一种聚噻吩衍生物及其制备方法和在苦味酸快速检测中的应用专利检索-苦味剂调味剂食品添加剂调味料，色素和添加剂专利检索查询-专利查询网

一种聚噻吩衍生物及其制备方法和在苦味酸快速检测中的应用

阅读：725发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种聚噻吩衍生物及其制备方法和在苦味酸快速检测中的应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及苦味酸检测领域，公开了一种聚噻吩衍生物及其制备方法和应用，该聚噻吩衍生物具有式(I)所示的结构。本发明提供的该式(I)所示结构的聚噻吩衍生物具有良好的水溶性，并且能够实现高灵敏度且特异性地检测苦味酸。，下面是一种聚噻吩衍生物及其制备方法和在苦味酸快速检测中的应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种聚噻吩衍生物，其特征在于，该聚噻吩衍生物具有式(I)所示的结构：
其中，在式(I)中，
R1和R2各自独立地选自C1-6的烷基；m为0、1、2、3或4；M选自Cl、Br和I中的任意一种；n为正整数，且n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量大于等于0.2万。
2.根据权利要求1所述的聚噻吩衍生物，其特征在于，R1和R2各自独立地选自C1-4的烷基；m为0、1或2；M为Cl；n为正整数，且n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量为0.3万至5万。
3.根据权利要求1所述的聚噻吩衍生物，其特征在于，R1和R2均为甲基；m为1；M为Cl；n为正整数，且n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量为0.3万至4万。
4.一种制备权利要求1-3中任意一项所述的聚噻吩衍生物的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将式(II)所示的化合物与式(III)所示的化合物进行第一接触反应，得到式(IV)所示的化合物；
(2)在溶剂存在下，将所述式(IV)所示的化合物与水合肼进行第二接触反应；
其中，在式(II)、式(III)和式(IV)中所涉及的R1、R2、m、n的定义与权利要求1-3中任意一项所述的定义相同；
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一接触反应的条件包括：反应温度为30-80℃，反应时间为8-48h。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二接触反应的条件包括：反应温度为15-55℃，反应时间为8-48h。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，在所述步骤(1)中，该方法还包括：
将进行所述第一接触反应后所得反应混合物依次进行除溶剂处理和沉淀处理，然后得到所述式(IV)所示的化合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述沉淀处理的步骤包括：将进行所述除溶剂处理后所得粗产物固体用甲醇进行溶解，并向溶解后所得溶液中加入乙醚以进行沉淀。
9.权利要求1-3中任意一项所述的聚噻吩衍生物在检测苦味酸中的应用。

说明书全文

一种聚噻吩衍生物及其制备方法和在苦味酸快速检测中的

应用

技术领域

[0001] 本发明涉及苦味酸检测领域，具体涉及一种聚噻吩衍生物及其制备方法和在苦味酸快速检测中的应用。

背景技术

[0002] 2,4,6-三硝基苯酚(TNP)，因其具有强烈的苦味，且受硝基吸电子的影响具有很强的酸性而被称为苦味酸。

[0003] TNP的爆炸威力高于TNT、DNT，是一种被广泛使用的爆炸物，并且其在医药、农药、炸药和染料等精细化学品中作为重要的中间体。

[0004] 然而，TNP对人体健康有着潜在的危害，当接触到皮肤时，会引起接触性皮炎、结膜炎等，且长期的接触可导致慢性中毒即引起头痛、头晕、食欲不振和呕吐等症状，严重时还会损害肝脏和肾脏。

[0005] 另外，TNP在水中具有较好的溶解度，所以当其泄漏进入地下水或土壤中时，会导致大面积的污染，不仅对环境造成巨大的威胁，对人体健康的危害也是不容小觑的。现如今，美国环境保护局已将TNP列为主要的环境污染物之一。

[0006] 因此，有必要对危害国土安全、国民健康和环境保护的污染物TNP进行快速且灵敏的检测。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为了克服现有技术的检测TNP的方法中存在的检测效率低，且灵敏度低的缺陷。

