（分析化学专业论文）含蒽荧光团化合物的合成及光学性质研究.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 利用光学方法选择性地识别和检测生物或环境体系中的一些金 属的含量是生物化学、分析化学和环境化学领域的一项重要研究工 作，与其它方法相比较，荧光分析方法具有灵敏度高、选择性好的特 点而倍受关注。葸及其衍生物作为最常见的荧光基团，被广泛用来识 别不同体系中多种金属离子。其中锌是人体中仅次于铁的最重要的金 属离子之一，在生物体系中发挥着许多极为重要的功能。 本文基于经典的生色团一桥联基团一接受体的离子识别分子的 合成思路，利用金属离子模板原理合成了一个含双葸荧光基团的杂氮 大环化合物二一( n 一1 0 一亚甲基葸) 一3 ，1 0 - n ，n 一二一氨基十四烷 ( 以下简写为l ) 。通过红外、质谱和核磁共振等波谱分析来表征其 结构。在近中性含水体系中，利用荧光光谱检测z n ( i i ) 和l 结合后其 结合物的荧光强度跟时间、水的含量的关系。随着z n ( i i ) 浓度的增加， l 的荧光强度增强，显示出对z n ( i i ) 良好的选择性荧光识别的能力，当 z n ( i x ) 和l 按1 ：l 结合后其荧光强度增强至为其初始时的近3 0 0 倍。 初步试验了用配体l 对人体血清中z n ( i i ) 含量的检测，但只能作定性 的检测，荧光强度没有明显的变化因而不能进行定量分析。紫外一可 见光谱分析和荧光光谱测定的实验结果说明l 是一种对锌离子有高 度选择性的荧光探针分子。关于此z n 0 i ) 荧光探针的进一步实际应用 研究还在进行之中。 成功合成了两种含多胺基团的具有潜在荧光性能的新化合物n ， n 一二( 2 一羟基苯亚甲基氨) 乙基一n 一( 葸一9 一甲基) 胺( 以下简写 为c ) ，n 1 ，n 2 一二( 2 一羟基苯亚甲基氨) 乙基一n 1 ，n 2 一- - ( 蒽一9 一 甲基) 一1 ，2 一乙二胺( 以下简写为e ) ，通过红外光谱、质谱对所合 成的两种化合物进行结构分析，证明是两种含胺基团的蒽类荧光化合 物。预计这两种化合物可以选择性地识别某些氨基酸，但在荧光试验 过程中，对所加入的阴离子( r ，c v ，b r - , i - , c h 3 c o o - ，h 2 p 0 4 - , h p 0 4 乞 p 0 4 卜，谷氨酸，赖氨酸) 和阳离子( c a 2 + ，c 0 2 + ，c c u 2 + ，f e 3 + k + ，m 矿+ ， m n 2 + ) n a 2 + p b 2 + ) 均无识别效果，改变溶剂其荧光强度也没有变化， 原因还有待进一步考查。 硕士学位论文摘要 关键词蒽，化学传感器，锌( i i ) ，荧光，识别 u 硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fo p t i c a lm e t h o d st os e l e c t i v e l yr e c o g n i z ea n d d e t e c tt h eb i o l o g i c a l l yo re n v i r o n m e n t a l l yi m p o r t a n ts p e c i e si sa ni n s p i r e d w o r ki nt h ef i e l d so f b i o c h e m i s t r y ，a n a l y t i ca n de n v i r o n m e n t a lc h e m i s t r y d u et ot h ea d v a n t a g e so fh i g hs e n s i t i v i t ya n ds i m p l i c i t yc o m p a r e dw i t h o t h e rw a y s ，f l u o r e s c e n c es i g n a l i n ga p p e a r st ob ep a r t i c u l a r l ya t t r a c t i v ei n t h i sr e g a r d a n t h r a c e n ea n di t sd e r i v a t i v e sa r et h em o s tu s e df l u o r o p h o r e s t oc o n s t r u c tam e t a li o nc h e m o s e n s o r b a