（分析化学专业论文）脲和硫脲类试剂在荧光分析中的应用.pdf

摘要 摘要 近年来，荧光分析法逐渐发展成为一种十分重要且有效的光谱分析手段，相 应的，设计合成不同类型的荧光试剂也成为这一领域工作者的重要任务之一。针 对所要识别的客体，将具有选择性识别功能的基团修饰在荧光基团上，合成具有 选择性识别功能的荧光分子，根据荧光分子与客体作用后荧光信号的变化，即可 实现对客体的识别及传感。脲和硫脲类试剂在药物合成和工业生产等方面一直备 受关注，具有发光性能的硫脲衍生物也在逐渐得到重视。本论文分五个部分介绍 了脲和硫脲类荧光受体分子应用于各类分子的发展状况，阐述了本论文所建立的 几种分子识别作用模式。 第一章文献综述，简要阐述了脲和硫脲类试剂在各研究领域中的应用，重点 介绍了这类试剂在荧光分析法中的应用，总结了此类试剂在与蛋白质作用、重金 属识别和阴离子识别等方面的研究进展。 在上述综述的基础上，根据分子内电荷转移( i n t e r m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r , i c d 荧光识别机理，设计合成对二甲氨基苯甲酰胺基脲和硫脲类荧光主体， n 一( 对二甲氨基) 苯甲酰胺- n 一苯基脲( 1 ) 、n ( 对二甲氨基) 苯甲酰胺- n7 苯基硫 脲( 2 ) 和对二甲氨基苯甲酰胺基硫脲( 3 ) ，提出了论文设想。 第二章详细介绍了主体1 、2 和3 的合成方法，结构鉴定以及在不同极性溶 剂中的光谱性质。 第三章研究了n ( 对二甲氨基) 苯甲酰胺n 苯基脲( 1 ) 与血清白蛋i 兰i ( b s a ， h s a ) 间的相互作用，并以n ( 对二甲氨基) 苯甲酰胺_ n 一苯基硫脲( 2 ) 作为参照化 合物，比较脲与硫脲衍生物与白蛋白作用的差异。1 和血清白蛋白间发生了非辐 射共振能量转移，使血清白蛋白的荧光猝灭，1 荧光增强。采用同步荧光光谱考 察1 对血清白蛋白构象的影响，发现h s a 的构象因l 的加入而改变，而b s a 的 构象却未改变。荧光光谱显示2 与血清白蛋白未发生明显作用。1 和2 荧光响应 的不同是因为1 具有两个类似于肽键的酰胺键，使其表现出对蛋白质亲和作用。 因此可认为相对于硫脲类衍生物，脲类衍生物更易在体内被血清白蛋白储存、转 运。研究结果对脲类药物的设计提供实验依据。 第四章采用荧光光谱和紫外吸收光谱，研究了n 一( 对二甲氨基) 苯甲酰胺- n 7 苯基脲( 1 ) 与c u 2 + 、p b 2 + 、m 9 2 + 、f e 2 、c 0 2 + 、z n 2 + 、c d 2 + 等常见过渡金属离子的 作用。在乙腈溶液中，1 在3 6 8 锄和4 9 1r l l l l 发射双重荧光，加入c u 2 + 后，两 处的荧光均猝灭，4 9 1n l n 处的猝灭率为7 5 ，且猝灭程度与c u 2 浓度成线性关 系。h 9 2 + 对1 的猝灭率为2 5 ，其它常见金属离子几乎不影响1 的荧光光谱，说 明1 对铜具有很好的选择性。竞争实验显示常见的金属离子都不干扰1 对c u 2 + 的 i i 摘要 测定。2 在乙腈溶液中也有双重峰，分别在3 7 1n m 和4 9 7n m 处。加入c u 2 + 后， 2 在3 7 1n n l 处荧光峰会先升高后降低，并在4 2 6n l t l 处出现新峰。加入其它金属 离子后，2 的光谱也会发生变化，对c u 2 + 的选择性不高。i r 和m s 数据显示， c u 2 + 和1 、2 均形成了l ：l 的配合物。识别基团中c = s 对金属的络合能力强于 c = o ，从而使1 对c u 2 + 具有很好的选择性，2 则没有明显的选择性。 第五章研究了对二甲氨基苯甲酰胺基硫脲( 3 ) 与苯甲醛的反应，并把该反 应用于苯甲醛的定量测定。同时考察了反应时间、酸度和共存物质等条件对测定 的影响。在含2 0 乙腈的p h = 5 3 0n a a c h a g 缓冲体系中，苯甲醛的含量在 1 2 5 1 0 7 3 2 3 1 0 6 m o ll - 1 范围内与荧光强度变化呈良好的线性关系，方法检 测限为3 7 5 1 0 。8m o ll - 1 ，同类物质甲醛、乙醛、丙酮及苯乙酮的存在均不干扰 其测定，表现出3 对苯甲醛较好的选择性。该方法应用于自来水中苯甲醛的测定， 回收率为9 9 5 9 7 ，结果满意。 关键词：荧光光谱，脲和硫脲衍生物，血清白蛋白，金属离子，苯甲醛 i i i a b s t r a c t i nt h er e c e n ty e a r s ，f l u o r e s c e n c ea n a l y s i sw a sa ni m p o r t a n ta n de f f e c t i v es p e c t r u m a n a l y s i s t h e r e f o r e ，d e s i g n i n g a n ds y n t h e s i z i n gd i f f e r e n tk i n d so ff l u o r e s c e n t r e c e p t o r sh a v eb e c o m eah o tt o p i ca n db e e ns t u d