用于丙酮识别检测的近红外荧光探针及其合成方法和应用
阅读：1032发布：2020-05-23
专利汇可以提供用于丙酮识别检测的近红外荧光探针及其合成方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于丙 酮 识别检测的 近红外 荧光 探针及其合成方法和应用，属于 生物 检测技术及临床医学检测领域，所述近红外荧光探针主要由 荧光染料 和依布硒啉两部分构成其合成方法简单、反应条件易于控制，且反应原料易得，易于工业化生产，该典型结构特征的近红外荧光探针在丙酮识别检测方面具有高灵敏度，与丙酮以化学键的形式连接，可以作为体内外丙酮检测工具，尤其在生物医药、检验分析及智能识别领域的应用发展。，下面是用于丙酮识别检测的近红外荧光探针及其合成方法和应用专利的具体信息内容。
1.用于丙酮识别检测的近红外荧光探针，其化学结构式如下所示：
2.根据权利要求1所述的用于丙酮识别检测的近红外荧光探针的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、取玻璃容器，放入磁子，称取0.5毫摩尔的2-(4'-羟基苯基)-1,2-苯并异硒唑-
3(2H)-酮和0.75～1.0毫摩尔的强碱置入玻璃容器中，再加入15毫升惰性非质子溶剂，充氮气置换、保护，并在-5～35℃的氮气氛围下搅拌15～60分钟，得溶液Ⅰ；
步骤二、称取0.2～0.5毫摩尔的近红外荧光探针IR-780原料，取5～10毫升惰性非质子溶剂溶解，得溶液Ⅱ；
步骤三、将溶液Ⅱ缓慢滴加入溶液Ⅰ中，缓慢升温至50～75℃，在氮气氛围下，保持4～
6h，然后冷却，减压除去惰性非质子溶剂，得到绿色固体；采用硅胶柱层析纯化，洗脱条件为：乙酸乙酯/甲醇＝6/1，收集比移值为0.2的绿色条带，得到墨绿色固体，即为用于丙酮识别检测的近红外荧光探针。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述惰性非质子溶剂为二甲基甲酰胺或四氢呋喃。
4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述强碱为氢化钠、叔丁醇钾、乙醇钠或甲醇钠。
5.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤三中，缓慢升温至50℃，在氮气氛围下，保持4h。
6.根据权利要求1所述的近红外荧光探针在丙酮识别和检测方面的应用。
用于丙酮识别检测的近红外荧光探针及其合成方法和应用
技术领域
背景技术
[0002] 研究能够对丙酮进行识别检测的技术和方法具有重要的现实意义。首先，从环境保护和职业卫生角度来说，丙酮是应用广泛的有机溶剂和化学化工原料之一，长期接触能对眼、喉、粘膜以及外周神经系统等造成损害，对其进行有效的环境监测和生物监测有重要的职业卫生意义。其次，丙酮是某些重要疾病(例如糖尿病，膳食脂肪损失以及充血性心力衰竭等)的生物标志物，作为一种重要的生化指标用于上述疾病的诊断、治疗以及风险评估。丙酮最为显著的作用是作为与糖尿病和人体血糖代谢有关的生物标志物的应用，因此实现对丙酮的识别检测对于糖尿病的诊断、监测及治疗具有重要的指导意义。
[0003] 但是，由于丙酮在体液中的含量往往浓度很低，对检测方法的灵敏度和检测限要求很高。目前国内外主要的检测方式归结起来，主要是色谱法、光度法、传感器法及其他方法等，其中色谱法及色谱-质谱联用技术在丙酮检测中的应用最广泛，但存在费用较高、体型大、需专门的技术人员操作等缺点；光度法操作方法简单，但稳定性及重现性较差；传感器法具有微型化，响应时间短等优点，但是存在选择性差、灵敏度低的问题。因此开发高灵敏度的丙酮识别检测技术是当务之急。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术中的不足，本发明的目的一在于提供一种用于丙酮识别检测的近红外荧光探针，目的二在于提供所述近红外荧光探针的合成方法，目的三在于提供所述近红外荧光探针在丙酮识别和检测方面的应用。通过所述合成方法制备的近红外荧光探针对丙酮具有较好地识别效果，且合成方法简单、反应条件易于控制，反应原料易得，所述近红外荧光探针可以作为体内外丙酮检测工具，尤其是在生物医药、检验分析及智能识别领域的应用。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