s e do nt r a n s i t i o nm e t a l - t e m p l a t e ds t r a t e g y , ap o l y a z am a c r o c y c l e l i g a n db e a f i n ga n t h r a c e n y lf l u o r o p h o r e ，b i s n ( a n t h r a c e n - io - - y 1 ) 一 m e t h y l e n e ) - - ( 1 ，3 ，5 ，8 ，1 0 ，1 2 - - h e x a a z a - 3 ，1 0 _ _ n ，n - d i a m i n o c y c l o d e c a t e - t r a n e ) ( l ) w a sp r e p a r e df o l l o w i n gt h eb a s i cd e s i g nc o n c e p to fu t i l i z i n ga c h r o m o p h o r e - s p a c e r - r e c e p t o ra s s e m b l yt og e n e r a t ea l u m i n e s c e n ts i g n a l t h es t r u c t u r eo flw a sc h a r a c t e r i z e db yi n f r a r e ds p e c t r a ，m a s ss p e c t r aa n d 1 hn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e t h ef l u o r e s c e n c eo fz n lc h a n g e dw i t h t h et i m e 、t h ec o n t e n to fw a t e r t h i sl i g a n de x h i b i t e dp r o m i n e n ta b i l i t yt o s e n s es e l e c t i v e l yz n ( i i ) w i t ha ni n c r e a s ei nf l u o r e s c e n c e i n t e n s i t yi n a q u e o u ss o l u t i o n t h ei n t e n s i t yo ft h ef l u o r e s c e n c e e m i s s i o no fl i n c r e a s e dt ot h em o s t3 0 0f o l d sw h e nlb i n dt oz n ( i i ) a c c o r d i n gw i t h1 ：1 ， t h ei n v e s t i g a t i o no ft h ep o t e n t i a lu s ei n p r o b i n gz n ( i i ) i np r a c t i c a l s y s t e m sa r en o wu n d e rt h ew a y lc o u l dq u a l i t a t i v ea n a l y s i sd e t e c tt h e c o n t e n to fz i n ci ns e r u m , b u to n l yi n q u a l i t a t i v ea n a l y s i s t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t so fu v v i st i t r a 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 s u g g e s t e dt h a tli s ah i g h l ys e l e c t i v ef l u o r e s c e n tc h e m o s e n s o rf o rz i n c i o n s t h ei n v e s t i g a t i o no ft h ep o t e n t i a lu s ei np r o b i n gz n ( i i ) i np r a c t i c a l s y s t e m sa r en o w u n d e rt h ew a y t w on e wc o m p