（应用化学专业论文）基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 分子荧光传感能将分子间的相互作用转变成荧光信号传递给外界，从而帮助我们认 识和理解微观世界的状态、性质、及其变化规律。因其兼备便捷、专一和灵敏的优点， 并能对化学体系和生命体系中的分析对象进行适时原位检测，近年来备受关注，成为超 分子化学领域中最重要的研究课题之一。 本文设计合成了九个多酰胺汞离子分子荧光探针( s 1 3 、r m s 、r s l - 2 和a s l 3 ) ， 并系统论述了它们的作用机制和检测性能。另外，本文研究了胶束微环境中两亲i c t 分 子荧光探针a s l 3 的识别行为和光谱特征。 研究结果表明，基于邻氨基酚和邻苯二胺的多酰胺受体对汞离子具有专一选择性。 它们通过酰胺脱氢机理与汞离子配位，络合强度及比例可以通过酰胺臂的数目或受体芳 胺氮原子的供电子能力进行调节。 此类多酰胺受体具有广阔的化学修饰空间，可根据不同要求灵活设计探针分子以获 得开关式或变波长式荧光信号。r s l 和r s 2 的光谱数据说明受体与荧光团的连接方式 对探针性能至关重要。s 3 具有优异的汞离子检测性能，它能正向协同络合两个汞离子， 检测极限达到2 p p b ，可用于饮用水中汞污染的检测。 胶束微环境能够显著提高两亲i c t 分子荧光探针的检测性能。在s d s a s 体系内， 我们观测到灵敏度的提高和荧光信号的优化。s d s 将a s 2 对汞离子的猝灭型荧光响应 转变为双波长比例信号。另外，通过改变温度可以调控检测区间，拓宽汞离子的检测范 围。值得注意的是，s d s 诱导的a s 2 3 短波长发射可作为汞离子的指纹特征对其进行专 一检测。 关键词：多酰胺受体；汞；分子荧光探针：胶束 基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针 a b s t r a c t f l u o r e s c e n tm o l e c u l a rs e n s i n gh a sa t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o no v e rt h ey e a r sf o ri t sm a n y i n h e r e n tm e r i t si n c l u d i n gh i g hs p e c i f i c i v ya n dh i g hs e n s i t i v i t y t h i st e c h n o l o g yh a sb e e n w i d e l yu s e df o rt h er e a l - t i m ei ns i t ud e t e c t i o no ft h em o l e c u l a re v e n t sb o t hi nt h ec h e m i c a l a n dt h eb i o l o g i c a ls y s t e m s i nt h i sw o r k ，t h ed e s i g n ，s y n t h e s i s ，a n dp h o t o p h y s i c a lp r o p e r t i e so f n i n en o v e lp o l y a m i d e r e c e p t o rb a s e dh g ”i o nf l u o r e s c e n tm o l e c u l a rs e n s o r sa r ep r e s e n t e d m o r e o v e r , s e n s i n g p r o p e r t i e so f t h ea m p h i p h i l i ci c t s e n s o r sa s l - 3i ns d sm i c e l l ea r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tp o l y a m i d er e c e p t o r sd e r i v e df r o mo - h y d r o x y a n i l i n eo ro - p h e n y l e n e d i a m i n ec o u l db eu s e dt 0s p e c i f i c a l l yb i n dh ，i o ni na q u e o u ss o l u t i o nb ya na m i d e d e p r o t o n a t i o nm e c h a n i s m i na d d i t i o n , t h e i rh 矿+ i o nb i n d i n gs t r e n g i l l a n dc h e l a t i n g s t o i c h i o m e t r yc o u l db et u n