一种检测肼的固态荧光探针的制备和应用

本发明属于荧光探针，具体涉及一种检测肼的固态荧光探针的制备和应用。

背景技术：

1、肼是一种重要的实验室和工业原料，广泛用于火箭燃料、显色剂、抗氧化剂以及染料和药物的合成。此外，肼在许多农药和除草剂的制造中也是必不可少的。可以说，肼与人们的日常生活息息相关(r.xie,y.xiao,y.wang,z.w.xu,n.tian,s.li,m.h.zeng,org.lett.2023,25,2415–2419；m.muehlebach,m.boeger,f.cederbaum,d.cornes,a.a.friedmann,j.glock,t.niderman,bioorg.med.chem.2009,17,4241–4256；x.y.zhang,y.s.yang,w.wang,q.c.jiao,h.l.zhu,coord.chem.rev.2020,417,213367–213396)。肼的广泛使用也产生了大量的肼废弃物，通过土壤入渗污染水源，对环境造成危害。它也可以通过皮肤和眼睛直接被人体摄入，或通过吸入，引起感觉刺激、呼吸短促、头痛和昏迷。严重时，甚至可对人体肝脏、肾脏和中枢神经系统造成损害。(x.li,c.li,c.li,c.wu,y.bai,x.zhao,z.bai,x.zhang,x.xiao,m.niu,j.ethnopharmacol.2023,315,116616–116627；m.i.hainer,n.tsai,s.t.komura,c.l.chiu,ann.intern.med.2000,133,877–880；s.garrod,m.e.bollard,a.w.nicholls,s.c.connor,j.connelly,j.k.nicholson,e.holmes,chem.res.toxicol.2005,18,115–122)。在中国，饮用水中的肼被严格控制在20μg/l以下。在美国，环境保护署已将肼归类为有害污染物和人类致癌物，并规定允许阈值为10μg/l。因此，开发一种简单而有效的方法来检测肼具有重要意义。

2、相比于其他传统的检测方法，荧光探针具有方便、灵敏和无创等优点。目前，已经开发出一些检测肼的荧光探针，但这些探针与肼反应后，所释放出的荧光信号都不能够在水中长时间成像。(y.l.cui,c.g.xu,t.wu,y.nie,y.m.zhou,sens.actuators b:chem.2022,350,130878；c.h.zeng,z.y.xu,c.song,t.y.qin,t.h.jia,c.zhao,l.wang,b.liu,x.j.peng,j.hazard.mater.2023,445,130415；p.qu,x.h.ma,w.s.chen,d.d.zhu,h.f.bai,x.h.wei,c.shu,m.t.xu,spectrochim.actaa2018,210,381-386)。因为这些探针与肼反应后释放出的荧光团具有溶解性，从而会很快从作用位点扩散开来，荧光信号逐渐被稀释，导致成像时间较短(m.huang,r.yu,k.xu,s.ye,s.kuang,x.zhu,y.wan,chem.sci.2016,7,4485-4491)。因此，开发出一种能够在水样中长时间荧光成像的探针仍然是一个挑战。

3、hpq是一种固态荧光团，能发射出强烈的固态荧光，具有抗扩散性，可以做到长时间成像。基于hpq合成的固态荧光探针已经成功用于呋喃、次氯酸(clo-)、过氧化氢、γ-谷氨酰转肽酶(ggt)、氨基肽酶n(apn)的检测(k.li,x.x.hu,h.w.liu,s.xu,s.y.huan,j.b.li,t.g.deng,x.b.zhang,anal.chem.2018,90,11680-11687；l.zhou,d.q.lu,q.wang,s.hu,h.wang,h.sun,x.zhang,spectrochim.acta.a mol.biomol.spectrosc.2016,166,129-134；z.li,t.b.ren,x.x.zhang,s.xu,x.y.gong,y.yang,g.l.ke,l.yuan,x.b.zhang,anal.chem.2021,93,2235-2243；j.ou-yang,y.f.li,p.wu,acs sens.2018,3,1354-1361；y.liu,c.xu,h.w.liu,l.teng,s.huan,l.yuan,x.b.zhang,anal.chem.2021,93,6463-6471)。但是，目前还没有以hpq为染料，2-噻吩甲酰酯为识别基团的荧光探针用来检测肼，因此，开发一种基于hpq的固态荧光探针来检测水样中的肼意义重大。

技术实现思路

1、根据所提出的要求，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，提供了一种检测肼的固态荧光探针。

