（有机化学专业论文）冠醚荧光探针及pde4抑制剂复合物晶体结构的研究.pdf

中山大学博上学位论文 冠醚荧光探针及p d e 4 抑制剂复合物晶体结构的研究 作者：彭明生 专业：有机化学 导师：蔡继文教授 ( 中山大学化学与化学工程学院，广州，5 1 0 2 7 5 ) 摘要 本论文分两部分工作，第一部分以苯并香豆素和联苯类基团作为荧光团合成 了荧光冠醚，开展了冠醚荧光探针的荧光性及离子识别研究。第二部分工作合成 萘啶类p d e 4 抑制剂，通过其与p d e 4 的亚族形成的复合物晶体结构的研究，为现 有抑制剂的结构改造提供理论依据。全文共分六章。 第一章，介绍了荧光探针的识别原理，对含有香豆素结构的大环醚类荧光探 针的研究进展进行了综述。 第二章，设计并合成了六个含苯并香豆素结构的氧杂冠醚，其中苯并香豆素 类酯型氧杂冠醚具有荧光性，随着溶剂极性的增加，最大发射波长k m 稍稍红移。 d m s o 是这些荧光化合物的荧光猝灭试剂。碱金属及碱土金属离子的加入能使荧 光强度增大。这些化合物中，具有1 8 一冠6 环的酯型冠醚c 3 显示出对b a 2 + 相对较 好的荧光选择性。 第三章，设计并合成了两个含苯并香豆素结构的氮杂荧光冠醚，碱金属及碱 土金属离子的加入能使荧光强度增大。连有氮杂18 冠6 环的化合物c 8 在高氯酸 钙或高氯酸钡存在下荧光强度大大增强，显示出c 8 对c a 2 十、b a 2 + 的很好的荧光选 择性。 第四章，设计并合成了十五个含联苯结构的荧光冠醚，改进了4 羟基4 联苯 甲酸的合成路线，研究了影响冠醚荧光性的结构因素，并对其与金属离子的识别 进行了研究。化合物c 2 3 在加入高氯酸钡后，荧光强度大大降低，显示出对b a 2 + 的很好的荧光选择性。 中山大学博上学位论文 第五章，介绍了近年来p d e 酶家族，p d e 4 酶，以及p d e 4 抑制剂的类别。并 对p d e 4 亚型选择性的抑制剂研究近况，p d e 4 抑制剂在临床应用中存在的问题和 新药开发的策略作了综述。 第六章，合成了萘啶类p d e 4 d 抑制剂。通过使用钯催化的s u z u k i 反应成功合 成了两个萘啶类抑制剂。研究了抑制剂与靶标蛋白p d e 4 的各个亚族结合所形成的 复合物的晶体结构，通过x 射线衍射晶体结构分析，可以清晰地了解抑制剂与靶 标之间的作用，结果为p d e 4 抑制剂的结构改造以及提高其选择性提供重要的理论 指导。 关键词：荧光探针，冠醚，香豆素，联苯，p d e 4 抑制剂，晶体结构 i i 中山大学博士学位论文 s y n t h e s e so fc r o w ne t h e rf l u o r e s c e n tp r o b e sa n dt h ec r y s t a l s t r u c t u r eo ft h ec o m pl e xo ft y p e4p h o s p h o d i e s t e r a s ew i t h i n h i b i t o r p h dc a n d i d a t e ：p e n gm i n g s h e n g m a jo r ：o r g a n i cc h e m i s t r y s u p e r v i s o r ：p r o f c a ij i w e n a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t so ft w op a r t s t h ef i r s tp a r ti st h es y n t h e s i so ff l u o r e s c e n t c r o w ne t h e r sw i t hb e n z o c o u m a r i no rb i p h e n y lu n i t s a n dt h es t u d yo ft h ef l u o r e s c e n c e a n di o nr e c o g n i t i o no ft h ef l u o r e s c e n tc r o w ne t h e r s t h es e c o n dp a r ti st h es y n t h e s i so f l ，7 一n a p h t h y r i d i n e s a sam o s tp o t e n t i a l l ya c t i v ec l a s so fp d e 4 ds u b t y p e - s e l e c t i v e i n h i b i t o r s t h er e s e a r c ho nt h et h r e e d i m e n s i o n a ls t r u c t u r eo fp d e 