一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针的合成方法及应用[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1066565 A(43)申请公布日 2017.03.29

(21)申请号 201610873157.4(22)申请日 2016.10.08

(71)申请人 济南大学

地址 250022 山东省济南市市中区南辛庄

西路336号(72)发明人 孙国新　刘晓磊　杨小凤　汉吉勋　

杨涛　赵修贤　崔玉　张燕　(74)专利代理机构 济南誉丰专利代理事务所

(普通合伙企业) 37240

代理人 李茜(51)Int.Cl.

G01N 21/(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

()发明名称

一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针的合成方法及应用(57)摘要

本发明公开了一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针合成方法及应用，具体为一种反式-2-(2-(2-(4-羟基苯基)-2-（吡咯烷-1-烷

基）-乙烯基)-4H-本并吡喃-4-亚基）丙二腈的制备，及用于检测水溶液中pH的方法。本发明的有益效果在于，所涉及的pH荧光探针合成过程简单、反应条件温和、产率高、纯化步骤简单，且在很窄的pH范围（pH=2.4-4.0）中表现出极高的灵敏度和选择性。该探针在乙醇、水的混合液（80/20,v/v）中浓度为10-5moL/L时呈无色透明状，365nm下表现为淡蓝色荧光；在强酸条件下溶液变为黄色，且365nm下表现出较强的黄色荧光。通过VERTEX70荧光色谱仪测定，可以实现对pH的测，同时可通过荧光强弱及颜色变化指示溶液中的pH。该方法操作简单，成本低，在环境科学等领域具有重要的实际应用价值，并在医学领域中对于机体内强酸环境下的检测具有潜在应用价值。

CN 1066565 ACN 1066565 A

权　利　要　求　书

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1.本发明涉及一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针合成方法及应用，其特征在于拥有如下结构：

如权利要求书1所述的pH荧光探针的合成方法为：以4-羟基苯甲醛、2-甲基苯并吡喃腈和四氢吡咯为原料，乙醇或乙腈为溶剂回流状态下搅拌3小时，析出黄色固体后进行抽滤，所得滤饼即为探针产物。

2.如权利要求1所述的一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针的合成，其特征在于：以4-羟基苯甲醛、2-甲基苯并吡喃腈和四氢吡咯为原料，溶剂为乙醇或乙腈。

3.本发明中探针在应用中的主要特征在于：适用于酸性环境，且在强酸（pH= 2.4-4.0）时效果明显。

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说　明　书

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一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针的合成方法及应用

技术领域[0001]本发明涉及的是化学合成技术领域和水体检测领域，具体涉及一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针的合成方法及应用。

背景技术[0002]pH在众多的化学反应以及生理过程中起着巨大的作用，同时水体中的pH变化亦对环境造成重要影响，因此精确测定pH对化学及生物研究具有深远的意义。现阶段pH的测定主要依赖于电化学方法，鉴于电化学方法存在的弊端，探针法得到了广泛的发展，由于比率型荧光探针可以消除光漂白、自身负载和仪器等引起的数据失真，因此在探针领域具有重要的研究意义。但大部分pH探针的检测范围在4-8之间，尤其是适用于近中性环境，而对强酸或强碱条件下水体pH的检测的探针少有报道(Hwan Myung Kim and Bong Rae Cho, Chem. Rev., 2015, 115 (11), 5014; Li Fan, Shou-Qin Gao, Zeng-Bo Li, Wei-Fen Niu, Wen-Jia Zhang,Shao-Min Shuang and Chuan Dong, Sens. Actuators B, 2015, 221, 1069; H.L. Li, H. Guan, X.R. Duan, J. Hu, G.R. Wang and Q. Wang, Organic and Biomolecular Chemistry., 2013, (11), 1805)。基于吡喃腈自身结构特点，已被广泛应用于发光材料和化学分子传感等领域，但在强酸的检测领域未见相关报道，更未见基于苯并吡喃腈的比率型pH探针的相关报道(Bi-yue Zhu , Yan Cheng, Guo-bo Li, Sheng-yong Yang , Zhi-rong Zhang , Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2016, 24(4), 827)。苏美红等人合成的以喹啉为母体的pH荧光探针实现了强酸环境中pH的检测，但非比率型探针 (Mei-Hong Su, YongLiu, Hui-Min Ma, Quan-Li Ma, Zhi-Hua Wang, Jun-Lin Yang and Mei-Xiang Wang，Chem. Commun., 2001, 960) 。因此，设计并合成能够在特殊pH环境中有效检测pH的探针，尤其是比率型探针，对于环境科学、化学及生物研究具有重要的学术价值和实际应用意义。

