圖5是Fe³⁺離子滴定2b的THF溶液熒光強度變化圖；

圖6是Fe²⁺離子滴定2b的THF溶液熒光強度變化圖；

圖7常見的金屬離子對Fe³⁺、Fe²⁺識別干擾的相對熒光強度變化圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

Salen指的是由兩個相同的醛分子和一個二胺分子縮合而成的螯合席夫堿。在其分子中心位置有O、N、N、O四個原子，可以作為某些金屬的配體，起到配位的作用。利用Salen配合物的N、O與金屬離子配位選擇性的特性，這類化合物在分子識別領(lǐng)域已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。1,3,4-噁二唑及其衍生物具有重要的生物活性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域。并且這類化合物是優(yōu)良的電子傳輸材料，耐熱性好，有較強的電子親和勢。有研究發(fā)現(xiàn)一些取代的1,3,4-噁二唑具備激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移性質(zhì)，能有產(chǎn)生大stokes位移的熒光。為此，我們通過Buchwald–Hartwig偶聯(lián)反應(yīng)將1,3,4-噁二唑基團和Salen配位基連接起來制備1,3,4-噁二唑核的熒光傳感器。并以此傳感器檢測鐵離子(Fe³⁺或Fe²⁺)。

本發(fā)明合成路線如下：

實施例1：

1、中間體1的合成

水楊醛12.2 g（0.1 mol），二乙烯三胺5.15 g（0.05 mol）加入無水甲醇（100 mL）中?；旌暇鶆?，磁力攪拌1 h，然后再加熱回流1 h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，向反應(yīng)體系中滴加稀鹽酸溶液，有大量淡黃色片狀晶體析出。過濾，得到淡黃色的水楊醛縮二乙烯三胺中間體10.2 g，產(chǎn)率為66%。

¹H NMR (400MHz, CDCl₃, ppm) δ 8.34 (s, 2H), 7.30-7.26 (m, 2H), 7.23 (dd, 2H), 6.86 (m, 2H), 4.33 (s, 2H)，3.65 (t, 4H)，2.98 (t, 1H)，1.23 (t, 1D).

2、熒光染料2a的合成

中間體水楊醛縮二乙烯三胺0.622 g（2 mmol），對溴硝基二芳基噁二唑0.692 g（2 mmol），（±）BINAP 0.0249 g（2 mol%），醋酸鈀0.0090 g（2 mol%），碳酸銫1.466 g（4.5 mmol）加入到溶劑N-甲基吡咯中，磁力攪拌，混合均勻；將反應(yīng)液置于微波反應(yīng)器中，氮氣保護(hù)，無水無氧條件，設(shè)置微波反應(yīng)器條件為：功率600W，反應(yīng)溫度180 ^oC，反應(yīng)時間1.5 h；反應(yīng)停止后，冷卻至室溫；將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到分液漏斗，加去離子水洗去無機鹽，乙酸乙酯萃取，靜置，分層，取上層有機相，干燥；過濾除去干燥劑，減壓濃縮除去溶劑，粗產(chǎn)物通300-400目硅膠柱層析，得到淡黃色固體0.77 g，產(chǎn)率67％。目標(biāo)產(chǎn)物記為2a，結(jié)構(gòu)如下：

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃, ppm) δ 12.8 (t, 2H), 8.71 (s, 2H), 8.54 (s, 2H), 8.40 (m, 2H), 8.23 (s, 2H), 7.65 (m, 2H), 7.37 (s, 9H), 7.29 (m, 2H), 5.87 (t, 4H), 4.95 (s, 2H), 3.02 (s, 2H), 1.28 (s, 9H).

實施例2：

1、中間體1的合成

水楊醛12.2 g（0.1 mol），二乙烯三胺5.15 g（0.05 mol）加入無水甲醇（100 mL）中。混合均勻，磁力攪拌1 h，然后再加熱回流1 h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，向反應(yīng)體系中滴加稀鹽酸溶液，有大量淡黃色片狀晶體析出。過濾，得到淡黃色的水楊醛縮二乙烯三胺中間體10.2 g，產(chǎn)率為66%。

¹H NMR (400MHz, CDCl₃, ppm) δ 8.34 (s, 2H), 7.30-7.26 (m, 2H), 7.23 (dd, 2H), 6.86 (m, 2H), 4.33 (s, 2H)，3.65 (t, 4H)，2.98 (t, 1H)，1.23 (t, 1D).

