專利名稱：一種多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)及制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化學(xué)、材料以及生化傳感等技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有多個羧基官能 團的熒光共軛聚電解質(zhì)傳感材料及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
近年來，熒光共軛聚合物(FluorescentConjugated Polymers，F(xiàn)CPs)憑借其一系 列十分獨特而優(yōu)越的光、電、磁等屬性，已經(jīng)在高靈敏的生物、化學(xué)傳感領(lǐng)域獲得了越來越 廣泛的研究與應(yīng)用。與傳統(tǒng)的有機熒光染料相比，熒光共軛聚合物由于其獨特的共 軛分子導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，使得電子或者激子能夠在整個聚合物骨架內(nèi)自由、快速地遷移。從而，一 個猝滅劑分子即可以引起與之相結(jié)合的整條聚合物鏈的熒光超猝滅，熒光響應(yīng)信號得到了 成百上千倍的放大。正是由于這種信號的放大作用，使得具有各種結(jié)構(gòu)與功能的熒光共軛 聚合物正在生化傳感領(lǐng)域受到日益廣泛的關(guān)注。尤其是帶有離子化側(cè)鏈的熒光共軛聚電解 質(zhì)，由于其水溶性的特點，而在生物分子檢測方面具有很大的優(yōu)勢。但截至目前，用于生化 傳感領(lǐng)域的熒光共軛聚電解質(zhì)仍主要集中在帶有磺酸基側(cè)鏈或者季銨鹽結(jié)構(gòu)的聚芴、聚苯 撐乙烯撐以及聚苯撐乙炔撐等幾類共軛聚合物。而帶有羧基等生物親合性基團的熒光共軛 聚電解質(zhì)，特別是聚苯撐乙炔撐類聚合物(PPE)，則由于具有較長的剛性憎水骨架，加之羧 基的弱電離性質(zhì)，而水溶性較差，熒光量子產(chǎn)率偏低并且不穩(wěn)定，從而大大地限制了其在生 化傳感領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。樹枝狀聚合物也是當(dāng)前正在蓬勃發(fā)展的一類合成高分子。其中，聚酰胺-胺 (PAMAM)是目前研究最廣泛、最深入的樹枝狀大分子之一。除具有此類聚合物的共同特性 (如精確的分子結(jié)構(gòu)，大量的表面官能團，相對分子質(zhì)量的可控性與單分散性等)外，PAMAM 還兼具自身的一些特色，如良好的相容性，較低的溶液粘度，以及易于修飾性等等。結(jié)合PPE 類熒光共軛聚合物與PAMAM樹枝狀高分子，將有望發(fā)展一系列帶有多個側(cè)鏈官能團的新型 熒光共軛聚電解質(zhì)，并有效改善此類聚合物的水溶性與熒光穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好水溶性以及高熒光穩(wěn) 定性的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)，其結(jié)構(gòu)通式如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中k為修飾烷氧取代基的長度，k的值可以為0、0. 5、1、1. 5或者2 ;η代表聚電
解質(zhì)的重復(fù)單元數(shù)，為1 200之間的整數(shù)。本發(fā)明的另一個目的是提供所述多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的制備方法，通過以下 步驟實現(xiàn)1)將IOg對苯二酚溶解在含有0.2 0.6mol堿的二甲亞砜溶液中(100 200mL)，然后加入鹵代酯(鹵代酯與對苯二酚的摩爾比為2 6)，并在室溫下攪拌3 10 天；反應(yīng)結(jié)束后，加入大量冷水，然后將析出的白色沉淀過濾、真空干燥，得到1，4_二(氧代 酯基)苯產(chǎn)物；其中，所述的鹵代酯可以為氯代(或溴代、碘代)_乙酸(或丙酸、丁酸、戊酸、己 酸)甲酯(或乙酯)，例如2-氯乙酸甲酯，3-溴丙酸乙酯，4-溴丁酸乙酯等；所述的堿為氫 氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鉀或者碳酸氫鈉；2)在含有水和濃硫酸的乙醇溶液中(80 150mL)加入IOg 1，4_ 二(氧代酯基) 苯，水和濃硫酸所占的體積比分別為1 