一种三维铟有机框架化合物及合成方法和荧光识别槐果碱的应用

1.本发明属于化学领域，主要包括一种有荧光检测功能的三维铟有机框架化合物及合成方法和荧光识别槐果碱的应用。


背景技术：

2.槐果碱是从传统草药苦参中提取的重要生物碱之一。苦参具有抗病毒，抗肿瘤，抗炎等多种药理作用。槐果碱作为一种典型的喹啉类生物碱，它主要用于治疗癌症和心律失常等疾病。然而，槐果碱也具有毒性，其不当的使用可能对患者造成严重的生理毒性。对啮齿类动物的几项研究表明，神经系统可能是槐果碱诱导毒性的主要靶器官。高剂量的槐果碱会降低小鼠纹状体多巴胺的含量。而当人体口服大剂量槐果碱时会出现严重的神经毒性，患者出现步态异常、抽搐、语言障碍等症状。因而精确检测槐果碱的含量具有重要的现实意义，目前一些检测技术已经用于槐果碱的检测，包括高效液相色谱、电化学检测、gc-ms、离子迁移率光谱法等等。但是这些方法大多检测过程繁琐，费时且价格昂贵。因此，寻找一种具有检测简单、快速、灵敏等特点的检测方法具有重要意义。
3.现在的检测方法中，利用待检测物对发光信号响应不同的荧光测试法因其反应时间短、操作简便、灵敏度高等优点被人们广泛研究。其中，金属有机框架(mofs)化合物是由有机配体和无机金属节点连接而成的多孔配位材料，以其独特的高孔隙率、大的比表面积、可调控的多功能基团、可调节孔径和多中心活性位点等特点引起了人们的广泛关注。金属有机框架材料被广泛应用于各种领域，其中包括气体吸附和分离、热催化、电催化、光解、药物运输、化学传感等等。特别是在化学传感中，金属有机框架材料作为发光探针具有可回收性好、灵敏度高、操作方便等优点。截至目前，金属有机框架材料已被用于各类物质的检测，包括阳离子和阴离子、农药、抗生素、生命标志物、爆炸物等。然而，虽然金属有机框架材料是作为发光探针来进行荧光检测槐果碱的理想候选者之一，但目前还没有开发出基于金属有机框架材料的发光探针用于槐果碱的检测。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有检测槐果碱技术的问题，如检测过程繁琐、需要专人操作、费时且价格昂贵等。开发了一种具有检测简单、快速、灵敏等特点的新型荧光探针。
5.本发明第一个目的为公开一种全新的具有特异性荧光识别功能的铟有机框架化合物。
6.本发明的第二个目的为公开一种具有特异性荧光识别功能的铟有机框架化合物的制备方法。
7.本发明的第三个目的为公开一种具有荧光识别槐果碱功能的铟有机框架化合物的应用。
8.本发明的技术方案说明如下：
9.本发明的三维铟有机框架化合物，通过单晶x射线衍射分析，该化合物的空间群为r-3c，独立的结构单元为{[(ch3)2(nh2)][(in3o)2(ppta)3(h2o)6[in3(ppta)3]]
·
5dmf}；如图1所示，在一个独立的结构单元中，有两种不同配位模式的in，in1是六配位的，金属in离子与6个氧配位，其中4个氧分属于4个配体h4ppta中的羧基氧，2个氧分属于桥联氧，in2是八配位，与8个氧原子配位，分属于4个配体h4ppta的羟基氧和羰基氧；配体h4ppta以两种方式与金属in离子配位，两种不同的配位模式不断堆积，最终形成了具有三核in簇的三维金属-有机框架结构{[(ch3)2(nh2)][(in3o)2(ppta)3(h2o)6[in3(ppta)3]]
·
5dmf}n。
[0010]
有荧光检测功能的三维铟有机框架材料，如下表1所示。
[0011][0012]
所述的有荧光检测功能的三维铟有机框架材料，由4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸h4ppta和醋酸铟溶剂热反应生成，反应路线如下所示。
[0013][0014]
该具有荧光识别功能的铟有机框架材料，是基于铟-羧酸链构筑单元的三维结构化合物，含有较大的一维孔道。
[0015]
本发明的三维铟有机框架化合物的合成方法，包括以下步骤：
[0016]
(1)将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀；
[0017]
(2)将步骤(1)得到的混合液至于反应器中，密闭放入反应烘箱内，加热到60-90℃，持续反应，得到黄色块状晶体产物；如图2所示，粉末射线衍射表明，获得的晶体衍射图和模拟的结果相一致，表明合成的产物即为单晶衍射解析的铟有机框架化合物。
[0018]
所述步骤(1)中，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、盐酸、乙腈和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(4-6)：(1-1.5)：(280-350)：(5500-6000)：(2400-2700)。
[0019]
所述步骤(2)中，加热到60-90℃持续反应72-120小时。
[0020]
本发明的三维铟有机框架化合物具有荧光识别功能。
[0021]
本发明的三维铟有机框架化合物用于检测喹啉类生物碱槐果碱。
[0022]
本发明的三维铟有机框架化合物用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，包括以下步骤：
[0023]
(1)将所述的铟有机框架材料超声分散于水溶液中，测试其荧光，根据荧光强度的变化得到该具有特异性荧光识别功能的铟有机框架材料对槐果碱的识别效果；
[0024]
(2)向具有荧光识别功能的铟有机框架材料的水溶液中用移液枪加入不同含量的槐果碱水溶液，测试其荧光强度；将所得的数据拟合处理，得到该具有荧光识别功能的铟有机框架材料对水溶液中槐果碱的检测定量关系和检测限.
