基于新型PET机制的阳离子荧光分子探针

  荧光探针能够对目标分析物表现出比较好的专一选择性是目前追求的热点，因为荧光分子探针价格低廉、合成产率高且可实现定点监控。PET型的荧光探针因其开关比较大而受到追捧，现有的PET荧光探针仍受环境中pH的影响，其原因主要是供电子N原子对环境中pH的变化比较敏感，对环境酸碱程度的不同而有不同程度的质子化。为了拓宽PET探针在实际应用时的pH范围，本论文综合常规PET探针的识别基团仅靠N原子提供电子上这一不足之处，引入软配位原子S原子、Se原子，并结合这些原子对环境pH变化不敏感的特性，合成出具有多个识别位点的新型传感器，不管在酸性还是碱性条件下，都能使探针分子自身的荧光基本保持在“关”的状态，而结合目标分析物之后，荧光则会一直处于“开”的状态。这些新引入的原子不仅可以提供孤对电子形成新的PET通路，并且对银离子和铝离子有选择性配位能力，增强对目标离子的选择性。本论文研究了一系列PET机理的荧光分子探针（包括香豆素类的银离子荧光分子探针HC1、HC2、HC3；荧光素类的银离子荧光分子探针HF1、HF2以及蒽醌类的铝离子荧光分子探针HA1、HA2、HA3）的设计、合成，所合成中间产物及终产物经过核磁共振氢谱、碳谱、元素分析和质谱表征其结构。对其相关识别性能的研究如下：合成基于香豆素类PET荧光探针HC1、HC2、HC3，在乙醇/水（1 : 1, v/v）溶液中，能够特异性的识别银离子。由于杂原子S, Se参与PET过程的结果，这些游离的探针分子表现出反常的PET探针发光行为，在酸性条件下，质子化的探针没有荧光；相反，在碱性条件下具有一定的荧光；加入银离子之后，通过抑制PET猝灭荧光的效应，这三个探针分子的荧光呈现线性增强趋势，增强幅度约为4倍，且都能与银离子形成1 : 1的配合物，通过非线性拟合求的结合常数分别为1.61×108M-1（R = 0.999）、2.35×105M-1（R = 0.998）和3.96×106M-1（R = 0.993）。常见阳离子和阴离子对识别过程均不产生干扰作用；外推法求得检测线分别为5.2×10-8M、5.2×10-8M、2.45×10-7M。合成了基于荧光素发光基团的双臂荧光探针HF1、HF2，在乙醇溶液中，HF1和HF2表现较好的银离子选择性。质谱分析进一步证明，HF1和HF2与银离子形成的配合物的化学计量比为1 : 2。通过荧光强度与银离子浓度的关系进行非线性拟合，求出解离常数分别为1.3618×10-11M2和1.4551×10-11M2。由于探针分子中结合位点多，离子干扰较严重，还需对识别条件进一步优化。为进一步验证杂原子S, Se在新型PET探针设计中的重要性，设计合成了以1,2-二羟基蒽醌作为荧光基团的荧光分子探针HA1、HA2、HA3。它们可以作为特异性检测铝离子的分子荧光探针，在乙醇/水（1 : 1, v/v）溶液中，这三个探针分子均对铝离子的加入表现出不同于其它金属离子的响应，并且不受环境pH变化的影响。在3-11的pH范围内，三个探针分子的荧光都很微弱；加入铝离子之后，都呈现大倍数的荧光开启。综上内容，本论文通过较系统的研究，成功设计了基于N, S, Se杂原子的多PET通道的荧光探针，为PET探针的设计提供了新模型。

 

【文章来源】：天津理工大学天津市

 

【文章页数】：70 页

 

【学位级别】：硕士

 

文章目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

    1.1 荧光分子探针

        1.1.1 分子识别和荧光分子探针

        1.1.2 荧光产生的条件及影响因素

        1.1.3 荧光分子探针的评价标准

        1.1.4 荧光分子探针的结构

        1.1.5 基于 PET 识别机制的荧光分子探针的原理和研究进展

    1.2 银离子荧光分子探针

    1.3 铝离子荧光探针

    1.4 本论文的研究内容

第二章 基于新型 PET 机制的香豆素类银离子荧光探针

    2.1 设计思路

    2.2 实验部分

        2.2.1 仪器与试剂

        2.2.2 中间产物及终产物合成路线

        2.2.3 合成方法及化合物表征

        2.2.4 光谱测试方法

    2.3 结果与讨论

        2.3.1 探针分子 HC1-HC3 对金属阳离子的选择性

        2.3.2 探针分子 HC1-HC3 对银离子的响应特性

        2.3.3 探针分子 HC1-HC3 的 pH 值响应

        2.3.4 探针分子 HC1-HC3 的可逆性实验

    2.4 本章小结

第三章 基于螺环开关和 PET 机制的荧光素类银离子荧光探针

    3.1 设计思路

    3.2 实验部分

        3.2.1 仪器与试剂

        3.2.2 终产物合成路线

        3.2.3 合成方法及化合物表征

        3.2.4 光谱测试方法

    3.3 结果与讨论

        3.3.1 探针分子 HF1 和 HF2 的光物理性质

        3.3.2 探针分子 HF1 和 HF2 对 Ag+的滴定实验

        3.3.3 探针分子 HF1 和 HF2 的离子选择性

        3.3.4 探针分子 HF1 和 HF2 与 Ag+的作用机理

        3.3.5 探针分子 HF1 和 HF2 的检测限

    3.4 本章小结

第四章 基于新型 PET 机制的蒽醌类铝离子荧光探针

    4.1 设计思路

    4.2 实验部分

        4.2.1 仪器和试剂

        4.2.2 终产物合成路线

        4.2.3 合成方法及化合物标征

        4.2.4 光谱测试方法

    4.3 结果与讨论

        4.3.1 探针分子 HA1-HA3 的 pH 值响应

        4.3.2 探针分子 HA1-HA3 的光物理性质

        4.3.3 探针分子 HA1-HA3 对离子浓度的响应特性

        4.3.4 探针分子 HA1-HA3 对金属离子的选择性识别

        4.3.5 探针分子 HA1-HA3 的可逆性实验

    4.4 本章小结

结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

 

 

参考文献

 

期刊论文

 

[1]含氟香豆素荧光探针的合成及其荧光性能研究[J]. 陈晓冰,孙小强,熊敏秋,席海涛.  化学通报. 2010(10)

[2]β-环糊精及其衍生物对维生素分子的识别作用[J]. 王茹林,李寒青,弓辉,秦姝竹.  化学研究. 2010(04)

[3]铝对人体健康影响的研究进展综述[J]. 盛明纯.  安徽预防医学杂志. 2006(01)

[4]茜素应用于阴离子识别[J]. 吴芳英,胡美华,刘松,谭晓芳.  南昌大学学报(理科版). 2005(01)

[5]蒽醌衍生物与β-胡萝卜素自由基抗氧化协同作用的研究[J]. 崔剑,李兆陇,洪啸吟.  化学学报. 2004(12)

[6]用罗丹明B作标准物测定二氯荧光素的荧光量子产率[J]. 杨洗,潘祖亭,马勇.  分析科学学报. 2003(06)

[7]超分子体系中的分子识别研究（一）——有机硒修饰β-环糊精的合成及其与L-和D-色氨酸的包结配位作用[J]. 尤长城,刘育.  高等学校化学学报. 2000(02)