阅读说明：本技术 一种萘并吡喃醛衍生物及其制备方法和应用 (Naphthopyran aldehyde derivative and preparation method and application thereof ) 是由 吴伟娜 王元 赵晓雷 张玲 宋雨飞 刘爽爽 于 2020-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于分析化学技术领域,涉及一种萘并吡喃醛衍生物及其制备方法和应用。本发明制备的萘并吡喃醛衍生物荧光探针,在多种常见阴离子中,对亚硫酸氢根表现出较高的选择性识别性能。探针溶液中加入亚硫酸氢根,绿色荧光显著减弱,可实现裸眼辨别检测。探针使用过程中仅需要微量DMSO(0.5%)助溶,荧光输出信号为高效稳定的聚集诱导发光,可监测活细胞中亚硫酸氢根的浓度变化,具有广泛的潜在应用价值。(The invention belongs to the technical field of analytical chemistry, and relates to a naphthopyran aldehyde derivative, and a preparation method and application thereof. The naphthopyran aldehyde derivative fluorescent probe prepared by the invention has higher selective recognition performance on bisulfite in various common anions. The bisulfite is added into the probe solution, so that the green fluorescence is obviously weakened, and naked eye identification and detection can be realized. The probe only needs trace DMSO (0.5%) to assist dissolution in the using process, the fluorescence output signal is high-efficiency and stable aggregation-induced luminescence, the concentration change of the bisulfite in the living cell can be monitored, and the probe has wide potential application value.)

一种萘并吡喃醛衍生物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，涉及一种萘并吡喃醛衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化硫以及亚硫酸氢根不仅造成酸雨等危害，还严重影响人体呼吸系统和身体健康。发展针对亚硫酸氢根的高灵敏、高特异性的检测方法对于环境监测、食品安全和相关疾病研究均有重要意义。

近年来，荧光分子探针技术由于具有灵敏度高、操作简单、成本低等特点，被认为是识别和传感活体细胞和组织中微量物质的有效手段。但现有针对亚硫酸氢根的荧光探针通常容易受到聚集诱导淬灭效应（ACQ）的影响，其使用需要大量有机溶剂助溶（通常>10%）。同时其复杂的合成工艺，限制了进一步实际应用。近年来报道的聚集诱导发光（AIE）活性荧光探针则恰恰相反，其溶液态不发光；但随着体系中水含量的增加逐渐形成聚集态，通常伴随荧光发射的大大增强。高效稳定的AIE发光为荧光探针的设计提供了新思路。萘并吡喃衍生物具有一定的AIE活性，其在荧光探针领域得到越来越广泛的重视。

专利CN201310129947.8公开了一种基于聚集诱导荧光增强材料的亚硫酸氢根离子的荧光探针及快速检验试纸，该发明基于聚集诱导荧光增强材料的亚硫酸氢根离子的荧光探针选择性和灵敏度较高，化学性质稳定，方便长期保存使用，能快速灵敏的实现亚硫酸氢根离子的检测，该专利的检出限为0.39μ mol/L，且不能在细胞内进行检测，并不能解决制备在活细胞中监测亚硫酸氢根离子的试剂的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种萘并吡喃醛衍生物及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种萘并吡喃醛衍生物，结构式如下：

。

上述的萘并吡喃醛衍生物的制备方法，步骤如下：

（1）将2-羟基-1-萘甲醛、碳酸钾和丙烯醛加入到二氧六环中，回流反应12h，

（2）步骤（1）的反应体系冷却后加入水，再分别用10 mL***萃取3次，回收有机相并依次用NaOH溶液和饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏脱溶后用50%乙醇重结晶即得萘并吡喃醛衍生物。