i e db yc h e m i s ta c c o r d i n gt ot h e p r o p e r t yo f r e c o g n i z i n gg u e s t t h ef l u o r e s c e n tr e c e p t o ru s u a l l yc o n s i s t so f t w op a r t s ，a r e c o g n i z i n gm o i e t ya n das i g n a lr e p o r t e r w h e nt h eg u e s tb i n d e dw i t ht h er e c o g n i z i n g m o i e t yt h ef l u o r e s c e n c ep r o p e r t yo fr e c e p t o rw o u l du n d e r g oc h a n g e t h ec h a n g eo f f l u o r e s c e n c es p e c t r u mc a nb eu s e dt od e t e c ta n dd i s t i n g u i s ht h eg u e s t u r e aa n d t h i o u r e ad e r i v a t i v e sh a v ea l w a y sa t t r a c t e dt h ei n t e r e s tb e c a u s eo fi t si m p o r t a n tr o l e si n d r u gs y n t h e s i sa n di n d u s t r i a la p p l i c a t i o n m e a n w h i l e ，t h ea p p l i c a t i o n so fu r e aa n d t h i o u r e ad e r i v a t i v e si nf l u o r e s c e n c ea n a l y s i sh a v eg a i n e dg r e a ta t t e n t i o ng r a d u a l l y i n t h i sd i s s e r t a t i o n 。w ei n t r o d u c e dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nu r e alt h i o u r e ad e r i v a t i v e sa n d o t h e rm o l e c u l e s ，a n de x p o u n d e dt h em o d eo fa c t i o ni nt h ef o l l o w i n gf i v ec h a p t e r s i nc h a p t e rl ，t h ea p p l i c a t i o no fu r e a t h i o u r e ad e r i v a t i v e si ns e v e r a la s p e c t sw e r e b r i e f l yr e v i e w e d t h e ne m p h a t i c a l l yi n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n to fu r e a t h i o u r e a d e r i v a t i v e si ns e r u ma l b u m i n sr e c o g n i t i o n ，m e t a li o n sr e c o g n i t i o na n da n i o n r e c o g n i t i o n b e c a u s eo ft h ei m p o r t a n c eo fu r e aa n dt h i o u r e ad e r i v a t i v e su s e di nf l u o r e s c e n c e a n a l y s i s ， w e d e s i g n e d a n d s y n t h e s i z e d t h r e ef l u o r e s c e n c e c o m p o u n d s ， 1 - 【p 一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z o y l - 4 - p h e n y l - s e m i c a r b a z i d e ( 1 ) ，1 一 p 一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z o y l - 4 - p h e n y l - t h i o s e m i c a r b a z i d e ( 2 ) a n dp 一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z a m i d o - t h i o s