4-氯-7-硝基苯并噁二唑的合成及對(duì)次氯酸根的熒光檢測(cè)

劉亮亮,郭雨芳,嚴(yán)奉梅,張春香,申有名

(湖南文理學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院,湖南 常德,415000)

4-氯-7-硝基苯并噁二唑的合成及對(duì)次氯酸根的熒光檢測(cè)

劉亮亮,郭雨芳,嚴(yán)奉梅,張春香,申有名

(湖南文理學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院,湖南 常德,415000)

以2,6-二氯苯胺為原料合成了4-氯-7-硝基苯并噁二唑的熒光探針,其結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)NMR進(jìn)行了表征。利用熒光光譜探討了該探針對(duì)次氯酸根的熒光響應(yīng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該探針對(duì)次氯酸根具有良好的選擇性和靈敏性。在VCH3CH2OH︰VPBS=1︰1 (50 mM PBS buffer,pH7.4)的緩沖溶液中,探針隨著次氯酸根濃度的增加而增強(qiáng),探針對(duì)次氯酸濃度在 0～16 μM 范圍內(nèi)具有較好的線性關(guān)系,其對(duì)次氯酸根的檢測(cè)下限為 0.23 μmol/L。

熒光探針;次氯酸根;苯并噁二唑

次氯酸(HClO)是一種重要的活性氧物質(zhì),在生物系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用[1]。在許多生物活動(dòng)中次氯酸是由血紅素通過(guò)氧化酶催化過(guò)氧化氫反應(yīng)而生成[2]。然而,高濃度的次氯酸會(huì)導(dǎo)致組織損傷和各種病理性疾病,包括神經(jīng)元變性、炎癥性疾病、動(dòng)脈粥樣硬化、囊性纖維化、關(guān)節(jié)炎、心血管疾病、癌癥和肝硬化[3-10]。在日常生活中次氯酸也廣泛應(yīng)用于自來(lái)水消毒、家用漂白、冷卻水處理等[11]。但是較高濃度的次氯酸溶液對(duì)人體的刺激性很強(qiáng),容易傷害人類的呼吸系統(tǒng),同時(shí)可能會(huì)與水中其他有機(jī)物反應(yīng)生成四氯化碳、氯仿等致癌物質(zhì),對(duì)人體健康存在著潛在的危害[12]。因此,對(duì)次氯酸的檢測(cè)受到了廣泛的關(guān)注。在檢測(cè)次氯酸[13-15]的方法中,熒光分析法具有簡(jiǎn)單、無(wú)破壞性、高靈敏度、高選擇性、快速及高時(shí)空分辨率的優(yōu)點(diǎn)[16],因此,利用熒光方法發(fā)展了許多檢測(cè)次氯酸根的熒光探針。然而,熒光探針對(duì)次氯酸的檢測(cè)仍存在合成復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間慢以及靈敏性低等缺陷。因此,發(fā)展一種簡(jiǎn)單、快速、選擇性高的對(duì)次氯酸響應(yīng)的熒光傳感器十分必要?；谝陨显?本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、合成了苯并噁二唑熒光探針,該探針能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性對(duì)次氯酸熒光增強(qiáng)檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)主要儀器為Bruker AVB-500核磁共振儀何FL-7000熒光光譜儀?；衔?、2采用與文獻(xiàn)[17]相似的方法合成(圖1)?；瘜W(xué)試劑均為分析純。

圖1 化合物1的合成

1.2 化合物1的合成

往潔凈干燥的50 mL圓底燒瓶中加入化合物2(0.77 g,5 mmol)和98%硫酸(7 mL),攪拌使化合物2溶解完全。同時(shí)稱取硝酸鈉(0.85 g,10 mmol),將其溶解在50%硫酸溶液(5 mL)中,待其完全溶解后加入恒壓滴液漏斗中。將燒瓶放入60 ℃恒溫水浴中加熱,一邊攪拌一邊用恒壓滴液漏斗緩慢滴加硝酸鈉的50%硫酸溶液。滴加完畢后升溫至85 ℃,攪拌1.5 h。利用TLC(薄層色譜)跟蹤反應(yīng)進(jìn)程,確認(rèn)反應(yīng)完全后,將反應(yīng)液倒入碎冰中,析出橘黃色固體。將所得粗產(chǎn)品用盡量少的乙醇重結(jié)晶,減壓抽濾并干燥,得到產(chǎn)品黃色針狀晶體化合物1,產(chǎn)率85%。核磁共振結(jié)果為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

稱取1.14 g NaH2PO4和5.752 g Na2HPO4溶于100 mL的燒杯中,再加入8.0 g NaCl,攪拌溶解后,轉(zhuǎn)移至500 mL的容量瓶中,用去離子水定容得0.1 M的PBS溶液。

稱取0.020 0 g的探針化合物1溶于適量乙醇中,用100 mL容量瓶定容,制成1.0×10-3mol·L?1貯備液,使用時(shí)根據(jù)需要適當(dāng)稀釋。用移液槍分別準(zhǔn)確移取不同濃度的探針母液,加入已配置的次氯酸溶液中,搖勻在室溫下進(jìn)行測(cè)試。激發(fā)波長(zhǎng)為340 nm,狹縫10 nm,發(fā)射光10 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物1的光譜性質(zhì)