4 a ，p d e 4 b ，p d e 4 d i nc o m p l e xw i t ho n eo ft h e1 , 7 - n a p h t h y r i d i n ec o m p o u n d sp r o v i d e se x p l a n a t i o n sf o rt h e s t r u c t u r em o d i f i c a t i o no ft h ep d ei n h i b i t o r s t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t so fs i xc h a p t e r s i nc h a p t e ro n e ，t h er e c o g n i t i o nm e c h a n i s m so ff l u o r e s c e n tp r o b e sw e r ei n t r o d u c e d ， a n dt h ep r o g r e s so fm a c r o c y c l i cp o l y e t h e rf l u o r e s c e n tp r o b e sw a sr e v i e w e d i nc h a p t e rt w o ，s i xo x a - c r o w ne t h e r sw i t hb e n z o c o u m a r i nw e r ed e s i g n e da n d s y n t h e s i z e d o n l ye s t e r - t y p eo x a - c r o w ne t h e r sw i t hb e n z o c o u m a r i nw e r ef l u o r e s c e n t a st h ep o l a r i t yo ft h es o l v e n ti n c r e a s e d ，t h ee m i s s i o nm a x i m u mk ms h o w e das l i g h tr e d s h i f t d m s oi st h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gs o l v e n t as l i g h to rm o d e r a t ei n c r e a s eo f f l u o r e s c e n c ew a so b s e r v e du p o nt h ea d d i t i o no fa l k a l ia n da l k a l i n ee a r t hm e t a li o n s ，a n d t h ee s t e r - t y p ec o m p o u n dw i t h18 一c r o w n 6u n i t ( c 3 ) e x h i b i t e dr e l a t i v eg o o db a 2 + f l u o r e s c e n c es e l e c t i v i t y i i i 中山大学博士学位论文 i nc h a p t e rt h r e e ，t w oa z a - c r o w ne t h e r sw i t hb e n z o c o u m a r i nw e r ed e s i g n e da n d s y n t h e s i z e d a ni n c r e a s eo ff l u o r e s c e n c ew a so b s e r v e du p o nt h ea d d i t i o no fa l k a l ia n d a l k a l i n ee a r t hm e t a li o n st ot h et w oa z a 。c r o w ne t h e r s c o m p o u n dw i t ha z a - 18 - c r o w n 6 u n i t ( c 8 ) e x h i b i t e dg o o dc a + a n d8 a + s e l e c t i v i t yw i t hf l u o r e s c e n c ee m i s s i o ni n t e n s i t y g r e a t l ye n h a n c e di nt h ep r e s e n c eo fc a l c i u mo rb a r i u mp e r c h l o r a t e s ，i n d i c a t i n gt h a tt h i s c r o w ne t