[0025]
更进一步的，以290nm为激发光，向具有荧光识别功能的铟有机框架材料的水溶液中用移液枪加入不同含量离子溶液，测定其初始荧光强度，随后用移液枪加入不同含量的槐果碱水溶液，测试其荧光强度，根据荧光强度变化进而实现在水溶液中识别槐果碱。
[0026]
本发明的用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，包括在血液中的一些成分如nacl、mgcl2、cacl2、kcl、k2so4、khco3、zn(no3)2、葡萄糖和肌酐水溶液中识别槐果碱。
[0027]
本发明的用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，包括在含有其他类似生物碱如水解槟榔碱、加兰他敏、硫酸阿托品、东莨菪碱、毛果芸香碱、金雀花碱、益母草碱和野百合碱水溶液中识别槐果碱。
[0028]
本发明的三维铟有机框架化合物得到黄色块状晶体产物。如图2所示，粉末射线衍射表明，获得的晶体衍射图和模拟的结果相一致，表明合成的产物即为单晶衍射解析的铟有机框架化合物。本发明的具有荧光检测功能的金属有机框架材料可以用于检测槐果碱。具有荧光检测功能的铟有机框架材料制备工艺简单、反应条件温和；其作为荧光探针具有检测限低、灵敏度高且可以循环使用等优势。
[0029]
本发明具有以下优势和效果：
[0030]
1、具有荧光识别功能的铟有机框架材料制备工艺简单便捷、反应条件温和环保；
[0031]
2、具有特异性荧光识别功能的铟有机框架材料能快速便捷的检测水溶液中槐果碱含量，检测限低达7.1
×
10-6
mol/l，灵敏度高且可以循环使用五次以上。
附图说明
[0032]
图1为本发明公开的一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料的三维结构。
[0033]
图2为本发明公开的一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料的单晶数据模拟和样品的x射线粉末衍射图。
[0034]
图3a为本发明公开的一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料对水溶液中不同
浓度的槐果碱的荧光响应图；
[0035]
图3b为本发明公开的一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料对水溶液中槐果碱浓度响应的拟合曲线图。
[0036]
图4为本发明公开的一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料在含有血液中部分成分的水溶液中对槐果碱的荧光响应图。
[0037]
图5为本发明公开的一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料在含有部分干扰生物碱的水溶液中对槐果碱的荧光响应图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式详细说明。
[0039]
一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料，其特征在于，其化学式为{[(ch3)2(nh2)][(in3o)2(ppta)3(h2o)6[in3(ppta)3]]
·
5dmf}n，其三维结构图如图1所示。h4ppta为4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸，h4ppta结构式如下：
[0040]
所述的有荧光检测功能的三维铟有机框架材料，由4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸和醋酸铟溶剂热反应生成。
[0041]
进一步地，具有荧光识别功能的铟有机框架材料，该具有荧光识别功能的铟有机框架化合物是基于铟-羧酸链构筑单元的三维结构化合物，含有较大的一维孔道。
[0042]
结构描述：一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料，其化学式为{[(ch3)2(nh2)][(in3o)2(ppta)3(h2o)6[in3(ppta)3]]
·
5dmf}n，h4ppta为4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸配体。对该具有特异性荧光识别功能的金属有机框架材料的晶体进行单晶结构解析，分析得出该晶体的空间群为单斜晶系的r-3c。如图1所示，在一个独立的结构单元中，有两种不同配位模式的in，in1是6配位的，金属in离子与6个氧配位，其中4个氧分属于4个配体h4ppta中的羧基氧，2个氧分属于桥联氧，in2是8配位，与8个氧原子配位，分属于4个配体h4ppta的羟基氧和羰基氧。配体h4ppta以两种方式与金属in离子配位，两种不同的配位模式不断堆积，最终形成了具有3核in簇的三维金属有机框架结构，该铟有机框架材料具有两种类型的孔道，其中孔的尺寸利用olex2和diamand软件计算得出，较大孔径的尺寸为
[0043]
一种具有荧光识别功能的铟有机框架材料的制备方法，包括以下步骤
[0044]