o u n d st h a th a v ef l u o r e s c e n t p r o p e r t y w e r e d e s i g n e d ，n a m e l y , n 1 - h y d r o x y b e n z y l i d e n e _ - n 气2 - - ( h y d r o x y b e n z y l i d e n e a m i n o ) e t h y l ) e t h a n e - - 1 ，2 - d i a m i n e ( c ) a n d n l h 2 _ o l y d r o x y b e n z y l i d e n e a o m i n o ) e t h y l a m i n o ) e t h y l h 。，n t 2 8 0n m 的斯托克位移，可消除激发光对荧光测定的干扰 等【5 3 】 蒽环作为一个优良的荧光基团被广泛应用于分子识别中。r l u i g if a b b r i d 5 叼 合成的多氨基葸衍生物对z n 2 + 具有良好的p e t 效应。蒽系荧光分子在分子逻辑 门系统中日益受到了研究者的重视，葸系荧光受体已经成为当前的研究热点之 一。 基于上述原因，本文设计合成了含蒽的大环化合物l ，研究了分子内的 p e t 过程及在含水的甲醇溶液引入z n 2 + 对p e t 过程的影响。 2 2 实验部分 2 2 1 试剂和仪器 合成和性质测定中使用到的蒽，邻苯二胺，硝酸锌，硫酸钠，e d t a ，水 合肼，甲醛等除甲醇为色谱纯外均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水，溶剂都 经过再处理。红外光谱( 鳓在n i e o l e tn e x u s 6 7 0 光谱仪上测定，1 h 核磁共振 波在b r u k ed r x 5 0 0 核磁共振波谱仪上测定，电喷雾质谱用l c q 电喷雾质谱 仪( e s i - m s 。t h e r m of i n n i g a n ) 澳 定，紫外一可见光谱用s h i m a d z uu v - 2 1 0 0 分光 光度计测定，荧光光谱则由j a s c of p - 6 5 0 0 荧光光谱仪记录。熔点为北京泰克 仪器有限公司x 一4 熔点测定仪测定。紫外和荧光光谱数据则使用o r i g i n 软件 包处理。 2 2 2 化学合成 硕士学位论文第二章含葸荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 2 2 2 1 配体l 合成路线图 配体l 的合成路线，见图2 - 1 。 4 h 2 n h h z nn h 2 2h 2 n n h 2 h 2 0 l 图2 - 1 配体l 合成示意图 1 4 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 2 2 2 29 蒽甲醛的合成1 5 5 1 在装有回流冷凝管( 配有干燥管) 、滴液漏斗和机械搅拌器的三口烧瓶中， 加入葱( 1 5 9 ，o 0 8m 0 1 ) 和三氯氧磷0 6 5m l ，o 1 6m 0 1 ) 不断搅拌，同时用油浴加热 升温到9 0 - 9 5 1 2 ，经l 小时后，滴一定量的d m f 【n ( 葸) ：n ( 三氯氧磷) ：n ( d m f ) = l ：2 ：1 4 】，d m f 加入速率为0 1 m l m i n ，d m f 加料时间约1 5 0 分钟，反应1 5 小 时后，冷却到5 0 _ 6 0 ，向该混和物中分批加入已经预热到5 0 - 6 0 的水( 约 2 0 0 m l ) ，水解，放出大量的氯化氢气体( 水吸收) ，用氢氧化钠调节p h 值到4 ， 同时保持温度约5 0 ，慢慢地生成晶体沉淀，过滤，再加入7 0 的水，搅拌洗 涤，过滤，用醋酸重结晶得到黄色的针状晶体，在6 0 的真空干燥箱内干燥得 到产品，避光保存，产率为7 2 。 2 2 2 31 ，3 ，5 ，8 ，1 0 ，1 2 一六氮一3 ，1 0 n ，n 7 一二一亚氨基环十四烷硝 酸锌( a ) 的合成例： 分别称取g n ( n 0 3 ) 2h 2 0 ( 5 9 4 ，o 0 2 m o d ，邻苯二胺( 4 3 3 9 , 0 0 4 m 0 1 ) 溶于盛有 1 0 0 m l 甲醇的三口烧瓶中，水合肼( 2 5 1 9 ，0 0 4 m 0 1 ) ，甲醛( 6 5 1 9 ，0 0 8 m 0 1 ) 分别溶于盛有4 0 m l 甲醇溶液的1 0 0 m l 烧杯中，在室温搅拌下同时滴加上述两 种溶液于三口烧瓶中，滴加速率为0 2 m l m i n 。