4-氯-7-硝基苯并噁二唑的合成及对次氯酸根的荧光检测

刘亮亮,郭雨芳,严奉梅,张春香,申有名

(湖南文理学院 化学与材料工程学院,湖南 常德,415000)

4-氯-7-硝基苯并噁二唑的合成及对次氯酸根的荧光检测

刘亮亮,郭雨芳,严奉梅,张春香,申有名

(湖南文理学院 化学与材料工程学院,湖南 常德,415000)

以2,6-二氯苯胺为原料合成了4-氯-7-硝基苯并噁二唑的荧光探针,其结构经过NMR进行了表征。利用荧光光谱探讨了该探针对次氯酸根的荧光响应性能。实验结果表明,该探针对次氯酸根具有良好的选择性和灵敏性。在VCH3CH2OH︰VPBS=1︰1 (50 mM PBS buffer,pH7.4)的缓冲溶液中,探针随着次氯酸根浓度的增加而增强,探针对次氯酸浓度在 0～16 μM 范围内具有较好的线性关系,其对次氯酸根的检测下限为 0.23 μmol/L。

荧光探针;次氯酸根;苯并噁二唑

次氯酸(HClO)是一种重要的活性氧物质,在生物系统中起着至关重要的作用[1]。在许多生物活动中次氯酸是由血红素通过氧化酶催化过氧化氢反应而生成[2]。然而,高浓度的次氯酸会导致组织损伤和各种病理性疾病,包括神经元变性、炎症性疾病、动脉粥样硬化、囊性纤维化、关节炎、心血管疾病、癌症和肝硬化[3-10]。在日常生活中次氯酸也广泛应用于自来水消毒、家用漂白、冷却水处理等[11]。但是较高浓度的次氯酸溶液对人体的刺激性很强,容易伤害人类的呼吸系统,同时可能会与水中其他有机物反应生成四氯化碳、氯仿等致癌物质,对人体健康存在着潜在的危害[12]。因此,对次氯酸的检测受到了广泛的关注。在检测次氯酸[13-15]的方法中,荧光分析法具有简单、无破坏性、高灵敏度、高选择性、快速及高时空分辨率的优点[16],因此,利用荧光方法发展了许多检测次氯酸根的荧光探针。然而,荧光探针对次氯酸的检测仍存在合成复杂、反应时间慢以及灵敏性低等缺陷。因此,发展一种简单、快速、选择性高的对次氯酸响应的荧光传感器十分必要。基于以上原因,本实验设计、合成了苯并噁二唑荧光探针,该探针能够实现选择性对次氯酸荧光增强检测。

1 实验

1.1 仪器与试剂

实验主要仪器为Bruker AVB-500核磁共振仪何FL-7000荧光光谱仪。化合物1、2采用与文献[17]相似的方法合成(图1)。化学试剂均为分析纯。

图1 化合物1的合成

1.2 化合物1的合成

往洁净干燥的50 mL圆底烧瓶中加入化合物2(0.77 g,5 mmol)和98%硫酸(7 mL),搅拌使化合物2溶解完全。同时称取硝酸钠(0.85 g,10 mmol),将其溶解在50%硫酸溶液(5 mL)中,待其完全溶解后加入恒压滴液漏斗中。将烧瓶放入60 ℃恒温水浴中加热,一边搅拌一边用恒压滴液漏斗缓慢滴加硝酸钠的50%硫酸溶液。滴加完毕后升温至85 ℃,搅拌1.5 h。利用TLC(薄层色谱)跟踪反应进程,确认反应完全后,将反应液倒入碎冰中,析出橘黄色固体。将所得粗产品用尽量少的乙醇重结晶,减压抽滤并干燥,得到产品黄色针状晶体化合物1,产率85%。核磁共振结果为1H NMR(500 MHz,CDCl3)︰δ 8.48(2H,d,J=8 Hz),7.67(2H,d,J=7.5 Hz);13C NMR(125 MHz,CDCl3):δ149.66,148.96,143.06,131.52,130.69,128.72。

1.3 溶液配制

称取1.14 g NaH2PO4和5.752 g Na2HPO4溶于100 mL的烧杯中,再加入8.0 g NaCl,搅拌溶解后,转移至500 mL的容量瓶中,用去离子水定容得0.1 M的PBS溶液。

称取0.020 0 g的探针化合物1溶于适量乙醇中,用100 mL容量瓶定容,制成1.0×10-3mol·L−1贮备液,使用时根据需要适当稀释。用移液枪分别准确移取不同浓度的探针母液,加入已配置的次氯酸溶液中,摇匀在室温下进行测试。激发波长为340 nm,狭缝10 nm,发射光10 nm。