[0006] 用于丙酮识别检测的近红外荧光探针，其化学结构式如下所示：
[0007]
[0008] 本发明还进一步提供制备所述用于丙酮识别检测的近红外荧光探针的合成方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤一、取玻璃容器，放入磁子，称取0.5毫摩尔的2-(4'-羟基苯基)-1,2-苯并异硒唑-3(2H)-酮和0.75～1.0毫摩尔的强碱置入玻璃容器中，再加入15毫升惰性非质子溶剂，充氮气置换、保护，并在-5～35℃的氮气氛围下搅拌15～60分钟，得溶液Ⅰ；
[0010] 步骤二、称取0.2～0.5毫摩尔的近红外荧光探针IR-780原料，取5～10毫升惰性非质子溶剂溶解，得溶液Ⅱ；
[0011] 步骤三、将溶液Ⅱ缓慢滴加入溶液Ⅰ中，缓慢升温至50～75℃，在氮气氛围下，保持4～6h，然后冷却，减压除去惰性非质子溶剂，得到绿色固体；采用硅胶柱层析纯化，洗脱条件为：乙酸乙酯/甲醇＝6/1，收集比移值为0.2的绿色条带，得到墨绿色固体，即为用于丙酮识别检测的近红外荧光探针。
[0012] 作为对上述方案的进一步优化，所述惰性非质子溶剂为二甲基甲酰胺或四氢呋喃。
[0014] 作为对上述方案的进一步优化，步骤三中，缓慢升温至50℃，在氮气氛围下，保持4h。
[0016] 有益效果：
[0017] 1、本发明所述的近红外荧光探针，系首次发现并合成的，在功能方面，其对丙酮具有识别作用，荧光光谱的最大激发波长为465nm，最大发射波长为807nm。所述荧光探针对丙酮具有识别效应，具体表现为荧光增强，且呈浓度依赖关系，尤其是当丙酮浓度为探针浓度的2倍～3倍时荧光增强更为明显，这为所述近红外荧光探针的进一步应用奠定了基础。
[0018] 2、本发明所述近红外荧光探针的合成方法简单、反应条件易于控制，且反应原料易得，易于工业化生产，合成的近红外荧光探针主要由荧光染料和依布硒啉两部分构成，该典型结构特征的近红外荧光探针在丙酮识别检测方面具有高灵敏度，可以作为体内外丙酮检测工具，尤其在生物医药、检验分析及智能识别领域的应用发展。附图说明
[0019] 图1是本发明所述近红外荧光探针的合成路线图；
[0020] 图2是本发明所述近红外荧光探针的丙酮识别作用机理图；
[0021] 图3是本发明所述近红外荧光探针与丙酮识别检测的荧光光谱图；
[0022] 图4是本发明所述近红外荧光探针与丙酮识别检测中丙酮浓度与荧光强度的关系图；
[0023] 图5是本发明所述近红外荧光探针与丙酮识别物(结合产物)的高分辨电喷雾飞行时间(ESI-TOF-MS)质谱图；
[0024] 图6是具有丙酮识别效应的近红外荧光探针的氢谱数据图；
[0026] 图8是具有丙酮识别效应的近红外荧光探针的高分辨质谱数据。
具体实施方式
[0027] 本发明提供一种具有丙酮识别检测作用的近红外荧光探针，该荧光探针的结构特征主要由荧光染料和依布硒啉两部分构成。本发明公开一种典型结构特征的近红外荧光探针，其结构式如下所示：
[0028]
[0029] 一种具有丙酮识别检测作用的近红外荧光探针的合成方法，具体操作如下：
[0030] (1)取100ml三口烧瓶，放入磁子，精密称取0.5毫摩尔的2-(4'-羟基苯基)-1,2-苯并异硒唑-3(2H)-酮，0.75～1.0毫摩尔的强碱，再加入15毫升惰性非质子溶剂，充氮气置换、保护，并在-5～35℃的氮气氛围下搅拌15～60分钟，得溶液Ⅰ。
[0031] (2)然后，精密称取0.2～0.5毫摩尔的市售的近红外荧光探针IR-780原料(一种中位氯取代的七甲川菁染料)，取5～10毫升与步骤(1)相同的惰性非质子溶剂溶解，得溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ缓慢滴加入溶液Ⅰ中，缓慢升温至50～75℃，在氮气氛围下，保持4～6h，然后冷却，减压除去惰性非质子溶剂，得到绿色固体，采用硅胶柱层析纯化，洗脱条件为：乙酸乙酯/甲醇＝6/1，收集比移值(Rf值)为0.2的绿色条带，得到墨绿色固体0.10～0.40g，产率为50～92％。