反应1 5 小时后将所得的上层为 红色，下层为白色固体的溶液，离心分离，干燥白色固体。产率为5 6 。 2 2 2 4 二一( n 一1 0 一亚甲基蒽) 一( 1 ，3 ，5 ，8 ，1 0 ，1 2 一六氮一3 ，1 0 一n ， n ，一二一氨基环十四烷( l ) 的合成【5 7 l 取白色固体a 2 0 9 9 置于盛有1 5 0 m l 水的2 5 0 m l 单口烧瓶中，望其加入过 量的e d t a ，回流加热1 2 小时后。微溶白色固体由浅黄色溶液变为深红色溶液， 浓缩，氯仿萃取( 1 5 m l x 4 ) ，再浓缩后加入无水n a 2 s 0 4 干燥，静止6 小时，过 滤，旋转蒸发后得红色圆体物质，取其中6 5 6 m g 溶于盛有5 0 m l 的甲醇溶液的 单口圆底烧瓶中，向其滴加蒽甲醛( 8 0 5 8 m g ) ，速率为0 2 m l m i n ，回流加热5 小时后( 6 5 ) ，将溶液旋转蒸发后得红色固体颗粒，加入适量水，用氯仿萃取 ( 1 0 m i x 5 ) ，有机相中加入无水n a 2 s 0 4 ，静止6 小时，过滤，浓缩，层柱析( 乙 醇：二氯甲烷= 1 ：1 5 ) 得所要化合物淡黄色固体l 。产率为3 0 。 2 3 性质测定 2 3 1 荧光光谱 2 3 3 1 溶液的配置及仪器测试条件 选用甲醇：水( 含1 0m m o ll - i h e p e s ) - - 2 ：8 ( v v ) 混合溶剂来模拟生物 体系的环境。本滴定实验中，所有储备液、缓冲液都使用这种溶剂。配体溶液 配制的浓度为1 0 x1 0 3 m o f l 。 e x = 3 6 1n l n ，激发狭缝3 n m ，发射狭缝3i n n ， 硕士学位论文第二章含葸荧光团人环化合物的合成及其对z n “的选择性识别 发射波长从3 7 0 r i m 到6 0 0 n m ，光电倍增管电压设为3 5 0 v 。 2 3 3 2 配体l 与z n 结合后稳定性的测定 配制浓度为1 0 x1 0 0 m o l l 的配体l 和醋酸锌的甲醇溶液，1 0 9 m o l l 的 h e p e s 缓冲溶液，依次定量移取1 0 0 i _ t l 的配体l 溶液于1 0 m l 容量瓶中，再定 量加入等体积z n 2 * 甲醇溶液，摇匀后分别测试其在( r a i n ) 0 ，1 0 ，2 0 ，3 0 ，4 0 ，5 0 ，6 0 ， 1 2 0 ，1 8 0 。2 4 0 ；3 0 0 ，3 6 0 ，4 8 0 ，6 0 0 时的荧光图。 2 3 3 3 配体l 在甲醇与h e p e s 水溶液不同配比下条件下的荧光光谱测定 配制浓度为1 o 1 0 。3 m o l l 的配体l 和醋酸锌的甲醇溶液，1 0 9 m o 以，的 h e p e s 缓冲溶液，依次定量移取1 0 0 i _ t l 的配体l 溶液于1 0 m l 容量瓶中，再定 量加入等体积z n 2 + 甲醇溶液，然后再分别加入0 m l ，l m l ，2 m l , 3 m l , 4 m l ，5 m i ，6 m l ， 7 m l ，8 m l ，9 m l ，1 0 m l 的h e p e s 的缓冲水溶液，用甲醇稀释到刻度，配成相应浓度 的溶液，摇匀后测试化合物在甲醇和h e p e s 混合溶剂中不同浓度的荧光光谱。 2 3 3 4z n 2 + 化合物体系的荧光光谱测定以及其它金属离子与化合物混合的荧 光光谱测定 配制浓度为1 o 1 0 1t o o l l 醋酸锌和其它金属醋酸盐的甲醇溶液，分别 依次移取醋酸锌溶液1 0 1 a l ，2 0 9 l ，3 0 1 a l ，4 0 1 a l ，5 0 9 l ，6 0 9 l ，7 0 1 a l ，8 0 i t l ，9 0 1 a l ，1 0 0 i - t l ，1 1 0 1 a l 于 1 0l i l l 容量瓶中，并加入浓度为1 0 x1 0 0m o l l 的配体l 溶液1 0 0 1 a l ，然后再加 入2 m l 的h e p e s 的缓冲水溶液，用甲醇稀释到刻度，配成相应浓度的溶液。测 试条件同2 3 3 2 。其它金属离子的测试同上。 2 3 3 5其它金属离子对z n 2 + 4 9 合物体系的荧光光谱影响的测定 配制浓度为1 o 1 0 + 3m o l l 一系列的醋酸盐甲醇溶液，分别依次移取上 述溶液1 0 0 1 a l 予一个l o m l 容量瓶中，并加入浓度为1 0 x1 0 1m o l l 的配体l 溶液1 0 0 1 a l 和同样条件的醋酸锌溶液。