e dw i t ht h en u m b e ro ft h ea m i d ea l t n sa sw e l la st h ee l e c t r o n d o n a t i n ga b i l i t yo f t h ea r o m a t i cn i t r o g e na t o m s s t r u c t u r em o d i f i c a t i o no ft h i sk i n do fp o l y a m i d er e c e p t o r si sv e r yc o n v e n i e n ta n d f l e x i b l e t h u s s e n s o r sw i t l l “o f f - o n ”o rt w ow a v e l e n g t hr a t i o m e t r i cs i g n a lc o u l db ee a s i l y d e s i g n e dt om e e td i f f e r e n ta p p l i c a t i o n s c o m p a r i s o no ft h ep h o t o p h y s i c a lp r o p e r t i e so ft h e t w or e g i o i s o m e r i cs e n s o r sr s i 2d i s c l o s e st h a tw es h o u l dp a ym u c ha t t e n t i o nt ot h e f l u o r o p h o r e r e c e p t o rc o n n e c t i n gf a s h i o nt og e tah i g hp e r f o r m a n c es e n s o rm o l e c u l e s e n s o r s 3 w i t had e t e c t i n gl i m i td o w nt o2 p p b ，s h o w ss e v e r a lf a v o r a b l es e n s i n gp r o p e r t i e s ，a n d c o u l db eu s e da sah i g h l ye f f i c i e n th 矿+ i o na n n u n c i a t o rf o rd r i n k i n gw a t e r m i c e l l es i g n i f i c a n t l ym o d u l a t e sb o t ht h eb i n d i n ge v e n ta n ds i g n a lt r a n s f o r m a t i o no ft h e a m p h i p h i l i ci c t s e n s o r sa s i 3 t h ep o t e n t i a la d v a n t a g e sa r e4 - f o l d s ：( 1 ) s d ss u b s t a n t i a l l y i n c r e a s e st h es e n s i t i v i t y ；( 2 ) s d si n i t i a t e ss p e c t r af e a t u r e sw h i c hf a c i l i t a t eh 矿+ i o na n a l y s i s ： t h eo r i g i n a l “o n - o f f r e s p o n s eo fa s 2t o w a r dh 矿i 彻i st r a n s f o r m e di n t oas e l f - c a l i b r a t e d t w o w a v e l e n g t hr a t i o m e t r i cs i g n a l ；( 3 ) t h e r m o - r e v e r s i b l et u n i n go ft h ed y n a m i cd e t e c t i o n r a n g ei sr e a l i z e d ；a n d ( 4 ) h i g h l ys p e c i f i ch g ”i o ni d e n t i f i c a t i o nc o u l db ea c h i e v e db yu s i n g t h es d s i n d u c e ds h o r t - w a v e l e n g t hf i n g e r p r i n te m i s s i o no f a s 2 一h 旷c o m p l e x k e yw o r d s ：p o l y a m i d er e c e p t o r ；m e r c u r y ；f l u o r e s c e n tm o l e c u l a rs e n s o r ；m i c e l l e 一一 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：主显錾幺马日期： ! 