[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了以下的技术方案。

[0009] 第一，本发明提供了一种聚噻吩衍生物，其特征在于，该聚噻吩衍生物具有式(I)所示的结构：

[0010]

[0011] 其中，在式(I)中，

[0012] R1和R2各自独立地选自C1-6的烷基；m为0、1、2、3或4；M选自Cl、Br和I中的任意一种；n为正整数，且n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量大于等于0.2万。

[0013] 本发明对式(I)中的n的最大值没有特别的要求，从经济性角度考虑，优选n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量小于等于20万。

[0014] 所述“C1-6的烷基”表示碳原子总数为1-6的烷基，包括直链烷基、支链烷基，例如可以为碳原子总数为1、2、3、4、5或6的直链烷基、支链烷基，例如可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基等。后文的“C1-4的烷基”等与“C1-6的烷基”有相似的定义。

[0015] 优选情况下，在式(I)中，R1和R2各自独立地选自C1-4的烷基；m为0、1或2；M为Cl；n为正整数，且n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量为0.3万至5万。

[0016] 特别优选地，在式(I)中，R1和R2均为甲基；m为1；M为Cl；n为正整数，且n使得所述聚噻吩衍生物的重均分子量为0.3万至4万；本发明定义该特别优选情况下的具体化合物为式(I-1)所示的化合物。

[0017]

[0018] 本发明提供的该式(I)所示结构的聚噻吩衍生物具有良好的水溶性，并且能够实现高灵敏度且特异性地检测苦味酸。特别是本发明提供的上述式(I-1)所示的化合物，在检测苦味酸的应用中呈现出明显更优的灵敏度。

[0019] 另外，本发明提供的式(I)所示结构的聚噻吩衍生物为共轭聚电解质，包含具有良好光学性质的主链和能够保证良好水溶性的侧链。并且，在传感中聚合物主链通过改变构象状态输出信号变化。该式(I)所示结构的聚噻吩衍生物具有作为传感探针材料一大优势，即构象敏感性。

[0020] 本发明的式(I)所示结构的聚噻吩衍生物在溶液中构象和聚集状态对外界刺激展现出不同的状态，并且这种聚噻吩衍生物构象和聚集状态的改变能够改变其链的有效共轭长度，进而引起其光学特性的变化，如溶液颜色的变化和荧光的开启或淬灭现象。

[0021] 本发明对于制备前述式(I)所示结构的聚噻吩衍生物的制备方法没有特别的限制，本领域技术人员在阅读了本发明的技术方案以后可以采用本领域常规的有机合成方法制备获得。但是，为了获得更高质量和收率的式(I)所示结构的聚噻吩衍生物，本发明提供如下所述的优选的制备方法制备式(I)所示结构的聚噻吩衍生物，具体地：

[0022] 第二，本发明提供了一种制备前述聚噻吩衍生物的方法，其特征在于，该方法包括：

[0023] (1)将式(II)所示的化合物与式(III)所示的化合物进行第一接触反应，得到式(IV)所示的化合物；

[0024] (2)在溶剂存在下，将所述式(IV)所示的化合物与水合肼进行第二接触反应；

[0025] 其中，在式(II)、式(III)和式(IV)中所涉及的R1、R2、m、n的定义与本发明前述的定义相同；

[0026]

[0027]

[0028] 在本发明的制备方法中，针对各化合物中的取代基的情况，均与本发明前述关于式(I)所示结构的聚噻吩衍生物方面的叙述中的取代基的情况完全相同，本发明在此处不再重复说明。

[0029] 本发明对式(II)所示的化合物的来源没有特别的限制，例如可以通过商购获得，也可以通过采用现有技术提供的方法合成得到。本发明的后续具体实施方式部分示例性地列举了合成式(II)所示的化合物的方法，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。