h e rc o u l db ed e v e l o p e da san e wf l u o r e s c e n tp r o b ef o rc a 2 + a n db a 2 + i nc h a p t e rf o 眦f i f t e e nf l u o r e s c e n tc r o w ne t h e r sw i t hb i p h e n y lg r o u pw e r ed e s i g n e d a n ds y n t h e s i z e d t h es y n t h e t i cm e t h o do f 4 - h y d r o x y 一4 一b i p h e n y l c a r b o x y l i ca c i dw a s i m p r o v e d t h es t r u c t u r a lf a c t o r sa f f e c t e dt h ef l u o r e s c e n c eo ft h ec r o w ne t h e r s ，a n dt h e r e c o g n i t i o n o ft h e s ec r o w n st oc a t i o n s ，w e r e s t u d i e d c o m p o u n d c 2 3w i t h b e n z o 18 c r o w n 6e x h i b i t e dg o o db a + s e l e c t i v i t yw i t hf l u o r e s c e n c ee m i s s i o ni n t e n s i t y g r e a t l yr e d u c e di nt h ep r e s e n c eo fb a r i u mp e r c h l o r a t e i nc h a p t e rf i v e ，t h ep d ef a m i l y , p d e 4e n z y m e ，a sw e l la st h ei n h i b i t o r so fp d e 4 w e r ei n t r o d u c e da n dr e v i e w e d m e a n t i m e ，t h ep r o g r e s so fp d e 4s u b t y p e s e l e c t i v e i n h i b i t o r s ，t h ep r o b l e m sa l o n gw i t ht h ec l i n i c a lu s eo fp d e 4i n h i b i t o r sa n dt h e i r d e v e l o p m e n to r i e n t a t i o nw e r es u m m a r i z e d i nc h a p t e rs i x ，t h es y n t h e s i so f1 , 7 - n a p h t h y r i d i n e sa sp o t e n t i a l l ya c t i v ep d e 4 d s u b t y p e - s e l e c t i v e i n h i b i t o r sw a s d e s c r i b e d p a l l a d i u m c a t a l y z e dc r o s s c o u p l i n g r e a c t i o n sw e r eu s e da ss y n t h e s i st o o l sf o rt h ep r e p a r a t i o no ft w o6 , 8 - d i s u b s t i t u t e d 1 ，7 一n a p h t h y r i d i n e s t w o1 , 7 一n a p h t h y r i d i n ec o m p o u n d s w e r eo b t a i n e d t h e t h r e e d i m e n s i o n a ls t r u c t u r eo fp d e 4 ，p d e 4 b ，a n dp d e 4 di nc o m p l e xw i t ho n eo ft h e 1 ，7 一n a p h t h y r i d i n ec o m p o u n d sw a sr e p o r t e d t h es t r u c t u r es t u d i e sr e v e a l e dt h ed e t a i l e d i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h