三芳胺类荧光探针合成及对化妆品中Hg-(2+)的检测_荆军凯.pdf

第 4 期李 蔚,等:异黄酮 Mannich 碱衍生物的合成与抗增殖活性研究第 35 卷第 4 期2023 年 4 月化 学 研 究 与 应 用Chemical Research and ApplicationVol.35,No.4Apr.,2023文章编号:1007-1656(2023)04-0759-07三芳胺类荧光探针合成及对化妆品中 Hg2+的检测荆军凯,喻艳超,由 君,武文菊(哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院,绿色化工技术黑龙江省高校重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080)摘要:基于汞离子促进硫代缩醛脱保护作用,设计合成了一种三芳胺类荧光探针 N-(1,1-联苯-4-基)-N-(4-(双(乙基硫代)-甲基)苯基)-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称 L),并采用核磁共振、红外光谱及高分辨质谱对其结构表征。荧光发射光谱表明,在乙腈(ACN)/4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)(V V=9 1,HEPES 10mmolL-1,pH=7.4)缓冲溶液中,探针可实现对 Hg2+的“turn-off”检测,检测过程具有响应时间短、离子选择性好、抗共存金属离子干扰性强等优点。在 020molL-1范围内,Hg2+浓度与荧光强度呈现良好线性关系,探针对Hg2+检测极限低至 1.5710-8 molL-1,可实现 Hg2+的痕量检测。将探针 L 应用于化妆品中 Hg2+检测,加标回收率 96.3%101.7%,相对标准偏差 0.52%2.76%,准确度较高,具有良好的应用前景。关键词:三芳胺;荧光探针;汞离子;光谱分析中图分类号:O657.3 文献标志码:ASynthesis of a novel fluorescent probe based on triarylamine derivatives for Hg2+and application in cosmeticsJING Jun-kai,YU Yan-chao,YOU Jun,WU Wen-ju(Key Laboratory of Green Chemical Engineering and Technology of College of Heilongjiang Province,School of Materials Science and Chemical Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China)Abstract:A fluorescent probe L(N-(1,1-biphenyl-4-yl)-N-(4-(bis(ethylthio)methyl)-phenyl)-9,9-dimethyl-9H-flu-oren-2-a-mine)of triarylamine derivatives was synthesized and based on Hg2+could promote the deprotection of thioacetals.Its structure was characterized with 1H NMR,13C NMR,IR and HRMS.The fluorescence spectroscopy studies demonstrated that the probe L showed fast-response,high selectivity and good anti-interference ability towards Hg2+through the significant fluorescence quenching effect in the system of V(acetonitrile)V(HEPES)=9 1.The fluorescence intensity of probe L had a high linear relationship with the concentration of Hg2+(020molL-1)and the LOD was as low as 1.5710-8 molL-1,which can realize the trace detection of Hg2+.In addition,the probe was applied to the detection of Hg2+in cosmetics,and got the satisfactory results as the recovery rate of standard addition of the method was 96.3%101.7%and the relative standard deviation(RSD)was 0.52%2.76%.The method had potential application in the field of analysis.收稿日期:2022-04-29;修回日期:2022-11-03基金项目:国家自然科学基金项目(21908034)资助;黑龙江省自然科学基金项目(LH2021H001)资助联系人简介:喻艳超(1987-),女,讲师,主要从事荧光探针合成及应用研究。E-mail:yychao136 ;由君(1976-),女,教授,主要从事有机合成研究。E-mail:youjunjun 化 学 研 究 与 应 用第 35 卷Key words:triarylamine;fluorescent probe;Hg2+;spectral analysis 随着工业发展和社会进步,汞及其汞盐在化学、医药、冶金、化妆品等领域有着重要应用1。汞也是环境中最具毒性的金属元素之一,不仅可以长期稳定存在,还会随着食物链不断循环在生物体中累积2-3。在人体内富集的汞,由于其与酶、蛋白质中的巯基具有很强的结合能力,会引起严重的免疫毒性、遗传毒性和神经毒性效应,最终损害人体的中枢神经系统、消化系统、呼吸系统以及肾脏等器官,从而引发多种疾病4-5。