实施例1：将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合搅拌均匀，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、盐酸、乙腈和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(4)：(1)：(280)：(5500)：(2400)。将混合液置于圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到60℃，持续120小时，得到黄色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的铟有机框架材料。
[0045]
实施例2：将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合搅拌均匀，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(6)：(1.5)：(350)：(6000)：(2700)。将混合液置于圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到65℃，持续96小时，得到黄色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的铟有机
框架材料。
[0046]
实施例3：将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合搅拌均匀，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(5)：(1.2)：(325)：(5750)：(2600)。将混合液置于圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到90℃，持续72小时，得到黄色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的铟有机框架材料。
[0047]
实施例4：将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合搅拌均匀，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(5)：(1.4)：(300)：(5500)：(2500)。将混合液置于圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到70℃，持续108小时，得到黄色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的铟有机框架材料。
[0048]
实施例5：将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合搅拌均匀，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(5)：(1.3)：(290)：(5600)：(2600)。将混合液置于圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到80℃，持续84小时，得到黄色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的铟有机框架材料。
[0049]
如附图2所示，x射线粉末衍射图(xrd)中合成的样品和单晶模拟得到的模拟xrd图能很好的吻合，表明合成的材料为单晶解析获得的化合物，并且具有很高的相纯度。
[0050]
一种具有特异性荧光识别的铟有机框架材料的应用，用于水溶液中槐果碱的检测。
[0051]
首先称1毫克的具有荧光识别功能的铟有机框架化合物，将其分散于2.95毫升的蒸馏水中，测定其发射光谱，发现其最大发射波长为380nm和480nm。然后将分别将0.05ml浓度为0-559.8μmol/l的槐果碱溶液加入到铟有机框架化合物分散的水相中，测定其在380nm和480nm处的荧光强度变化，如图3a所示，发现随着槐果碱浓度从0增大到559.8μmol/l，位于380nm处信号峰的荧光强度随之逐渐增强，而位于480nm处的信号峰则随之降低。通过分析得出，如附图3b所示，检测物槐果碱在低浓度范围内(0-60μmol/l)，荧光信号强度与槐果碱浓度可保持良好的线性关系，铟有机框架的荧光信号强度和槐果碱溶液浓度的数学关系式可表示为i0/i＝1.0142-0.00529c，i0与i之间的关系符合stern-volmer(s-v)方程(其中ksv为猝灭常数，c为分析物槐果碱的浓度，i为加入槐果碱溶液后的380nm处的荧光强度，i0为不加入槐果碱溶液时的初始荧光强度)，其中相关系数r2为0.9941。
[0052]
为了验证其在实际应用中的抗干扰性，对血液中存在的一些成分进行抗干扰测试。在1毫克具有荧光识别功能的铟有机框架化合物的2.95毫升水中，分别加入0.05毫升浓度为50μmol/l的以下干扰物水溶液：nacl、mgcl2、cacl2、kcl、k2so4、khco3、zn(no3)2、葡萄糖和肌酐，测定其380nm处信号峰的荧光变化。如附图4所示，发现这些干扰物对荧光信号峰的变化影响不大，而加入槐果碱以后荧光信号变化要远大于等量的其他干扰物水溶液，说明该铟有机框架探针具有良好的抗干扰性。