然后再加入2 m l 的h e p e s 的缓冲水溶液， 用甲醇稀释到刻度，配成相应浓度的溶液，测试条件同2 3 3 2 。 2 3 2 紫外光谱 同荧光光谱一样，我们选用甲醇：水( 含1 0m m o ll - i h e p e s ) - - 2 ：8 ( v v ) 的混合溶剂作为测试时的溶液。扫描2 5 0 - - 4 0 0r l l n 波长区间记录谱图。 2 4 实验结果与讨论 2 4 1 红外光谱分析 1 6 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n “的选择性识别 表2 - 1 配体l 的红外谱图解析 图2 - 2 配体l 的红外光谱图 图2 - 2 为配体l 的红外光谱图：在3 4 0 0c m - 1 左右处的宽峰是n l 的收缩 振动，在1 6 0 9 5 3c m - 1 处的强吸收峰是c = n 双键的收缩振动，在1 4 6 0c m - 1 ， 处的强吸收峰是苯环上c = c 键的骨架振动。配体l 的红外谱图解析见表2 1 。 2 4 2 质谱分析 图2 3 为配体l 的质谱图，配体l 的分子量为7 0 4 9 ，在7 0 6 1 即为( m + 1 ) ， 可以判断其主要成分为我们所合成的配体l 。 1 7 硕十学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 f u口。j 7 。3 6 8 7 0 l 2 4 3 核磁共振谱分析 图2 - 3 配体l 的电喷雾质谱图 璺墨鬟萋量量嚣暑罄晷誊馨i 耍萎嚣羁骞嚣誊誊重謇馨曼吾詈嚣睾蓦骂驽骞蓍鼙暑奢吾碧i 铽渺掣心渺 山j l ， l 一 “ ；劁斟削l目 图2 - 4 配体l 的h n m r 图 图2 - 4 显示配体l 的h 位移具体对应如下，h n m r ( c d c l 3 ) ，6q p m ) ：8 1 2 ( 2 h ，d ，一c h _ n ) ，7 8 9 ( 2 h ，d ，9 一a n h ) ，7 6 6 ( 8 h ，i n ，1 ，4 ，5 ，8 一a n h ) ，7 3 2 ( 8 h ，胁2 ，3 ，6 ，7 一a n 一均，6 3 6 ( 4 h ，t ，2 ，3 一p h i o ，6 2 1 1 3 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 ( 4 h ，t ，l ，4 一p h 一哟，4 3 2 ( 8 h ，s ，一n c h 2 一) ，4 0 1 ( 4 h ，t 一n h 一) 通过图2 - 2 。2 - 3 ，2 _ 4 ，我们可以成功推测化合物的结构( 数字为h 位移) ： 厂 一n l n j 7 8 9 一系列的结构表征证明我们成功的合成了化学物l 而且纯度较高，为我 们下一步所做的性质检测打好了基础。 2 4 4 荧光分析 由于葸类化合物的结构特点是电子具有较高的离域性，双键共轭度高，又 有一定的平面结构，这些结果特点决定了他们在长波范围内有较大的吸收并有 较强的荧光发射。 配体l 与z n ( 1 i ) 结合后是否稳定关系着其荧光强度的大小以及检测的有 效性，从图2 5 可以看出，配体l 与z n ( i i ) 结合是有一个时间段。0 5 0 m i n 时，荧光强度变化较快，反应配体l 与z n ( i i ) 结合速度较快，随着时间的逐 渐增加，反应的速度越来越慢，这与化学反应动力学是一致的。当时间达到 3 6 0 m i n 后其荧光强度保持不变，反应结束。以下我们所测的做的荧光和紫外检 测，时间均为配体l 和z n ( ) 混合3 6 0 r a i n 后测定。 1 9 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 4 0 0 牾o 5 0 0渤 w a v e l e n g t h 图2 - 5 荧光强度与时间的关系 ( p h - - 7 4 k = 3 6 1n m k 。4 6 6 n m 温度：2 0 c ) 注：从下至上分别为配体l 与z n ( i i ) 结合后在0 ，1 0 ，2 0 3 0 ，4 0 ，5 0 ，6 0 1 2 0 ，1 8 0 ，2 4 0 ，3 6 0 ，4 8 0 ， 6 0 0 ( m i n ) 时的荧光强度 图2 - 6 是配体l ( 1 0 。