[0030] 优选情况下，所述第一接触反应的条件包括：反应温度为30-80℃，反应时间为8-48h。

[0031] 优选地，所述第二接触反应的条件包括：反应温度为15-55℃，反应时间为8-48h。

[0032] 根据一种优选的具体实施方式，在所述步骤(1)中，该方法还包括：将进行所述第一接触反应后所得反应混合物依次进行除溶剂处理和沉淀处理，然后得到所述式(IV)所示的化合物。

[0033] 更优选地，所述沉淀处理的步骤包括：将进行所述除溶剂处理后所得粗产物固体用甲醇进行溶解，并向溶解后所得溶液中加入乙醚以进行沉淀。

[0034] 第三，本发明还提供了前述聚噻吩衍生物在检测苦味酸中的应用。

[0035] 发明人发现，将前述聚噻吩衍生物用于苦味酸的检测时，能够实现比色和荧光双重的响应的效果，即聚噻吩衍生物的溶液颜色为黄色，当加入苦味酸后，颜色从黄色变成了暗红色，并且荧光发生明显的淬灭。

[0036] 并且，本发明的前述聚噻吩衍生物的检测限低至10nM，并且在溶液中的可视化效果明显，且肉眼检测限低至2.5μM。

[0037] 发明人将前述聚噻吩衍生物形成的探针溶液制备成试纸条，用于TNP的现场检测，试纸条上红色的荧光在加入苦味酸后发生明显的淬灭，效果明显，且检测限低至10μM。

[0038] 发明人考虑，本发明的聚噻吩衍生物之所以具有优异的苦味酸检测功能，可能是基于如下原理：本发明的聚噻吩衍生物包含多个正电荷，而苦味酸带有多个强吸电子的硝基和一个酚羟基，在水溶液中能够发生羟基电离，使得苦味酸带有负电荷，这就使两者之间产生很强的静电相互作用，除此之外，聚合物侧链修饰的N,N-二甲基苄胺官能团能够增强与苦味酸的π-π堆叠相互作用，同时，亲水的季铵盐官能团部分和疏水的主链和烷基链部分，使其与苦味酸发生疏水相互作用。另外，水溶性聚噻吩衍生物在加入待测物苦味酸后，在多种相互作用的影响下会使得聚噻吩衍生物从无规卷曲的状态转变为聚集状态，从而使溶液的颜色发生变化并伴随着荧光的淬灭现象。附图说明

