(常州大學 石油化工學院，江蘇 常州 213164)

(常州大學 石油化工學院，江蘇 常州 213164)

以苯胺和三氟乙酰乙酸乙酯為原料，經(jīng)環(huán)合反應制得4-三氟甲基-2(1H)喹啉酮(1)；1與勞森試劑反應生成4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮(2)；2與間隔基反應合成中間體2-［(3-氯丙基)硫基］-4-(三氟甲基)喹啉(3)；將3連接到識別基團哌嗪上合成了一個新型的雙熒光側臂的探針化合物——1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4)，其結構經(jīng)1H NMR和LC-MS表征。UV-Vis和FL研究結果表明，4的發(fā)射波長在396 nm；對Cu2+具有良好的識別作用，在1.0×10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1內可定量檢測Cu2+含量。

4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮；硫酮基哌嗪；熒光探針；合成；光學性能

熒光探針是一種極好的生物分子傳感器，具有靈敏度高、反應迅速等特點。尤其是近年發(fā)展起來的熒光化學傳感器和分子信號系統(tǒng)的應用已深入到藥物學、生理學、環(huán)境科學、信息科學等多個領域。隨著生命科學的不斷發(fā)展，含硫熒光探針已經(jīng)在金屬離子、蛋白質、核酸、細胞檢測及免疫分析等方面發(fā)揮了重要作用［1-4］。哌嗪環(huán)是藥物化學研究中常用的一類氮雜環(huán)化合物，含哌嗪的化合物作為相應的受體配體是現(xiàn)今十分活躍的研究領域。哌嗪衍生物能選擇性識別Cu2+、Mn2+等金屬離子［5］，而含硫化合物又具有比較強的金屬離子配位能力，故本文選用含硫的熒光基團連接到哌嗪環(huán)上作為熒光探針化合物，研究其對金屬離子的選擇性識別。

本文以苯胺和三氟乙酰乙酸乙酯為原料，經(jīng)環(huán)合反應得4-三氟甲基-2(1H)喹啉酮(1)；1與勞森試劑反應生成4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮(2)；2與間隔基(1-氯-3-溴丙烷)反應合成中間體2-［(3-氯丙基)硫基］-4-(三氟甲基)喹啉(3)；將3連接到識別基團哌嗪上合成了一個新型的雙熒光側臂的探針化合物——1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4，Scheme 1)，其結構經(jīng)1H NMR和LC-MS表征。并利用UV-Vis和FL研究了其對金屬離子(M2+)的識別性能。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

XT4-100X型顯微熔點儀(溫度未校正)；UV-1700型紫外-可見吸收光譜儀(UV-Vis)；VARIAN-CARY型熒光光譜儀(FL)；AVANCE 300 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Bruker AutoflexⅡMALDI-TOF型質譜儀。

1［10］和勞森試劑［11］按文獻方法合成；柱層析用硅膠，青島海洋化工有限公司；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)2的合成

在三口燒瓶中加入勞森試劑2.02 g(5 mmol)和甲苯20 mL，加熱攪拌使其溶解；加入1 1.07 g (5 mmol)，N2保護下回流反應3 h(TLC跟蹤)。冷卻(析出固體)，抽濾，濾餅用甲苯重結晶得黃色針狀固體2 0.64 g，產(chǎn)率54.5%，m.p.258.7℃～260.3℃；LC-MS m/z:227.95［M+］。

(2)3的合成

在三口燒瓶中加入2 1.15 g(5 mmol)，乙醇鈉0.34 g和乙醇20 mL，攪拌下于室溫反應2 h；緩慢滴加1-氯-3-溴丙烷1.58 g(10 mmol)，滴畢，回流反應5 h(TLC跟蹤)。冷卻，抽濾，濾液旋蒸除去乙醇后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:石油醚)純化得淡黃色固體3 0.76 g，產(chǎn)率49.6%，m.p.36.8℃ ～37.3℃；1H NMR δ:8.05～8.01(t，J=6.0 Hz，2H)，7.76～7.74(t，J=6.0 Hz，1H)，7.57～7.53(t，J=6.0 Hz，1H)，7.50(s，1H)，3.74～3.71(t，J=4.5 Hz，2H)，3.54～3.51(t，J=4.5 Hz，1H)，2.31～2.28(m，J=4.5 Hz，2H)；LC-MS m/z:306.75{［M+H］+}。

(3)4的合成

在三口燒瓶中加入哌嗪0.17 g(2 mmol)，3 1.22 g(4 mmol)和無水乙腈20 mL，加熱攪拌使其溶解；加入K2CO30.55 g(4 mmol)，回流反應48 h(TLC跟蹤)。抽濾得針狀固體，依次用乙腈(3×5 mL)和水(3×5 mL)洗滌，干燥得肉色針狀固體4 0.21 g，產(chǎn)率34.4%，m.p.108.6℃ ～109.8℃；1H NMR δ:8.01～7.97(t，J=6.0 Hz，4H)，7.73～7.68(t，J=7.5 Hz，2H)，7.55～7.51(t，J=6.0 Hz，2H)，7.50～7.47(t，J=4.5 Hz，4H)，3.41～3.37(t，J=6.0 Hz，4H)，2.55 (s，12H)；LC-MS m/z:625.15{［M+H］+}。