5 m ) 在加入等摩尔量的z n 2 + 后分别在一系列的甲醇与 h e p e s 缓冲溶液的不同体积比下的荧光光谱图，为了更加直观的考察水对荧光 强度的影响，我们以水的含量作横坐标，水在不同比例下对应的荧光强度的最 高值作为纵坐标作图2 7 ，从两图中可以清楚地看到在纯甲醇溶液中，配体l 对z n 2 + 更敏感，荧光强度更强，但随着水的加入其荧光强度逐渐下降，考虑到 生物体系以及实际应用，我们决定在甲醇：水溶液( 含l o p m o l l 的h e p e s ) = 8 0 ：2 0 的溶液中对其性质进行考查。 以下实验中如没做特殊说明，都采用甲醇：水溶液( 含l o l u m o l l 的h e p e s ) = 8 0 ：2 0 的溶液作为储备液。配体l 在荧光紫外检测分析时的浓度均为1 0 0 m o l l ，荧光检测时参数保持不变。 娜 舯 o 椭 蛳 姗 珊 狮 伽 伽 o 一n 3 aiec兽量8c。譬jo三k 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z r l 2 + 的选择性识别 注： o 4 , 5 05 0 05 w a v e l e n g t hl n m ) 2 6 配体l 荧光强度与水浓度的关系 4 k = 3 6 1n m ，k = 4 6 6 m 温度：2 0 ) 缓冲溶液的比例分别为：1 0 0 ：0 ，9 0 ：1 0 ，8 0 ：2 0 ，7 0 ：3 0 ， 5 0 4 0 ：6 0 ，3 0 ：7 0 ，2 0 ：8 0 ，1 0 ：9 0 ，0 ：1 0 0 o406 0 8 0 1 0 0 图2 - 7 配体l 荧光强度与水浓度的关系 ( p h - - 4k = 3 6 1n l n ，k ；4 6 6 温度：2 0 c ) 2 1 蛳 枷 枷 狮 懈 一ni一誊曲c暑ul oocou竹onlk 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 4 0 0 4 5 05 w a v e l e n g t h ( n m ) 图2 - 8 荧光强度与配体l 和z n 2 + 的比例关系图 ( z n 2 + 】【l 】为0 ，0 1 ，0 2 ，0 3 ，o 4 ，0 5 ，0 6 ，o 7 ，0 8 ，0 9 1 o ，1 1 ) ( p h = 7 4 = 3 6 1a m ， = 4 6 6 n m 温度：2 0 ( 2 ) o oo 20 40 e 0 81 01 2 办】删 i t 2 - 9 荧光强度在配体l 与z n 2 + 不同比例下示意图 ( p h - - 。- 4k = 3 6 1n m , k = 4 6 6l l m 温度：2 0 c ) o 图2 8 、2 - 9 均为荧光强度与j j f i a z n ( i i ) 浓度的关系，图2 9 更加直观的反应了 荧光强度与【z n 2 1 ， l 】之间的关系，上述两图清楚的显示配体l 本身荧光很弱，但 栅 蕈 m 瑚 狮 伽 伽 o i=一_誊-坤c_c-ouc口o，_ 枷 渤 姗 蛳 枷 伽 御 硒 o 1n1jisc暑ui。笔joc 硕士学位论文第二章含葸荧光团大环化合物的合成及其对z n “的选择性识别 加入o 1 倍的z n 2 + 后，其荧光强度明显增强，增幅为1 3 0 倍，当为i ：l 时其荧光强 度增加最大，为配体l 本身荧光强度近3 0 0 ，可见配体l 对z n 2 + 非常的敏感，在 z n 2 + 】【l 】为o 1 的时候，随着z n 2 + 的不断加入，其荧光强度在不断的增强，但当 z n 2 + 加到和配体l 等物质量后，其荧光强度基本保持不变，我们依此推断l 与z n 2 + 按1 ：1 的结合。而在【z l l 2 + 】【l 】为o 2 0 8 时，有良好的线形关系。 下面我们详细探讨z n 2 + 对配体l 的荧光强度的影响的原因( 见图2 1 0 ) ，葸是 很好的荧光集团，在没有引于大环后，其可以发出很强的荧光。但引于大环后， 基本不发荧光，原因是n ( 2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ) 上的孤对电子能够向激发态蒽转移，发生 p e t 过程，淬灭蒽的荧光，加入办2 + 后。使n ( 2 ，3 ，4 567 ) 上孤对电子的与z n 配 位，阻断了n 上孤对电子向蒽的转移，p e t 过程禁阻，荧光恢复。利用轨道理论 也可以解释，受体( 大环) 处于自由态时，其h o m o 轨道上的电子可以向荧光物 种( 葸) 的h o m o 轨道上转移，致使荧光物种中被激发到l u m o 上的激发态电子 不能返回基态而难以产生发光。