三2 ：z ： 大连理工大学博士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 谚等嘭b 导师签名： 。7 年7 月切 钺彬。2 大连理工大学博士学位论文 1 前言 1 1 绪论 化学在过去的三百年中差不多都是分子层次上的研究，始终被认为是建立在共价键 基础之上以探索物质的结构、性质、及其变化规律为己任的- f - 学科。随着分子知识的 不断完善以及与其它学科的相互交叉和渗透，化学实现了由分子层次向分子以上层次跨 越的历史性转变。1 9 8 7 年，诺贝尔化学奖得主j e a n - m a r i el e h n 首次明确提出超分子化 学的概念：即超分子化学是研究分子组装和分子间键的化学 1 2 。随后，超分子化学 展现了旺盛的生命力，得到了广泛的认同和关注。 超分子化学改变了化学家的两个传统观念 3 ：( 1 ) 弱的非共价键相互作用在一定条 件下通过加合与协同可以转化为强的结合力；( 2 ) 分子组装赋予超分子体系新的禀性， 分子不再是保持物性的最小单位。超分子体系内各单元间通过弱的非共价键相互作用， 实现分子的定向排列和有序组装，从而构筑具有能量传递、物质输运和化学转换等功能 的超分子组装体。超分子化学的发展使得化学家们不再孤立的看待分子，而是倾向于关 注分子间的相互作用，因为分子和化学家们一样也表现着“社会行为”一即分子只有与 它周闱的分子发牛作用才能展现它的件质。 超分子化学为化学家施展才智提供了广阔的空间，同时也给化学家提出了严峻的挑 战。其中，如何清晰直观地展示分子水平上的相互作用是当前超分子化学最重要的研究 课题之一。因为定性或者定量地描述分子间的相互作用对于促进从分子层次上认识和理 解微观世界的状态、性质及变化规律，推动化学、生物学、物理学、材料科学、信息科 学以及环境科学的发展具有重要意义。 分子荧光传感正是在这样的时代背景下孕育和发展的，其核心是将分子间的相互作 用转变成荧光信号传递给外界 4 - 7 。能够执行荧光传感任务的分子( 包括小分子、小分 子聚集体及高聚物) 被称作荧光探针分子。 荧光是一种电磁辐射 8 ，是激发态分子的一种能量衰减方式，具有特定的波长( ”、 强度( 宰o ，摩尔消光系数和量子效率的乘积) 和寿命( r ) 。如图1 1 所示，当用特定波 长的光照射荧光团( 通常是具有大的共轭平面的分子) 时，其最高能量占有轨道( h o m o ) 上的电子将跃迁到最低空轨道( l u m o ) 上产生激发态。激发态将通过各种能量衰减途径 回落到基态。当荧光探针分子与其周围的分子发生作用时，激发态荧光团的各种衰减途 径( 辐射跃迁：如荧光、磷光；非辐射跃迁：如电子转移、质子转移、双键翻转等) 将受 到极大影响( 荧光团的分子结构也可能发生变化) ，由此产生荧光信号。激发态衰减途径 基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针 的多样性和可控性丰富了分子荧光探针的信号产生机制，为针对不同分析对象“量身打 造”荧光检测手段提供了机遇。 图1 1 荧光团的各种激发态衰减途径 f i g 1 1d i f f e r e n td e a c t i v a t i o np a s sw a y so f t h ee x c i t e df l u o r o p h o r e 1 2 荧光探针分子的信号产生机制 图1 2 ( a ) 对微环境敏感的荧光探针分子、( b ) 反应型荧光探针分子、( c ) 基于分子识别的荧光探针 分子 f i g 1 2f l u o r e s c e n tm o l e c u l a rs e n s o r sb a s e do ne n v i r o n m e n ts e n s i t i v i t y ( a ) ，c h e m i c a lr e a c t i o n0 3 ) ，a n d m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ( c ) 分子荧光传感具有便捷、专一和灵敏的优点，它能对化学体系和生命体系中的不同 分析对象进行适时原位检测。按照荧光探针分子的信号产生机制可以将其大致分成三 类：如图1 2 所示，( 1 ) 直接利用荧光分子对微环境的敏感性检测微环境的性质，如极 性和黏度等 9 ；( 2 ) 利用荧光探针分子和分析对象( 分子、离子、酶和催化剂等) 的化学 大连理工大学博士学位论文 反应活性使探针分子发生化学反应从而产生荧光信号 1 0 一1 6 ；( 3 ) 利用分子识别原理使 探针分子与检测对象发生非共价键合从而产生荧光信号 1 7 - 3 4 。上述三种机制各具特 色，相辅相成，在分子荧光传感的不同领域中分别扮演者重要角色。 