e m i c a r b a z i d e ( 3 ) b a s e do ni n t e r m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r ( i c t ) ，a n ds t u d i e dt h e i r a p p l i c a t i o ni ns e i u ma l b u m i n s ，m e t a li o n sa n db e n z a l d e h y d er e c o g n i t i o n c h a p t e r2d e s c r i b e dt h em e t h o do fs y n t h e s i s ，t h ec h a r a c t e r i z a t i o nb yi ra n d1 h n m ro ft h ef l u o r e s c e n tm o l e c u l a r1 ，2a n d3a n dt h e i rs p e c t r a ld a t a i nc h a p t e r3 ，t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nl 一 p - ( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z o y l - 4 - p h e n y l s e r n i c a r b a z i d e ( 1 ) a n ds e r u ma l b u m i ni nt r i s - h c lb u f f e ro fp h 7 4w a si n v e s t i g a t e d b ya b s o r p t i o na n df l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y 1 - 匝一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z o y l - 4 - p h e n y l - t h i o s e m i c a r b a z i d e ( 2 ) w a sa l s os t u d i e da sac o n t r o lc o m p o u n d f r e ts t u d i e s i n d i c a t e dt h ee n e r g yt r a n s f e rf r o mt h ep r o t e i n st ot h eh o s t ，w h i c hr e s u l t e di nt h e i n c r e a s i n go fl sf l u o r e s c e n ti n t e n s i t ya n dt h ed e c r e a s eo f p r o t e i nf l u o r e s c e n ti n t e n s i t y s y n c h r o n o u sf l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p yr e v e a l e dt h es e c o n d a r ys t r u c t u r eo fh u m a n s e r u ma l b u m i n ( h s a ) n o tb o v i n es e r u ma l b u m i n ( b s a ) w a sc h a n g e di nt h ep r e s e n c e o f1 2a n ds e r u ma l b u m i nh a dn oi n t e r a c t i o n s ，a n dt h i ss u g g e s t e dt h a tt h es t r o n g i n t e r a c t i o nb e t w e e n1a n ds e r u ma l b u m i na t t r i b u t e dt 01c o n t a i n st w oa m i d eb o n d s w h i c hw e r es i m i l a rt op e p t i d eb o n d t h es t u d ys h o w e du r e ad e r i v a t i v e sc o u l db e s t o r a g e da n dt r a n s p o r t e db ys e r u ma l b u m i ni nv i v oe a s i l yc o m p a r e dw i t ht h i o u r e a d e r i v a t i v e s t h u s ，c o m p a r i n gw i t h2 ，1i st h eb e u e rc h o i c ei nd e s i g n i n gt h e s ek i n d so f d r u g s i nc h a p t e r4 ，as e l e c t i v