苯并咪唑類比率型熒光探針的合成及應(yīng)用研究.pdf

1、熒光比率法是通過測量兩個不同波長處的熒光強度，以其比值作為信號參量，從而來測定目標物的分析方法。熒光比值信號不受光源強度和儀器靈敏度的影響，因此與傳統(tǒng)的熒光探針相比，比率型熒光探針可以提高方法的選擇性、靈敏度和動態(tài)響應(yīng)范圍。比率型熒光探針的設(shè)計機理主要有熒光共振能量轉(zhuǎn)移、激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移、分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移等。2-(2-羥基苯基)苯并咪唑(2-(2-hydroxyphenyl)benzimidazole，HPBI)由于存在激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)

2、子轉(zhuǎn)移(excited state intramolecular proton transfer，ESIPT)過程，發(fā)射雙重熒光峰。如果我們對HPBI結(jié)構(gòu)中的羥基進行修飾，則該分子的ESIPT過程不能有效發(fā)生，從而使HPBI的熒光光譜發(fā)生相應(yīng)改變。本文以HPBI為母體，將其結(jié)構(gòu)中的羥基作為比率型熒光探針的開關(guān)，構(gòu)建了對F-，堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)和P2O74-具有選擇性響應(yīng)的比率型熒光探針。同時本

3、文以2-苯基苯并咪唑為母體，在苯并咪唑的對位引入醛基，生成2-(4-醛基苯基)苯并咪唑。該化合物結(jié)構(gòu)中含有供電子基團苯并咪唑基和強吸電子基團醛基，受紫外光激發(fā)，可有效發(fā)生分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移機理(intramolecular charge transfer,ICT)，因此，2-(4-醛基苯基)苯并咪唑發(fā)射雙重熒光峰。如果我們利用此化合物結(jié)構(gòu)中的醛基與HSO3-反應(yīng)，則分子的吸電性能力降低，導(dǎo)致ICT過程不能有效地發(fā)生，從而使體系的熒光特性發(fā)生

4、變化。因此，我們以2-(4-醛基苯基)苯并咪唑?qū)崿F(xiàn)了對HSO3-的比率型響應(yīng)。本論文包括以下五部分內(nèi)容：
　　 第一章緒論。主要介紹了比率型熒光探針的設(shè)計機理，在此基礎(chǔ)上提出本論文的設(shè)想。
　　 第二章基于ESIPT機理測定F-的比率型熒光探針。本章通過HPBI分子結(jié)構(gòu)中羥基的保護/去保護反應(yīng)，設(shè)計合成了一種測定F-的比率型熒光探針1?；衔?由于不能發(fā)生ESIPT過程，僅僅在360 nm處發(fā)射單一熒光峰。在DMF水溶液

5、中加入F-，化合物1結(jié)構(gòu)中的TBS官能團被F-選擇性的切割，從而恢復(fù)了母體熒光分子HPBI的ESIPT過程，導(dǎo)致反應(yīng)體系在360 nm處的熒光發(fā)射減弱，同時454 nm處的熒光發(fā)射增強。利用反應(yīng)前后體系在360 nm與454 nm處的熒光強度的比值變化(I454/I360)可對F的含量進行定量。
　　 第三章熒光比率法測定ALP的性質(zhì)研究。本章通過三氯氧磷與HPBI分子中的羥基反應(yīng)，然后水解，生成熒光探針分子2?；衔?由于阻斷

6、了ESIPT過程的正常進行，于363 nm處發(fā)射單一熒光峰。在2的溶液中加入ALP，ALP可選擇性地使2分子中的磷酸基團水解，恢復(fù)了原來的母體熒光分子結(jié)構(gòu)HPBI，從而使體系的ESIPT過程有效發(fā)生，導(dǎo)致體系在430 nm處出現(xiàn)了一個新的熒光發(fā)射峰。隨著ALP濃度的增加，反應(yīng)體系在430nm處的熒光發(fā)射強度逐漸增強，同時363 nm的熒光發(fā)射逐漸減弱。利用反應(yīng)前后體系的熒光強度比值I430/I363可對ALP進行定量分析。該方法測定AL

7、P的線性上限至0.050 UmL-1，檢出限為0.0013 U mL-1。
　　 第四章同步熒光法測定焦磷酸根的性質(zhì)研究。本章以HPBI為母體，將其與Zn2+絡(luò)合，反應(yīng)生成金屬配合物(化合物3)。由于HPBI分子中羥基上的氫被束縛住，因此化合物3不能有效發(fā)生ESIPT過程，其熒光發(fā)射波長為418 nm。當向體系中加入P2O74-后，P2O74-中的磷酸基可有效地與HPBI競爭Zn2+離子，從而使3離解，恢復(fù)了HPBI分子本身的E

8、SIPT過程。然而化合物3和反應(yīng)產(chǎn)物HPBI的最大發(fā)射波長(454 nm)相差較近，二者的熒光發(fā)射光譜容易重疊，因此實驗考慮采用同步熒光法。HPBI在364 nm處存在另一熒光發(fā)射峰，其斯托克斯位移△λ與3的發(fā)射峰的△λ很相近，實驗中采用同步熒光法并且選用△λ為40 nm，可以將HPBI在364 nm處的熒光發(fā)射峰和化合物3的熒光發(fā)射峰很好地區(qū)分開來。在3的溶液中加入P2O74-后，反應(yīng)體系在364 nm處的熒光發(fā)射增強，同時在418

9、nm處的熒光發(fā)射減弱?；诖嗽?，本章建立了一種測定P2O74-的同步熒光比率法。
　　 第五章一種表征HSO3-的比率型熒光探針的合成及性質(zhì)研究。本章設(shè)計合成了一種測定HSO3-的新型比率型熒光探針4?；衔?由于存在分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過程，分別于368 nm和498 nm發(fā)射熒光峰。當在化合物4中加入HSO3-后，4中的醛基與HSO3-發(fā)生親核加成反應(yīng)，從而阻斷ICT過程的正常進行，使4在368 nm處的熒光發(fā)射增強，同時498