【正文】 譜學(xué)和物理性質(zhì)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)相吻合。 冷卻至室溫，真空旋除有機(jī)溶劑。羅丹明101（化合物2）的合成：在100 mL的圓底燒瓶中， g（5 mmol）8羥基久洛尼定溶解于40 mL正丁酸中，再加入2滴2 mol/L 硫酸溶液作催化劑， g （ mmol）鄰苯二甲酸酐。將粗產(chǎn)物溶于少量CH2Cl2，以體積比為9:1的沸點(diǎn)為60～90 oC石油醚與乙酸乙酯為淋洗劑， g，%。將上述有機(jī)相真空濃縮得到的中間體溶于30 mL DMF中， g（80 mmol）碳酸鈉，N2保護(hù)下，50 oC攪拌下繼續(xù)反應(yīng)12 h，停止反應(yīng)。N2保護(hù)下，80 oC攪拌反應(yīng)16 h，停止反應(yīng)。 化合物的合成。柱色譜硅膠（100200目）購自青島海洋化工廠。無水1,2二氯乙烷按照標(biāo)準(zhǔn)方法處理得到。 第二章 實驗部分 儀器與試劑所有的熒光測定在Thermo Scientific Lumina 熒光分光光度計上進(jìn)行；紫外光譜測定在Shimadzu UV2400紫外可見分光光度計上進(jìn)行；核磁共振譜在Varian INOVA400核磁共振儀上獲得；溶液pH值用德國Sartorius公司 PB10型精密 pH計測定。因此，有必要開發(fā)以羅丹明101為母體分子并利用其內(nèi)酰亞胺開關(guān)環(huán)前后光學(xué)性質(zhì)顯著差異來檢測Hg2+的熒光探針。 羅丹明6G、羅丹明B和羅丹明101結(jié)構(gòu)但目前為止，利用羅丹明內(nèi)酰亞胺開關(guān)環(huán)前后光學(xué)性質(zhì)顯著差異來設(shè)計熒光探針的報道多集中在以羅丹明B和羅丹明6G（）作為母體進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，而以羅丹明101作為母體分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾來設(shè)計熒光探針的報道僅有四例[8790]，且是以Cu2+和Zn2+為檢測對象，而以Hg2+為檢測對象的羅丹明101類熒光探針還未見報道。所以羅丹明結(jié)構(gòu)是一種構(gòu)建“開關(guān)”型熒光化學(xué)傳感器的理想分子。羅丹明因其具有相對長的激發(fā)發(fā)射波長、較高的量子產(chǎn)率、良好的水溶性以及對光的高穩(wěn)定性等良好的光物理性質(zhì)，而被廣泛應(yīng)用于熒光標(biāo)記試劑和染料激光光源。但這些方法大多數(shù)需要復(fù)雜的多步樣品前處理，同時需要精密的儀器。 由于甲基汞的親脂性、容易吸收、難以排泄，甲基汞容易穿過血腦屏障，在大腦中累積，導(dǎo)致大腦和其它器官嚴(yán)重的不可逆神經(jīng)損傷。無機(jī)汞離子可以輕易的通過細(xì)胞膜，從而嚴(yán)重破壞神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。因此，設(shè)計合成高選擇性高靈敏度識別過渡金屬和重金屬離子的熒光探針已引起人們的廣泛關(guān)注。加入Hg2+ 后，三個探針的熒光均出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象，淬滅程度分別為83%，77%和86%，研究表明，37和38均可與Hg2+ 形成 1∶1配合物，39與Hg2+ 形成1:2配合物，值得指出的是盡管37和38的6位取代雜原子可以形成螯合結(jié)構(gòu)，但三個探針分子都是通過喹唑啉環(huán)與Hg2+ 結(jié)合，具有較高選擇性和靈敏度。2012年，Quang等[85]報道了一種席夫堿汞離子熒光探針36，該探針以二甲基氨基苯為發(fā)色團(tuán)，以氨基硫脲作為金屬識別基團(tuán)，105 M 的該探針的 EtOH/H2O(1∶9，V∶V)溶液中加入0～1 倍濃度的 Hg2+ 時，探針的ICT效應(yīng)得到增強(qiáng)，其熒光逐漸增強(qiáng)，加入過量的 Hg2+ 時，探針可與Hg2+ 形成 2∶1配合物，使得探針分子的熒光逐漸淬滅，其它金屬離子(Pb2+ 、Cd2+ 、Cr3+ 、Zn2+ 、Fe2+ 、Co2+ 、Ni2+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、K+ 、Na+ )對該探針沒有明顯的熒光響應(yīng)，探針對 Hg2+ 具有高度的選擇性，且響應(yīng)時間短(＜30s)。