eg u e s tm o l e c u l ea n dt a r g e tp r o t e i n ，w h i c hs h o u l dp r o v i d eu s e f u l i n f o r m a t i o nf o rt h ed e s i g no fh i g h s e l e c t i v ep d e 4i n h i b i t o r s k e yw o r d s ：f l u o r e s c e n tp r o b e ，c r o w ne t h e r , c o u m a r i n ，b i p h e n y l ，p d e 4i n h i b i t o r , c r y s t a ls t r u c t u r e i v 中山大学博士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：魂岬哆 日期：卿f 二月f 日 1 2 5 中山人学博i 学位论文 使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：锐岬譬 同期：枷g 年f 上角f1 7 导师签名： ；i 、屯土 闩期：2 一昭年，j 月 同 中山大学博士学位论文 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完成的成果， 该成果属于中山大学化学与化学工程学院，受国家知识产权法保护。在学期间与 毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利，均需由导师作为通讯联系人，未经 导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布 学位论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 1 2 7 学位论文作者签名嘲叩生 日期：缔2 爿乡日 中山大学博上学位论文 第一部分冠醚荧光探针的研究 第一章前言 1 1 概述 自从c j p e d e r s o n 1 】发现冠醚以来，由于其对碱金属、碱土金属离子具有特殊 的络合性能，引起了各国化学家的极大关注，冠醚化学得到了飞速发展，并在此 基础上发展了主客体化学【2 1 、超分子化学 3 1 。对以非共价键弱相互作用力键合起来 的复杂有序且具有特定功能的分子集合体，即超分子化学的研究，可以说是共价 键分子化学的一次升华、一次质的超越，被称为是“超越分子概念的化学”，它不 仅在材料科学和信息科学，而且有生命科学中也具有重要的理论意义和潜在的应 用前景。 分子识别是生命活动中一个至关重要的现象，是超分子化学的核心研究内容 之一。分子识别是指主体( 受体) 对客体( 底物) 选择性结合并产生某种特定功 能的过程。单纯的结合不是识别，识别是有目标的结合，它是通过一系列结构确 定的分子间相互作用而组成的模式识别过程。结合形成的超分子体系是由它的稳 定性和选择性，即形成过程中的能量和信息量来表征的，分子识别主要可分为对 离子客体的识别和对分子客体的识别【4 卅。 一些分子，被特定波长的光激发后，处于激发态的电子能够迅速地以发射出更 长波长光的形式跃迁回基态，发出的光叫做荧光，这些分子称之为荧光分子。荧 光大多是可见的，反映了光与物质之间的相互作用。金属离子与生命科学、环境 科学、医学等领域有着密不可分的联系，对其识别和检测在分析化学中占有重要 的地位。在众多有效的金属离子检测方法中，荧光分子探针检测法不仅方法简便， 而且在灵敏度、选择性、响应时间、原位测定( 如荧光成像技术) 以及利用光纤 进行远距离检测方面均有突出优点。金属离子荧光分子探针作为有广泛应用价值 的敏感检测手段，其设计、合成、应用及识别过程中所涉及的光物理和光化学问 题受到了不同领域研究者的广泛关注。 中山大学博士学位论文 1 2 荧光分子探针识别原理 1 2 1 光诱导电子转移1 7 1 ( p e t ，p h o t o i n d u c e de l e c t r o nt r a n s f e r ) p e t 探针由于设计原理相对合理，因此在阳离子荧光探针中主要选择这种类 型。p e t 荧光开关一般原理图见图1 - 1 。典型的p e t 体系由电子给体的受体部分 ( r e c e p t o r ) ，通过间隔基( s p a c e r ) 和荧光团( f l u o r o p h o r e ) 相连。p e t 荧光探针 中，荧光团与受体单元之间存在着光诱导电子转移，对荧光有非常强的猝灭作用。 因此在未结合客体之前，探针分子不发射荧光，或荧光很弱。一旦受体与客体相 结合，光诱导电子转移作用受到抑制，甚至被完全阻断，荧光团就会发射出强的 荧光( 见图卜1 ) 。