1 3 微环境敏感的荧光探针分子 1 3 1 极性荧光探针分子 蝴艘一二 o c h a r g es e p a r a t e df l u o r o p h o r e 图l3i c t 分子荧光探针与极性溶剂分子的作用 f i g 1 3i n t e r a c t i o n so f t h ei c t f l u o r e s c e n tm o l e c u l a rs e n s o r1w i t ht h ep o l a rs o l v e n tm o l e c u l e s w “皤_ 呻 m i 图1 4 分子荧光探针1 对不同溶剂的光谱响应 f i g 1 4f l u o r e s c e n c es p e c t r a o f s e n s o r1i n d i f f e r e n ts o l v e n t s 极性是描述化学微环境性质的最重要的物理化学参数之一，合成化学家非常熟悉极 性对于化学反应的重要影响。同样，在分子荧光传感中，微环境极性的改变将对探针分 子的荧光光谱产生强烈影响，由此产生对应于不同极性微环境的荧光信号。在此类荧光 探针分子中，具有强的电子推拉共轭体系的荧光团常常扮演着重要角色。例如，1 3 5 是对环境极性非常敏感的荧光探针分子，其6 位二甲胺基具有很强的供电子能力，而2 ， 基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针 3 一位的酰亚胺官能团具有很强的拉电子能力。当1 吸收光子后，电子将从供电子基团转 移至拉电子基团，产生分子内电荷转移激发态( i c t ) 。处于i c t 电子激发态的荧光团将 与极性溶剂分子发生强烈的偶极- 偶极相互作用( 图1 3 ) ，进而降低荧光团的电子激发态 能量，使荧光减弱，波长红移。不同极性的溶剂分子与1 的作用强度也不同，由此产生 特异的荧光信号。例如，在弱极性非质子溶剂甲苯中，1 的量子效率是o 2 0 8 ，最大发射 波长是4 9 1 r i m ，而在强极性质子溶剂甲醇中，1 的量子效率是o 0 1 2 ，最大发射波长是 5 8 9 n m ( 图1 4 ) 。 1 3 2 黏度荧光探针分子 黏度也是化学微环境的重要性质，黏度对于化学反应的传质传热和聚合物的加工处 理具有重要意义。另外，黏度的变化和生命现象密切相关，例如细胞膜黏度的变化会影 响细胞的信号调控，而血液黏度的变化将导致血压的改变。黏度的提高将限制激发态荧 光团的构象调整，由此产生荧光信号。在黏度分子荧光探针中，控制共轭双键的扭转是 最重要的设计原理。如图1 5 所示。当2e 3 6 被激发后，双键发生扭转，荧光强度降低。 增加微环境的黏度将限制双键扭转，提高荧光强度，公式a 描述了黏度与荧光强度的对 应关系。 ( a ) 铲= l u o h c m o e 嗍n t e e a k “t c m “”唧 、瓣警阳 蠢 襄 图1 5 黏度分子荧光探针2 f i g i 5v i s c o s i t yf l u o r e s c e n tm o l e c u l a rs e n s o r2 1 4 反应型荧光探针分子 反应型荧光探针分子利用特异的化学反应产生荧光信号从而对分析对象进行检测。 按照信号产生机制可以将此类化学反应分成两类：( 1 ) 化学反应显著改变整个探针分子 的电子共轭体系，此类反应主要发生在荧光团或荧光团前体上，即通过破坏或产生荧光 团直接产生荧光信号 3 7 ；( 2 ) 化学反应前后荧光团的分子结构并不改变，此类反应主 大连理工大学博士学位论文 要发生在与荧光团非共轭连接的活性位点上，它通过反应产物与原探针分子具有不同的 激发态光物理过程( 如，是否发生光诱导电子转移) 间接产生荧光信号 3 8 。 1 4 1 反应改变荧光团的电子共轭体系 如图1 6 所示，m a r t i n e z - m f i f i e z 研究组报道的方酸荧光衍生物3 3 9 4 0 具有强荧光， 其方酸中心与苯环相连的碳原子具有很强的亲电活性，能和具有亲核活性的硫醇发生化 学反应生成4 。原探针分子3 的电子共轭体系被破坏，荧光猝灭。产物4 利用硫和汞的 反应活性可以与二价汞离子发生化学反应重新生成3 ，使荧光恢复。整个体系利用可逆 的化学反应分别对硫醇和汞离子进行荧光检测。 石弋， 罔1 6 基于方酸荧光团的反席刑分子荧光探针 f i g 1 6s q u a r a i n ef l u o r o p h o r eb a s e df l u o r e s c e n tc h e m o d o s i m e t e r 反应型荧光探针也可用来检测酶的生物活性。例如，荧光探针5 1 4 1 本身没有荧光， 它u j 以在碱性磷酸酯酶( a l p ) 的催化下生成强荧光化合物荧光素，从而检测a l p 的生物 活性。当检测体系中存在a l p 抑制剂使酶失活时，荧光探针5 不能发生上述化学反应， 进而又能对a l p 抑制剂间接检测。 