一種基于蒽醌衍生物的用于零價(jià)鈀檢測(cè)熒光探針的構(gòu)建與性能研究

周東亮

(河南省自然資源投資集團(tuán)有限公司，中原能礦投資開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450000)

0 前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，重金屬和過(guò)渡金屬在化學(xué)、生物和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鈀是一種十分重要的過(guò)渡金屬，被廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)和材料工業(yè)中，如藥物催化劑、醫(yī)療器械、牙科合金、燃料電池和電子產(chǎn)品等[1]。然而，即使在最終產(chǎn)品純化后，仍殘留300×10-6～2 000×10-6的殘余鈀，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于藥物中國(guó)家規(guī)定鈀的限量值(5×10-6～10×10-6)[2]。鈀能與生物體中含有巰基的氨基酸、蛋白質(zhì)(酪蛋白、絲素蛋白和許多酶)、DNA和其他大分子(維生素B6)結(jié)合，當(dāng)這種重金屬在人體內(nèi)累積時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生理紊亂。因此迫切需要有效的方法來(lái)檢測(cè)痕量鈀[3]。目前常用的鈀檢測(cè)方法有原子吸收光譜法(AAS)、等離子體發(fā)射法(如ICP-MS和ICP-AES)和X射線熒光法等。然而，這些方法需要精密昂貴的儀器，復(fù)雜的樣品預(yù)處理程序，訓(xùn)練有素的個(gè)體和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件。因此，目前迫切需要一種簡(jiǎn)便、特異、選擇性地檢測(cè)鈀的方法。

熒光探針分析法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)損檢測(cè)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于重金屬和活性小分子的檢測(cè)領(lǐng)域。常見的熒光探針按照熒光強(qiáng)度的變化主要分為熒光增強(qiáng)型、熒光淬滅型和熒光比率型[4]。本文基于蒽醌衍生物設(shè)計(jì)開發(fā)了一例用于鈀檢測(cè)熒光淬滅型探針分子。蒽醌衍生物具有熒光量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性好、易修飾等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種熒光探針的構(gòu)建[5]。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，甲酸烯丙基酯基團(tuán)常被用作鈀離子的識(shí)別基團(tuán)，本研究將氯甲酸烯丙基酯與蒽醌衍生物(中間體1)結(jié)構(gòu)中的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)合成得到了探針PdL1。該探針通過(guò)兩步有機(jī)合成反應(yīng)得到，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，提純方法簡(jiǎn)單，并具有較高的產(chǎn)率。探針PdL1的化學(xué)結(jié)構(gòu)通過(guò)核磁氫譜、碳譜和高分辨質(zhì)譜的確證。通過(guò)熒光光譜儀等分析測(cè)試儀器測(cè)試，該探針對(duì)零價(jià)鈀具有專一的選擇性，并能夠克服其他常見金屬離子的干擾，是一例優(yōu)異的用于鈀離子識(shí)別的熒光探針。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

R-1001型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)；MS300加熱型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，上海般特儀器；HC2004型電子天平，上?；ǔ备呖疲籞F-5手持式紫外線分析儀，上海邦西儀器；DZF-6020真空干燥箱，上海一恒；F-7000熒光光譜儀，日本Hitachi；Q-Exactive型高分辨質(zhì)譜儀，美國(guó)Thermo；DTX-400型核磁共振儀，德國(guó)Bruker。

1.2 試劑和溶劑

實(shí)驗(yàn)所用試劑和溶劑均為分析純，購(gòu)買自試劑公司并直接使用。對(duì)羥基苯甲醛、1,2-二氨基蒽醌和N-2-羥乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸(HEPES)購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氯甲酸烯丙基酯、三氟乙酸、三乙胺購(gòu)自上海泰坦科技股份有限公司；所用甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯等分析純?nèi)軇?，均?gòu)自天津市四友精細(xì)化學(xué)品有限公司；四(三苯基膦)鈀(零價(jià))和各種金屬鹽均購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；48～75 μm(200～300目)柱層析硅膠購(gòu)自青島海洋化工有限公司。