p e t 荧光探针的作用机制可由前线轨道能量来说明( 见图1 - 2 ) 。 当荧光团受到激发时，最高己占轨道( h o m o ) 上的一个电子跃迁到最低未占轨 道( l u m o ) ，使得p e t 从供体( 自由离子的受体) 到荧光团，引起后者的荧光猝 灭。络合了正离子后，供体的氧化还原电位升高，相应的最高已占轨道( h o m 0 ) 能量变得低于荧光团，结果，p e t 不再可能，荧光猝灭被压制，换言之，就是因为 与正离子配合后，荧光强度增大。由于与客体结合前后，荧光强度差别非常大， 呈明显的“关 、“开 状态，这类探针又被称为荧光分子开关。 e 图1 1p e t 荧光开关一般原理图 二一一 e f l u o r o p h o r e f r e er e c e p t o rf i 一口i p h o b o u 订lr c p 啊 图1 2p e t 机制的前线轨道理论示意图 2 中山大学博士学位论文 在己报道的p e t 荧光开关分子中，多数都是以脂肪氨基，或氮杂冠醚作为受体 单元。化合物l 是一个结构简单的k + p e t 荧光分子探针【8 】，化合物2 是z n 2 + p e t 觥； 分子探针【9 1 。 厂、0 1 2 4 2 2 光诱导电荷转移。加l ( p c t ，p h o t o i n d u e e dc h a r g et r a n s f e r ) 典型的p c t 荧光探针分子是由荧光团与识别基团直接相连构成的，荧光团上 分别连接有共轭相联的推电子基( 电子供体) 和吸电子基( 电子受体) ，在光激发下 会产生从电子给体向受体的电荷转移。 与供电予基圃作用 囵嬲， 一 弩唆屯子基圃作用 铋胡 厨圃 j j 胤圈 吟麓移 一红移 譬 图卜3p c t 机制中离子与荧光团中供电子基团或吸电子基团的作用 当一个在荧光团中起电子供体作用的基团( 如氨基) 与正离子作用时，离子 降低了该基团的供电子特性，由于这种共轭作用的降低，导致吸收光谱蓝移，以 3 中山人学博士学位论文 及消光系数的减小。相反地，当离子与受体的作用加强了该基团的吸电子特性， 则吸收光谱红移，摩尔吸光系数增大，荧光光谱总体来说与吸收光谱移动的方向 相同。伴随着这些光谱的移动，经常可观察到荧光量子产率及荧光寿命的变化。 所有这些光物理效应，与这些正离子的电荷及离子大小有关。图卜3 说明p e t 机 制中离子与荧光团中供电子基团或吸电子基团的作用。 化合物3 为p c t 荧光探针，与l i + 络合后荧光增强了9 0 倍，与m 9 2 + 络合后荧 光增强2 2 5 0 倍【1 1 】。化合物4 不仅能对碱土金属离子识别，还能对二价的重金属离 子如h 9 2 + 、p b 2 + 进行识别，因此可能应用在环境分析方面【12 1 。 电一 - - - n m l o e 2 34 1 2 3 激发单体一激基缔合物1 7 i ( m o n o m e r e x e i m e r ) 当两个相同的荧光团如多环芳烃葸或芘等连接到一个受体分子的合适位置 时，其中一个被激发的荧光团( 单体) 会和另一个处于基态的荧光团形成分子内激 基缔合物。它的发射光谱不同于单体，表现为一个新的、强而宽、长波、无结构 发射峰。由于形成这种激基缔合物需要激发态分子与基态分子达到“碰撞”距离 大约为3 5 1 0 。1 0 m ，因此两个同种荧光团之间的距离成为激基缔合物形成和破坏的 关键。可利用各种超分子作用力改变两个荧光团之间的距离，通过结合客体前后 单体激基缔合物的荧光光谱变化识别金属离子。 r n l 5 4 6 中山大学博十学位论文 芘、葸等荧光团由于具有较长的激发单线态寿命，常常用于单体激基缔合物 体系中。化合物5 能络合n a + ，第二个n a + 的络合常数比第一个钠离子大，并且在 激发态时有更大的络合常数【1 3 1 钔。化合物6 能选择性络合碱金属中的r b + 【1 5 16 1 。 1 2 4 电子能量转移1 7 1 ( e e t , e l e c t r o n i ce n e r g yt r a n s f e r ) 如果两个以上不同的荧光团彼此之间的位置合适，同时其中一个发色团( 供体) 的荧光发射光谱和另一个发色团( 受体) 的吸收光谱交盖，当供体被激发以后就会 和受体形成电子能量转移，其荧光发射光谱特征表现为供体的特征峰减弱或者消 失，而显示的是受体的发射峰。如化合物7 和h 9 2 + 形成复合物后，两个发色团之 间的距离被缩短，从而发生了从供体到受体的电子转移，荧光发射光谱显示的只 是受体的荧光【1 7 , 1 8 】。 1 3 识别基团 由于荧光分析方法以及技术的飞速发展，荧光作为一种分析测试的手段已经 越来越得到研究人员的重视，相应的，荧光分子作为探针在生命科学、环境科学、 材料科学以及信息科学等领域的应用也得到了巨大的拓展。