5%和4 10% ；攪拌均勻后，加入等當(dāng)量的單質(zhì) 碘和碘酸鉀；反應(yīng)混合物在60 80°C下攪拌1 3天；反應(yīng)結(jié)束后過濾，并用大量的乙醇 和水反復(fù)沖洗，真空干燥后，得到白色粉末狀產(chǎn)物，為1，4_ 二碘-2，5-二(氧代酯基)苯；3)將IOg 1，4-二碘-2，5-二(氧代酯基)苯加入到40 120mL三氯甲烷和SOmL 甲醇中，攪拌均勻后，加入60 150mL乙二胺，反應(yīng)混合物在20 40°C條件下攪拌3 5 天；反應(yīng)結(jié)束后，向體系中加入大量的乙醚，有白色絮狀沉淀析出，收集沉淀、洗滌，然后真 空干燥，得到帶有氨基官能團的白色粉末狀產(chǎn)物；4)將步驟3得到的白色粉末狀產(chǎn)物(5g)溶于60 150mL甲醇與二甲基亞砜的混 合液中(甲醇與二甲基亞砜的體積比1 3)，然后緩慢加入2 6倍量的丙烯酸甲酯；反 應(yīng)混合物在20 40°C下攪拌3 5天；向體系內(nèi)加入大量的蒸餾水，劇烈攪拌，有白色固 體析出，過濾、洗滌、真空干燥，得白色粉末狀固體，即帶有四個酯基官能團的聚合單體；5)將步驟4所得的聚合單體(3g)以及1，4-二乙炔基苯(360 480mg)溶于60 120mL三氯甲烷、二異丙胺和三乙基胺的混合液中(體積比6 1 1)，在無氧條件下加入 鈀催化劑和碘化亞銅，反應(yīng)混合物在40 80°C下攪拌3 5天，反應(yīng)結(jié)束后，加入大量的乙醚，攪拌，過濾，再用大量的去離子水沖洗，真空干燥，得到帶有四個酯基官能團的聚苯撐乙炔撐類熒光共軛聚合物。其中，所述的鈀催化劑為四(三苯基膦)鈀或者二(三苯基膦)
二氯化鈀。6)將步驟5所得的熒光共軛聚合物(60 IOOmg)溶解在80 150mL甲醇溶液中， 攪拌均勻后加入堿水溶液，將反應(yīng)混合物回流3 5天后，加入大量無水乙醚，有淡黃色固 體析出，過濾、收集該淡黃色固體，真空干燥，得到帶有多羧基官能團的熒光共軛聚電解質(zhì)。 其中，所述的堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鉀或者碳酸氫鈉。本發(fā)明的再一個目的是提供多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)在銅離子檢測中的應(yīng)用。多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)用于銅離子檢測的步驟如下1)用磷酸鹽緩沖溶液將多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)配制成濃度為10-6-l(T5mOl/L的 稀溶液；2)將不同濃度的銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到前述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)稀溶液 中，測定其熒光發(fā)射光譜，并根據(jù)熒光強度變化繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；3)將待測銅離子配制成10-6-10_5mOl/L的溶液，然后加入到前述的熒光共軛聚電 解質(zhì)溶液中，測定其熒光發(fā)射光譜，并根據(jù)熒光強度的變化來確定待測溶液中銅離子的濃度。本發(fā)明通過結(jié)合聚苯撐乙炔撐類熒光共軛聚合物與聚酰胺_胺型樹枝狀高分子 兩種合成路線，提供了一種帶有多羧基官能團的熒光共軛聚電解質(zhì)及其制備方法。它以聚 苯撐乙炔撐為共軛骨架，并且每個重復(fù)單元帶有四個羧基官能團。多羧基的引入使得該共 軛聚電解質(zhì)的水溶性大大改善，熒光穩(wěn)定性增強，并且易于與生物分子偶聯(lián)，因此也更加適 用于生物分子的檢測分析。本發(fā)明所述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)具有類EDTA結(jié)構(gòu)的側(cè) 鏈官能團，因而與金屬離子之間具有更強的絡(luò)合作用。在磷酸鹽緩沖體系中，金屬銅離子對 于該共軛聚電解質(zhì)具有非常靈敏的熒光猝滅作用，并且相對于其它常見金屬離子，具有極 高的選擇性，可作為一種高靈敏、高特異性的銅離子熒光探針。