所述步骤（1）中2-羟基-1-萘甲醛、碳酸钾和丙烯醛的物质的量比为1:1:2。

所述步骤（2）中NaOH溶液的浓度为2M。

上述的萘并吡喃醛衍生物作为荧光探针在测定亚硫酸氢根的光学性质中的应用。

步骤如下：

a. 向HEPES缓冲中加入质量分数0.5%DMSO助溶，作为溶剂；

b. 向步骤a制备的溶剂中加入荧光探针，配制摩尔浓度为1×10^-5 mol/L的荧光探针溶液；

c. 向待测溶液中加入等体积的荧光探针溶液，经荧光光谱分析进行检测。

本申请荧光探针的检测原理为：基于亚硫酸氢根的亲核性，可以和醛类衍生物发生加成反应生成α-羟基磺酸钠，从而导致荧光发射的变化。故萘并吡喃醛衍生物具有较好的亚硫酸氢根识别性能。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明制备的萘并吡喃醛衍生物荧光探针，在多种常见阴离子中，对亚硫酸氢根表现出较高的选择性识别性能。探针溶液中加入亚硫酸氢根，绿色荧光显著减弱，可实现裸眼辨别检测。探针使用过程中仅需要微量DMSO（0.5%）助溶，荧光输出信号为高效稳定的聚集诱导发光，可监测活细胞中亚硫酸氢根的浓度变化，具有广泛的潜在应用价值。

2、本发明的萘并吡喃醛衍生物荧光探针能在生理条件下选择性的与亚硫酸氢根作用，溶液的绿色荧光显著减弱，特别是作为制备检测活细胞内亚硫酸氢根的荧光探针试剂的应用。

附图说明

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制得的荧光探针的晶体结构图。

图2为本发明实施例1制得的荧光探针在不同DMSO/水体系的荧光发射光谱图（激发波长为400 nm）。

图3为本发明实施例1制得的荧光探针(1×10^-5 mol／L)的HEPES缓冲中(含0.5%DMSO)溶液中加入不同阴离子 (AcO⁻, Br⁻, Cl⁻, ClO⁻, ClO₄ ⁻, CN⁻, F⁻, H₂PO₄ ⁻, HPO₄ ²⁻,HSO₃ ⁻, NO₃ ⁻, I⁻, PO₄ ³⁻, S²⁻和SO₄ ²⁻，3×10^-4 mol／L)的荧光光谱图（激发波长为400 nm）。

图4为本发明实施例1制得的荧光探针的HEPES缓冲中(含0.5%DMSO)溶液(1×10^-5mol／L)滴定不同浓度HSO₃ ⁻的荧光光谱图（激发波长为400 nm）；插图表示528 nm处荧光强度随HSO₃ ⁻浓度的线性变化趋势图。

图5为本发明实施例1制得的荧光探针加入HSO₃ ⁻前后的质谱图；插图为探针可能的作用机理。

图6为在HeLa细胞中，萘并吡喃醛衍生物荧光探针与HSO₃ ⁻的荧光成像图；HeLa细胞用1×10^-5 mol／L 荧光探针培育30分钟后加入3×10^-4 mol/L HSO₃ ⁻，继续培育30分钟后，使用Olympus FV500-IX70激光共聚焦显微镜进行荧光成像。其中：a为上述荧光探针绿色通道荧光成像图；b为上述荧光探针明场图；c为上述荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；d为上述荧光探针+ HSO₃ ⁻绿色通道荧光成像图；e为上述荧光探针+ HSO₃ ⁻明场下的成像图；f为上述荧光探针+HSO₃ ⁻明场图和荧光图叠加后的图片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的萘并吡喃醛衍生物的制备方法，步骤如下：

2-羟基-1-萘甲醛（0.86 g, 5 mmol）、碳酸钾（0.69 g, 5 mmol）和丙烯醛（0.67 ml,10 mmol）加入到二氧六环（18 mL）中，回流反应12h。冷却后反应体系中加入15 mL水，分别用10 mL***萃取3次。有机相依次用NaOH（2M）和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。减压蒸馏脱溶后用50%乙醇重结晶即得产物，产率52%。

本实施例制备的萘并吡喃醛衍生物作为荧光探针在测定亚硫酸氢根的光学性质中的应用。

实施例2

本实施例的萘并吡喃醛衍生物的制备方法，步骤如下：

2-羟基-1-萘甲醛（3 mmol）、碳酸钾（3 mmol）和丙烯醛（6 mmol）加入到二氧六环（16mL）中，回流反应12h。冷却后反应体系中加入14 mL水，分别用9 mL***萃取3次。有机相依次用NaOH（2M）和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。减压蒸馏脱溶后用50%乙醇重结晶即得产物。