2 結果與討論

2.1 光學性能

(1)UV-Vis

圖1為1～4的 UV-Vis譜圖(c 1.0×10-4mol·L-1，甲醇為溶劑)。由圖1可見，2的最大紫外吸收位于可見光區(qū)。這是由于2中硫原子最外層電子較1中氧原子的最外層電子更易被激發(fā)而發(fā)生躍遷，紫外吸收向波長方向移動，發(fā)生了紅移現(xiàn)象。

(2)FL

圖2為1，3和4的FL譜圖(c 1×10-4mol· L-1，甲醇為溶劑)。由圖2可見，在354 nm激發(fā)波長激發(fā)下，4在甲醇中的發(fā)射波長為396 nm。探針分子通過烷基鏈臂將母體和識別基團連接到一起，由于PET效果導致呈現(xiàn)較弱的熒光強度。

圖1 1～4的UV-Vis譜圖*Figure 1 UV-Vis spectra of 1～4 *c 1.0×10-4mol·L-1，甲醇為溶劑

圖2 1，3，4的FL譜圖*Figure 2 FL spectra of 1，3，4 *同圖1

2.2 4對M2+的選擇性識別性能

哌嗪環(huán)具有一定識別金屬離子的能力，根據(jù)加入等摩爾量金屬離子后熒光強度的變化，反映4對不同離子［堿金屬 (Na+，K+)、堿土金屬(Ca2+，Sr2+，F(xiàn)e3+，Ba2+和Mg2+)及過渡金屬離子(Co2+，Cd2+，Ni2+，Mn2+，Hg2+和Zn2+)］的識別效果。M2+與4絡合后熒光強度變化不明顯，而Cu2+加入后熒光強度有較大增強(圖3)。因為Cu2+與4的雜原子存在相互配位作用［12］，阻礙或者減弱了4的PET過程，同時引起了分子的空間結構變化(圖4)，增強了分子剛性結構，熒光強度也隨即增強。

進一步研究Cu2+濃度對4熒光強度的影響(圖5)，發(fā)現(xiàn)隨著Cu2+濃度增大熒光強度也隨之增大。Cu2+濃度在1.0×10-7mol·L-1～1.0× 10-4mol·L-1時，探針熒光強度與Cu2+濃度呈良好的線性關系(圖6)，曲線方程為 Y=8.84× 10-6c+209.25(mol·L-1)，相關系數(shù)R為0.983 36，根據(jù)該線性方程可以檢測1.0×10-7mol· L-1～1.0×10-4mol·L-1內Cu2+的含量。

圖3 4對M2+的選擇性圖*Figure 3 Selectivity of 4 for M2+*c 5.0×10-5mol·L-1，甲醇為溶劑

圖4 4與Cu2+的識別*Figure 4 Recognition of 4 and Cu2+

圖5 c(Cu2+)對4熒光強度的影響*Figure 5 Effect of c(Cu2+)on FL of 4 *c(0.0～5.0)×10-4mol·L-1，甲醇為溶劑

圖6 4的熒光強度和c(Cu2+)關系圖*Figure 6 Linear relation of fluorescence intensity of 4 and c(Cu2+) *同圖5

3 結論

設計并合成了以4-(三氟甲基)喹啉-2(1H)-硫酮為母體基團，通過烷基鏈與識別基團哌嗪相連接，發(fā)射波長為396 nm的新型熒光探針化合物1，4-二【3-{2-［4-(三氟甲基)喹啉］硫基}丙基】哌嗪(4)。4對Cu2+具有良好的識別作用，在1.0× 10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1內可以定量檢測Cu2+含量。該研究對于Cu2+識別檢測的應用有一定指導意義。

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新型硫酮基哌嗪熒光探針的合成及其對銅(Ⅱ)的識別性能*

賀琳彥，席海濤，孫小強

Synthesis of a Novel Thiopiperazine Fluorescent Probe and Its Recognition Performance on Cu2+

HE Lin-yan， XI Hai-tao， SUN Xiao-qiang
(School of Petrochemical Engineering，Changzhou University，Changzhou，213164，China)

A novel thiopiperazine fluorescent probe——1，4-bis【4-{［4-(trifluoromethyl)quinolin-2-yl］thio}butyl】piperazine(4)was synthesized by a four-step reaction from 4-(trifluoromethyl)quinolin-2(1H)-one and piperazine.The structure was characterized by1H NMR and LC-MS.The selectivity of 4 on Cu2+in methanol was investigated by UV-Vis and FL.The results showed that λmaxof 4 was 396 nm.4 exhibited selectivity for Cu2+in 1.0×10-7mol·L-1～1.0×10-4mol·L-1.

4-(trifluoromethyl)quinolin-2(1H)-one；thiopiperazine；fluorescent probe；synthesis；recognition performance

O626.4；O626.3

A

1005-1511(2014)01-0016-04

2012-10-22；

2013-12-16

國家自然科學基金資助項目(20872051)

賀琳彥(1988-)，女，漢族，江蘇丹陽人，碩士研究生，主要從事有機合成和超分子化學的研究。

席海濤，博士，教授，E-mail:xht@cczu.edu.cn