ea n ds e n s i t i v ef l u o r e s c e n c ep r o b ef o rt h er e c o g n i t i o no f c u 2 + i nc h 3 c nw a sp r o p o s e db a s e do n1 一【p 一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z o y l - 4 - p h e n y l s e m i c a r b a z i d e ( 1 ) ，1 一豳( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z o y l 一4 一p h e n y l t h i o s e m i c a r b a z i d e ( 2 ) a sa c o n t r o lc o m p o u n d i nc h 3 c ns o l u t i o n ，t h em a x i m u me m i s s i o nw a v e l e n g t ho f1 p e a k e da t3 6 8n n la n d4 91n i t l u p o na d d i t i o no fi n c r e a s i n ga m o u n to fc u 计，t h e f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t ya t3 6 8 n ma n d4 91a mq u e n c h e da n dt h eq u e n c h i n gr a t eb e i n g u pt o7 5 ，ag o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l u o r e s c e n c ei n t e n s i t i e sa n dc u 计w a s o b t i o n e d h 十a l s oc o u l dq u e n c ht h ef l u o r e s c e n c eo f1 ，b u tt h eq u e n c h i n gr a t eo n l y w a s2 5 t h ea d d i t i o n a lo fo t h e rm e t a li o n s s u c ha sp b 2 + 、m 9 2 + 、f e 2 + 、c 0 2 + 、z n 2 + 、 c d 2 十，e e t ，d i d n tl e dt oo b v i o u sc h a n g eo ft h ef l u o r e s c e n c es p e c t r a a l lt h e s er e s u l t s i n d i c a t e dt h a t1w a sh i g h l ys e l e c t i v ef o rc u 2 + 2a l s oe m i t sd u a lf l u o r e s c e n c ei n c h 3 c n ，w h i c hp e a k e da t3 7 1a ma n d4 9 7a m r e s p e c t i v e l y c o n c o m i t a n t i n gw i t ht h e a d d i t i o no fc u 2 + t ot h es o l u t i o no f2 ，t h ec h a r a c t e r i s t i cs t r o n gf l u o r e s c e n c ee m i s s i o n b a n do f2a t3 71a mw a sg r e a t l yi n c r e a s e df i r s t l ya n dt h e nd e c r e a s e d ；m e a n w h i l e ，a n e wb a n dc e n t r e da t4 2 6n n lw a si n c r e a s e d t h ea d d i t i o n a lo fo t h e rm e n t a li o n so n l y p r o d u c e ds o m ec h a n g e so ft h es p e c t r ao f2w h i c hd i s t i n g u i s h e df r o mt h es p e c t r ao f c u 2 十i nt h ep r e s e n c e ，a n dh a dn on e we m i s s i o n f l u o r e s c e n c et i t r a t i o n ，m sa n di r s h o w e da1 ：1 s t o i c h i o m e t r yb e t w e e n1o r2a n dc u 2 + ，a n di tw a se s t i m a t e dt h e d i f f e r e n tf l u o r e s c e n c ep