2、本发明的技术方案是，一种检测肼的固态荧光探针，其结构式如下所示：

3、

4、一种检测肼的固态荧光探针的制备方法。合成步骤如下：

5、1)在100ml的圆底烧瓶中，将1当量的3-(7-氯-4-氧-3,4-二氢喹唑啉)-4-羟基苯甲醛和1.8～2.2当量的2-(3,5,5-三甲基环己-2-烯-1-亚基)丙二腈溶解于10～20ml乙腈中，加入0.1～0.5ml哌啶，随后，反应混合物在氮气保护下，于60～90℃反应12～18h，停止反应，通过减压蒸馏除去溶剂，得到红色固体粗产物，然后，将产物溶解于二氯甲烷中，用饱和食盐水萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥，粗产物采用体积比为2:1～1:1的石油醚/二氯甲烷洗脱剂进行柱层析，得到红褐色固体化合物hpq-im-oh。

6、2)在100ml的圆底烧瓶中，0～5℃冰浴下，将1当量的化合物hpq-im-oh溶解于10～20ml干燥的二氯甲烷中，加入1.5～2.5当量的三乙胺，10～15min后，在氮气保护下，缓慢加入12～18当量的2-噻吩甲酰氯，接着，在冰浴下搅拌3～5h溶液变颜色，然后，升温到室温搅拌反应10～15h，停止反应，通过减压蒸馏除去溶剂，粗产品用二氯甲烷洗脱剂进行柱层析，得到黄色固体产物，即为固态荧光探针hpq-im。

7、本发明的有益效果是，一种检测肼的固态荧光探针具有优良的光谱性能。首先，研究该探针的荧光光谱性质。探针本身仅显示出微弱的荧光，当加入肼后在680nm处检测到强烈的荧光信号，且荧光信号强度随肼浓度增大而不断增强；该探针的检测范围为1μm到100μm，检测限为0.31μm。这说明该探针可以高灵敏的检测肼。接着，研究探针的紫外可见吸收光谱。探针本身的最大吸收峰在425nm，当加入肼后在485nm处显示出明显的吸收峰。随后，研究探针的选择性。考察了探针与常见离子(k+,na+,ca2+,zn2+,mg2+,cr3+,cl-,br-,i-)活性氮物种(no2-,hno,onoo-)，活性氧物种(h2o2,clo-)，氨基酸(phe,lys,met,ile,leu,val,thr)，生物硫醇(cys,gsh,hcy)，以及有机胺(butylamine,ethylenediamine,pyridine)的荧光响应情况。结果发现，只有肼能引起荧光信号明显增强，其他检测物对探针几乎都没有响应，只发出微弱的荧光。这些表明，探针具有很好的选择性。然后，研究ph值对荧光探针测定肼的影响，当ph值在7.0到8.0之间时，不影响荧光探针对肼的测定。此外，该荧光探针响应迅速，响应时间在300s以内。最后，研究探针的抗扩散性能。通过比较hpq-im和荧光染料4-甲基伞形酮(4-mu)在琼脂上的扩散行为，4-mu在10min内迅速向各个方向扩散，荧光信号逐渐被稀释，而hpq-im几乎没有扩散，表明hpq-im具有长时间成像的特点。

8、一种检测肼的固态荧光探针在实际水样中的应用。n2h4一般存在于水中，自来水和湘江水被用来评估荧光探针在实际样品中的应用。为了确保实验的准确性，将取得的自来水和湘江水样本先静置2小时，然后将两者ph调至7.4备用。接着，配制成含有不同浓度的n2h4样品，进行荧光测试，在自来水中获得了95.53％～101.28％的回收率，在湘江水中获得了97.40％～103.28％的回收率，这些结果说明，探针能够检测实际样品中的n2h4，为监测水中的n2h4提供了一种可靠的手段。

技术特征：

1.一种检测肼的固态荧光探针，即hpq-im，其特征在于，其结构如下：

2.根据权利要求1所述的一种检测肼的固态荧光探针的制备方法，其特征在于，反应步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种检测肼的固态荧光探针的应用，其特征在于，所述荧光探针可应用于实际水样中肼含量的检测。

技术总结
本发明涉及一种肼的固态荧光探针的制备和应用，该荧光探针的结构式为：本发明提供了一种以3‑(7‑氯‑4‑氧‑3,4‑二氢喹唑啉)‑4‑羟基苯甲醛、2‑(3,5,5‑三甲基环己‑2‑烯‑1‑亚基)丙二腈、2‑噻吩甲酰氯等为原料合成该固态荧光探针的制备方法；首先，该固态荧光探针的波长较长，在680nm处发出强烈的荧光，不溶于水且具有抗扩散能力；其次，该荧光探针对肼表现出很高的灵敏度，探针与肼反应之后荧光显著增强；并且，该固态荧光探针对肼表现出很高的选择性，不受其他常见离子、活性氮、活性氧、氨基酸、生物硫醇以及有机胺的干扰；此外，该固态荧光探针与肼作用迅速，响应时间在300s以内；最后，该固态荧光探针可应用于实际水样中肼含量的检测。

技术研发人员：李春艳,许小帆,宋倩
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23