因为识别是荧光分子 探针的基本目的，所以开发新型受体，特别是大分子、中性分子以及与生物体系 相关的特定离子的受体对于荧光探针的进一步研究与应用具有非常重要的意义。 识别基团( 即受体) 是为实现对识别目标的选择性结合而设计合成的结构单 元，它决定了荧光分子探针和被识别客体结合的灵敏度和选择性。在荧光分子探 针中经常被应用到的识别基团有冠醚、开链聚醚、环糊精、杯芳烃等等。 1 3 1 冠醚 冠醚是1 9 6 7 年以后出现的一类中性有机化合物，由于具有许多新奇的化学结 构和独特的性质，人们不仅对这类化合物的合成及特性进行了广泛深入的研究， 5 几n1r 7 rn叙 中山大学博士学位论文 而且对它在有机合成、高分子合成、化学分析、金属离子的捕集和分离，以及对 光学异构体的拆分、酶模拟、分子催化、生物化学、无机化学、生物物理、医药 及农业等方面的应用也进行了广泛而深入的研究。作为第一代超分子主体化合物 的冠状化合物，以其对金属离子特殊的选择络合作用和分子组装方式而成为分子 识别和超分子化学的典型体现1 。 1 3 2 环糊精 环糊精是一类由d - n l t p 南葡萄糖单元首尾相连成环的大环化合物，是继冠醚以 后超分子化学研究的第二代主体化合物。由于分子识别、转换和传输是超分子物 种的基本功能，人工合成受体分子识别研究有助于我们了解生命过程中的受体与 底物间非共价键相互作用的本质以及酶的催化作用机理。环糊精是一种性能独特 的分子受体，具有不同尺寸的疏水性内腔和亲水的表面，具有手性的微环境，能 够包结各种中性无机、有机或者生物分子，其中一些是成功的酶模型体系，被应 用于科学技术的多个领域1 。 1 3 3 杯芳烃 冠醚和环糊精作为主一客体化学最具代表性的两类主体化合物，在基础研究和 应用研究领域都取得了很大的成就，分别代表了第一代和第二代超分子主体化合 物。杯芳烃是一类由对位取代酚与甲醛缩合而成的环状低聚物。这类化合物的最 大特点是具有由苯环单元组成的、富电子的、大小可调的三维空腔和环形排列的 氧原子，既可络合离子又可包结中性分子。更为重要的是，杯芳烃的上下沿易于 选择性修饰，可以以其为“结构平台”合成大量的具有“预组织结构”的主体分 子。因此杯芳烃被看作超分子化学中继环糊精、冠醚之后的更具发展潜力的第三 代主体分子。杯芳烃具有冠醚和环糊精之长，利用其空腔骨架，并通过其上下边 缘的修饰，已经获得许多可以识别各种离子和中性分子的光学功能分子。因此在 分子器件、分子探针、分子传感器、放射医学、特别是仿酶催化等多方面都具有 很好的应用前景。 6 中山大学博十学位论文 1 4 含香豆素结构的大环多醚类荧光探针的研究进展 香豆素又称l ，2 一苯并吡喃酮、邻羟基肉桂酸内酯、邻氧萘酮等，到现在为止已 发现的香豆素类衍生物有8 0 0 多种。香豆素类化合物不仅具有优良的生物活性，而 且具有优异的光学特性，是很好的荧光增白剂、激光染料、荧光探针和非线性光 学材料。香豆素类化合物是典型的内酯类化合物，其发色团是内酯环。这类化合 物大多都有荧光，可作为荧光染料使用。 化合物8 是一个较早报道的香豆素类荧光冠醚，在溶剂萃取实验中能对c a 2 + 实 现荧光识别【1 9 】。化合物9 与碱土金属离子或a 1 3 + 络合后，吸收和发射光谱都明显的 红移，对碱金属离子，这种效应并不明显。由于羰基的参与，络合物的稳定性大 大提高【捌。 m几 oo o 、p 8 e 9 6 ，7 一位被1 5 一冠一5 或1 8 一冠一6 取代的3 一苯甲酰基香豆素( 1 0 ) 最大吸收波长分 别为3 7 3n m 、3 7 2n m ，最大发射波长分别为4 6 9n m 、4 7 1n m 。离子的加入并不会 明显改变最大吸收或发射波长，但离子的加入会引起强度的改变，可能是由于t b 3 + 的较高刚性，n 3 + 对1 0 ( n = 0 ) 的影响最明显【2 1 1 。 n 1 o o 0 。0 1 0 n = 0 1 c - o , 1 0 o o 0 k o 叫 r i = r 2 = h r i = h ，r 2 = o m e r i = r 2 = o m e r i = h ，r 2 = n e t 2 r 2 化合物l l 中，冠醚通过一个共轭的3 芳甲酰基与香豆素生色基相连，二乙胺基 取代物( n - 1 ) 与m 9 2 + 络合后红移4 8n m ，可能是因为m 9 2 + 与香豆素和芳羰基作用 的结果【2 2 1 。 7 中山大学博上学位论文 经过调控p h 值，化合物1 2 可以监控血液中和通过生物膜的k + 的浓度水平，如 果将甲基变为三氟甲基，化合物会失去这种对碱金属离子的荧光“开关 信号能 力【2 3 】。 。( 耋黔0 2 e t 1 213 化合物1 3 对l i + 具有很好的荧光识别能力。