h e n o m e n aa f t e ra d d i t i o no fc u 2 + a t t r i b u t e dt ot h ed i f f e r e n c eo f t h em o l e c u l es t r u c t u r eb e t w e e nc = o ( 1 ) a n dc = s ( 2 ) i nc h a p t e r5 ，p 一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z a m i d o t h i o s e m i c a r b a z i d e ( 3 ) w a sp r o p o s e d f o rt h ed e t e r m i n a t i o no fb e n z a l d e h y d ev i af l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y as t r o n g f l u o r e s c e n c ec o m p o u n ds c h i f f sb a s ef o r m e db a s e do nt h er e a c t i o nb e t w e e nh o s t3a n d b e n z a l d e h y d e i np h 5 3 0n a a c h a ca q u e o u s a c e t o n i t r i l em i x t u r es o l u t i o n c o n t a i n i n g2 0 a c e t o n i t r i l e ，ag o o dl i n e a rf l u o r e s c e n c er e s p o n s e sa saf u n c t i o no f b e n z a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o nw a so b t a i n e dr a n g i n gf r o m1 2 5 x 1 0 刁t o3 2 3 x 1 0 。6 t o o ll 1 t h el i m i to fd e t e c t i o nw a sf o u n dt ob e3 7 5 x1 0 8m o ll t h ee x i s t e n c eo fl a r g e a m o u n to ff o r m a l d e h y d e ，a c e t a l d e h y d e ，a c e t o n ea n dh y p n o n ed i d n ti n t e r f e r et h e v a b s t r a c t d e t e r m i n a t i o no fb e n z a l d e h y d ei n d i c a t i n gh i g hs e l e c t i v i t y t h ep r o p o s e dm e t h o dw a s a p p l i e dt od e t e r m i n eb e n a l d e h y d ei nd i s c h a r g ew a t e rs a m p l e sa n dt h er e c o v e r yw a s 9 9 5 9 7 k e yw o r d s ：f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y , u r e aa n dt h i o u r e ad e r i v a t i v e s ，s e r u m a l b u m i n ，m e t a li o n s ，b e n z a l d e h y d e 符号说明 i n ? 符号说明 h n h 中文名称：n 一( 对二甲氨基) 苯甲酰胺- n 7 苯基脲 英文名称：1 一【p 一( d i m c t h y l a m i n o ) b e n z o y l - 4 - p h e n y l s e m i c a r b a z i d e 代称：受体1 l n 7 h n h 中文名称：n ( 对二甲氨基) 苯甲酰胺- n 苯基硫脲 英文名称：1 一 p - ( d i m c t h y l a m i n o ) b c n z o y l 一4 一p h e n y l - t h i o s e m i c a r b a z i d e 代称：受体2 ， h 中文名称：对二甲氨基苯甲酰胺基硫脲 英文名称：p 一( d i m e t h y l a m i n o ) b e n z a m i d o t h i o s e m i c a r b a z i d e 代称：受体3 z o h 叱 n 洲l 乡 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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过的研究成果，也不包含 为获得直昌太生或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) 函备燕签字日期：加必年f 工月彳日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社 会公众提供提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：琉核 导师签名( 手写) ：曩葛炭 签字日期：。