圖1為本發(fā)明提供的一種多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)(以k = 1為例)在磷酸鹽緩 沖溶液(10mM，pH 7.4)中被Cu2+猝滅的曲線，激發(fā)波長400nm，多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的 濃度為5 μ M。圖2為本發(fā)明提供的一種多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)(以k = 1為例)被不同金屬 離子的猝滅程度對比圖，除銅離子的濃度為3 μ M外，其他金屬離子的濃度均為20 μ Μ。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖和具體實施例來進一步描述本發(fā)明 的技術(shù)方案。但并不能以此來限制本發(fā)明的權(quán)利范圍，本發(fā)明的權(quán)利范圍應(yīng)以權(quán)利要求書 的闡述為準(zhǔn)。實施例1 一種多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)(以k = 1為例)的制備1)將22. 4g氫氧化鉀研磨成粉末后溶于170mL 二甲基亞砜中，在無氧條件下迅速 加入8. Sg對苯二酚；攪拌均勻后，緩慢滴加4-溴丁酸乙酯46mL ；反應(yīng)混合物室溫下攪拌3天；反應(yīng)結(jié)束后加入IL冰水并快速攪拌，有白色固體析出；過濾后用大量蒸餾水沖洗，真 空干燥得到1，4_ 二(4-氧代丁酸乙酯)苯，見合成路線中的化合物(1)。1H-NMR(⑶Cl3, δ ppm) :1. 25(t，6H)，2· 08 (quintet, 4H) ,2. 50(t，4H)，3· 95(t，4H)，4· 13(q，4H)，6· 80 (s， 4H) ；ESI-TOF 361.3，[M+Na] ；FTIR(KBr, cnf1) :2980，1729，1510，1472，1420，1378，1358， 1273，1226，1181，1117，1098，1061，1037，918，881，859，837，807，774，526，466，415，347.2)在250mL三頸瓶中加入120mL乙醇，2mL濃硫酸，5mL去離子水；攪拌均勻后依 次加入9.8g 1，4-二(4-氧代丁酸乙酯)苯，3. Ig碘酸鉀和8. Og單質(zhì)碘；反應(yīng)混合物在 60°C下攪拌3天；反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，有大量固體析出；過濾后用水和乙醇反復(fù)沖洗； 真空干燥，得到淡粉色產(chǎn)物，1，4_ 二碘-2，5-二(4-氧代丁酸乙酯)苯，見合成路線中的化 合物(2)。1H-匪R(CDCl3, δ_) 1. 27(t,6H) ,2. 13 (quintet, 4H), 2. 59(t,4H) ,3. 99(t,4H), 4. 17(q，4H)，7· 18(s，2H) ；ESI-T0F613. 2, [M+Na] ；FTIR(KBr, cm-1) =2985,2944,1730,1491, 1462，1421，1388，1373，1354，1342，1263，1224，1216，1203，1176，1095，1057，1027,956， 941,870,771,619,440.3)將9.44g 1，4-二碘_2，5_二(4_氧代丁酸乙酯)苯加入到60mL三氯甲烷中； 攪拌均勻后，加入ISOmL甲醇與乙二胺的混合液(8 10)；反應(yīng)混合物在室溫下攪拌5天； 反應(yīng)結(jié)束后，向體系中加入大量乙醚，有白色絮狀沉淀析出；收集沉淀、洗滌，然后真空干 燥，得到帶有氨基官能團的白色粉末狀產(chǎn)物，見合成路線中的化合物(3)。1H-NMR(DMS0-d6, δ ppm) :1. 91 (quintet, 4H)，2· 27(t，4H)，2· 57(t，4H)，3· 06(q，4H)，3· 96(t，4H)，7· 32 (s， 2H)，7. 79(t，2H) ；ESI-TOF 619.26，[M+H] ；FTIR(KBr, cnT1) :3304，3082，2935，1637，1552， 1488，1464，1351，1265，1215，1059，1039，941，846，821，754，586，490，436.4)將步驟3得到的白色粉末狀產(chǎn)物2. 6g溶于15mL 二甲基亞砜和30mL甲醇中， 然后緩慢加入5mL丙烯酸甲酯；反應(yīng)混合物在室溫下攪拌5天；反應(yīng)結(jié)束后，向體系內(nèi)加 入大量的蒸餾水，劇烈攪拌，有白色固體析出；過濾、洗滌、真空干燥，得白色粉末狀固體， 即帶有四個酯基官能團的聚合單體，見合成路線中的化合物(4)。1H-NMR (CDCl3, δ _)