[0032] 优选地，上述步骤(1)和步骤(2)中所述的惰性非质子溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃(THF)。
[0033] 上述步骤(1)中所述的强碱为氢化钠(NaH)、叔丁醇钾(t-BuOK)、乙醇钠(EtONa)或甲醇钠(MeONa)。
[0034] 作为技术方案的优选，上述步骤(2)中，加热的反应温度为50℃时，反应时间为4h。
[0035] 采用上述合成方法制备合成具有对丙酮识别作用的近红外荧光探针，其合成路线如图1所示。所合成的该近红外荧光探针对丙酮具有识别作用(如图2所示)，其荧光光谱的最大激发波长为465nm，最大发射波长为807nm。该荧光探针对丙酮具有识别效应，具体表现为荧光增强，且呈浓度依赖关系，尤其是当丙酮浓度为探针浓度的2倍～3倍时荧光增强较为明显(如图3和图4所示)。
[0036] 所述近红外荧光探针对丙酮的识别作用得到高分辨电喷雾飞行时间(ESI-TOF-MS)质谱的证实。采用高分辨电喷雾飞行时间(ESI-TOF-MS)质谱法测试探针与丙酮识别溶液中的组分分子量，得到两组分子离子峰，质荷比分别为794.3064和852.3639，前者归属为该荧光探针的正离子峰[M-I]+(计算值794.3219)，后者归属为该荧光探针与丙酮识别反应后形成的新产物的正离子峰[M-I]+(计算值852.3638)，两者的质荷比差值(58.0575)与丙酮的分子量58.0420吻合，说明丙酮与荧光探针之间是通过化学键的形式连接(如图5所示)。因此，该结构特征的近红外荧光探针对丙酮具有识别作用，有望发展成为体内外丙酮检测工具，尤其在生物医药、检验分析及智能识别领域的应用。
[0037] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0038] 实施例1
[0039] (1)取100ml三口烧瓶，放入磁子，精密称取0.5毫摩尔的2-(4'-羟基苯基)-1,2-苯并异硒唑-3(2H)-酮，0.75毫摩尔的NaH，再加入15毫升干燥的DMF，充氮气置换、保护，并在-5℃的氮气氛围下搅拌15分钟，得溶液Ⅰ。
[0040] (2)精密称取0.2毫摩尔的市售的近红外荧光探针IR-780原料(一种中位氯取代的七甲川菁染料)，取5毫升溶剂DMF溶解，得溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ缓慢滴加入溶液Ⅰ中，缓慢升温至50℃，在氮气氛围下，保持4h，然后冷却，减压除去惰性非质子溶剂，得到绿色固体，采用硅胶柱层析纯化,洗脱条件为：乙酸乙酯/甲醇＝6/1，收集比移值(Rf值)为0.2的绿色条带，得到墨绿色固体0.10g，即为近红外荧光探针，产率为50％。
[0041] 1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ8.01(d,J＝14.2Hz,1H),7.86(d,J＝14.2Hz,1H),7.84–7.79(m,1H),7.66–7.49(m,4H),7.43–7.30(m,5H),7.27–7.16(m,3H),6.82(d,J＝8.8Hz,
1H),6.20(t,J＝13.8Hz,2H),4.14(d,J＝7.4Hz,3H),3.95(s,1H),2.73(s,2H),2.59(d,J＝
6.2Hz,2H),1.81–1.69(m,4H),1.66(s,4H),1.34(s,6H),1.23(s,3H),1.10(s,3H),1.00–
0.90(m,6H).13C NMR(101MHz,DMSO-d6)δ172.21,171.83,171.83,165.18,163.08,157.25,
155.82,142.84,142.65,141.41,141.23,140.56,131.56,130.42,130.33,128.98,128.94,