泌年明刁日 签字日期：砂8 年，2 月叩日 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 1 1 引言 分析化学中，有机试剂占有与仪器分析同等重要的位置。仪器分析技术使分 析化学快速发展是毋庸质疑的，然而被测定物质和一个适宜试剂的化学反应仍然 是许多分离、检出和测定方法的基础，包括仪器分析，有机试剂在其中起到不可 代替的作用。有机试剂的种类和应用范围不断扩大，从以无机物为测定对象扩大 到有机物和生物活性物质；从测定离子发展到测定分子和形态分析；从最初的以 指示剂、沉淀剂、络合剂、萃取剂和显色剂为主的有机试剂逐步发展扩大到色谱 分析中的衍生试剂、分离介质、有机污染物的微萃取剂、发光试剂、分子探针和 离子探针等【l 】。有机试剂按用途可分为：沉淀剂、萃取剂、滴定剂、指示剂、显 色剂、荧光试剂、化学发光试剂、衍生试剂、色谱固定相、离子交换剂和生化试 剂等。荧光分析法因其灵敏度高、线性范围宽、操作简便以及可供选择的参数多 而有利于提高方法的选择性等优点，逐渐发展成为一种十分重要且有效地光谱分 析手段，荧光试剂也因此得到长足的发展。 荧光试剂常分为两类：一类是本身具有荧光如水杨基荧光酮和罗丹明b ，客 体离子的结合改变其发光性能，如荧光酮与金属离子络合物的形成导致荧光酮荧 光猝灭；另一类是试剂本身无荧光，如荧光镓和邻苯二甲醛，它们与被测物反应 生成的新化合物具有荧光，这种试剂叫荧光生成试剂( f l u o r o g e n i c ) 。有机荧光 试剂，按照试剂结构组成可以分为氨羧络合剂、腙类、偶氮类、希夫碱类、8 羟基喹啉类、p 二酮类、黄酮类、葸醌、卟啉类、脲和硫脲类等。 脲和硫脲类试剂是指脲、硫脲及其衍生物所组成的一类试剂( 见图1 ) 。由 于s 原子的配位能力强于o 原子，因此硫脲类试剂的种类及用途远多于脲类试 剂。 s r h n 儿n h r 硫脲 硫脲的合成己有相当长的历史，硫脲衍生物之所以受到化学家的青睐，原因 就是其本身用途广泛。在药物方面可以作为：( 1 ) 抗艾滋病药物。文献报道较早 的是在1 9 9 1 年，k u k l a 等人【2 】厶9 2 1i 出j ) 。i 山1 1 了8 种具有抗h i v o l 病毒的硫脲衍生物。( 2 ) 抗癌药物：胡惟孝【3 ，4 1 等人合成两种缩氨硫脲，经体外筛选实验，发现对鼠白血 l hn 。人脲 nh l r 示图 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 病、胃癌、卵巢癌等有相当好的抗癌性。( 3 ) 抗结核药物，抗菌药物等。 在农业方面可作为促进剂、除草剂、杀虫剂、灭鼠剂等【5 ，6 】。如：1 双取代 苯磺酰基3 杂环硫脲、n ( 2 酞基5 一( 2 氨基) 苯磺酰基) - n - ( n 含杂环) 硫脲及 n ( 嘧啶或三嗪基) - n - 苯磺酰基等硫脲衍生物都是良好的选择性除草剂。 在工业方面的应用【7 】：( 1 ) 作为金属防腐剂：如硫脲与苯并三唑混合可抑制 阳极铜分解，是一种良好的吸附模型缓蚀剂：在涂料中添加硫脲衍生物是防止金 属锈蚀的有效办法。( 2 ) 作为抗氧化剂：某些有机物久贮易氧化，若加入硫脲衍 生物，添加物会被氧化从而保护住了贮藏的有机物。此外，在摄影材料中可作为 调色剂、显影剂；在电镀中可作为光亮剂和表面活性剂等。 在分子生物学方面，硫脲衍生物可作为r n a 转录酶、核甘酸还原酶抑制剂、 人体血液同位素标记及测定生物体系的氧化改性蛋白等。 在分析方面也有重要应用。硫脲衍生物，尤其是缩氨基硫脲，可以分别作为 单齿、双齿或多齿配体和金属离子形成有色配合物，可用于光度测定，灵敏度和 选择性都很好，是一类十分有效的分析用试剂，近3 0 年来得到很大发展。在金 属分析中，它被广泛用于显色剂【8 1 、金属元素的定性鉴定试剂、掩蔽剂【9 l 以及分 离富集中的洗脱剂和吸附剂【1 0 】等。硫脲类试剂所含杂原子少，选择性普遍较高， 在硫脲类试剂做显色剂的光度分析中，主要的干扰离子是f e 和c u 2 + ，可以加入 适量n a f 掩蔽f e 3 h “l ，加入适量e d t a 掩蔽c u 2 + 。有些缩氨基硫脲类试剂与金 属离子所形成的配合物难溶于水，这时可以采用萃取光度法进行测定。另外，用 萃取法富集了痕量待测组分，分离了干扰组分，不仅可以增加测定的灵敏度，而 且有利于被测离子的同时测定。硫脲类试剂在电泳分析和电位测定中也有着比较 广泛的应用【1 2 】。 近几十年来，在其它学科迅速发展的影响下，荧光分析法不断朝着高效、痕 量、微观、实时、原位和自动化的方向发展，方法的灵敏度、准确度和选择性日 益提高，方法的应用范围大大扩展，遍及工业、农业、生命科学、环境科学、材 料科学、食品科学和公安情报等诸多领域。