2.16 (quintet, 4Η) ,2. 42(t，8H)，2· 48(t，4H)，2· 53(br，4H)，2· 73(t，8H)，3· 34(q，4H)，
3.68(s，12H)，4· 00(t，4H)，6· 57(br，2H)，7· 18(s，2H) ；ESI-TOF 963.55，[M+H] ；FTIR(KBr, cnT1) :3298，2949，2831，2204，1736，1647，1517，1437，1377，1265，1213，1041，837，721，544.5)將步驟4所得的聚合單體(1. 6g)和1，4_二乙炔基苯(210mg)溶于36mL三氯甲 烷，6mL 二異丙胺和6mL三乙基胺中；在無氧狀態(tài)下加入23. Img四(三苯基膦)鈀和3. Smg 碘化亞銅；反應(yīng)混合物在50°C下攪拌5天；反應(yīng)結(jié)束后，加入大量的乙醚，攪拌，過濾，再用 大量的去離子水沖洗；真空干燥后，得到帶有四個酯基官能團的聚苯撐乙炔撐類熒光共軛 聚合物，見合成路線中的聚合物(5) O1H-NMR(O)Cl3, δ ppm) 2. 24 (quintet, 4H), 2. 38(t，8H)， 2. 51 (br,8H) ,2. 70 (t，8H)，3· 33(q，4H)，3· 63 (s, 12H)，4· 12(t，4H)，6· 63(br,2H) ,7. 03 (s, 2H)，7· 51(d，4H) ；FTIR(KBr, cnT1) :3298，2949，2831，2204，1736，1647，1518，1437，1377， 1265，1213，1041,837,721,588,544.6)將步驟5所得的熒光共軛聚合物83. 2mg溶解在IOOmL甲醇中，攪拌均勻后加 入0. 5g氫氧化鉀的水溶液；將反應(yīng)混合物回流5天后，加入過量的無水乙醚，有黃色固體 析出；過濾、收集該淡黃色固體，即得到帶有多羧基官能團的熒光共軛聚電解質(zhì)，見合成路 線中的聚合物(6)。1H-NMR(O)3OD, δ ppm) :2· 16 (quintet，4H)，2· 36 (t，8H)，2· 51 (t，4H)，2. 70(t，4H)，2· 88(t，8H)，3· 37(q，4H)，4· 12(t，4H)，7· 13(s，2H)，7· 54 (d, 4H). FTIR (KBr, cnT1) =3421,2945,2725,1631，1402，1215，1124，1009，833，704，633，619.本發(fā)明的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)(以k = 1為例)的一種合成路線
<formula>formula see original document page 8</formula>實施例2 —種多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)(以k = 1為例)用于銅離子的高靈敏檢 測1)用磷酸鹽緩沖溶液(10mM，pH 7. 4)將多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)配制成濃度為 5 X ICT6M的稀溶液；2)將不同濃度的銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到前述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)稀溶液 中，測定其熒光發(fā)射光譜，并根據(jù)熒光強度的變化繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在0-3 μ M濃度范圍內(nèi)，多 羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的熒光猝滅程度與銅離子濃度呈線性關(guān)系(參見圖1)，并且其他多 數(shù)金屬離子均無明顯干擾(參見圖2)。3)將待測銅離子稀釋成O 3Χ ICT6M的溶液，然后加入到步驟一所述的多羧基熒 光共軛聚電解質(zhì)溶液中，測定其熒光發(fā)射光譜，并根據(jù)熒光強度的變化來確定待測溶液中 銅離子的含量。
權(quán)利要求
