[发明专利]一种检测汞离子的荧光探针及其制备方法与使用方法

说明书

本发明公开了一种检测汞离子的荧光探针及其制备方法与使用方法。本发明利用3‑羟基邻苯二甲酰亚胺构筑经典的激发态分子内质子转移(ESIPT)体系，并在4‑位上引入丙烯基团。探针本身具有经典的的ESIPT效应而在长波处发射出绿色荧光，但当存在汞离子的条件下，汞离子促进3‑羟基的分子内合环反应，进而抑制了其ESIPT作用，探针分子发射出强的蓝色荧光。本发明提供的N‑正丁基邻苯二甲酰亚胺类染料的“比率”型汞离子探针对汞离子溶液具有良好的响应，能够实现对样品内微量汞离子的灵敏定量检测，具有操作简便，成本低廉，响应灵敏，易于推广和应用等优点。

技术领域

本发明属于有机小分子荧光探针领域，具体涉及一种作为汞离子荧光探针使用的3-羟基邻苯二甲酰亚胺衍生物及其制备方法与使用方法。

背景技术

汞是一种具有严重生理毒性的重金属，汞及其衍生物通过火山喷发、燃料燃烧、冶金、电池、电子工业等过程广泛分布于空气，水和土壤。单质汞和汞离子可以通过微生物作用转化成甲基汞，通过各种途径进入食物链并在生物体内逐级积累最终进入到人体内，对人体的脑部、中枢神经系统等产生极大的破坏作用，可严重造成语言和记忆能力障碍等，甚至导致死亡。近几年，随着汞在工业生产中的频繁应用，其所造成的环境污染及由此引发的生物危害日益严重，有关汞的生物毒害评价研究也引起人们的广泛关注。因此，发展高灵敏度和高选择性的汞离子检测方法，实现实时、原位、动态、特异性地检测水体中汞离子的含量，具有重要的理论意义和实用价值。

荧光检测法由于其优秀的检测灵敏度和选择性，并能实现对生物样品的实时、在线检测而受到研究者的广泛关注。

目前已开发的用于检测汞离子的小分子荧光探针主要基于汞离子与硫原子之间的特异性结合力而设计的。当存在汞离子的条件下，探针分子中的硫缩醛或是硫代酰胺等官能团被汞离子选择性地水解并以HgS或是汞的二硫配体等形式脱除硫原子，导致探针分子的荧光性质发生变化，从而实现对汞离子的特异性识别。

然而，基于硫缩醛或是硫代酰胺为探针报告基团的探针(参见综述Mahato,P.；Saha,S.；Das,P.；Agarwalla H.；Das,Amitava.RSC Adv.,2014,4,36140–36174.)易受到体系中常见共存离子如Ag⁺，Cu²⁺等的影响，不利于其在复杂的水相体系内进行准确检测。此外，目前的汞离子荧光探针的检测限相对较高，难以对微量甚至极微量的含汞离子样品进行定量检测。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出了一种定量检测汞离子的比率型荧光探针(NMS1)。利用本发明可对样品中极微量的汞离子进行定量检测。

本发明的核心在于利用3-羟基邻苯二甲酰亚胺构筑经典的激发态分子内质子转移(ESIPT)体系，并在4-位上引入丙烯基团。探针本身具有经典的的ESIPT效应而在长波处发射出绿色荧光，但当存在汞离子的条件下，汞离子促进3-羟基的分子内合环反应，进而抑制了其ESIPT作用，探针分子发射出强的蓝色荧光，通过上述方案，获得了“比率”型的荧光响应，实现了对汞离子的高灵敏、特异性检测。

本发明所述汞离子荧光探针命名为N-正丁基-3-羟基-4-烯丙基邻苯二甲酰亚胺，结构式如式(I)所示：

上述荧光探针的制备方法如下：将一定量的N-正丁基-3-羟基邻苯二甲酸酐(1)，烯丙基溴(2)和碳酸钾(3)溶于丙酮中，回流一定时间，旋干得化合物N-正丁基-3-(2’-溴乙基)-氧基邻苯二甲酰亚胺(4)。将一定量的(4)加入到邻二氯苯中，在一定温度下微波反应一段时间。反应完全后，旋干得到白色固体化合物N-正丁基-3-羟基-4-烯丙基邻苯二甲酰亚胺(5)，即NMS1。

上述探针的制备反应式如下：

上述次氯酸荧光探针的使用方法如下：