如今，荧光分析法已经发展成为一种 重要且有效的光谱化学分析手段【1 引，脲和硫脲类衍生物在荧光分析中，也得到了 迅猛的发展。 1 2 ( 硫) 脲类衍生物与蛋白质的相互作用 硫脲类衍生物及其金属配合物，作为一类新药，因含有配位能力很强的n 、 s 等多种配位原子，因而具有显著的抗病原体【1 4 1 、抗菌( 15 1 、抗艾滋【1 6 1 、抗寄生 虫等多种生物活性，可用作各种病症的治疗【1 7 】。 2 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 血清白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质，浓度约为4 0m gm l d ( o 6m m ) t 1 8 】， 也是研究最多的蛋白质种类之一。它作为许多内源性和外源性化合物的存储和转 运蛋白，可结合和运输很多配体【1 9 】，如脂肪酸、氨基酸、类固醇、金属离子和 各种药物等，且有多个结合位点。在结合过程中，蛋白质分子也往往发生构象变 化。药物与蛋白质结合是药物的暂储形式，是控制药物向受体释放、避免药物迅 速代谢的主要途径。近年来，对药物与白蛋白相互作用方面的研究十分活跃【2 眦3 1 ， 研究成果将有助于了解药物在人体内的吸收、分布、排泄、药理活性和毒性等。 蛋白质的定量测定也是生物化学和其他生物学科中经常涉及的分析任务，是临床 检验中诊断疾病及检查治疗效果的重要指标，是许多生化药物分离提纯中质量检 验及食品检验中常见的分析项目。因此，建立准确、灵敏、简便快捷的蛋白质定 量分析新方法十分必要。蛋白质含有酪氨酸，色氨酸和苯丙氨酸残基，因而具有 内源荧光。通过测定荧光峰位变化、荧光偏振、共振能量转移、热力学参数及同 步荧光光谱等，可以考察主体分子和蛋白质的相互作用情况，以及蛋白质结构与 微环境的变化信息。又因为荧光法操作简单，灵敏度高，因此用荧光法研究药物 小分子与蛋白质的作用，一直受到人们的关注。 基于分子内电荷转移( i c t ) 荧光试剂对外部微环境极其敏感【2 4 1 ，当微环境 疏水性增强时，其荧光产率通常会增大。电荷转移过程对分子本身和介质环境性 质极为敏感，并且荧光传感器在长波长处发射荧光，可以消除生物体系自身的荧 光干扰【2 5 1 ，从而很好的识别蛋白质分子。吴芳英等【2 6 】合成基于i c t 荧光受体对 二甲氨基苯甲酰胺基硫脲1 和n 对二甲氨基苯甲酰胺基- n 苯基硫脲2 。在p h 7 4 的 i r i s h c l 缓冲溶液中，1 的荧光峰在4 3 6 n m 。因共振能量转移作用( f i e t ) ， 主体1 的荧光强度随着人血清白蛋白( h s a ) 或者牛血清白蛋i 刍( b s a ) 的加入而线 性增加，峰位蓝移。据此可以定量测定蛋白质浓度，检测限分别为8 3 9 x 1 0 9 m o l l 1 ( h s a ) 和7 5 4 1 0 母m o ll - 1 ( b s a ) 。主体1 和蛋白质之间可以形成络合物而 静态猝灭蛋白质的内源荧光。同步荧光显示，蛋白质的二级结构也因为1 的存在 而变化。n 位上被苯环取代的化合物2 与蛋白质没有任何响应，推测为苯环的空 间位阻所引起的。 q 孓 1r h 2r 一- o h 崔凤灵 2 7 - 3 3 1 合成了一系列饱和烃类硫脲类物质3 ，它可以强烈的猝灭b s a 和h a s 的内源荧光，属于共振能量转移引起的静态猝灭。3 和蛋白质因疏水作 用形成稳定的络合物，因而可以被蛋白质很好的储藏和运输。之后，又合成了一 3 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 系列的饱和烃和二芳基硫脲衍生物4 - 9 它们与蛋白质作用情况类似，只是5 和 8 与蛋白质的结合常数较其它几个物质低。随着蛋白质量的增加，5 的同步荧光 强度( a a = 2 0 n m ) 线性增加，据此可以定量测定蛋白质的浓度，检测线为0 0 8 4l a g m l j ( b s a ) 和0 1 7 0l a gm l ( h s a ) 。同样9 也可用同步荧光法( a x = 1 5 n m ) 钡l j 定 h a s ，检测线为0 0 9 1 l a gm l 。计算机模型模拟了血清白蛋白晶体结构与5 的 作用情况，结果显示5 结合蛋白质的主要区域在i i a 和i i i a 域的疏水空穴，同 时配体和h a s 的精氨酸和天冬氨酸之间还存在氢键。 9 r = o c 2 h 5 1 3 ( 硫) 脲类衍生物与金属离子的作用 金属离子对生产生活的影响，尤其是在生物体内的作用，以及金属污染对人 体的危害都不言而喻。目前用于金属离子检测的分析方法主要有原子光谱法彤 3 5 1 、电化学法( 极谱法和伏安法) 3 6 1 、分光光度、法【3 7 1 、高相液相色谱法( h p l c ) 【3 8 】 高频电感偶合等离子质谱法( i c p m s ) 【3 9 1 、化学发光法 4 0 l 、x 射线荧光光谱法等分 析方法。原子光谱法可分为原子吸收光谱( a a s ) 和发射光谱( a e s ) 。原子光谱分 析具有灵敏度高、选择性好、准确度高的特点，目前已经成为国民经济各个部门、 教学科研单位广泛采用的分析测试技术1 。