一種多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)，其結(jié)構(gòu)通式為其中k是修飾烷氧取代基的長度，k的值選用0、0.5、1、1.5或者2；n是聚電解質(zhì)的重復(fù)單元數(shù)，為1～200之間的整數(shù)。FSA00000068172700011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，通過以 下步驟實現(xiàn)(1)將IOg對苯二酚溶解在含有0.2 0. 6mol堿的二甲亞砜溶液中，然后加入鹵代酯， 鹵代酯與對苯二酚的摩爾比為2 6，并在室溫下攪拌3 10天，反應(yīng)結(jié)束后，加入冷水，然 后將析出的白色沉淀過濾、真空干燥，得到1，4_ 二(氧代酯基)苯產(chǎn)物；(2)在含有水和濃硫酸的乙醇溶液中加入IOg1，4_ 二(氧代酯基)苯，水和濃硫酸所 占的體積比分別為1 5%和4 10%，攪拌均勻后，加入等當(dāng)量的單質(zhì)碘和碘酸鉀，反應(yīng) 混合物在60 80°C下攪拌1 3天，反應(yīng)結(jié)束后過濾，并用乙醇和水反復(fù)沖洗，真空干燥 后，得到白色粉末狀產(chǎn)物，為1，4_ 二碘-2，5-二(氧代酯基)苯；(3)將IOg1，4_ 二碘-2，5-二(氧代酯基)苯加入到40 120mL三氯甲烷和80mL 甲醇中，攪拌均勻后，加入60 150mL乙二胺，反應(yīng)混合物在20 40°C條件下攪拌3 5 天，反應(yīng)結(jié)束后，向體系中加入乙醚，有白色絮狀沉淀析出，收集沉淀、洗滌，然后真空干燥， 得到帶有氨基官能團的白色粉末狀產(chǎn)物；(4)將步驟(3)得到的白色粉末狀產(chǎn)物溶于甲醇與二甲基亞砜的混合液中，甲醇與二 甲基亞砜的體積比1 3，然后緩慢加入2 6倍量的丙烯酸甲酯，反應(yīng)混合物在20 40°C 下攪拌3 5天，向體系內(nèi)加入大量的蒸餾水，劇烈攪拌，有白色固體析出，過濾、洗滌、真空 干燥，得白色粉末狀固體，即帶有四個酯基官能團的聚合單體；(5)將步驟(4)所得的聚合單體以及1，4_二乙炔基苯溶于三氯甲烷、二異丙胺和三乙 基胺的混合液中，體積比6 1 1，在無氧條件下加入鈀催化劑和碘化亞銅，反應(yīng)混合物在 40 80°C下攪拌3 5天，反應(yīng)結(jié)束后，加入乙醚，攪拌，過濾，再用去離子水沖洗，真空干 燥，得到帶有四個酯基官能團的聚苯撐乙炔撐類熒光共軛聚合物。(6)將步驟(5)所得的熒光共軛聚合物溶解在80 150mL甲醇溶液中，攪拌均勻后加入堿水溶液，將反應(yīng)混合物回流3 5天后，加入無水乙醚，有淡黃色固體析出，過濾、收集 該淡黃色固體，真空干燥，得到帶有多羧基官能團的熒光共軛聚電解質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟(1) 所述的鹵代酯選用氯代-乙酸甲酯，或己酸乙酯。其中用溴代或碘代替換氯代，用丙酸、丁 酸、戊酸或己酸替換乙酸，用乙酯替換甲酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟(1) 所述的鹵代酯選用2-氯乙酸甲酯、3-溴丙酸乙酯或4-溴丁酸乙酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟(5) 所述的鈀催化劑為四(三苯基膦)鈀或二(三苯基膦)二氯化鈀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多羧基熒光共軛聚電解質(zhì)在銅離子檢測中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有多個羧基官能團的熒光共軛聚電解質(zhì)及其制備方法，是以聚苯撐乙炔撐為共軛骨架，每個重復(fù)單元包含有四個羧基官能團，其側(cè)鏈所帶有的多個羧基官能團容易與生物分子偶聯(lián)，具有良好的生物親合性，適用于各種生化分析實驗。本發(fā)明制備方法操作簡單，產(chǎn)物水溶性好，并具有穩(wěn)定的熒光特性。與其他的聚苯撐乙炔撐類聚電解質(zhì)相比，本發(fā)明成功解決了此類聚合物溶解度較差的不足，同時還兼具良好的熒光特性以及生物親合性好等優(yōu)點，是一種綜合性能優(yōu)良的熒光傳感材料，可以用于銅離子的高靈敏檢測，并且相對于其他金屬離子，具有十分出色的選擇性；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)通式
文檔編號C08G61/02GK101824139SQ20101013616
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者張濤, 范宏亮, 金欽漢 申請人:浙江大學(xué)