探針分子在水溶液中呈藍(lán)色，最大吸收峰在640 nm，加入Hg2+ 后，其在 640 nm 處的吸收逐漸減弱，在 556 nm 出現(xiàn)新的吸收峰，并逐漸增強(qiáng)，溶液顏色變?yōu)闇\紫色，可作為 Hg2+ 的裸眼識別探針。 其它汞離子熒光分子探針除上述介紹的幾種類型外，Hg2+ 熒光分子探針還有很多種[8183]。 該探針對Hg2+ 檢測的線性范圍在0～30 mM， mM。但是，在具有重要生理作用的金屬離子背景下，可以觀察到良好的熒光，這證明用于實際樣品分析的適宜性。該體系也用實際樣品對Hg2+ 進(jìn)行了分析測試，通過金屬離子存在的背景下測量Hg2+ 誘導(dǎo)探針33熒光變化程度評估了其它金屬離子可能存在的干擾。其它有代表性的金屬離子的檢測顯示一個相對恒定的微弱響應(yīng)，但Cd2+例外。硫代酰胺一般是容易被氧化的，在這個體系中，硫代酰胺基可以作為基于8羥基喹啉熒光淬滅的一個強(qiáng)大分子實體[79]。金屬結(jié)合滴定實驗表明Hg2+ 與探針32形成1:1的復(fù)合物。在pH值為7條件下，向57倍當(dāng)量1:1的甲醇/水中加入一倍當(dāng)量的Hg2+ ，探針32呈現(xiàn)12倍熒光增強(qiáng)，；加入一些其它離子也會出現(xiàn)熒光增強(qiáng)，如Cd2+ (3倍)、Zn2+ ()，但是對比實驗證實，該探針對Hg2+ 的親和力比Zn2+和Cd2+ 更大(λex=423nm, λem=476 nm)。探針32是在混合溶劑中Hg2+ 的靈敏離子感應(yīng)器例子之—[78]。因此，基于8HQ衍生物的汞離子熒光探針一般為“offon”型[7475]。該探針也可用于HeLa細(xì)胞成像檢測研究。 2012年，Zhao等[71]在增加BODIPY共軛程度的同時，引入了汞離子識別基團(tuán)，合成了基于PET機(jī)理的Hg2+ 熒光分子探針31。研究還發(fā)現(xiàn) Hg2+ 的加入也使其紫外可見吸收光譜發(fā)生了明顯的紅移最大吸收波長由499 nm紅移至514 nm，且在502 nm 出現(xiàn)了一個等吸收點(diǎn)，溶液顏色也由淺琥珀色變?yōu)樘壹t色，實現(xiàn)了肉眼識別。在不加Hg2+ 前，因為PET和ICT的雙重作用而導(dǎo)致熒光被淬滅，熒光強(qiáng)度較弱，而加入 Hg2+ 發(fā)生絡(luò)合后，熒光增強(qiáng)超過7倍，且最大發(fā)射波長藍(lán)移到578 nm，對 Hg2+ 顯示出良好的選擇性和高度的敏感性。 Yuan等[69]設(shè)計了一個基于PET和CT(分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移)雙重機(jī)理的Hg2+ 熒光探針29，該探針在其meso位(中位)及3位具有一個含氮、硫的冠醚受體單元，分別以PET機(jī)理和 ICT 機(jī)理與 Hg2+ 結(jié)合。有意義的是，加入Hg2+ 時，化合物的紫外可見吸收光譜發(fā)生了明顯的紅移(且吸收強(qiáng)度也降低)，溶液的顏色由淺琥珀色變?yōu)榧t色，從而實現(xiàn)了肉眼識別。盡管 Cu2+ 、Pb2+ 的加入也會引起一定的熒光淬滅現(xiàn)象，但是在加入5倍當(dāng)量的Hg2+ 時，該探針溶液的熒光發(fā)射強(qiáng)度降低了98%，而在加入10倍當(dāng)量的Cu2+ 或Pb2+ 時，其熒光強(qiáng)度也僅降低不到44%或9%。Moon等[68]通過含 8羥基喹啉的芳醛與 2,4二甲基吡咯的縮合反應(yīng)，制備出一種新型的 BODIPY類衍生物探針28。它由硼橋鍵和甲川橋鍵把兩個吡咯環(huán)固定在一個平面上，使分子具有剛性共平面結(jié)構(gòu)，在激發(fā)光的作用下，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熒光。金屬結(jié)合滴定表明汞與探針27以2:1的模式結(jié)合，且探針27對Hg2+ 的檢測極限較低為100 nm。此外，在探針溶液中加入Hg2+ ，溶液由紅色變?yōu)樗{(lán)色，最大吸收從543 nm處轉(zhuǎn)移到568 nm處,近紅外光譜發(fā)射強(qiáng)度減少40倍?