但原子光谱法分析不能反映所测元 素的价态，只能分析元素的总量，例如铁元素，就不能对+ 3 价和+ 2 价的铁元素 进行分析。电化学分析是利用物质的电学和化学性质来进行分析的方法。它是将 待测液与适当的电极组成一个化学电池，通过测量电池的某些物理量，如电位、 电流、电量或电导来测定物质的组分和含量【4 2 1 。电化学方法测定金属元素主要 有极谱法和伏安法。相对以上的分析方法而言，分光光度法因仪器便宜、操作简 便、灵敏快速等许多优点，在各种金属离子的测定中被广泛应用，并不断完善， 有机试剂的引入、多元络合物的出现以及表面活性剂的应用、分析仪器的改进和 反应体系的创新都促进了金属离子的光度分析的发展。但是，由于过渡金属离子 4 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 结构和离子半径差别不大，在光度分析中常彼此干扰，导致测定方法的选择性欠 佳。对多种金属元素的同时测定就成为光度法研究和发展的方向。i c p m s 法和 h p l c 法所需仪器昂贵，样品预处理复杂，操作也比较繁琐。化学发光法选择性 较差，不适于低浓度的生物样品的测定。 综上所述，目前测定金属离子的分析方法中，各有特点且相互补充，可用于 各类样品的测定。但是与荧光光谱测定方法相比，这些方法或操作步骤冗长，需 要多种化学试剂或需要较贵重的仪器设备，使这些方法的应用和推广受到很大的 限制。而荧光光谱法具有快速简便、灵敏度高、选择性好和同时测定多组分的优 点而被广泛的应用【4 3 1 ，从天然水、饮用水到废水、污水，从土壤、大气到动植 物，从人体的头发骨骼血液到内脏等各个器官等，涉及到的样品和应用范围几乎 是无所不有。近几年来，关于金属离子荧光探针的研究发展迅速，多种荧光探针 已被设计合成用于测定金属离子。其中，硫脲类衍生试剂，因为其结构中含有n 原子和s 原子这二种配位原子，均可作为电子的给予体提供电子对和多种金属离 子配位生成金属鳌合物，因而成为一类重要的金属离子探针试剂。 汞是一种生理毒性严重的化学物质，由于其具有持久性、易迁移性和高度的 生物富集性，使其成为目前全球最引人关注的环境污染物之一。识别h 9 2 + 的荧 光学传感器，主要有冠醚【棚、杯芳烃【4 5 1 、多胺矧、氨基硫脲类等。其中氨基硫 脲类传感器识别h 9 2 + ，是依据s 与h 9 2 + 的强结合能力，其中很重要的一种识别 机理是基于h 矿诱导环化反应。 rs旦r?-nhrj：l-nhkr 卫r 飞。 h n - n h n - n t h i o s o m i c a t b a z l 相 1 , 3 ，4 - o w a t l l a z c w e 图示2h 9 2 + 诱导环化反应 1 0 芒罐 蛳删 t a e 等【4 7 】设计合成了以罗丹名为母体的基于h 9 2 + 诱导生成嗯二唑反应( 图 5 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 2 ) 荧光探针1 0 。该探针在p h7 0 水甲醇( 8 0 2 0v v ) 溶液中加入h 9 2 + 后，溶液 颜色由无色瞬间变为粉色，进而变为深黄色，荧光强度显著增强，峰位由5 5 3n n l 红移至5 5 7n m 。说明室温下h 9 2 + 诱导1 0 开环反应瞬间完成，然后闭环脱h g s ， 且反应是不可逆的。1 0 对h 9 2 + 的识别具有很高的选择性，其它金属离子中只有 a 矿和z n 2 + 对1 0 的荧光光谱产生稍微影响。1 0 可以1 ：1 的定量识别h 9 2 + ，检测 限低于2 p p b 。 吴芳英【4 8 】等也合成了此类h 9 2 + 探针1 1 、1 2 ，荧光团为对二甲氨基苯甲酰胺， 均对h 9 2 + 有很高的选择性识别作用。在水乙腈( 8 0 2 0v v ) 溶液中，探针1 1 在 3 8 3n m 处荧光峰随着h 9 2 + 的加入红移至3 8 8n m ，且荧光强度增强，线性范围为 1 0 x 1 0 刁2 0 1 0 。5m o ll ，检测限为3 1 1 0 - 8m o ll ，实现了对h 9 2 + 的定量检 测。 1 1r = p h 1 2r = - c h i 郑洪【4 9 】等人巧妙的将荧光素和罗丹明b 肼用硫脲键结合，合成了一个共振 能量转移( f r e t ) 比值荧光探针1 3 。比值探针可以消除背景荧光干扰，提高选 择选择性和灵敏度，扩大动态灵敏范围。1 3 可以选择性识别h g ”，识别机理也 是基于h 9 2 + 诱导生成嗯二唑反应。在1 3 的水溶液中，加入h 9 2 + 后，溶液由浅 黄色变为洋红色，5 2 0n l n 处荧光逐渐降低，5 9 1n m 处出现新峰并逐渐增强，可 实现对h 9 2 + 裸眼和荧光比率检测，进而有可能用于实际环境中汞的迅速、准确 的检测。 1 3 h 矿 - i 的s 6 第一章脲及硫脲类衍生物荧光受体的应用进展 j i a s h e n gw u 删等合成了基于h 9 2 + 诱导含氨基的硫脲转化成胍的不可逆反 应( 图3 ) ，合成了高选择性罗丹明类探针1 4 。 m 删+ 删员呲三嗽，n 心r r ：n h + r 3 h n 儿n h r 垫一r 2 r ，n 人