[0053]
进一步还验证了其他常见的生物碱对该荧光探针的影响。在1毫克具有荧光识别功能的铟有机框架化合物的2.95毫升水中，分别加入0.05毫升浓度为50μmol/l的以下生物碱水溶液：水解槟榔碱、加兰他敏、硫酸阿托品、东莨菪碱、毛果芸香碱、金雀花碱、益母草碱和野百合碱，测定其380nm处信号峰的荧光变化。如附图5所示，发现这些生物碱干扰物对荧光信号峰的影响也要远低于等量的槐果碱水溶液，说明该铟有机框架探针对生物碱也具有良好的抗干扰性。
[0054]
本发明制备了一种可以方便、高效、快捷地通过荧光识别检测槐果碱的三维铟有机框架探针材料，并具有良好的抗干扰性和灵敏性。该发明可有效缓解目前检测槐果碱的方法中操作过程繁琐，需要昂贵的仪器设备等问题。
[0055]
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

技术特征：
1.一种三维铟有机框架化合物，其特征是，通过单晶x射线衍射分析，该化合物的空间群为r-3c，独立的结构单元为{[(ch3)2(nh2)][(in3o)2(ppta)3(h2o)6[in3(ppta)3]]
·
5dmf}；在一个独立的结构单元中，有两种不同配位模式的in，in1是六配位的，金属in离子与6个氧配位，其中4个氧分属于4个配体h4ppta中的羧基氧，2个氧分属于桥联氧，in2是八配位，与8个氧原子配位，分属于4个配体h4ppta的羟基氧和羰基氧；配体h4ppta以两种方式与金属in离子配位，两种不同的配位模式不断堆积，最终形成了具有三核in簇的三维金属-有机框架结构{[(ch3)2(nh2)][(in3o)2(ppta)3(h2o)6[in3(ppta)3]]
·
5dmf}
n
。2.权利要求1的三维铟有机框架化合物的合成方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀；(2)将步骤(1)得到的混合液至于反应器中，密闭放入反应烘箱内，加热到60-90℃，持续反应，得到黄色块状晶体产物。3.如权利要求2所述的三维铟有机框架化合物的合成方法，其特征是，所述步骤(1)中，醋酸铟、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、盐酸、乙腈和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(4-6)：(1-1.5)：(280-350)：(5500-6000)：(2400-2700)。4.如权利要求2所述的三维铟有机框架化合物的合成方法，其特征是，所述步骤(2)中，加热到60-90℃持续反应72-120小时。5.权利要求1的三维铟有机框架化合物具有荧光识别功能。6.权利要求1的三维铟有机框架化合物用于检测喹啉类生物碱槐果碱。7.如权利要求6的三维铟有机框架化合物用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将所述的铟有机框架材料超声分散于水溶液中，测试其荧光，根据荧光强度的变化得到该具有特异性荧光识别功能的铟有机框架材料对槐果碱的识别效果；(2)向具有荧光识别功能的铟有机框架材料的水溶液中用移液枪加入不同含量的槐果碱水溶液，测试其荧光强度；将所得的数据拟合处理，得到该具有荧光识别功能的铟有机框架材料对水溶液中槐果碱的检测定量关系和检测限。8.如权利要求6的三维铟有机框架化合物用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，其特征是，以290nm为激发光，向具有荧光识别功能的铟有机框架材料的水溶液中用移液枪加入不同含量离子溶液，测定其初始荧光强度，随后用移液枪加入不同含量的槐果碱水溶液，测试其荧光强度，根据荧光强度变化进而实现在水溶液中识别槐果碱。9.如权利要求7所述的用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，其特征是，包括在血液中的一些成分如nacl、mgcl2、cacl2、kcl、k2so4、khco3、zn(no3)2、葡萄糖和肌酐水溶液中识别槐果碱。10.如权利要求7所述的用于检测喹啉类生物碱槐果碱的方法，其特征是，包括在含有其他类似生物碱如水解槟榔碱、加兰他敏、硫酸阿托品、东莨菪碱、毛果芸香碱、金雀花碱、益母草碱和野百合碱水溶液中识别槐果碱。

技术总结
本发明涉及一种三维铟有机框架化合物及合成方法和荧光识别槐果碱的应用；将醋酸铟与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸加入到乙腈、盐酸和N,N-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀；将得到的混合液至于反应器中，密闭放入反应烘箱内，加热到60-90℃，持续反应，得到黄色块状晶体产物。该化合物独立的结构单元为{[(CH3)2(NH2)][(In3O)2(PPTA)3(H2O)6[In3(PPTA)3]]


技术研发人员：赵斌 侯胜利 谢瑶 董洁
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/7