应用例1：萘并吡喃醛衍生物的聚集诱导发光

将实施例1制备的萘并吡喃醛衍生物作为荧光探针在不同比例DMSO/H₂O(HEPES缓冲，v:v)配制成摩尔浓度为1×10^-5 mol／L的溶液，采用荧光光谱仪对其分别进行荧光光谱分析（激发波长为400 nm），所得的荧光光谱图见图2。通过图2可以看出，本发明使用的萘并吡喃醛衍生物随着体系水含量增加，荧光强度逐渐增加，且伴随最大发射波长的红移，且在HEPES缓冲中(含0.5%DMSO)的荧光发射强度最大，说明萘并吡喃醛衍生物荧光探针具有显著的AIE活性。

应用例2：萘并吡喃醛衍生物对亚硫酸氢根离子的光学性质测定

将实施例1制备的萘并吡喃醛衍生物作为荧光探针在HEPES缓冲中(含0.5%DMSO)配制成摩尔浓度为1×10^-5 mol／L的溶液，分别在含摩尔浓度为3×10^-4 mol／L的ACO⁻、Br⁻、Cl⁻、ClO⁻、ClO₄ ⁻、CN⁻、F⁻、 H₂PO₄ ⁻、HPO₄ ²⁻、 HSO₃ ⁻、NO₃ ⁻、 I⁻、PO₄ ³⁻、S²⁻和SO₄ ²⁻等阴离子的溶液中加入等量的上述荧光探针溶液，采用荧光光谱仪对其分别进行荧光光谱分析（激发波长为400nm），所得的荧光光谱图见图3。通过图3可以看出，本发明使用的萘并吡喃醛衍生物作为荧光探针只对亚硫酸氢根具有明显响应，荧光信号可用于亚硫酸氢根的快速鉴别，而其它离子无变化。

通过图4的滴定光谱计算可以得到HSO₃ ⁻检出限为2.03×10^-7 mol/L，线性检测范围为0-6.5×10^-5 mol／L。因此本发明制得的萘并吡喃醛衍生物可用于亚硫酸氢根的荧光定量检测。

应用例3：萘并吡喃醛衍生物对亚硫酸氢根离子的检测机理

上述萘并吡喃醛衍生物溶解于甲醇中，配制成摩尔浓度为1×10^-5 mol／L的溶液，采用ESI质谱仪对其分别进行荧光光谱分析。随后加入2×10^-5 mol／L亚硫酸氢根溶液，所得的荧光光谱图见图5。探针的[M+H]⁺峰为m/z=211.0671，加入亚硫酸氢根后出现m/z= 158.0192的新峰，可归属于[M+ HSO₃ ⁻+Na⁺+2H⁺]²⁺。故推测探针醛基与亚硫酸氢根加成，生成α-羟基磺酸钠产物，如图5中反应方程式所示。

应用例4：萘并吡喃醛衍生物荧光探针在细胞内亚硫酸氢根的检测实验

HeLa细胞用1×10^-5 mol／L的上述实施例1制得的萘并吡喃醛衍生物荧光探针在37℃下培育30分钟，加入HSO₃ ⁻（3×10^-4 mol／L）后再培育30分钟，获得在HeLa细胞的荧光成像图，具体如图6所示，其中：a为上述荧光探针绿色通道荧光成像图；b为上述荧光探针明场图；c为上述荧光探针明场图和荧光图叠加后的图片；d为上述荧光探针+ HSO₃ ⁻绿色通道荧光成像图；e为上述荧光探针+ HSO₃ ⁻明场下的成像图；f为上述荧光探针HSO₃ ⁻明场图和荧光图叠加后的图片。HeLa细胞中加入萘并吡喃醛衍生物荧光探针出现强荧光，而再加入HSO₃ ⁻后荧光明显减弱。故本发明实施例1制得的萘并吡喃醛衍生物可用于活细胞中HSO₃ ⁻的定性检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。