一种用于识别水合肼的荧光化学传感器及其制备方法

1.本发明属于化学分析测试领域，具体涉及一种用于识别水合肼的荧光化学传感器及其制备方法。


背景技术：

2.水合肼(nh2nh2)是一种潜在的多用途的氮氢化合物，广泛应用于航天工业的高能推进剂、农业领域的化学用品、药物合成的关键原料等。尽管水合肼可以应用于各行各业，但由于其高毒性和易挥发扩散等特点，一旦由皮肤接触或者呼吸道吸入体内，都会对人体造成一定程度的损伤，因此，开发一种高灵敏度、高选择性的水合肼的检测方法具有非常重要的意义。
3.荧光分析法具有操作简单、灵敏度高和选择性高等优点，是一种很好的检测水合肼的工具，同时，荧光化学传感器作为荧光检测技术的关键性分子工具，其性能占着决定性的作用，但是关于检测水合肼的荧光传感器的报道数量有限，并且很少有荧光传感器可以实现在其他不同肼类化合物存在下，对水合肼的特异性识别。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器，该荧光化学传感器的结构式为：
[0005][0006]
本发明还提供了一种基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的具体制备方法：制备该荧光化学传感器的化学反应式为：
[0007][0008]
具体操作步骤如下：先以2,6-二甲基-γ-吡喃酮为原料，两步反应合成2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈；将2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈和碱用四氢呋喃溶于100ml圆底烧瓶中搅拌2分钟，再将醋酸酐加到反应体系中搅拌2小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品，通过乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，最后以二氯甲烷和乙酸乙酯体积比为20:1的混合溶剂，进行薄层色谱法提纯，得到目标物化合物。
[0009]
2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈、醋酸酐和碱的摩尔比为1:1-2:2。
[0010]
碱为三乙胺、吡啶或4-二甲氨基吡啶。
[0011]
本发明还提供了上述荧光化学传感器的应用：所制备的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器应用于水合肼的检测。
[0012]
检测采用溶液体积比为8:2-1:1的磷酸缓冲盐溶液和二甲基亚砜的混合溶液，在ph＝7.4-9的条件下，实现对水合肼的检测。
[0013]
具体应用方法为：向96孔板中分别加入2μl浓度为10mm的水合肼溶液、196μl的溶剂(pbs:dmso＝8:2-1:1(体积比v/v))和2μl浓度为3mm的荧光化学传感器，同时以不加水合肼(blank)的含有2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈荧光化学传感器的溶液作为对比。将每孔充分混合均匀，通过酶标仪检测出每孔中溶液的荧光强度。结果显示：荧光化学传感器本身几乎无荧光，当与水合肼反应后，荧光强度增强，在640nm处的荧光强度发生显著增强，说明该传感器是一种识别水合肼的荧光增强型荧光化学传感器。
[0014]
该荧光化学传感器在加入水合肼前后，荧光化学传感器的荧光强度显著增强，并且荧光强度的强弱与水合肼浓度直接相关。
[0015]
本发明荧光传感器具有以下优势：
[0016]
(1)本荧光传感器的发射波长在640nm附近，属于近红外区，不受生物体内生物分子自发荧光的影响，降低了背景荧光，组织穿透能力强；
[0017]
(2)能够特异性识别水合肼，不识别环境中异烟肼、苯甲酰肼、甲酰肼、2-呋喃甲酰肼、色氨酸、谷氨酸等。
附图说明：
[0018]
图1为实施例1制备的荧光化学传感器以30μm浓度在pbs:dmso＝1:1中与不同化合物作用后的荧光光谱图。
[0019]
图2为实施例1制备的荧光化学传感器以30μm浓度在pbs:dmso＝1:1中与不同浓度水合肼作用后在640nm处的荧光强度图。
[0020]
图3为实施例1制备的荧光化学传感器在不同pbs:dmso＝1:1(ph＝6.5-9)的荧光强度图。
[0021]
图4为实施例1制备的荧光化学传感器在不同体积比的pbs:dmso的荧光强度图。
[0022]
图5为实施例1制备的荧光化学传感器的氢谱。
具体实施方式
[0023]
本发明下面结合实施例作进一步详述:
[0024]
实施例1
[0025]
2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的制备方法为：
[0026]
将2,6-二甲基-γ-吡喃酮(0.496g,4mmol)溶解于7ml醋酸酐溶液中，然后加入丙二腈(0.528g,8mmol)，氮气保护条件下，120℃加热反应8小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品，冷却过滤，得到化合物2-(2,6-二甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈0.628g，收率91.3％。
[0027]
将2-(2,6-二甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈(0.517g,3mmol)溶解于5ml乙腈溶液中，然后加入4-羟基苯甲醛(0.184g,1.5mmol)和5滴哌啶，氮气保护条件下85℃回流6小时，得到粗品，通过乙酸乙酯和水萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，以展开剂体积比为30:1的二氯甲烷和甲醇的混合溶剂，进行薄层细色谱法提纯，得到目标化合物2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈0.296g，收率71.5％。
[0028]
将2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈(0.139g,0.5mmol)和三乙胺(0.102g,1mmol)溶解于5ml四氢呋喃溶液中搅拌2分钟，然后将醋酸酐(0.104g,1mmol)加到反应体系中室温反应2小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品，通过乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，以展开剂为体积比为20:1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，进行薄层色谱法提纯，得到目标物化合物0.149g，收率93.7％。
[0029]
图1为实施例1制备的荧光化学传感器以30μm浓度在pbs:dmso＝1:1中与不同化合物作用后的荧光光谱图，图中显示，荧光化学传感器加入浓度为100μm的不同化合物后传感器的荧光强度变化情况，当加入100μm的水合肼溶液时，传感器溶液在640nm处的荧光强度发生了显著的升高(箭头所指曲线)；而该传感器在pbs:dmso＝1:1中，对于其他化合物无特别明显的荧光的变化，从而显示出在该体系中传感器对于水合肼的选择性识别作用。
[0030]
图2为实施例1制备的荧光化学传感器以30μm浓度在pbs:dmso＝1:1中与水合肼作用后的荧光光谱图。图中显示，荧光化学传感器本身几乎没有荧光，随着水合肼浓度的升高，在640nm处的荧光强度发生了显著的升高，随着水合肼浓度的增加(0
–
100μm)，荧光化学传感器的荧光强度逐渐变强。
[0031]
图3为实施例1制备的荧光化学传感器在pbs:dmso＝1:1(ph＝6.5-9)的环境中的荧光强度图。图中显示,以100μm水合肼为例,在不同ph值的磷酸盐缓冲溶液显示不同的荧
光强度,图中显示,ph为7.4-9时的荧光强度差别不大，并且明显高于ph为6.5-7.4时的荧光强度，说明酚羟基在弱碱条件下更倾向于去质子化，形成氧负离子。
[0032]
图4为实施例1制备的荧光化学传感器在不同体积比的pbs:dmso的荧光强度图。图中显示，随着dmso含量的增高，荧光呈现上升趋势，说明dmso可以极大程度的促进酚羟基的去质子化，但因为dmso的生物毒性，考虑到后续生物应用，采用pbs:dmso的体积比为1:1进行后续实验。
[0033]
图5为实施例1制备的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的氢谱。1h nmr(400mhz,dmso-d6)δ7.82(d,j＝8.5hz,2h),7.62(d,j＝16.2hz,1h),7.44(d,j＝16.2hz,1h),7.29(d,j＝8.5hz,2h),6.99(s,1h),6.79(s,1h),2.53(s,3h),2.35(s,3h).。
[0034]
实施例2
[0035]
2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的制备同实施例1。
[0036]
将2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈(0.141g,0.5mmol)和三乙胺(0.106g,1mmol)溶解于5ml四氢呋喃溶液中搅拌2分钟，然后将醋酸酐(0.052g,0.5mmol)加到反应体中室温反应2小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品，通过乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，以展开剂为体积比为20:1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，进行薄层色谱法提纯，得到目标物化合物0.086g,收率54.2％。
[0037]
实施例3
[0038]
2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的制备同实施例1。
[0039]
将2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈(0.139g,0.5mmol)和吡啶(0.081g,1mmol)溶解于5ml四氢呋喃溶液中搅拌2分钟，然后将醋酸酐(0.104g,1mmol)加到反应体系中室温反应2小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品，通过乙酸乙酯和水萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，以展开剂为体积比为20:1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，进行薄层色谱法提纯，得到目标物化合物0.101g,收率63.2％。
[0040]
实施例4
[0041]
2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的制备同实施例1。
[0042]
将2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈(0.139g,0.5mmol)和4-二甲氨基吡啶(0.123g,1mmol)溶解于5ml四氢呋喃溶液中搅拌2分钟，然后将醋酸酐(0.104g,1mmol)加到反应体系中室温反应2小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品，通过乙酸乙酯和水萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，以展开剂为体积比为20:1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂,进行薄层色谱法提纯,得到目标物化合物0.092g,收率57.7％。