127.80,127.72,126.83,126.78,126.12,125.26,125.05,122.91,122.22,121.82,115.92,
115.31,111.76,111.60,100.79,100.14,64.94,63.27,49.10,45.37,45.25,29.48,28.32,
27.81,24.22,22.56,21.23,21.18,20.85,20.80,15.35,11.58.HRMS:m/z[M-I]的实测值为
794.3220(理论值为794.3219)。
1H),6.20(t,J＝13.8Hz,2H),4.14(d,J＝7.4Hz,3H),3.95(s,1H),2.73(s,2H),2.59(d,J＝
6.2Hz,2H),1.81–1.69(m,4H),1.66(s,4H),1.34(s,6H),1.23(s,3H),1.10(s,3H),1.00–
0.90(m,6H).13C NMR(101MHz,DMSO-d6)δ172.21,171.83,171.83,165.18,163.08,157.25,
155.82,142.84,142.65,141.41,141.23,140.56,131.56,130.42,130.33,128.98,128.94,
127.80,127.72,126.83,126.78,126.12,125.26,125.05,122.91,122.22,121.82,115.92,
115.31,111.76,111.60,100.79,100.14,64.94,63.27,49.10,45.37,45.25,29.48,28.32,
27.81,24.22,22.56,21.23,21.18,20.85,20.80,15.35,11.58.HRMS:m/z[M-I]的实测值为
794.3220(理论值为794.3219)。
[0042] 上述合成的具有丙酮识别效应的荧光探针的结构表征采用核磁共振波谱(NMR)和高分辨质谱法(HRMS)测定，结果见附图6-8。
[0043] 实施例2
[0044] (1)取100ml三口烧瓶，放入磁子，精密称取0.5毫摩尔的2-(4'-羟基苯基)-1,2-苯并异硒唑-3(2H)-酮，0.75毫摩尔的叔丁醇钾，再加入15毫升干燥的THF，充氮气置换、保护，并在15℃的氮气氛围下搅拌30分钟，得溶液Ⅰ。
[0045] (2)精密称取0.3毫摩尔的市售的近红外荧光探针IR-780原料(一种中位氯取代的七甲川菁染料)，取7.5毫升溶剂THF溶解，得溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ缓慢滴加入溶液Ⅰ中，缓慢升温至60℃，在氮气氛围下，保持5h，然后冷却，减压除去溶剂THF，得到绿色固体，采用硅胶柱层析纯化,洗脱条件为：乙酸乙酯/甲醇＝6/1，收集比移值(Rf值)为0.2的绿色条带，得到墨绿色固体0.12g，产率为92％。
[0046] 实施例3
[0047] (1)取100ml三口烧瓶，放入磁子，精密称取0.5毫摩尔的2-(4'-羟基苯基)-1,2-苯并异硒唑-3(2H)-酮，1.0毫摩尔的乙醇钠，再加入15毫升干燥的THF，充氮气置换、保护，并在35℃的氮气氛围下搅拌60分钟，得溶液Ⅰ。
[0048] (2)精密称取0.5毫摩尔的市售的近红外荧光探针IR-780原料(一种中位氯取代的七甲川菁染料)，取15毫升溶剂THF溶解，得溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ缓慢滴加入溶液Ⅰ中，缓慢升温至75℃，在氮气氛围下，保持6h，然后冷却，减压除去溶剂THF，得到绿色固体，采用硅胶柱层析纯化,洗脱条件为：乙酸乙酯/甲醇＝6/1，收集比移值(Rf值)为0.2的绿色条带，得到墨绿色固体0.40g，产率为82％。
[0049] 需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
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