基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针 1 4 2 反应调控光物理过程 r e b e k 研究组报道的分子荧光探针7 4 2 是利用化学反应调控光物理过程从而产生 荧光信号的一个非常精彩的例子。无色、无味、易挥发的有机磷神经毒素( 如s a r i n 一沙 林、s o m a n 等) 是非常致命的化学战剂。它们共同的致毒机理是与丝氨酸蛋白酶( 特别是 乙酰胆碱酯酶) 活性中心的丝氨酸羟基发生亲电取代反应使酶失去生物活性，随后乙酰 胆碱浓度升高，破坏中枢神经系统。分子荧光探针7 模拟了有机磷与羟基的酯化反应致 毒机理，并巧妙地将其转变成荧光信号。7 中的叔胺氮原子通过亚甲基与荧光团芘非共 轭连接，当荧光团吸收光子达到电子激发态时，叔胺氮原子上的未成键孤对电子将被转 移到芘上，发生光诱导电子转移( p e t ，其机理在下一节中有详细描述) ，荧光猝灭 f m 5 0 0 0 0 m 。1 c m l ) 、高量子效率( 巾0 5 ) 和长的激发和发射波长q 5 0 0 r i m ) ；( 2 ) 高效的光诱导电子转移荧光信号传递机s u ( 在探针光谱解析中有详细描 述1 5 7 ，8 5 。如图2 1 所示，s 1 3 分别从苯胺、邻氨基酚和邻苯二胺出发，经四步合成。 2 3 实验部分 2 3 1 原料和仪器 2 ，4 二甲基3 乙基吡咯购自百灵威股份有限公司，其他原料及溶剂均为市售分析 纯。柱色谱硅胶为青岛海洋化工厂产g ( 2 0 0 3 0 0 目) 。 n i c o l e t2 0 d x bf r ，i r 红外光谱仪( 美国n i c o l e t 公司，k b rp e l l e t s ) ，v a r i a ni n o v a 4 0 0 ( 4 0 0 m h z ) 核磁共振仪( 美国v a r i a n 公司，t m s 为内标) ，x - 6 显微熔点测定仪( 北京泰 克仪器有限公司) ，p b - 2 0 标准型p h 计( 德国s a r t o r i u s 公司) ，h p l c q - t o f m s 液相色谱 四极杆飞行时间串联质谱仪( 英国m i c r o m s s 公司) ，h p8 4 5 3 紫外可见分光光度仪( 美国 惠普公司) ，c - 7 0 0 荧光寿命分析仪( 美国p h o t o nt e c h n o l o g yi n t e r n a t i o n a l 公司) 。 2 3 2 目标化合物的合成 2 ：将苯胺( 3 7 2 9 4 0 m m 0 1 ) 、溴乙酸乙酯( 1 5 6 m l 1 4 0 m m 0 1 ) 、碘化钾( 6 9 4 0 m m 0 1 ) 和二异丙 基乙基胺( 1 6 7 m l 1 0 0 r e t 0 0 1 ) 置于1 5 0 m l 单1 2 1 烧瓶中，加入5 0 m l 乙腈，在氮气保护下加 热回流7 小时。冷却后倒入2 0 0 m l 水中，用二氯甲烷萃取( 3 x 1 5 0 m l ) ，有机层用无水 硫酸钠干燥，旋于后硅胶柱色谱分离( 正己烷乙酸乙酯，7 ：3 。v v ) ，得淡黄色油状产物 7 4 2 9 ( 7 0 ) 。此化合物已见报道，因此未作表征。注意：本合成中使用的溴乙酸乙酯对 眼睛具有很强的刺激性，需各加小心1 3 ：用5 0 m l 单i = 1 烧瓶将化合物2 ( 2 6 5 9 1 0 m m 0 1 ) 溶于3 0 m ld m f 中、滴入2 m l 干燥过的吡 啶，置于冰浴中。然后在剧烈搅拌下向上述体系缓慢滴入5 m l 三氯氧磷溶液，加完后在 冰浴中继续搅拌l 小时，然后升温至7 5 0 c 并继续搅拌l d , 时，停止反应。向冷却的反应体 系加入用5 0 m l - - 氯甲烷，一起倒k ( 1 0 0 m l ) 冰水中。用二氯甲烷萃取三次( 3 x 1 0 0 m l ) ， 有机层用无水硫酸钠干燥，旋干后硅胶柱色谱分离( 二氯甲烷甲醇，1 0 0 ：2 ，v ) ，得淡 黄色固体2 1 甙7 2 ) 。熔点：6 2 5 - 6 4 3o c ；1 hn m r ( c d c l 3 ) 69 7 9 ( s ，l 聊，7 7 5 ( d ，= 8 8 h z ，2 聊，6 6 6 ( d ，j = 8 8n z , 2 聊，4 2 0 - 4 2 7 ( m ，8 哟，1 2 8 ( t ，j = 7 2 ，6 哪；m s ( a p o ) c a l c df o r ( 口d + h 】) + ，2 9 4 ；f o u n d ，2 9 4 。 基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针 4 ：将化合物3 ( 0 1 5 9 o 5 m m 0 1 ) ，2 ，4 - 二甲基一3 一乙基一吡咯( 0 1 2 3 9 l m m 0 1 ) 和l o o m l 无水 二氯甲烷置于2 5 0 m l 双口烧瓶中，在氮气保护下滴入2 滴三氟乙酸，颜色立刻变成紫红 色，室温搅拌5 4 时。