2 结果与讨论

2.1 化合物1的光谱性质

2.1.1 荧光光谱

对探针化合物1荧光光谱性质的检测是在100 mM PBS缓冲液(pH7.4),探针溶度为10 μM,V乙醇︰V水=1︰1的溶液体系中进行的(图2～3)。由图2～3可知,探针化合物1自身没有荧光,加入次氯酸钠后,化合物1在490 nm处的荧光发射强度显著增加,且该荧光发射强度随着次氯酸钠浓度的增加而逐渐增强,其荧光强度与次氯酸钠的浓度在0～16 μM范围内呈线性关系,其线性方程为F=1.819 1+20.864 7X,其线性相关系数为0.999 2(图3)。检测下限为0.23 μmol/L。上述实验结果表明,化合物1具有高灵敏度,可用于次氯酸根的测定。

图2 荧光强度与次氯酸根浓度的变化关系

图3 荧光强度与次氯酸根浓度的关系

2.1.2 选择性考察

为了确定探针对次氯酸根离子的选择性,固定探针的浓度为10 μM,各待测离子的浓度为16 μM,在相同的实验条件下分别测定 Na+、K+、NO2−、H2O2、KO2、NaClO、OH·、ONOO−、TBHP、Br−和NO3−与探针化合物1反应的荧光发射光谱。由图4可知,其他氧化物或离子对探针化合物 1的荧光检测几乎没有影响,只有加入 NaClO反应后,才产生很强的荧光发射,这说明探针化合物 1对次氯酸根离子的识别具有很高的选择性。以上结果说明,本实验的检测体系可以选择性地检测次氯酸根离子。

2.1.3 pH值考察

由图5可知,当pH值为3～7时,反应体系测得的荧光强度随着pH值的增大而逐渐增强;当pH值为8～12时,反应体系测得的荧光强度随着pH值的增大逐渐减弱;当溶液pH值为7.4时,荧光强度达到最大值。这说明该探针能够用于生理条件下对次氯酸根检测。

2.1.4 时间考察

反应时间也是一个非常重要的因素,因此考察了探针与次氯酸根反应的时间关系。实验结果如图6所示。由图6可知,随着次氯酸根浓度的增大,探针与次氯酸根的反应速度加快。当体系不加入次氯酸根时,探针的荧光保持不变(图6中曲线c);当次氯酸根的浓度是探针浓度的0.5当量,探针的荧光达到最大值需12 min(图6中曲线b);当次氯酸根的浓度是探针浓度的1.6当量时,探针的荧光达到最大值只需8 min(图6中曲线a),这说明探针能够更快地检测次氯酸根。

2.1.5 Job曲线

为了更好地研究探针化合物1与次氯酸钠反应的比例,本文探讨了化合物1对次氯酸根响应的Job曲线。由图7可知,次氯酸钠占比为 0.7时,荧光强度最大,这表明次氯酸钠与探针化合物1是以2︰1反应的。

图4 化合物1对次氯酸根的选择性

图5 pH值对化合物1与次氯酸根离子反应的影响

图6 化合物1对次氯酸根响应荧光强度与时间的关系

图7 化合物1与次氯酸根反应的Job曲线

3 结论

本文合成了一种简单的苯并噁二唑荧光探针,该探针可以在VCH3CH2OH︰VPBS=1︰1的缓冲溶液中,对次氯酸根进行关-开荧光响应。利用荧光光谱详细的研究了该探针对次氯酸根的滴定曲线、选择性、Job曲线、时间及pH值的影响。实验结果表明,该探针对次氯酸根具有较好的选择性、灵敏性和快速反应的性能,为次氯酸根的检测提供了一种新的手段。

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(责任编校:刘刚毅)

Synthesis and hypochlorite detection of 4-chlorine-7-nitrobenzeneoxadiazole fluorescent probe

Liu Liangliang,Guo Yufang,Yan Fengming,Zhang Chunxiang,Shen Youming
(College of Chemistry and Materials Engineering,Hunan University of Arts and Science,Changde 415000,China)

4-Chlorine-7-nitro-benzeneoxadiazole fluorescent probe is synthesized from 2,6-Dichloroaniline.Its structure is characterized by NMR.The spectroscopic properties of the probe with hypochlorite are investigated.The experiment shows that the probe is highly selective,sensitive and fast recognition to hypochlorite.Upon addition of increasing concentration of hypochlorite,a gradually increases fluorescence intensity of compound 1 is observed in EtOH-PBS solution (V/V,50 mM PBS buffer solution at pH7.4).The fluorescence intensity is proportional to the concentration of glucose over a range of 0～16 μM,with a limit of detection of 0.23 μmol /L.

fluorescent probe;hypochlorite;benzeneoxadiazole

O 657.3

A

1672-6146(2017)02-0024-04

张春香,cxzhang81@163.com;申有名,ymshen79@163.com。

2017-02-18

湖南省教育厅一般项目(15C0934);湖南省大学生研究性学习和创新实验计划项目;湖南文理学院大学生研创新项目;湖南省十二五重点建设学科—应用化学资助。

10.3969/j.issn.1672-6146.2017.02.007