第42卷第22期 2014年11月 广州化工 Vo1.42 No.22 NOV.2014 Guangzhou Chemical Indust ̄ 罗丹明基Fe3+荧光探针的合成及性能分析 文旭,袁泽利,胡,江波 (遵义医学院药学院,贵州 遵义563003) 摘 要:以罗丹明6G、乙二胺为原料,合成中间体N一罗丹明6G内酰乙二胺,将中问体分别与吲哚一3一甲醛、2一苯甲酰基 吡啶、吡咯一2一甲醛、2一羟基一1一萘甲醛反应,合成了合成了四种罗丹明衍生物,即探针IR、BR、PR、NR。在乙醇/水(1:1, V:V)混合溶液中,考察了四种探针对Fe 的选择性识别及不同Fe 浓度对四种探针荧光强度的影响。结果表明:在测试范围内 的l8种阳离子中,探针IR、BR、PR、NR均能选择性地识别Fe“,引起荧光强度和吸收强度的显著增加,随着Fe”浓度的增大, 探针IR、BR、PR、NR溶液的颜色逐渐加深,荧光强度逐渐增大,实现了裸眼及荧光对Fe 的定性检测。 关键词:罗丹明6G;探针;Fe ;检测 中图分类号:0656.2 文献标志码:B 文章编号:1001—9677(2014)022—0054—04 Synthesis and Analysis of Rhodamine-based Iron(一III)Fluorescent Probes WEN Xu,YUAN Ze—li,HU Qing—hong,JIANG Bo (School of Pharmacy,Zunyi Medical College,Guizhou Zunyi 563003,China) Abstract:N—acyl ethylenediamine was synthesized by rhodamine 6G and ethylenediamine,which was reacted with indole一3一carboxaldehyde,2一benzoylpyridine,pyrrole一2一carboxaldehyde and 2一hydroxy—l—naphthaklehyde, respectively.to form four kinds of rhodamide derivates namely Probe IR,BR,PR and NR.In ethanol—water solution (EtOH:H,O=1:1,V:V),selectivity and the effects of different concentrations of iron(HI)to four kinds of probes were investigated.The results showed that among l 8 kinds of cation ions.only iron(Ⅲ)can lead to fluorescence and absorption improvement.With the additions of iron(III),the color of probe solutions became darker and fluorescence intensity increased.which realized naked eye and fluorescent detection of iron(Ⅲ). Key words:rhodamin 6G;probe;iron(III);detection 铁足体内含量最丰富的微量元素之一,在许多生理过程中 光。加入离子后,离子与探针形成配合物,使内酰胺结构打 开,激发了FRET过程,使荧光增加,表现为荧光开关的“关一 开”形式m 。本文以罗丹明6G为荧光团,合成了四种罗丹 明衍生物(探针IR、BR、PR、NR)可作为用于定性识别Fe 的荧光探针。 扮演重要作用,参与了氧摄取、氧代谢、电子转移等过程 。 人体内Fe 含量的改变与许多疾病相关,如缺铁性贫血、癌症 和器官功能障碍等 J,因此发展能专属性检测环境和机体内 Fe 的分析方法十分必要。常用作分析Fe“的方法有分光光度 法 5-6]、滴定法” 等,但这些方法操作复杂,并且容易受到 一些高价金属离子的干扰,使得Fe 的分析和测定受到一定程 。Fe 具有顺 1 实验部分 1.1仪器与试剂 荧光分光光度计(Cary Eclipse),美国Varian公司;双光束 度的影响。荧光分析法具有快速灵敏,操作简便等优点,目前 研究者们已经应用了荧光分析法来检测Fe _『探针的应用” 析研究的热点。 磁性,能使荧光猝灭,目前大部分的Fe“荧光探针为猝灭型, 。荧光增强型探针既可以分析检测环境 中的Fe“,又实现了生物体内的Fe 成像分析,因此正成为分 紫外可见分光光度计(TU一1901),北京普析通用仪器公司;核 磁共振仪(Variml AV一400),瑞士布鲁克公司;循环水真窄泵 (DF—HI),上海亚荣生化仪器厂;旋转蒸发器(RE一52AA),上 罗丹明是一种含有咕咕基团的荧光染料,其是一个较大的 刚性平面结构 15],使其具有优良的诸如发射波长长、量子产率 高及摩尔消光系数大等光谱属性。近年来已成为专属性识别重 金属离子、过渡金属离子的化学探针的较好的荧光团 。