1.3 有機(jī)合成

探針PdL1的合成路線如圖1所示。中間體1為文獻(xiàn)報(bào)道的已確證結(jié)構(gòu)化合物，并參考相關(guān)文獻(xiàn)合成所得[6]。具體合成方法如下：50 mL的單口燒瓶中，將商品化的1,2-二氨基蒽醌(288 mg,1 mmol)、對(duì)羥基苯甲醛(183 mg,1.5 mmol)和三氟乙酸(100 μL)混合溶解于30 mL甲醇溶液中，攪拌條件下回流反應(yīng)10 h。薄層色譜檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)體系冷卻至室溫，溶液中產(chǎn)生大量的磚紅色固體沉淀，過(guò)濾并將濾餅用無(wú)水乙醇洗滌三次。真空干燥洗滌后的濾餅，得到231 mg的磚紅色固體，產(chǎn)率為69%。

圖1 探針PdL1的合成路線

探針PdL1的具體合成方法：冰浴條件下，將中間體1(340 mg,1 mmol)和三乙胺(270 μL,2 mmol)混合溶解于15 mL的二氯甲烷。攪拌條件下，將含有氯甲酸烯丙酯(65 μL,1.08 mmol)的10 mL二氯甲烷溶液逐滴滴加至上述溶液中，滴加完成后冰浴條件下反應(yīng)6 h。薄層色譜檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完成后，減壓去除溶劑得到混合物，通過(guò)柱層析(洗滌液為乙酸乙酯和石油醚，體積比為1∶10)純化上述混合物，得到254.4 mg黃色固體的探針PdL1，產(chǎn)率為60%。1H NMR(400 MHz,CDCl3,×10-6)δ:4.82(m,2H),5.40(m,1H),5.50(m,1H),6.05(m,1H),7.45(dd, 2H,J=4.0 Hz),7.83(m,2H),8.14(d,1H,J=4.0 Hz),8.22(m,1H),8.27(m,3H),8.35(m,1H)；13C NMR(100 MHz,CDCl3,×10-6)δ:185.17、182.59、155.63、153.38、152.93、149.38、134.49、133.97、133.82、133.33、133.17、130.90、128.74、128.47、127.63、126.52、126.48、125.76、122.10、122.00、119.88、118.11、69.49；HR-ESI-MS C25H17N2O5+,425.1137[M+H+]+,found425.112 0。

1.4 探針PdL1對(duì)鈀離子(Pd0)的識(shí)別

專一的選擇性和良好的抗干擾性是衡量一個(gè)熒光探針是否優(yōu)異的最重要參數(shù)。運(yùn)用熒光光譜儀在C2H5OH/HEPES buffer (10 mmol/L,pH值=7.4，體積比6/4)體系中考察了探針PdL1對(duì)各種常見金屬離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Pb2+、Cd2+、Co2+、Ni2+、Al3+、Cu2+、Sn2+、Sn4+、Li+、Cr3+、Hg2+、Pd0)的熒光選擇性，如圖2所示，單獨(dú)探針具有較強(qiáng)的熒光發(fā)射，加入其它金屬離子后溶液體系的熒光發(fā)射沒有明顯變化，只有加入Pd0后溶液體系熒光明顯淬滅。該結(jié)果表明探針PdL1對(duì)Pd0具有專一的熒光選擇性。實(shí)際生產(chǎn)中金屬離子都是混合存在的，因此，還考察了在其他金屬離子存在的條件下探針對(duì)Pd0的選擇性。如圖2所示，在其他金屬離子存在的條件下，探針對(duì)Pd0的識(shí)別基本不受影響。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，探針PdL1對(duì)Pd0具有專一的選擇性和較強(qiáng)的抗干擾性，表明探針具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

注：激發(fā)波長(zhǎng)410 nm；發(fā)射波長(zhǎng)548 nm

2 結(jié)論

本文構(gòu)建了一例基于蒽醌衍生物的對(duì)零價(jià)鈀具有專一選擇性的熒光探針PdL1。探針通過(guò)商業(yè)購(gòu)買的化學(xué)試劑通過(guò)兩步合成法合成得到，合成方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率較高，其化學(xué)結(jié)構(gòu)得到確證。通過(guò)初步的分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)篩選，結(jié)果表明探針對(duì)Pd0具有專一的選擇性和較強(qiáng)的抗干擾性，具備較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。