然后将溶有0 1 3 9 ( o 5 m m 0 1 ) d d q ( - - 氯二氰基苯醌) 的1 5 m l z 氯甲 烷加入到上述反应体系中，继续搅拌1 5 分钟。随后，加入3 m l ( 1 7 1 m m 0 1 ) - - 异丙基乙基 胺和3 m l ( 2 3 7 m m 0 1 ) = _ 氟化硼乙醚b f 3 - o e t 2 溶液( 溶液中出现明显的黄绿色荧光) ，室温搅 拌半小时后结束反应。将反应液倒入l o o m l 水中，用二氯甲烷萃取两次( 2 x 1 0 0 m l ) ，无 水硫酸钠干燥，旋干后硅胶柱色谱分离( 正己烷乙酸乙酯，7 ：3 ，v ，v ) ，得红色固体 0 1 4 4 9 ( 5 l ) 。熔点：1 8 4 1 1 8 6 5o c ；1 h n m r ( d m s o - d 6 ) 6 7 0 8 ( d ，- ，= 8 8 h z , 2 h ) ，6 7 2 ( d ， ，一8 8 h z , 2 h ) ，4 2 4 ( s ，4 h ) ，4 1 2 ( q ，j = 7 2 ，4 h ) ，2 4 7 ( s ，6 h ) ，2 2 9 ( q ，= 7 6 h z ，4 h ) ， 1 3 3 ( s ，6h ) ，1 1 7 化，= 7 6h z ，6h ) ，0 9 4 l ，= 7 2h z , 6h ) ；m s ( a p c i ) c a l e df o r ( 【m + h 】) + ，5 6 8 ；f o u n d ，5 6 8 。 s l ：将6 0 m g ( 0 1 0 6 m m 0 1 ) 化合物4 、l o m l 乙腈和1 0 m l 乙醇胺置于5 0 m l 单口烧瓶中，在 氮气保护下加热回流1 5 4 , 时。在8 0 0 c 下减压旋干溶液，硅胶柱色谱分离( 二氯甲烷甲醇 ，三乙胺，1 0 0 ：2 0 ：3 ，v ，v v ) ，得红色固体4 7 m g ( 7 5 ) 。熔点：2 4 3 3 - 2 2 4 8o c ；1 hn m r ( d m s o d 6 ) 67 0 8 ( d ，j = 8 4 h z ，2 h ) ，6 5 6 ( d ，= 8 4 h z 2 h ) ，4 1 3 ( s ，4 h ) ，3 3 5 ( t ，j = 5 6h z , 4h ) 3 0 9 ( t ，j = 5 6h z , 4h ) ，2 4 1 ( s ，6h ) ，2 2 8 ( q ，j = 7 6h z 4h ) ，1 3 2 ( s ，6h ) ， 0 9 4 ( t ，= 7 6h z ，6h ) ；f t i r ( k b r , c m 1 ) 3 4 2 5 ，2 9 6 0 ，2 8 6 9 ，1 6 4 1 ，1 5 4 1 ，1 4 7 6 ，1 3 1 8 ，11 9 l ， 9 7 6 ；h r m s ( e s + ) c a l c df o r ( m + h 】) t ，5 9 8 3 3 7 6 ；f o u n d ，5 9 8 3 3 7 0 。 荧光探针s 2 3 的合成方法与s 1 基本相似： 6 ：淡黄色油状物( 7 7 ) ：1 hn m r ( c d c l 3 ) 66 8 7 6 9 2 ( o v e r l a p p e d ，3h ) ，6 8 1 ( d ，= 7 2h z , 1h ) ，4 6 6 ( s ，2h ) ，4 1 4 - 4 2 7 ( i i l 1 0h ) ，1 2 3 1 3 0 ( i i l ，9h ) ；m s ( a p c i ) c a l c df o r ( m + h 】) + ， 3 6 8 ；f o u n d ，3 6 8 。 7 ：淡黄色固体( 6 5 ) ；熔点：5 3 2 5 5 4 。c ；1 h n m r ( c d c l 3 ) 69 7 7 ( s ，1 h ) ，7 4 0 ( d ，= 8 0 h z , 1h ) ，7 2 7 ( s ，1h ) ，6 8 1 ( d ，= 8 0h z , 1h ) ，4 6 6 ( s ，2h ) ，4 2 8 ( s ，4h ) ，4 2 0 - 4 2 7 ( m ，6 h ) ，1 2 6 1 3 1 ( m ，9h ) ；m s ( a p c i ) c a l c df o r ( 【m + h 】) + ，3 9 6 ；f o u n d ，3 9 6 。 8 ：红色固体( 5 5 ) ：熔点：1 6 2 2 1 6 3 5 。c ；1 h n m r ( c d c l 3 ) 6 6 9 6 ( d ，j = 8 0 h z , 1h ) ，6 8 1 【d ，j = 8 0h z , 1h ) ，6 6 5 ( s ，1h ) ，4 6 2 ( s ，2h ) ，4 2 5 ( s ，4h ) ，4 1 6 - 4 2 3 ( i n 6h ) ，2 5 2 ( s ，6 h ) ，2 2 9 ( q ，= 7 6 ，4h ) ，1 5 0 ( s ，6h ) ，1 1 4 1 3 0 ( m ，9h ) ，0 9 7 j = 7 6 ，6h ) ；m s ( a p c i ) c a l c df o r ( 叫十h 】) + ，6 7 0 ；f o u n d ，6 7 0 。 