用于检测氟离子的荧光探针的制备

宁英男，王 斌，毛国梁

（东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318）

用于检测氟离子的荧光探针的制备

宁英男，王 斌，毛国梁

（东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318）

设计合成了基于萘胺为荧光团的的氟离子荧光探针。通过核磁表征了荧光探针的结构。研究了该探针在加入F-前后吸收光谱和发射光谱的变化。结果表明，随着F-的加入，探针有明显的荧光增强。另外，探针具有良好的选择性，加入其他阴离子不影响其光谱性质。以上性能证明，该探针有望应用于检测F-的荧光传感器。

氟离子；荧光探针；选择性

荧光传感器对探测和检测生物阴离子有着重要的作用。阴离子在化学与生物领域一直扮演着重要的角色，因此，近年来有许多阴离子检测的传感器的报道。在众多阴离子中，F-有特殊的化学性质，对它的识别与检测有着重要的意义[1-5]。适量的F-可以促进牙釉质内形成氟磷灰石，增强牙齿的抗酸和抗龋能力。F-还可以抑制或杀灭致龋变链菌，减少牙菌斑沉积，降低龋齿发生。过量摄入和长期低剂量摄入F-会对人体和动物的胃和肾脏造成损害，甚至死亡[6-8]。因此，F-的识别以及定量的检测对于人类的健康具有十分重要的意义。

荧光离子探针是荧光探针的一种，它是指在特定的体系内，由于离子（阴离子或者阳离子）的变化而引起该分子发生相应结构变化，并以荧光信号的形式表现出来[9-11]。它的功能是选择性识别离子并将识别信息转换为荧光的形式，其由荧光发色团、间质和识别基团这3部分构成一个完整的体系。

荧光离子探针，由于其具有好的选择性、高的灵敏度、价格低廉和操作简便，并且能够快速、实时、原位定量检测和分析等优点，引起了人们的关注[12-15]。除了上述优点，荧光检测方法为非侵入性检测，不破坏样品，可通过荧光强度和离子浓度的关系进行离子浓度的定量分析，已经成为了一种广泛被应用于生命分析中的技术。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

除非特别提到，所有试剂均来自商业购买并直接使用。

核磁共振1HNMR使用Bruker Avance 400 MHz核磁共振谱仪，TMS作为内标；吸收光谱使用Hitachi U-3900光谱仪；荧光光谱使用Hitachi 4600荧光光谱仪。

1.2 目标产物合成

1.2.1 化合物1的合成1-萘胺-5-磺酸2.45g、NEt31.75mL溶于20mL无水甲醇中，向上述溶液中加入5.24g的BOC2O，室温反应36h。将反应溶液旋干，溶于尽可能少量的水中，用乙酸乙酯洗涤上述溶液，旋干。得到产物1.9g，产率77%。

1.2.2 化合物2的合成取2.6g的PPh3溶于二氯甲烷中，在冰浴中冷却到零度，加入0.79mL SOCl2，反应20min，撤掉冰浴，加入2.03g化合物1，反应1h。冷却到零度，再加入炔丙胺2.9g，三乙胺4.2mL（缓慢滴加），室温反应2。将反应产物稀释于水中，用二氯甲烷萃取。有机层依次用稀盐酸、盐水洗涤三次，无水硫酸镁干燥，层析柱分离，得到产物1.5g，产率72%。

1.2.3 化合物3的合成化合物2取1.25g，CF3COOH取3mL，溶于二氯甲烷中，室温反应30min。将溶剂旋干，加入NaOH水溶液，用二氯甲烷萃取，有机层无水K2CO3干燥，过滤旋干。得到产物1g，产率80%。

1.2.4 化合物4的合成取1g对羟基苯甲醛和0.69g咪唑，溶于20mL的二氯甲烷中，用注射器缓慢滴入2g的iPr3SiCl，N2保护下反应12h。硅藻土过滤，旋干，用乙醇进行萃取。零度下加入一定量的NaBH4，反应20min，再用2 mL的饱和NaHCO3溶液淬灭反应，旋干溶剂乙醇。用乙酸乙酯萃取，依次用水和盐水洗涤3次。有机层用无水MgSO4干燥，过滤、旋干溶剂。层析柱纯化，得到无色油状液体0.5g，产率50%。