2、熒光染料2b的合成

中間體1水楊醛縮二乙烯三胺0.13 g（0.42 mmol），對溴叔丁基二芳基噁二唑0.15 g（0.42 mmol），（±）BINAP 0.0063 g（2.4 mol%），醋酸鈀0.0022 g（2.4 mol%），叔丁醇鉀0.08 g（0.7 mmol）加入到溶劑N-甲基吡咯中，磁力攪拌，混合均勻；將反應(yīng)液置于微波反應(yīng)器中，氮氣保護(hù)，無水無氧條件，設(shè)置微波反應(yīng)器條件為：功率600 W，反應(yīng)溫度180 ^oC，反應(yīng)時間2 h；反應(yīng)停止后，冷卻至室溫；將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到分液漏斗，加去離子水洗去無機鹽，乙酸乙酯萃取，靜置，分層，取上層有機相，干燥；過濾除去干燥劑，減壓濃縮除去溶劑，粗產(chǎn)物通300-400目硅膠柱層析，得到淡黃色固體0.22g，產(chǎn)率88%。目標(biāo)產(chǎn)物記為2b，結(jié)構(gòu)如下：

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃, ppm) δ 9.38 (s, 2H)，8.25 (s, 2H),8.12 (m, 2H)，7.81 (m, 2H)，7.58 (m, 2H)，7.41 (m, 2H)，7.23 (m, 2H)，5.87 (t, 4H)，4.95 (s, 2H)，1.34 (s, 9H).

實施例3：傳感器2a在溶液狀態(tài)下對金屬離子的熒光響應(yīng)和對Fe³⁺的檢測

如圖1所示，熒光傳感器2a與不同金屬離子的熒光響應(yīng)曲線，2a濃度為1×10^-4 mol/L，金屬離子濃度分別為2.00×10^-2 mol/L，加入Fe³⁺后，2a的熒光強度變化明顯，發(fā)生熒光猝滅。加入其他金屬離子，熒光強度變化很少，可忽略不計。傳感器2a的響應(yīng)離子為Fe³⁺。如圖2所示，隨著Fe³⁺濃度的增加，傳感器2a的熒光強度逐漸減弱，當(dāng)Fe³⁺濃度達(dá)到4×10^-4 mol/L時，出現(xiàn)熒光猝滅現(xiàn)象，F(xiàn)e³⁺起到猝滅劑的作用。其他金屬離子對其沒有干擾作用，如圖3所示。1：2a+Fe³⁺+Na⁺，2：2a+Fe³⁺+Zn²⁺，3：2a+Fe³⁺+Mn²⁺，4：2a+Fe³⁺+Al³⁺，5：2a+Fe³⁺+Cu²⁺，6：2a+Fe³⁺+Fe³⁺，7：2a+Fe³⁺+Fe²⁺，8：2a+Fe³⁺+Ba²⁺，9：2a+Fe³⁺+Ni²⁺，10：2a+Fe³⁺+Mg²⁺，11：2a+Fe³⁺+Cr³⁺，12：2a+Fe³⁺+Ca²⁺（各離子濃度為Fe³⁺濃度的十倍）

因此2a可以通過熒光猝滅法檢測Fe³⁺離子。激發(fā)波長330 nm，狹縫寬度均為1.5 nm。

實施例4：傳感器2b在溶液狀態(tài)下對金屬離子的熒光響應(yīng)和對Fe³⁺、Fe²⁺的檢測

如圖4所示，熒光傳感器2b與不同金屬離子的熒光響應(yīng)曲線，2b濃度為1.01×10^-4mol/L，金屬離子濃度分別為2.00×10^-2 mol/L，加入Fe³⁺或Fe²⁺后，2b的熒光強度顯著降低。加入其他金屬離子，熒光強度變化很少，可忽略不計。傳感器2b的響應(yīng)離子為Fe³⁺或Fe²⁺。如圖5所示，隨著Fe³⁺濃度的增加，傳感器2b的熒光強度逐漸減弱，當(dāng)Fe³⁺濃度達(dá)到4×10^-4mol/L時，出現(xiàn)熒光猝滅現(xiàn)象，F(xiàn)e³⁺起到猝滅劑的作用。如圖6所示，隨著Fe²⁺的濃度不斷增加，傳感器2b的熒光強度會逐漸減弱。其他金屬離子對Fe³⁺和Fe²⁺的檢測沒有明顯的干擾作用，可忽略。如圖7所示，1：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Na⁺，2：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Zn²⁺，3：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Mn²⁺，4：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Al³⁺，5：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Pb²⁺，6：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Ba³⁺，7：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Fe³⁺，8：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Fe²⁺，9：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Ni²⁺，10：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Mg²⁺，11：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Cr³⁺，12：2a+Fe³⁺+Fe²⁺+Ca²⁺（各離子濃度為Fe³⁺+Fe²⁺濃度的十倍）

因此2b可以通過熒光猝滅法檢測Fe³⁺、Fe²⁺離子。激發(fā)波長335 nm，狹縫寬度均為1.5 nm。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。