将香豆素衍生物7 位与对k + 有选 择性络合的二氮杂一1 8 一冠一6 的氮原子直接相连，可得到水溶性的冠醚1 4 ，其最大激 发波长为3 9 4n m ，最大发射波长为4 8 1n m 。在有n a + 存在的水溶液中，1 4 对k + 表现 出很高的选择性2 引。 h 0 2 c 0 2 h 1 4 化合物1 5 、1 6 在受蛰j 3 6 0n m 光激发时，最大发射波长为4 7 0n m ，能分别选择 性络合k + 和n a + 。k + 和n a + 的存在能引起荧光强度的增加及最大发射波长较小的蓝 移，显示其经过p e t 过程。这两个化合物对p h 值很敏感，p h 值能大大降低其对正 离子的络合 2 6 , 2 7 j 。 o 1 5 o r n q o ) o 甲。j l n 1 6 香豆素型化合物1 7 最大激发波长为3 9 3n m ，最大发射波长为4 7 0n m ，该化合 物对n a + 有选择性而不是k + 。在1 7 的水溶液中增大n a + 浓度，其最大激发波长和最 大发射波长分别蓝移至3 7 4n m 、4 6 3n m ，可能是两个内式芳环的影响，使冠醚环 8 。j f r o ) o t 除 中山火学博上学位论文 空腔收缩只适合n a + 的进入。在生理水平下，m 9 2 + 和c a 2 + 对该探针的光谱特征几乎 没有影响。在被n 矿饱和的条件下，1 7 的荧光量子产率为0 1 2 。化合物1 8 在络合n a + 或k + 时荧光强度降低，该化合物表现为c a 2 + 探针。在被c a 2 + 饱和的溶液中，最大激 发波长从3 9 1a m 移至3 5 7a m ，最大发射波长从4 7 7n n l 移至4 5 8n n l ，在与c a 2 + 络合 的情况下，荧光量子产率为0 1 l 。由于c a 2 + 较高的电荷密度及冠醚环合适大小的空 腔，化合物1 8 对c a 2 十表现出荧光选择性。穴醚型探针1 9 显示出对k + 的选择性。k + 离子的加入引起其激发光谱( 从3 8 4n n l 至3 6 4n m ) 和发射光谱( 从4 7 6n m 至4 6 5n m ) 的较小移动，荧光量子产率从0 0 3 增加到o 0 8 ，加入n a + ，荧光量子产率降至0 0 2 。 c d + 、m 9 2 + 的存在对该探针没有影响【2 8 】。 悯。c 八沙 “ h h i h o o c ? l n _ oo 弋 i c o o h n 1 9 o c o o h 在化合物2 0 、9 和2 2 中，香豆素1 5 3 通过亚甲基从香豆素的c 一3 位与单氮杂一1 2 一 冠一4 、单氮杂- 1 5 - 冠一5 、二氮杂- 1 8 - 冠一6 相连，其吸收波长在4 2 6n m ，发射波长 分别为5 7 3n m 、5 7 8n m 、5 7 5n m 。在加入金属离子后，由于香豆素中羰基与离子 的直接作用，导致吸收光谱及荧光光谱红移f 2 9 1 。化合物9 、2 0 、2 1 、2 2 在乙腈中与 金属离子络合作用最强。化合物2 0 、2 2 分别对p b 2 + 、c d 2 + 识别效果最好。在甲醇溶 液中，2 l 对z n 2 + 识别效果最好。在乙腈中，2 l 、2 2 对n i 2 + 识别效果较好【3 0 】。研究发 现，配体和离子按1 ：1 的比例络合，配体的荧光量子产率比香豆素1 5 3 t 氐，在与金 9 u 侣 o 仃 中山大学博士学位论文 属离子配位后，荧光强度得到部分提高【3 1 1 。 厂一 f o n 5 l o 巧 m 时，荧光强度快速增大， b a 2 + 】增大到5 1 0 4m ( b a 2 + 】 c 8 】= 5 0 ) 时，荧光 强度增大到原来的1 6 7 3 倍。这表明c 8 的荧光强度受c a 2 + 或b a 2 + 浓度的影响。 c 8 在不同浓度的c a 2 + 、b a 2 + 中的荧光发射光谱见图3 5 、图3 - 6 。 4 0 04 5 05 0 0 w a v e l e n g t h r i m 图3 5c 8 ( 1 0 5m ) 的乙腈溶液在不同浓度c a 2 + ( 0 、2 、5 、1 0 、2 0 、3 0 、5 0 、7 0 、1 0 0 、5 0 0 “m ) 中荧光发射光谱 4 l 渤 枷 季喜 撕 伽 。 参蚺c卫c一8c9。西ajo n i 止 中山大学博士学位论文 4 0 04 5 05 0 0 w a v e l e n g t h n m 图3 - 6c 8 ( 1 0 。5m ) 的乙腈溶液在不同浓度b a 2 + ( 0 、2 、5 、1 0 、2 0 、3 0 、5 0 、7 0 、1 0 0 、5 0 0 0 , m ) 中荧光发射光谱 我们第二章合成的连有香豆素基团的酯型氧杂冠醚离子选择性不太理想，相 似的结果在带有香豆素基团的酯型氮杂冠醚中也有报道【5 1 。