；跀U(kuò)展六吡咯環(huán)卟啉的近紅外發(fā)光“開關(guān)”型探針27提供了在甲醇中檢測Hg2+ 的方法[65]。重金屬離子絡(luò)合劑TPEN有效地將Hg2+從卟啉去除并使卟啉薄膜恢復(fù)原有熒光強(qiáng)度，通過連續(xù)浸漬Hg2+ 或TPEN溶液，薄膜至少可以回收六次。薄膜的形成通過卟啉26沉積在六甲基二硅氧烷處理過的玻璃片上，在652 nm處表現(xiàn)出選擇性的光吸收帶，在720 nm處為發(fā)射帶 (λex=420 nm)。利用這一特點(diǎn)，在細(xì)胞成像研究中可以有效避免基于波譜移動的比率型探針的熒光光譜重疊問題。在 Na+，K+，Mg2+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ 等金屬離子共存時，僅選擇性識別 Hg2+ ，107～105 M，108 M，對Hg2+ 的響應(yīng)時間小于2 min。該探針對 Hg2+ 的線性響應(yīng)范圍在3107～2105 M，檢測限可達(dá)2108 M，可在pH =5～9范圍內(nèi)檢測Hg2+ 。Hg2+ 的加入，使得卟啉基團(tuán)在 646 nm 處的特征熒光發(fā)生淬滅，在603 nm 處產(chǎn)生新的熒光。該探針具有較好的可逆性和選擇性，并被成功用于水樣檢測。加入Hg2+ 后，3種化合物均可與 Hg2+ 形成 1∶1配合物，其熒光強(qiáng)度發(fā)生不同程度衰減。用不同取代基修飾卟啉，可以導(dǎo)致其配位能力不同，從而改變探針的選擇性和靈敏度。卟吩是由四個毗咯環(huán)和四個次甲基橋聯(lián)起來的18π電子的大環(huán)共扼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)決定了卟啉既可以利用中心的四個吡咯環(huán)上的氮原子絡(luò)合金屬又可以通過葉琳中位和β位連接離子載體。 卟啉類汞離子熒光分子探針卟啉化合物作為熒光團(tuán)具有非常好的光學(xué)性質(zhì),如高的摩爾消光系數(shù),高的熒光量子產(chǎn)率、大的Stokes位移、相對長的激發(fā)( 400nm)和發(fā)射( 600nm)波長而且對光比較穩(wěn)定等,是一種理想的熒光物質(zhì)[60]。該探針與Hg2+ 結(jié)合后的熒光強(qiáng)度比開環(huán)的羅丹明B與Hg2+ 形成的配合物的熒光強(qiáng)度高 407 倍。2011年，Kumar 等[59]將萘酰亞胺和羅丹明通過苯環(huán)連接起來，合成了結(jié)構(gòu)新穎的“offon”型熒光分子探針20。兩種探針對Hg2+ 具有相似的親和力(Kd=50 nM，探針18；79 nM，探針19)。（λem=545 nm），（λem=537 nm），加入Hg2+ 后。Wang等[5758]報道了基于聚酰胺受體的檢測水溶液中一組Hg2+ 化學(xué)傳感器119。而且，同樣條件下其它金屬離子的存在不會干擾Hg2+ 誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)反應(yīng)，顯然該探針對Hg2+ 比Ag+ 具有更高的活性。從苯胺亞基到萘酰亞胺發(fā)色團(tuán)的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)過程形成比較接近的新物質(zhì)（探針17），該探針是一種高選擇性Hg2+ 探針。Leng等[56]合成了一種與金納米雜化材料（金納米粒子）結(jié)合的探針16。因此，通過比較加入Hg2+ 前后在475 nm和530 nm處發(fā)射強(qiáng)度比，探針15可以實現(xiàn)單激發(fā)雙發(fā)射比率檢測Hg2+ 。金屬離子選擇性實驗表明該探針的熒光不會因其它金屬離子如Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+ 和Pd2+的存在而影響。溶液研究揭示了金屬離子檢測中這種Hg2+ 促進(jìn)環(huán)狀胍基化修飾的探針和高選擇性的Hg2+ 是以1:1的模式結(jié)合的。探針15本身是在290 nm處激發(fā)，在最大發(fā)射波長530 nm處發(fā)射暗綠色的光。Liu等[55]首先報道出Hg2+促進(jìn)分子內(nèi)環(huán)狀胍基化修飾的熒光探針。