[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0040] 图1为式(I-1)的核磁共振氢谱图；

[0041] 图2为式(I-1)的核磁共振碳谱图；

[0042] 图3(A)为在HEPES(10mM，pH＝7.4)缓冲液中，式(I-1)(0.1mM)与不同浓度的TNP作用的紫外吸收光谱图；

[0043] 图3(B)是苦味酸浓度与吸收比值A540/A410的关系图；

[0044] 图4为HEPES(10mM,pH＝7.4)缓冲液中，式(I-1)在530nm处的荧光随苦味酸浓度的淬灭程度；

[0045] 图5为HEPES(10mM,pH＝7.4)缓冲液中，式(I-1)与苦味酸以及其他干扰物作用的相对吸收值图；

[0046] 图6(A)是式(I-1)浓度为0.05mM，加入不同浓度的苦味酸在普通灯光的溶液的照片；

[0047] 图6(B)是式(I-1)浓度为0.05mM，加入不同浓度的苦味酸在365nm的紫外灯照射下的照片；

[0048] 图7(A)为制备式(I-1)纸片传感器用于苦味酸普通灯光下的检测；

[0049] 图7(B)为制备式(I-1)纸片传感器用于苦味酸365nm的紫外灯灯光下的检测；

[0050] 图8(A)为室内普通灯光照明下，式(I-1)在水溶液中对苦味酸选择性考察过程中的溶液颜色的变化；

[0051] 图8(B)为365nm的紫外灯照射下，式(I-1)在水溶液中对苦味酸选择性考察过程中荧光的变化；

[0052] 图9(A)为在含有不同浓度苦味酸的湖水样品中加入0.1mM浓度的式(I-1)的紫外吸收图谱；

[0053] 图9(B)为含有苦味酸的湖水样品中加入0.1mM浓度的式(I-1)的溶液颜色和荧光的变化；

[0054] 图10(A)为在含有不同浓度苦味酸的土壤样品中加入0.1mM浓度的式(I-1)的紫外吸收图谱；

[0055] 图10(B)为含有苦味酸的土壤样品中加入0.1mM浓度的式(I-1)的溶液颜色和荧光的变化。

具体实施方式

[0056] 以下结合实例对本发明所述的式(I)所示结构的聚噻吩衍生物及其制备方法和应用进行详细描述。

[0057] 实施例1

[0058] 制备式(I-1)所示的化合物。

[0059]

[0060] 将0.64g的3-(3-溴)丙氧基-4-甲基噻吩加入到20ml的N,N-二甲基苄胺的溶液中，混合物在50℃的环境下搅拌24小时后，利用旋转蒸发仪蒸干未反应的溶剂，得到的粗产物固体重新用少量的甲醇溶解，再加入大量的乙醚进行沉淀，沉淀离心后干燥，得到白色固体产物(3-(4-甲基-3’-噻吩氧基)丙基二甲基苄基溴化铵)，产率40％。

[0061] 取300mg的3-(4-甲基-3’-噻吩氧基)丙基二甲基苄基溴化铵溶解在25ml的氯仿溶液中，加入525mg的无水氯化铁，在氮气的氛围下加热至30℃反应24小时。反应结束后，用旋转蒸发仪蒸干溶剂，所得的固体加入大量的甲醇洗涤，过滤，得到的滤渣用大量的甲醇溶解，再加入3ml左右的水合肼还原过夜。第二天将溶液离心3次，每次5分钟，所得上清液再次过滤，随后透析两天，冻干，得红色固体，产率42.8％。

[0062] 对红色固体进行核磁共振氢谱检测和碳谱检测，结果如图1和图2，结果表明，本实施例合成了如式(I-1)所示结构的化合物。

[0063] 实施例2

[0064] 准备各备用物质。

[0065] 缓冲液的制备：称取4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)固体，用蒸馏水配制成500ml浓度为10mM的HEPES缓冲溶液，用1M的氢氧化钠标准溶液调节其pH值为7.4。将其放于4℃冰箱中保存备用。

[0066] 探针母液的制备：称取式(I-1)所述的固体，用蒸馏水配制成浓度为5mM的母液，将其分装成相同体积的溶液于小瓶中备用。光谱测试时用配好的HEPES缓冲溶液(10mM,pH＝7.4)稀释至一定浓度用于测试。

[0067] 待测物及干扰物的制备：将苦味酸用蒸馏水配制成浓度为5mM储备液备用。其他干扰物用蒸馏水或者甲醇配制成5mM的储备液。将这些溶液放于4℃冰箱中保存备用。

[0068] 实际样品的制备：水样取自北京市圆明园湖水，将其用10mM的HEPES缓冲液稀释10倍用于紫外光谱的测定；土壤提取液是将1g的土壤溶于100ml的HEPES缓冲液中充分搅拌，用孔径为0.45μm的聚四氟乙烯滤膜抽滤后的滤液用于实验。

[0069] 试纸条的制备：准备多张滤纸，浸泡在特定浓度的式(I-1)的探针溶液中10s后取出，在室温下晾干用于可视化检测。

[0070] 实施例3

[0071] 紫外光谱的测试：将5mM的式(I-1)溶液，取20μl的探针母液和980μl10mM的HEPES缓冲液混合加入到1ml的样品池中，混合均匀后，测定探针缓冲液的紫外吸收光谱。随后，向样品池中逐渐加入一定浓度梯度的苦味酸，混合均匀后测定相应的紫外吸收光谱。