在我们合成的酰胺型冠 醚c 8 中，酰胺连接基团增加了分子的刚性，从而使得c 8 对c a 2 + 、b a 2 + 的荧光选 择性大大提高。可见，存在于冠醚环和荧光团间的连接基团的刚性以及冠醚环的 大小在决定荧光探针的离子选择性方面起着重要的作用。 3 5 小结 合成了两个带有苯并香豆素基团的酰胺型氮杂冠醚c 7 、c 8 ，这两个冠醚都具 有荧光性。探讨了不同溶剂及不同碱金属、碱土金属离子对氮杂冠醚c 7 、c 8 的 紫外及荧光光谱的影响。研究发现，溶剂对化合物c 7 、c 8 紫外吸收影响不明显。 化合物c 7 、c 8 在乙酸乙酯中的荧光量子产率f 最高。化合物c 8 具有较大的氮 杂环，与化合物c 7 相比，摩尔吸光度较大，荧光量子产率o f 较高。碱金属、碱 土金属离子能使c 7 、c 8 荧光强度增大，化合物c 8 对c a 2 + 、b a 2 + 具有很好的荧光 选择性。存在于冠醚环和荧光团间的连接基团的刚性以及冠醚环的大小在决定荧 光探针的离子选择性方面起着重要的作用。 4 2 垂| 伽 看| 瑚 椭 。 童c9lc一8c9。毋尘o n i k 中山大学博士学位论文 参考文献 b o u r s o n ，j ；b o r r e l ，m - n ；v a l e u r , b i o n r e s p o n s i v ef l u o r e s c e n tc o m p o u n d s p a r t3 c a t i o nc o m p l e x a t i o nw i t hc o u m a r i n15 3l i n k e dt om o n o a z a - 15 - c r o w n 一5 a n a l c h i m a c t a1 9 9 2 ，2 5 7 ，1 8 9 - 1 9 3 b o u r s o n ，j ；p o u g e t ，j ；v a l e u r , b i o n - r e s p o n s i v ef l u o r e s c e n tc o m p o u n d s 4 e f f e c t o fc a t i o nb i n d i n go nt h ep h o t o p h y s i c a lp r o p e r t i e so fac o u m a r i nl i n k e dt om o n o a z a - a n dd i a z a - c r o w ne t h e r s p h y s c h e m 1 9 9 3 ，9 7 ，4 5 5 2 - 4 5 5 7 【3 】b a d a o u i ，ez ；b o u r s o n ，j c h r o m o i o n o p h o r e sd e r i v e df r o mac o u m a r i nl i n k e dt o m o n o a z a a n dd i a z a - c r o w ne t h e r s ：f o r m a t i o no fd i v a l e n t3 dm e t a lc o m p l e x e s a n a l c h i m a c t a 1 9 9 5 ，3 0 2 ，3 4 1 - 3 5 4 【4 】h a b i bj i w a n ，j - l ；b r a n g e r ，c ；s o u m i l l i o n ，j - p h ；v a l e u r ，b i o n - r e s p o n s i v e f l u o r e s c e n tc o m p o u n d sv p h o t o p h y s i c a la n dc o m p l e x i n gp r o p e r t i e so fc o u m a r i n 3 4 3l i n k e dt om o n o a z a - 1 5 - c r o w n 5 一p h o t o c h p h o t o b i o a1 9 9 8 ，11 6 ，1 2 7 1 3 3 【5 】b r u n e t ，e ；g a r c i a - l o s a d a ，p ；r o d r i g u e z u b i s ，j - c ；j u a n e s ，o s y n t h e s i so fn e w f l u o r o p h o r e sd e r i v e df r o mm o n o a z a c r o w ne t h e r sa n dc o u m a r i nn u c l e u s c a n z c h e m 2 0 0 2 ，8 0 ，1 6 9 - 1 7 4 6 】l i m ，n c ；y a o ，l ；f r e a k e b ，h c