技术特征：
1.一种基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器，其特征在于，所述荧光化学传感器具有以下结构式:2.一种如权利要求1所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法为:将2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈和碱用四氢呋喃溶于圆底烧瓶中搅拌2分钟，再将醋酸酐加到反应体系中室温搅拌2小时，通过tlc监测反应结束后，得到粗品；通过乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，最后以混合溶剂进行薄层色谱法提纯，得到目标物化合物。3.如权利要求2所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，所述2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈、醋酸酐和碱的摩尔比为1:1-2:2。4.如权利要求2所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，所述碱为三乙胺、吡啶或4-二甲氨基吡啶。5.如权利要求2所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，所述2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的结构式为：6.如权利要求2所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的制备方法,其特征在于，2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈是以2,6-二甲基-γ-吡喃酮为原料，采用两步反应合成。7.如权利要求2所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，提纯采用体积比为20:1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂。8.一种如权利要求1所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的应用，其特征在于，所述荧光化学传感器用于检测水合肼。9.如权利要求8所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的应用，其特征在于，所述应用方法为:在ph＝7.4-9的条件下，实现对水
合肼的检测。10.如权利要求8所述的基于2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4h-吡喃-4-亚基)丙二腈的荧光化学传感器的应用，其特征在于，检测采用溶液体积比为8:2-1:1的磷酸缓冲盐溶液和二甲基亚砜的混合溶液。

技术总结
本发明属于化学分析测试领域，具体涉及一种用于识别水合肼的荧光化学传感器及其制备方法。以2-(2-(4-羟基苯乙烯基)-6-甲基-4H-吡喃-4-亚基)丙二腈为荧光染料，在有机溶剂中和醋酸酐作用下进行常温反应，得到最终产物粗品。所得粗品再通过薄层色谱法分离得到检测水合肼的荧光化学传感器。该荧光化学传感器加入水合肼前后，荧光化学传感器的荧光强度显著增强，并且荧光强度的强弱与水合肼浓度直接相关。关。


技术研发人员：刘晓骞 李珍妮 韩加伟 王珏 沈冬冬 吴天祥
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/9/25