[0072] 结果如图3(A)所示(也即，图3(A)表示，在HEPES(10mM，pH＝7.4)缓冲液中，式(I-1)(0.1mM)与不同浓度的TNP作用的紫外吸收光谱图)。

[0073] 式(I-1)自身在水溶液中的最大吸收峰在410nm左右，随着苦味酸的逐渐加入，式(I-1)的最大吸收波长发生红移，并且在540nm和597nm处出现两个新的吸收峰，与此同时伴随着溶液颜色的变化从原来的黄色变成暗红色。

[0074] 另外，图3(B)是苦味酸浓度与吸收比值A540/A410的关系图，其中，A540为不同浓度苦味酸对应在540nm处的吸收强度，A410为不同浓度苦味酸对应在410nm处的吸收强度，从图中可以看出苦味酸浓度在1-13μM范围内，与A540/A410呈现出良好的线性关系(R＝0.992)，这意味着在此范围内式(I-1)能够对苦味酸进行定量的检测。

[0075] 实施例4

[0076] 荧光光谱的测试：将5mM的式(II)溶液，取10μl的探针母液和990μl10mM的HEPES缓冲液混合加入到1ml的样品池中，混合均匀后，测定探针缓冲液的紫外吸收光谱。随后，向样品池中逐渐加入一定浓度梯度的苦味酸，混合均匀后测定相应的紫外吸收光谱。

[0077] 结果如图4所示(也即，图4表示，HEPES(10mM,pH＝7.4)缓冲液中，式(I-1)在530nm处的荧光随苦味酸浓度的淬灭程度。QI＝[(I0-I)/I0]×100％，λex＝410nm)。

[0078] 式(I-1)在410nm的激发波长下被激发，发射出在530nm处的最大发射峰，并在水溶液中发射出强烈的黄绿色荧光，随着苦味酸的加入，式(I-1)的荧光发射强度逐渐降低，当苦味酸的浓度滴加至5μM时，式(I-1)的淬灭程度达到了96％。根据检测限的推算方法可知，式(I-1)对苦味酸的检测限为10nM。

[0079] 实施例5

[0080] 选择性研究：选取与苦味酸结构相似的干扰物，芳香族类硝基化合物和脂肪族类硝基化合物，还包括常见的无机金属阴离子和阳离子。其中芳香族化合物有2,4-二硝基甲苯(DNT)、硝基苯(NB)、4-硝基苯酚(NP)、甲苯(MB)、苯酚(PHE)、2,4-二硝基苯酚(DNP)、2,4,6-三硝基甲苯(TNT)，脂肪族化合物为3-硝基丙酸(NPA)，常见的阴阳离子包括K+，Ca2+，Mg2+，Na+，CO32-，NO3-，SO42-和H2PO42-。测试中式(I-1)浓度为0.1mM，所有的干扰物浓度均为20μM，在相同的测试条件下进行紫外吸收光谱的测试。将540nm处的吸收值与410nm处的吸收值作比值，A540/A410作为衡量式(I-1)对待测物质的响应程度的参数。

[0081] 结果如图5所示(也即，图5表示，HEPES(10mM,pH＝7.4)缓冲液中，式(I-1)与苦味酸以及其他干扰物作用的相对吸收值图)。

[0082] 从图中可以看出，除了苦味酸以外，其余干扰物的A540/A410值都很低，这一结果表明了式(I-1)对苦味酸具有很高的选择性。

[0083] 实施例6

[0084] 可视化检测：式(I-1)浓度为0.1mM，加入不同浓度的苦味酸。

[0085] 图6(A)是在普通灯光的溶液的照片，随着苦味酸浓度的增加，溶液颜色逐渐从黄色变成暗红色；图6(B)是式(I-1)浓度为0.05mM，加入不同浓度的苦味酸在365nm的紫外灯照射下的照片，随着苦味酸浓度的增加，相应的溶液荧光颜色从黄绿色荧光逐渐变暗直到完全淬灭，可视化检测限为2.5μM。