发明内容[0003]本发明公开了一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针的合成方法，并根据其对氢离子的识别功能将其用于水体或溶液pH检测。[0004]本发明中涉及的pH荧光探针，采用2-甲基苯并吡喃腈、4-羟基苯甲醛及四氢吡咯为原料，四氢吡咯烷基作为氢离子的识别基团。[0005]本发明中的技术方案为，一种基于苯并吡喃腈的比率型pH荧光探针，其合成路线如下所示：

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说　明　书

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。

将2-甲基苯并吡喃腈与4-羟基苯甲醛溶解在乙醇或乙腈中，室温条件下加入四氢

吡咯，加热回流3小时后析出黄色固体，过滤所得黄色固体即为探针纯品。[0007]在本说明书的实施例中详细地说明了该探针的合成方法及检测pH的方式。本发明中探针的使用方法为：将探针溶于乙醇与水（80/20，v/v）的混合液中制备10-5moL/L的探针溶液，将被检测的溶液滴入探针溶液，室温下进行测试。加入酸性溶液后，氮原子与氢离子结合，体系内电子分布发生变化，进而引起荧光基团荧光变化，表现为比率型荧光变化，由淡蓝色荧光转变为黄色荧光。反应过程如下所示：

[0006]

。

本发明的有益效果在于：（1）合成条件温和，纯化过程简单；（2）对pH有较好的选择性；（3）检测过程简单便捷；（4）该探针性质稳定，易于保存，探针固体或溶液在空气暴露中，15℃~40℃条件下180天无变化。

附图说明[0009]图1为探针分子的乙醇、水（80/20，v/v）混合溶液在不同pH下的荧光光谱。[0010]图2为365nm下探针分子的乙醇、水（80/20，v/v）混合溶液及该溶液在强酸条件下的颜色变化，自左向右依次为淡蓝色荧光、黄色荧光。具体实施方式[0011]实施例1：反式-2-（2-（4-乙烯氧基）苯乙烯基）苯并吡喃-4-亚基丙二腈的制备

将2-甲基苯并吡喃腈 (104 mg, 0.5 mmoL) 和4-羟基苯甲醛(61 mg, 0.5 mmoL) 溶于无水乙醇(10 mL)，室温条件下加入四氢吡咯（36mg，0.5 mmoL），室温搅拌3小时后析出黄色固体，通过抽滤收集滤饼，所得滤饼即为产品（产量：131 mg；产率：68.8%）。

1[0012]H NMR (400 MHz, DMSO) δ 9.94 (s, 1H), 8.38-8.23 (m, 3H), 7.55 (td, J = 7.7, 7.1, 1.5 Hz, 1H), 7.47 (dd, J = 8.2, 1.3 Hz, 1H), 7.42-7.31 (m, 2H), 6.91-6.83 (m, 2H), 6. (d, J = 2.0 Hz, 1H), 2.04 (q, J = 4.7, 3.1 Hz, 4H)。

13[0013]C NMR (100 MHz, DMSO) δ 163.75, 161.95, 160.37, 1.13, 152.94, 

151.38, 130.19, 129.57, 129.15, 125.38, 124.58, 120.30, 118.42, 115.59, 

[0008]

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说　明　书

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104.00, 102.87, 101.90, 48.19, 25.46。[0014]实施例2：pH荧光探针的应用，对强酸的检测

将该探针溶于乙醇与水的混合液中，配制成1.0×10-5moL/L的探针溶液，用浓度为1moL/L的盐酸水溶液调配不同pH值的探针混合溶液并移取3mL混合液置于样品池，通过荧光光谱仪测定不同酸度下溶液的荧光性能。图1表明，探针溶液本身在439nm处出现峰，随着pH的降低（7.56~2.44），439nm处的峰不断减弱，而在511nm处出现新的峰，且强度逐渐增强，表明该探针对pH表现为比率型荧光探针，能够对强酸实现检测。图2表明探针对氢离子具有很高的响应，并且有强的荧光产生。

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说　明　书　附　图

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图2

图1

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