1.2.5 化合物A的合成将690mg化合物3和600mg的DMAP溶于20mL的二氯甲烷中，冷却到零下78度，再加入3.9g的光气。N2保护下反应3h。然后再加入1.5g化合物4，升温到0℃反应12h。用水淬灭反应，用二氯甲烷萃取，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干。层析柱分离，得到终产物300mg，产率43%。

图1 化合物A的合成路线Fig.1Synthetic route of Compound A

图2 化合物A的核磁氢谱图Fig.21HNMR spectra of Compound A

2 结果与讨论

2.1 探针对F-的检测原理

F-与硅原子具有极强的相互作用，可以形成稳定的硅氟键。在F-的作用下，有机硅化合物发生硅氟加成或脱硅化反应导致化学结构发生变化，从而使荧光性质改变，起到荧光检测的效果。由于反应具有专一性，因此，这类传感器对F-具有很高的选择性，一般不受其它阴离子的干扰。

图3 探针的反应原理Fig.3The reaction principle of the probe

2.2 探针对氟离子的紫外可见吸收光谱响应

向浓度为5×10-5mol化合物A的二氯甲烷溶液中加入过量的四丁基氟化胺，每30s测定一次其吸收光谱。

图4 加入F-后的紫外可见光吸收光谱Fig.4UV-Vis spectra of the probe upon addition of F-

由图4中可以看出，反应刚开始时，体系中没有F-，因而只有探针A的吸收峰，而没有B的吸收峰。随着时间的增加，反应持续进行，探针A的吸收逐渐减弱，生成的化合物B的吸收逐渐增强。300nm处的吸收峰逐渐下降，370nm处的吸收峰逐渐增强。当反应进行180s后，变化趋于平缓，240s后，反应达到饱和点，吸收强度不再变化。

2.3 探针对F-的荧光光谱响应

同样向浓度为5×10-5mol化合物A的CH2Cl2溶液加入过量的四丁基氟化胺，每30s测定一次其荧光发射光谱。

图5 加入F-后的荧光发射光谱Fig.5Fluorescence spectra of the probe upon addition of F-

由图5中可以看出，反应刚开始时，体系中没有F-，因而只有探针A在425nm处的荧光发射峰。随着时间的增加，反应持续进行，探针A在425nm处的荧光发射逐渐减弱，反应生成的化合物B的520nm处的荧光发射逐渐增强。当反应进行210s后，变化趋于平缓，270s后，反应达到饱和点，荧光强度不再变化。

2.3 探针对F-的选择性测试

选择性是荧光探针的重要性能参数。

图6 探针A对不同阴离子（Cl-、Br-、I-和F-）的荧光强度Fig.6Fluorescent intensity of the probe upon addition Cl-,Br-, I-and F-

如图6所示，在加入其他阴离子时，荧光都很弱，只有加入F-时，探针才表现出明显的荧光增强。由此可见合成的探针对F-具有良好的选择性。

3 结论

以萘胺为荧光团，设计合成了对F-具有识别和选择性检测的新型荧光探针。通过紫外可见吸收光谱和荧光光谱研究了探针对F-的响应。实验表明，在F-的作用下，有机硅化合物发生脱硅化反应，化学结构发生变化，导致荧光性质改变，达到荧光检测的效果，且探针具有良好的选择性。综上所述，以萘胺为荧光团的F-检测体系，具有良好的应用和发展前景。

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Synthesis of a new fluorescent probe for fluoride ion detection

NING Ying-nan，WANG Bin，MAO Guo-liang
（College of Chemistry＆Chemical Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

A new fluorescent probe based on aminonaphtalene derivative for the detection of fluoride ion was designed and synthesized.The structure of the compound was characterized and confirmed by 1H-NMR.The fluorescence of the probe response to fluoride ion was investigated.A new peak was emerged with the addition of fluoride anion,and the fluorescence intensity of the probe was dramatically enhanced with increasing the amount of fluorine ion.Meanwhile,other anions have nearly no effect on the fluorescence intensity.The results demonstrate that aminonaphtalene based probe can be used to detect fluoride anion with high efficiency and high selectivity.

fluoride ion；fluorescent probe；selectivity

O625.23文献标题码：A

1002-1124（2014）09-0066-04

2014-04-08

王斌（1987-），男，在读硕士研究生，现从事离子荧光检测课题的研究。

导师简介：宁英男（1954-），男，东北石油大学教授，现从事科研与教学工作。