2 0 大连理工大学博士学位论文 s 2 红色固体( 8 2 ) ：熔点：2 0 3 1 2 0 4 9 。c ；1 h n m r ( d m s o d 6 ) 68 2 6 ( t ，j = 6 0 h z , 2 h ) ， 8 0 7 也，= 6 0 h z , 1h ) ，6 9 6 ( d ，j = 8 , 4 h z ，1h ) ，6 8 6 ( s ，1h ) ，6 7 8 ( d ，= 8 4 h z , 1h ) ， 4 5 7 ( s ，2h ) ，3 9 3 ( s ，4h ) ，3 3 2 - 3 3 9 ( o v e r l a p p e d ，6h ) ，3 1 2 3 1 7 ( m ，6h ) ，2 4 2 ( s ，6h ) ， 2 2 9 ( q ，= 7 6 ，4h ) ，1 3 2 ( s ，6h ) ，o 9 4 以，= 7 6 ，6h ) ；f t i r ( k b r ，c m 1 ) 3 4 0 5 ，2 9 2 6 ，1 6 5 5 ， 1 5 4 2 ，1 4 7 7 ，1 3 1 8 ，11 9 0 ，9 7 9 ；h r m s ( e s + ) c a l c df o r ( 【m + h 】) + ，7 1 5 3 8 0 2 ；f o u n d ，7 1 5 3 8 0 6 。 1 0 ：白色固体( 4 5 ) ；熔点：6 1 3 6 3 7 。c ；1 h n m r ( c d c l 3 ) 67 0 3 7 0 6 ( i l l 2 h ) ，6 9 3 6 9 6 ( m ，2 h ) ，4 3 0 ( s ，8 h ) ，4 1 1 ( q ，j = 7 2 h z , 8 h ) ，1 2 0 也j = 7 2 h z , 1 2 h ) ；m s ( a p c i ) c a l e d f o r ( 【m + h 】) + ，4 5 3 ；f o u n d ，4 5 3 。 1 1 ：淡黄色固体( 6 0 ) ；熔点：6 9 8 7 1 8 。c ；1 hn m r ( c d c l 3 ) 69 8 3 ( s ，1h ) ，7 6 0 ( s ，1h ) ， 7 4 9 ( d ，= 8 h z , 1h ) ，7 1 0 j = 8 h z ，1i - i ) ，4 4 2 ( s ，4 h ) ，4 2 8 ( s ，4 h ) ，4 0 9 - 4 1 6 ( 驰8h ) ， 1 2 1 ，= 6 8h z , 1 2h ) ；m s ( a p c i ) c a l c df o r ( 【m + h 】) + ，4 8 1 ；f o u n d ，4 8 1 。 1 2 ：红色固体( 4 1 ) ；熔点：1 3 8 4 - 1 4 0 2 0 c ；1 h n m r ( c d c l 3 ) 67 1 8 ，= 8 h z , i h ) ，6 9 2 ( s ，1 h ) ，6 8 3 ( d ，j = 8 h z , 1 h ) ，4 3 5 ( s ，4 h ) ，4 2 9 ( s ，4 h ) ，4 0 4 - 4 1 5 ( m ，8 h ) ，2 5 2 ( s ，6 h ) ， 2 2 9 ( q ，l ，= 7 6h z , 4h ) ，1 3 0 ( s ，6h ) ，1 1 7 1 2 3 ( m ，1 2h ) ，o 9 7q j = 7 6h z , 6h ) ；m s ( a p c i ) c a l c df o r ( 【m + n a 】) + ，7 7 7 ；f o u n d , 7 7 7 。 s 3 ：红色固体( 8 2 ) ；熔点：2 3 9 1 - 2 4 0 8o c ；1 h n m r ( d m s o - d 6 ) 68 0 0 ( s ，2 h ) ，7 9 4 ( s ，2 h ) ，7 0 1 ( d ，j ；8 4h z , lh ) ，6 8 l ( s ，lh ) ，6 7 3 ( d ，= 8 4h z , 1h ) ，4 6 l - 4 6 6 ( m ，4h ) ，4 0 8 ( s ，4h ) ，4 0 4 ( s ，4h ) ，3 2 5 3 3 3 ( m ，8h ) ，2 9 6 3 0 6 ( m ，8h ) ，2 4 1 ( s ，6h ) ，2 2 8 ( q ，j = 7 2 h z ，4h ) ，1 2 6 ( s ，6 h ) ，0 9 4 也，= 7 2 h z , 6h ) ；f t i r ( e t h a n o l ，c m 1 ) 3 4 2 7 ，2 9 3 1 ，2 8 7 2 ，1 6 4 2 ， 1 5 4 2 ，1 4 7 7 ，1 4 0 6 ，1 3 8 9 ，1 3 2 0 ，1 2 6 5 ，1 1 9 4 ，1 1 6 1 ，1 1 1 6 ，1 0 6 3 ，9 8 0 ；h i 洲s ( e s + ) c a l c df o r ( m + h 1 ) 十，8 1 5 4 4 3 9 ；f o u n d , 8 1 5 4 4 4 5 。 