一种基于蒽醌衍生物的用于零价钯检测荧光探针的构建与性能研究

2021-07-07周东亮

河南化工 2021年6期

周东亮

(河南省自然资源投资集团有限公司，中原能矿投资开发有限公司，河南郑州 450000)

0 前言

随着现代工业的发展，重金属和过渡金属在化学、生物和环境科学等领域得到了广泛的应用。钯是一种十分重要的过渡金属，被广泛应用于制药工业和材料工业中，如药物催化剂、医疗器械、牙科合金、燃料电池和电子产品等[1]。然而，即使在最终产品纯化后，仍残留300×10-6～2 000×10-6的残余钯，这远远高于药物中国家规定钯的限量值(5×10-6～10×10-6)[2]。钯能与生物体中含有巯基的氨基酸、蛋白质(酪蛋白、丝素蛋白和许多酶)、DNA和其他大分子(维生素B6)结合，当这种重金属在人体内累积时，可能会导致严重的生理紊乱。因此迫切需要有效的方法来检测痕量钯[3]。目前常用的钯检测方法有原子吸收光谱法(AAS)、等离子体发射法(如ICP-MS和ICP-AES)和X射线荧光法等。然而，这些方法需要精密昂贵的仪器，复杂的样品预处理程序，训练有素的个体和严格的实验条件。因此，目前迫切需要一种简便、特异、选择性地检测钯的方法。

荧光探针分析法具有成本低、操作简单、无损检测、灵敏度高等优点，被广泛地应用于重金属和活性小分子的检测领域。常见的荧光探针按照荧光强度的变化主要分为荧光增强型、荧光淬灭型和荧光比率型[4]。本文基于蒽醌衍生物设计开发了一例用于钯检测荧光淬灭型探针分子。蒽醌衍生物具有荧光量子产率高、光稳定性好、易修饰等优点而被广泛应用于各种荧光探针的构建[5]。结合相关文献报道，甲酸烯丙基酯基团常被用作钯离子的识别基团，本研究将氯甲酸烯丙基酯与蒽醌衍生物(中间体1)结构中的羟基发生缩合反应合成得到了探针PdL1。该探针通过两步有机合成反应得到，反应条件简单，提纯方法简单，并具有较高的产率。探针PdL1的化学结构通过核磁氢谱、碳谱和高分辨质谱的确证。通过荧光光谱仪等分析测试仪器测试，该探针对零价钯具有专一的选择性，并能够克服其他常见金属离子的干扰，是一例优异的用于钯离子识别的荧光探针。

1 实验部分

1.1 实验仪器

R-1001型旋转蒸发仪，郑州长城科工贸；MS300加热型数显恒温磁力搅拌器，上海般特仪器；HC2004型电子天平，上海花潮高科；ZF-5手持式紫外线分析仪，上海邦西仪器；DZF-6020真空干燥箱，上海一恒；F-7000荧光光谱仪，日本Hitachi；Q-Exactive型高分辨质谱仪，美国Thermo；DTX-400型核磁共振仪，德国Bruker。

1.2 试剂和溶剂

实验所用试剂和溶剂均为分析纯，购买自试剂公司并直接使用。对羟基苯甲醛、1,2-二氨基蒽醌和N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸(HEPES)购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氯甲酸烯丙基酯、三氟乙酸、三乙胺购自上海泰坦科技股份有限公司；所用甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯等分析纯溶剂，均购自天津市四友精细化学品有限公司；四(三苯基膦)钯(零价)和各种金属盐均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；48～75 μm(200～300目)柱层析硅胶购自青岛海洋化工有限公司。

1.3 有机合成

探针PdL1的合成路线如图1所示。中间体1为文献报道的已确证结构化合物，并参考相关文献合成所得[6]。具体合成方法如下：50 mL的单口烧瓶中，将商品化的1,2-二氨基蒽醌(288 mg,1 mmol)、对羟基苯甲醛(183 mg,1.5 mmol)和三氟乙酸(100 μL)混合溶解于30 mL甲醇溶液中，搅拌条件下回流反应10 h。薄层色谱检测反应进程，反应完成后，将反应体系冷却至室温，溶液中产生大量的砖红色固体沉淀，过滤并将滤饼用无水乙醇洗涤三次。真空干燥洗涤后的滤饼，得到231 mg的砖红色固体，产率为69%。

图1 探针PdL1的合成路线

探针PdL1的具体合成方法：冰浴条件下，将中间体1(340 mg,1 mmol)和三乙胺(270 μL,2 mmol)混合溶解于15 mL的二氯甲烷。搅拌条件下，将含有氯甲酸烯丙酯(65 μL,1.08 mmol)的10 mL二氯甲烷溶液逐滴滴加至上述溶液中，滴加完成后冰浴条件下反应6 h。薄层色谱检测反应进程，反应完成后，减压去除溶剂得到混合物，通过柱层析(洗涤液为乙酸乙酯和石油醚，体积比为1∶10)纯化上述混合物，得到254.4 mg黄色固体的探针PdL1，产率为60%。1H NMR(400 MHz,CDCl3,×10-6)δ:4.82(m,2H),5.40(m,1H),5.50(m,1H),6.05(m,1H),7.45(dd, 2H,J=4.0 Hz),7.83(m,2H),8.14(d,1H,J=4.0 Hz),8.22(m,1H),8.27(m,3H),8.35(m,1H)；13C NMR(100 MHz,CDCl3,×10-6)δ:185.17、182.59、155.63、153.38、152.93、149.38、134.49、133.97、133.82、133.33、133.17、130.90、128.74、128.47、127.63、126.52、126.48、125.76、122.10、122.00、119.88、118.11、69.49；HR-ESI-MS C25H17N2O5+,425.1137[M+H+]+,found425.112 0。

1.4 探针PdL1对钯离子(Pd0)的识别

专一的选择性和良好的抗干扰性是衡量一个荧光探针是否优异的最重要参数。运用荧光光谱仪在C2H5OH/HEPES buffer (10 mmol/L,pH值=7.4，体积比6/4)体系中考察了探针PdL1对各种常见金属离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Pb2+、Cd2+、Co2+、Ni2+、Al3+、Cu2+、Sn2+、Sn4+、Li+、Cr3+、Hg2+、Pd0)的荧光选择性，如图2所示，单独探针具有较强的荧光发射，加入其它金属离子后溶液体系的荧光发射没有明显变化，只有加入Pd0后溶液体系荧光明显淬灭。该结果表明探针PdL1对Pd0具有专一的荧光选择性。实际生产中金属离子都是混合存在的，因此，还考察了在其他金属离子存在的条件下探针对Pd0的选择性。如图2所示，在其他金属离子存在的条件下，探针对Pd0的识别基本不受影响。上述实验结果显示，探针PdL1对Pd0具有专一的选择性和较强的抗干扰性，表明探针具有较强的实际应用价值。