[发明专利]一种基于喹唑啉酮类化合物的聚集诱导发光探针及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种喹唑啉酮类化合物，该化合物在固态下不发光，但在氨气作用下，其酯官能团‑O‑C(O)‑R³发生氨解反应后，释放羟基，羟基的O–H与喹唑啉酮环中C＝N的N相互作用，形成分子内六元环氢键，由于分子内旋转受限和激发态分子内质子转移机制，在固态下发出强荧光。该化合物可以作为荧光探针，用于检测氨气，进一步可用作检测食物腐化程度的检测试剂，以及具有“AND”逻辑门的隐形墨水材料。

技术领域

本发明涉及一种具有聚集诱导发光性质的喹唑啉酮类化合物，其制备方法和应用，尤其是其在氨气检测中的应用，属于有机荧光传感器材料领域。

背景技术

氨气及其衍生物广泛应用于化工、医药、农业、冷冻等领域，是制造化肥、炸药、医药的重要原料。同时氨气具有强腐蚀性和刺激性，是一种常见的空气污染物，主要来源于化工厂泄漏、燃料燃烧及含氮有机物的腐败分解等。以含氮有机物的腐败分解为例，资料显示，在高密度畜禽饲养地区，农业生产中氨气的过度释放导致了生态环境直接或间接的破坏。VanderHoek(1998)评估了欧洲氨气排放总量中有80％～95％是来源于农业生产，与Anderson等人(2002)评估的美国情况类似；同时，研究结果显示农业生产中的氨气排放有超过80％来源于动物粪便，低于20％来源于动物饲料。此外，室内装修及各类现代化生活用品的引入也是居室内氨气超标的原因。

化工厂、肥料厂和冷冻系统使用的是纯氨气，这些地方如发生氨气泄露，将会带来危及生命的灾害。所有使用氨气的工厂都需要安装能检测并预警危险氨气浓度的警报系统。在工厂区氨气的最大允许浓度被定为20ppm。而在居室内的空气质量监控中，尽管嗅觉能感受的限值为50ppm，但事实上低于嗅觉感受限值的氨气已经对人体的呼吸系统、皮肤和眼睛产生了刺激作用，因此室内氨气的长期允许浓度仍然被定为20ppm。当氨气浓度达到500ppm时，立刻会对鼻腔和咽喉产生强烈的刺激，暴露在过高浓度的氨气下，例如1000ppm或更高，会造成严重的肺水肿，甚至导致人体死亡。

对生产和生活环境中的氨气浓度进行预警监测非常重要。已有的显色法、离子色谱法和电化学法等方法，虽然检测精度高、检测限低，但操作步骤繁琐，难以用于日常生活和生产现场环境中微量氨气的快速检测。目前逐渐常用的检测氨气的方法主要基于半导体气敏材料，利用其与气体接触时的导电率等物理性质的变化来检测。但该方法需要大型仪器设备，成本高昂，不适于紧急事故区或偏远地区的现场检测。因此发展一种简便易行的检测氨气浓度的方法是极为重要的。

光化学传感检测法是一种新型氨气检测方法，尤其是其中的荧光传感器与传统检测方法相比，具有直观快捷、操作简便及灵敏度高、准确度高等优点。但已有的荧光传感器多数是基于具有聚集诱导荧光淬灭效应的有机染料，例如，荧光素、罗丹明等制成的，这些染料需要分散在溶液中或纳米颗粒中才能发出荧光，需要检测体系是容积很大的溶液体系，不利于发展成为便携的、适于现场检测的固态荧光传感器。因此寻求合适的氨敏荧光分子仍是当今这一领域的研究热点。

Alan B.Brown等(Sensors and Actuators B 110(2005)8-12)设计了一种carbazolopyridinophane化合物，在庚烷溶液中，氨气和联氨可以将该化合物中N-H…N之间的氢键破坏，使该化合物发荧光而实现检测氨气和联氨的效果。Jiyeon Kim等(Tetrahedron Letters 52(2011)2645-2648)设计了带有丹酰基发色团的卟啉钴复合物，氨气使丹酰基发色团从复合物上脱离下来而发出荧光，实现对氨气的检测。Tianyu Han等(Chem.Commun.,2013,49,4848-4850)设计了TPPA(4-(2,5-二苯基-1-吡咯)苯甲酸)，能与氨气发生反应而发出荧光。虽然这些化合物的合成和利用使开发简便易用的氨气检测用荧光传感器逐渐成为可能，但仍然存在化合物结构复杂、合成困难，不便于制成便携的、适于现场检测氨气的固态荧光检测器等不足之处。

目前仍然需要不断开发出新的、结构简单、合成简便的能用于氨气检测的有机荧光化合物，并且希望所获得化合物能够制成便携的、适于现场检测氨气的固态荧光检测器。