2 4 目标化合物的光谱研究 2 4 1 测试方法 2 4 1 1 探针分子的p h 滴定实验 配制1 0 x 1 0 。m o l l 的探针母液，然后取8 0 t t l 加入到4 0 m l 纯净水中，用微注射器 滴加h c l 0 4 以调节溶液p h 值，并检测荧光光谱。根据i f - p h 曲线，按下式计算出化合 2 i 基于多酰胺受体的汞离子分子荧光探针 物的p k a 值。式中：i f 。、i f m ，n 、i f 分别是i v - p h 曲线中荧光强度的最大值、最小值和 选取的p h 值相对应的荧光强度值。 l o g ( i f m a x i f ) ( z f i f m i n ) = p h - p k a 样品的荧光量子产率测定以无水乙醇中罗丹明b ( o r = o 4 9 ) 为基准，按下式计算。式 中：m ( 5 a m p m 、m ( 5 t a n d a t d ) 分别表示待测样品和标准物的荧光量子产率；a b s ( a a n a ”a ) 、a b s ( 唧t o ) 分别表示待测样品和标准物的在激发波长下的吸收值；f o , l , n p m 、f 恤柚如由分别表示待测 样品和标准物的荧光强度。 m ( 5 ”p 。) = o 【8 4 r d ) x ( a b s ( 5 6 a r d ) x f ( 5 “p 1 。) ( a b s ( 5 8 唧1 。) f ( 5 6 删) ) 2 4 1 2 金属离子的选择性测试 取浓度为1 0 x1 0 。3 m o l l 的探针母液2 0 i _ t l 加入到1 0 m l 容量瓶中，加入5 m l0 0 5 m o l l 的磷酸钠缓冲液，再加入4 0 1 l l 各种待测金属离子( 1 0 1 0 。t o o l l ) ，最后以0 0 5 m o l l 的磷酸钠缓冲液定容，测定其荧光光谱。 2 4 1 3 汞离子滴定试验 取浓度为1 o 1 0 。3 m o l l 的探针母液4 0 血加入到2 0 m l 磷酸缓冲液中( 使用4 0 m l 的小 烧杯) ，配置2 1 0 6 m o l l 的探针溶液，用微量注射器逐渐加入浓度为1 0 x 1 0 。m o l l 的氯 化汞溶液，并测定荧光光谱。 2 4 1 4 汞离子络合物的p h 滴定实验 取浓度为1 0 1 0 。m o l l 的探针母液4 0 此和浓度为1 o x l o 。m 0 1 l 的汞离子母液8 0 止 加入到2 0 m l 纯净水中( 使用4 0 m l 的小烧杯) ，用微注射器滴加h c l 0 4 测定溶液p h 值，并 检测荧光光谱。 2 4 1 5d o b 曲线的测定 在荧光探针与检测离子总浓度不变的情况下，连续变换它们之间的比率，测定光谱 变化( 在核磁中，测定化学位移的变化) 。以探针或检测离子的摩尔比例为横坐标，以变 大连理工大学博士学位论文 化强度为纵坐标作图，光谱变化最大的点对应的横坐标既是探针分子与检测离子的配位 比例。 2 4 1 6 结合常数的测定 在l ：l 络合的情况下，将金属离子滴定实验的测试数据用公式2 i ( y 为不同离子浓 度下对应的荧光强度，y o 为原始的荧光强度，y 胁为荧光变化的极限值，c l 为探针浓度， c m 为加入的金属离子的浓度) 非线性拟合，即得出结合常数。 在l ：2 络合的情况下，将金属离子滴定实验的测试数据用公式2 2 ( y 为不同离子浓 度下对应的荧光强度，y o 为原始的荧光强度，y 胁为荧光变化的极限值，【m 】为加入金 属离子的浓度，b 为一常数，b 2 l 为一级结合常数k 儿与二级结合常数k 2 1 的积) 非线性拟 合，即得出一级结合常数k l l 和= 级结合常数k 2 l 。 y = y o + 【( y l i m y o ) 2 1 + c m c l + 1 k s c l 一【( 1 + c m c l + i k s c l ) 2 - 4c m c l 1 ，2 ) 公式 2 1 y = ( y o + c m b k l l t m + y l i 。p 2 l 眦】2 ) ，( 1 + k l l 【m 】+ p 2 l m 1 2 ) 公式2 2 2 4 2 结果与讨论 s l s 2 鼬 图2 2 使用h y p e r c h e m7 0 软件优化的能量最低构象 f i g 2 2e n e r g ym i n i m i z e dm o l e c u l a rs t r u c t u r e sc a l c u l a t e dw i t hh y p e r c h e m s o f t w a r e 荧光探针s l 、s 2 和s 3 的最大吸收波长没有明显差异卜5 2 2 n n l ) ，这说明多酰胺