[0086] 实施例7

[0087] 制备式(I-1)纸片传感器用于苦味酸的检测。

[0088] 在测试前，准备好裁剪好的试纸条，将其浸泡在1mM的式(I-1)的溶液中10s中，取出后晾干，然后在干的含有式(I-1)探针的试纸条上滴加10μl不同浓度(0μM、0.01μM、0.1μM、1μM、10μM、50μM、100μM)的苦味酸溶液，为了实现检测结果的明显对比，分别在普通灯光和365nm的紫外灯照射下观察试纸条的变化，结果如图7所示，图7(A)在普通灯光下的试纸条无明显变化，但在图7(B)中能够观察到，随着试纸条上苦味酸浓度的逐渐增加，试纸条上红色的荧光逐渐变暗。通过肉眼能够清楚的观察到，当苦味酸浓度高于10μM之后，试纸条荧光的淬灭变得较为明显，因此将10μM设定为式(I-1)对苦味酸的试纸条的可视化检测限。

[0089] 实施例8

[0090] 为了更直观的观察式(I-1)与苦味酸及其干扰物相互作用后的效果图，分别在室内普通灯光照明下和用365nm的紫外灯照射下，监测了式(I-1)在水溶液中对苦味酸选择性考察过程中的溶液颜色和荧光的变化。

[0091] 选择除苦味酸以外的7种与其结构类似的有机化合物，如图8所示，当向0.2mM的式(I-1)溶液中加入浓度为40μM的干扰物后，溶液颜色没有发生变化，而当苦味酸加入后，溶液颜色由原来的黄色变成了暗红色，并且只有苦味酸的加入使得原来黄绿色的荧光发生强烈淬灭，而加入其他干扰物，荧光强度基本没有发生变化。

[0092] 实施例9

[0093] 实际样品的应用：为了验证该检测方法在实际样品中的可行性，采集了湖水样品和土壤样品用于紫外吸收光谱的测定。在湖水样品中加入0.1mM浓度的式(I-1)，再通过滴定的方法滴加苦味酸，测定紫外吸收光谱。

[0094] 从图9(A)可知，随着苦味酸浓度的增加，式(I-1)的最大吸收波长红移，并且在540nm和597nm处出现两个新的吸收峰。在图9(B)中，湖水溶液的颜色从黄色变成了暗红色，荧光发生明显的淬灭。

[0095] 实施例10

[0096] 将式(I-1)在土壤提取液中配制成0.1mM浓度的探针溶液，然后逐渐加入苦味酸，结果如图8所示。

[0097] 从图10(A)可知，随着苦味酸浓度的增加，式(I-1)的紫外吸收光谱发生红移，同时出现新的吸收峰。在图10(B)中还伴随着溶液颜色的变化和荧光的淬灭行为。

[0098] 由上述结果可知，本发明的式(I)所示结构的聚噻吩衍生物具有良好的水溶性，并且能够实现高灵敏度且特异性地检测苦味酸。

[0099] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种通过平衡五味减肥的中药食疗保健制剂	2020-05-08	256
一种痔疮调理散茶及其制备方法	2020-05-12	698
甲基薄荷醇衍生物和含有其的冷感剂组合物	2020-05-12	273
一种抑制肝糖异生的非苦味苦瓜三萜组合物及其应用	2020-05-08	1003
含氯丙咪嗪的遮味口服药物制剂	2020-05-08	909
用于低碳微合金钢细小奥氏体晶界显示的腐蚀剂及使用方法	2020-05-08	857
一种燃料添加剂混合物及其应用	2020-05-11	344
一种由柠檬醛制备橙花醇和香叶醇的方法	2020-05-11	607
一种天然复配甜味剂及其制备方法	2020-05-08	484
金属β-内酰胺酶抑制剂	2020-05-13	191