Yang等[54]合成了8羥基喹啉同萘酰亞胺相連的“offon”型汞離子熒光探針14，該探針對Hg2+ 具有熒光響應(yīng)，屬于 PET 機(jī)理。此外，探針13成功地應(yīng)用于自來水以及河水中Hg2+ 的檢測。通過工作曲線法可知，該探針與Hg2+ 以1：1的模式絡(luò)合，106 M1 。在含有50%乙醇(助溶劑)TrisHCl緩沖液（pH ）中，該探針對Hg2+具有較高的靈敏度和選擇性，并且過量Hg2+ 會誘導(dǎo)發(fā)射強(qiáng)度增加約24倍，同時在565 nm處出現(xiàn)一個新的吸收峰。在存在100倍當(dāng)量的其它生理性或重要的環(huán)境背景金屬離子時，12Hg2+體系（含有探針12和10倍當(dāng)量的Hg2+）的熒光受到小于10%影響。金屬離子選擇性實驗表明，探針12無論吸收波長還是發(fā)射波長均不受 Na+、K+、 Mg2+、Ca2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+ 和Pb2+ 的影響，甚至具有代表性的親硫離子Ag+和Cd2+ 都不會影響。探針12在50% HEPES乙腈緩沖溶液中表現(xiàn)出相對較弱的熒光，熒光集中在511 nm處，加入1倍當(dāng)量的Hg2+ ，熒光顏色由深綠變?yōu)榱辆G。加入100倍當(dāng)量Hg2+ 前后I467/I523 比率變化了840倍，另一方面，其它金屬離子表現(xiàn)出相對恒定的I467/I523 值。加入Hg2+ 后溶液顏色從粉紅色變?yōu)辄S綠色，并且在最大吸收峰處伴有有藍(lán)移，從523 nm移至467 nm。 而其它金屬離子均無此催化作用，對Hg2+ 的響應(yīng)表現(xiàn)出高度選擇性。2010年，Shiraishi 等[49]利用Hg2+誘導(dǎo)脫硫反應(yīng)合成了一種“onoff”型 Hg2+熒光探針11，該探針屬于ICT機(jī)理，有較廣的酸堿適用范圍(pH =2～12)，在其乙腈/水溶液(1：1，V∶V)中加入Hg2+ ，在445 nm(激發(fā)波長342 nm)處的熒光發(fā)射發(fā)生淬滅。香豆素作為一類重要的雜環(huán)化合物，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和熒光材料等領(lǐng)域,近年來受到人們的大量關(guān)注。香豆素化合物除具有獨(dú)特生物活性外，還具有優(yōu)異的光學(xué)特性。研究表明,香豆素類化合物具有多方面獨(dú)特的生理學(xué)和生物學(xué)活性，例如：抗高血壓、抗凝血、抗真菌、抗細(xì)菌、抗病毒、抗癌等一系列的生物和藥用活性。 香豆素類汞離子熒光分子探針香豆素類化合物是自然界中廣泛存在的一類重要天然雜環(huán)化合物。利用共聚焦熒光顯微成像技術(shù)此探針可以比率檢測MCF7 細(xì)胞中ppb級的Hg2+ 。探針10 具有靈敏度高(ppb 級)、選擇性好、pH 范圍寬(4–10) 等優(yōu)點(diǎn)。作者認(rèn)為引入剛性和共軛程度大的苯基乙炔基苯基作為間隔基，熒光能量可以通過化學(xué)鍵由供體向受體進(jìn)行有效轉(zhuǎn)移(F246。通過間隔基把一個羅丹明染料分子與一個BODIPY染料分子相連，Zhang等[46]首次巧妙地設(shè)計合成了基于FRET機(jī)理的細(xì)胞內(nèi)羅丹明Hg2+ 比率熒光探針10。碘離子的加入引起探針9對Hg2+ 的顏色和熒光減弱，因而表明該探針與Hg2+ 相互作用是可逆的。熒光滴定1 mM 該探針，其對Hg2+ ppb，信噪比（S/N）為3。 Zhao等[45]報道一個基于羅丹明熒光團(tuán)和8羥基喹啉基的可逆的、選擇性的、靈敏的熒光探針9。兩者熒光性質(zhì)基本相似，在優(yōu)化條件下100 nmol/L的探針溶液的熒光強(qiáng)度與 Hg2＋濃度在0～2 mg/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。在探針7的基礎(chǔ)上將苯環(huán)改為吡啶環(huán)衍生得到Hg2＋ 探針8，可用于純水中Hg2＋的可逆性檢測。探針開環(huán)生成硫負(fù)離子參與絡(luò)合，對Hg2＋ 顯示出杰出的選擇性并可以在比較寬泛的酸堿范圍 (pH ～) 內(nèi)響應(yīng)。此外，兩種探針均能使暴露于汞離子納摩爾濃度下線蟲體內(nèi)Hg2