2.1.1 熒光光譜

對(duì)探針化合物1熒光光譜性質(zhì)的檢測(cè)是在100 mM PBS緩沖液(pH7.4),探針溶度為10 μM,V乙醇︰V水=1︰1的溶液體系中進(jìn)行的(圖2～3)。由圖2～3可知,探針化合物1自身沒(méi)有熒光,加入次氯酸鈉后,化合物1在490 nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度顯著增加,且該熒光發(fā)射強(qiáng)度隨著次氯酸鈉濃度的增加而逐漸增強(qiáng),其熒光強(qiáng)度與次氯酸鈉的濃度在0～16 μM范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,其線性方程為F=1.819 1+20.864 7X,其線性相關(guān)系數(shù)為0.999 2(圖3)。檢測(cè)下限為0.23 μmol/L。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,化合物1具有高靈敏度,可用于次氯酸根的測(cè)定。

圖2 熒光強(qiáng)度與次氯酸根濃度的變化關(guān)系

圖3 熒光強(qiáng)度與次氯酸根濃度的關(guān)系

2.1.2 選擇性考察

為了確定探針對(duì)次氯酸根離子的選擇性,固定探針的濃度為10 μM,各待測(cè)離子的濃度為16 μM,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下分別測(cè)定 Na+、K+、NO2?、H2O2、KO2、NaClO、OH·、ONOO?、TBHP、Br?和NO3?與探針化合物1反應(yīng)的熒光發(fā)射光譜。由圖4可知,其他氧化物或離子對(duì)探針化合物 1的熒光檢測(cè)幾乎沒(méi)有影響,只有加入 NaClO反應(yīng)后,才產(chǎn)生很強(qiáng)的熒光發(fā)射,這說(shuō)明探針化合物 1對(duì)次氯酸根離子的識(shí)別具有很高的選擇性。以上結(jié)果說(shuō)明,本實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)體系可以選擇性地檢測(cè)次氯酸根離子。

2.1.3 pH值考察

由圖5可知,當(dāng)pH值為3～7時(shí),反應(yīng)體系測(cè)得的熒光強(qiáng)度隨著pH值的增大而逐漸增強(qiáng);當(dāng)pH值為8～12時(shí),反應(yīng)體系測(cè)得的熒光強(qiáng)度隨著pH值的增大逐漸減弱;當(dāng)溶液pH值為7.4時(shí),熒光強(qiáng)度達(dá)到最大值。這說(shuō)明該探針能夠用于生理?xiàng)l件下對(duì)次氯酸根檢測(cè)。

2.1.4 時(shí)間考察

反應(yīng)時(shí)間也是一個(gè)非常重要的因素,因此考察了探針與次氯酸根反應(yīng)的時(shí)間關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,隨著次氯酸根濃度的增大,探針與次氯酸根的反應(yīng)速度加快。當(dāng)體系不加入次氯酸根時(shí),探針的熒光保持不變(圖6中曲線c);當(dāng)次氯酸根的濃度是探針濃度的0.5當(dāng)量,探針的熒光達(dá)到最大值需12 min(圖6中曲線b);當(dāng)次氯酸根的濃度是探針濃度的1.6當(dāng)量時(shí),探針的熒光達(dá)到最大值只需8 min(圖6中曲線a),這說(shuō)明探針能夠更快地檢測(cè)次氯酸根。

2.1.5 Job曲線

為了更好地研究探針化合物1與次氯酸鈉反應(yīng)的比例,本文探討了化合物1對(duì)次氯酸根響應(yīng)的Job曲線。由圖7可知,次氯酸鈉占比為 0.7時(shí),熒光強(qiáng)度最大,這表明次氯酸鈉與探針化合物1是以2︰1反應(yīng)的。

圖4 化合物1對(duì)次氯酸根的選擇性

圖5 pH值對(duì)化合物1與次氯酸根離子反應(yīng)的影響

圖6 化合物1對(duì)次氯酸根響應(yīng)熒光強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系

圖7 化合物1與次氯酸根反應(yīng)的Job曲線

3 結(jié)論

本文合成了一種簡(jiǎn)單的苯并噁二唑熒光探針,該探針可以在VCH3CH2OH︰VPBS=1︰1的緩沖溶液中,對(duì)次氯酸根進(jìn)行關(guān)-開熒光響應(yīng)。利用熒光光譜詳細(xì)的研究了該探針對(duì)次氯酸根的滴定曲線、選擇性、Job曲線、時(shí)間及pH值的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該探針對(duì)次氯酸根具有較好的選擇性、靈敏性和快速反應(yīng)的性能,為次氯酸根的檢測(cè)提供了一種新的手段。

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(責(zé)任編校:劉剛毅)

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

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

2017-02-18

湖南省教育廳一般項(xiàng)目(15C0934);湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目;湖南文理學(xué)院大學(xué)生研創(chuàng)新項(xiàng)目;湖南省十二五重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科—應(yīng)用化學(xué)資助。

10.3969/j.issn.1672-6146.2017.02.007