其识 别机制为:加入离子前,探针以内酰胺的形式存在,没有荧 海亚荣生化仪器厂;集热式恒温加热磁力搅拌器(DF一101S), 郑州长城科工贸易有限公司;真空干燥箱(DZF一6020),上海 博迅实业有限公司医疗设备厂;核磁共振仪(Agilent MR一 40ODD2),美捷司;超纯水机(NEX UP 1000),韩国 Human公司;电子天平(BS2245),赛多利斯科学仪器北京有限 基金项目:教育部春晖计划资助项目(教外司留[2012]600及国家基金资助项目)。 作者简介:文旭(1990一),女,硕士研究生。主要从事荧光探针的设计合成及性能研究。 通讯作者:江波(1963一),教授,从事药物分析及其应用研究。 第42卷第22期 文旭,等:罗丹明基Fe 荧光探针的合成及性能分析 55 公司;红外光谱仪(Fr—IR 1000,4 000~400 em~,KBr压 片),美国Varian公司。 罗丹明6G,乙二胺,吲哚一3一甲醛,2一苯甲酰基吡啶,吡 7.89(t,3H),7.83(d 1H),7.64~7.70(m,2H),7.37~ 7.43(m,13H),7.33(113,6H),7.25(t,2H),7.04(nl, H 3H),6.93~6.95(m,4H),6.32(d,6H),6.18(t,6H), 3.46~3.58(111,11H),3.12~3.24(m,19H),2.00(s, 咯一2一甲醛,2一羟基一1一萘甲醛,甲醇,乙醇,乙腈,石油醚。 探针IR、BR、PR、NR储备液:称取一定质量的IR、BR、PR、 NR固体分别溶于乙醇中,制成2.Ox10 mol/L的储备液,4℃ 冰箱冷却保藏,用时根据需要进行稀释。常见金属离子储备 z_ 液:称取一定质量的盐或氯化物分别溶于乙醇/水(1:l, NR: H NMR(CDC1 ):8 13.87(s,1H),8.50(S,1H), V:V)中,制成2.Ox10 mol/L的储备液,4℃冰箱冷却保藏, 7.95(d,1H),7.78(d,1H),7.63(d,2I-I),7.57(d,3H), 1H),1.90(d,3H),1.81(s,16H),1.32—1.35(q,lSH); IR(KBr):3 424(一NH-),2 965(-CH3),2 926(-CH2一),1 694 (C=O),1 638(C=C,Ar),1518(C:N)。 用时根据需要进行稀释。实验用水均为二次蒸馏水,所用试剂 均为分析纯,使用时未进一步纯化。 1.2化合物的合成 1.2.1 RGH的合成 如Scheme 1,按文献[20]制备,罗丹明6G(958 mg, 2.0 mmo1)和乙二胺(0.67 mL,10.0 mmo])溶解于20 mL热 的乙醇中,混合物反应回流6 h,直至溶液的荧光完全消失。 冷却至室温,收集沉淀,l0 mL冷的乙醇洗涤。粗产品通过乙 腈重结晶,得到白色固体,产率为53.4%o1H NMR(CDC1,): 8 7.96(d,1H),7.45(t,2H),7.05(d,1H),6.32(S, 2H),6.25(s,2H),3.49(t,2H),3.25(t,4H),2.36(t, 2H),1.93(s,6H),1.35(t,6H);IR(KBr):3 424,3 354 (NH2),3 293(一NH一),2 963(一CH3),2 862(一CH2一),1 686 (C=O),1 619(C=c,Ar)。 CHO 1.2.2 IR,BR,PR,NR的合成 RGH(456 mg,1.0 mmo1)分别和吲哚一3一甲醛(190 mg, 1.0 mmo])、2一苯甲酰基吡啶(183 mg,1.0 mmo1)、吡咯一2一 甲醛(95 mg,1.0 mmo1)及2一羟基一1一萘甲醛(172 mg, 1.0 mmo1)溶解于30 mL乙腈中。N2下回流24 h后于室温下 继续搅拌2 h。抽滤,分别用不同溶剂重结晶既得目标探针分 子。IR,BR通过乙腈重结晶,得到白色固体;PR通过甲醇重 结晶,为淡粉色固体;NR通过石油醚重结晶,得到黄色固体。 产率分别为53.5、37.1、39.8、37.2%。 IR: H NMR(CDC1 ):8 8.10(d,lH),8.06(S,lH), 7.95(d,1H),7.39—7.46(In,4H),7.26(s,1H),7.14— 7.2l(Ill,2H),7.O4(d,1H),6.36(s,2H),6.25(s,2H), 3.47(t,4H),3.35(t,2H),3.18(t,4H),2.00(t,2H), 1.84(s,6H),1.31(t,6H);IR(KBr):3421(-NH一),2 965 (一CH3),2 927(-CH2一),1 638(C=C,Ar),1 518(C=N)。 BR: H NMR(CDC] ):8 7.91(d,1H),7.60(s,1H), 7.41~7.43(m,2H),7.03(d,1H),6.82(S,1H),6.34 (d,3H),6.20(s,2H),6.14(t,H),3.52(s,2H),3.40~ 3.45(Ill,3H),3.20—3.25(m,6H),1.86(S,6H),1.32 (t,6H);IR(KBr):3428(-NH一),2 965(一CH3),2930(一CH2一), t 685(C=O),1 621(C:C,ar),1 515(C=N)。 