因此,对于环境、食品、药品以及化妆品中汞的定性、定量检测显得尤为重要。例如,国家食品药品监督管理总局印发的化妆品安全技术规范(2015 年版)明确规定了化妆品中汞含量不超过 1mgkg-16,生活饮用水卫生标准中规定汞含量不得超过 1mgmL-17。目前,Hg2+检测方法主要有荧光光度法、电感耦合等离子体质谱法、电化学法、比色法以及原子吸收光谱法等8-10。尽管这些方法在一定条件下能够满足 Hg2+检测的要求,但具有样品预处理复杂、耗时长、成本高以及需要专业的操作人员和昂贵的设备等问题11,导致方法的普适性较差;另外,这些方法难以实现 Hg2+的现场检测、在线监测及活体检测。荧光探针检测法是近年来发展迅速的一种分析技术,具有易操作、成本低、选择性强、灵敏度高、可实时监测、活体检测等优点12-13,为重金属元素的分析检测提供一种高效、可行策略14-15。荧光探针检测法在 Hg2+检测中引起了极大的关注。检测 Hg2+荧光探针,按作用方式不同可分为络合型16-18和反应型19-21,其中,反应型荧光探针主要利用 Hg2+的特异性反应设计,因此,这类探针可实现对 Hg2+的专一性识别,具有良好的应用前景。三芳胺类化合物是一类非常重要有机分子,其具有较好的给电子性、较好的溶解性、较强的荧光性能与光稳定性,在染料化工、医药中间体、有机光电材料等领域有重要应用22-23。目前将三芳胺类化合物应用于荧光探针分子设计中成为新的应用领域24-25。本文以三芳胺结构为荧光基团、以硫代缩醛为识别基团,利用 Hg2+促进硫代缩醛水解的性质,设计合成了一种特异性识别 Hg2+的反应型荧光探针 N-(1,1-联苯-4-基)-N-(4-(双(乙基硫代)甲基)苯基)-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称 L),建立荧光探针检测法,并将其应用于化妆品中 Hg2+检测,为化妆品行业 Hg2+检测提供快速、高效、便捷的检测方法。1 实验部分1.1 实验材料与设备实验中所用试剂 N-(1,1-联苯-4-基)-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺、三叔丁基磷 10wt%甲苯溶液、三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd2DBA3)、碳酸铯、对氯苯甲醛、三氟化硼乙醚(BF3Et2O)、乙硫醇、4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)及各种金属盐均由试剂公司购买;所用试剂及溶剂均为国产分析纯产品,使用前未经处理直接使用。化妆品购买自超市。AVANCE-300MHz 核磁共振波谱仪(Bruker 公司,德国);Avatar 370 FT-IR 红外光谱仪(Thermo公司,美国);SolariX 70 FT MS 质谱仪(Bruker 公司,德国);F-4500 荧光分光光度计(Hitachi 公司,日本);X-6 显微熔点测点仪(京泰克公司,北京)。1.2 探针分子 L 的合成与表征探针分子 L 的合成路线如图 1 所示,其中中间体2 和探针 L 为首次合成。将 N-(1,1-联苯-4-基)-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(5.1g,14.2mmol)和对氯苯甲醛(2.0g,14.2mmol)溶解在无水甲苯(80mL)中,溶液脱气并用氮气饱和,升温至 50搅拌 30min,然后加入 10wt%P(t-Bu)3甲苯溶液(0.57g,0.28mmol)、Pd2DBA3(0.064g,0.07mmol)和碳酸铯(6.8g,20.8mmol),回流反应 12h。反应结束后,有机相用水洗涤,再用饱和氯化钠水溶液洗涤,无水硫酸钠干燥、浓缩,柱层析V(石油醚)V(乙酸乙酯)=10 1分离,得 4.95g 黄色固体,产率为 75%。m.p.169.7 171.4.1H NMR067第 4 期荆军凯,等:三芳胺类荧光探针合成及对化妆品中 Hg2+的检测(300 MHz,CDCl3),:9.87(s,1H),7.73(dd,J=11.5,8.3 Hz,4H),7.62(t,J=8.1 Hz,4H),7.507.29(m,9H),7.20 7.14(m,3H),1.48(s,6H);13C NMR(75 MHz,CDCl3),:190.4,155.5,153.7,153.4,145.5,145.3,140.2,138.5,137.6,136.5,131.4,129.3,128.9,128.3,127.3,127.1,126.8,126.1,125.4,122.6,121.1,120.7,119.9,47.0,27.1.IR(KBr),/cm-1:3439,3028,2968,2730,1589,1506,1307,1221,1161,1004,829,761,736,697.HRMS(ESI),m/Z:C34H28NOM+H+理论值:466.2165,实测值:466.2153。图 1 探针分子 L 合成路线Fig.1 Synthesis route of probe L将化合物 2(1.5g,3.2mmol)溶解在无水二氯甲烷(40mL),溶液脱气并用氮气饱和,加入乙硫醇(0.5g,8.0mmol)和 BF3 Et2O(1.21mL,9.6mmol),N2气氛下 0 搅拌 6h。反应结束后,有机相用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,无水硫酸钠干燥、浓缩,柱层析V(石油醚)V(乙酸乙酯)=12 1分离,得到 1.52g 黄色固体粉末,产率为83%。m.p.67.4 69.5.1H NMR(300 MHz,CDCl3),:7.69 7.60(m,4H),7.54 7.31(m,10H),7.26 7.10(m,6H),4.95(s,1H),2.74 2.56(m,4H),1.45(s,6H),1.29(t,J=7.4 Hz,6H).13C NMR(75 MHz,CDCl3),:155.2,153.6,147.3,147.0,146.8,140.6,138.9,135.3,134.6,134.4,128.7