PR: H NMR(CDC1 ):6 8.62(t,1H),8.49(t,1H), 7.40~7.49(m,2H),7.20~7.26(ITI,1H),7.06(t,1H), 6.90(s,1H),6.37(s,2H),6.20(s,2H),3.42—3.46 (nl,4H),3.16—3.2O(Irl,5H),1.81(s,6H),1.31(t, 6H);IR(KBr):3426(-NH一),2 969(-CH3),2 927(一CH2), 1 685(C=O),1 621(C=C,Ar),1 517(C=N)。 1.3 探针IR,BR,PR,NR对Fe3+识别性能研究 1.3.1紫外光谱的测定 在5 mL容量瓶中加入2 mL乙醇/水(1:1,V:V)混合 溶剂,用微量进样器加入50 探针IR,BR,PR,NR储备 液,再加入50 L的金属离子储备液,被测试的金属离子有 Li 、Na 、K 、Ag 、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Pbn、Ni2t、 Ba 、Co 、Sr“Fe“、、Al 、Mg 及La“,最后用乙醇/水 (1:1,V:V)混合溶剂定容至5 mL,摇匀并放置1 h后,测 定紫外光谱。 1.3.2荧光光谱的测定 在5 mL比色管中加入2 mL乙醇/水(1:1,V:V)混合 溶剂,然后用微量进样器加入50 探针IR,BR,PR,NR储 备液,再加入50 的金属离子储备液,被测试的金属离子有 Li 、Na 、K 、Ag 、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、Ni2+、 Ba 、Co“、Sr2 、Fe“、Al 、Mg 及La“,最后用乙醇/水 (1:1,V:V)混合溶剂定容至5 mL,摇匀并放置l h后,测 其荧光光谱。样品溶液放入1 em石英比色皿中,以252 nm为 激发波长,狭缝宽度为5 nm,在荧光分光光度计400~700 nm 波长范围内测定荧光发射光谱。 1.4 Fe 浓度对探针的荧光强度的影响 在5 mL比色管中加入2 mL乙醇/水(1:1,V:V)混合 溶剂,然后用微量进样器加入50 探针IR,BR,PR,NR储 备液,再分别加入0~750 txL Fe (0~15 eqv.),用乙醇/水 (1:1,V:V)混合溶剂定容至5 mL,摇匀并放置l h后,测 定其荧光光谱。 2结果与讨论 2.1探针IR、BR、PR、NR对Fe3+响应的紫外光谱 及荧光光谱 探针IR、BR、PR、NR对Fe 响应的紫外光谱及荧光光谱 示于图1。可以看出,在乙醇/水(1:1,V:V)混合溶剂中, 探针IR,BR,PR为透明无色,探针NR为淡黄色,分别加入 17种金属离子后,仅有Fe”探针IR,BR,PR,NR溶液的颜色 变成粉红色,且伴随荧光发射及紫外吸收的增加,其他l6种 金属离子基本不能或只能引起很小的颜色、荧光发射及紫外吸 收变化。Fe 与四种探针溶液混合后,荧光光谱在555~556 nm 范围产生了强的发射峰,紫外光谱在531—532 nm范围产生了 强的吸收峰。因此说明了Fe”与探针IR,BR,PR,NR溶液混 合后发生了作用,且四种探针对Fe 有较好的选择性。 56 广州化工 2014年11月 k/nm ㈦入 =\\ 450 500 550 600 650 k/nm 0 0 0 400 500 600 700 O 400 5O0 600 700 450 500 550 600 650 700 ^,nin ^Inin 图1探针IR,BR,PR,NR与Fe 的荧光光谱(a~d)及吸收光谱(e~f) Fig.1 F1uorescence spectra(a~d)and abs0 Ption spectra (e~f)of Probe IR,BR,PR,NR 2.2 Fe 浓度对探针的荧光强度的影响 Fe 浓度对探针荧光强度的影响,结果示于图2。未加入 Fe“时,探针IR,BR,PR,NR基本没有荧光,此时结构中内 酰胺环闭合形式存在。随着Fe 浓度逐渐增加,探针IR,BR, PR,NR溶液的粉红色逐渐加深,用“裸眼”能明显地分辨溶 液中Fe 浓度的大小,同时荧光强度逐渐增强。这是由于Fe“ 的加入,使罗丹明结构中内酰胺环打开,与Fe 形成络合物, 增大了体系的共轭程度,从而使荧光强度增加。因此,可以利 用探针IR,BR,PR,NR对Fe 进行“裸眼”及光谱分析方法 的定性检测。 ’ : 500 550 600 650 kinnl 5O0 6O0 700 k/nm k/ran 图2加入Fe (0~30x10 mol/L)后探针 IR,BR,PR,NR荧光强度变化(a~d) Fig.2 Fluorescence intensity variations of Probe IR,BR,PR,NR (a~d)after addition of different concentrations of Fe“ 3 结论 本文以简便的合成途径合成了四种荧光探针,均具有在水 体环境下识别Fe 的能力,且具有响应时间短、裸眼检测及光 谱分析法的优势。 参考文献 [1] Scan R,Lynch M D.Interaction of Iron with Other Nutirents[J]. 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