此过程对应于发生p e t 现象。在受体与客体结合 后受体上的h o m o 电子已无法转移到发色团的h o m o 轨道上，使p e t 过程无法进 行，这时发色团的激发态电子可以返回基态，产生荧光。同时配体l 与锌离子的 配位会导致配合物分子出现能级较低的金属中心或者电荷分离的激发态，从而阻 断了能量或电子的转移过程。于是我们可以认为l 是一个“p e t 十p c t ”整合的 模型分子。 硕士学位论文 第二章含葸荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 p e t i z n ( c h 3 c o o ) 2 图2 1 0 配体lp e t 发生及禁阻图 一个对z n 2 + 有良好选择性的传感器，除了对z n 2 + 敏感外，也要对其它离子 免疫，为此，我们做了一系列的其它金属离子( c e + ，c 0 2 + ，c r 2 4 - , c u 2 + f e 2 + k + 。 m 矿，m n 2 + , n a + ，p b 2 + ) 的荧光光谱图，见图2 - 1 1 ，这些离子的加入基本不改变 配体l 的荧光强度，但对z n 2 + 与l 的结合则有一定的影响，使荧光强度降低。 推测可能是这些离子阻碍了z n 2 + 进入化合物的空穴里，不能使p e t 完全禁阻， 从而使荧光强度相对降低。 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n ”的选择性识别 3 2 5 0 枷 1 5 0 1 0 0 5 0 o 4 0 04 5 05 0 0 5 6 0 w a v e l e n g t h ( n m l 图2 - 1 1 配体l 加入各种金属离子的荧光强度图 ( p h - - 7 4k = 3 6 1r i m , m = 4 6 6n m 温度：2 0 ) 实验的结果及最终应用是定量定性的测定人体中z n 2 + 的含量，所以我们用 配体l 来测定正常人的血清中z n 2 + 含量，( s t 清由长沙旺旺医院提供) ，由于血 清中绝大部分为水组成，所以我们在测试过程中，将血清作为完全的水溶液， 配置成甲醇：水( 1 0 m o lh e p e s ) = 8 0 ：2 0 的溶液，由于溶液中绝大部分为 甲醇，血清中的蛋白质等物质沉淀下来，使在测量过程中不是特别的准确，但 图2 1 2 还是大致说明了配体l 对z a 2 + 的良好的选择性，但不能定量的测定血清 中z n 2 + 的含量，( i e 常人的血清含量为1 2 i _ t m ，我们最终在测量中的血清都稀释 至o 6 p m ，1 2 m ) ，此荧光强度相对图2 - 6 中等浓度的z n 2 + 来说，荧光强度降 低很多，我们在配置过程中的沉淀的损失以及血清中其它物质对z n 2 + 与配体l 结合的影响使荧光强度降低。 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n “的选择性识别 舶o 4 6 0鲫渤 w a v d e n o t h ( n m ) 伽 图2 - 1 2 配体l 本身及加入1 0 0 p 1 ，2 0 0 9 l 的血清荧光图( 从下至上) ( p h - - 7 4k = 3 6 1n m , k = 4 6 6 舢温度：2 0 c ) 2 4 3 紫外分析 为了论证z n 2 + 与配体l 确实有反应，我们又从紫外方面对其进行考察，图 2 1 2 显示在2 5 0 n m - - 4 0 0 n m 紫外处内，在3 2 2 n m 的峰对应配体吸收( b 2 2 。，f 2 1 4 1 0 4m o ll 。1e m - ，z 。i = 1 7 5 1 0 4m o l1 1c m - 1 ) 在加入z n ( i i ) 离子后，随着z n ( i i ) 的浓度不断增加，其峰逐渐减弱；在3 6 1 n m 对应其z i l 的配合物吸收0 3 6 i 。， l - 1 0 2 1 0 4 m o l l 。e r a - 1 ，8 z , l - - 2 7 2 1 0 4 m o l r le r a - 1 ) ，随着z n ( i i ) 的不断加入， 其峰逐渐增高。当配体l 和z n ( i i ) 的摩尔配比l ：l 后，其紫外吸收不再发生变 化，表明配体l 和z n 按l ：l 结合。同时计算k f = 1 5 8 x 1 0 8 。配体l 与z n ( 1 i ) 结 合后，z n ( i i ) 强烈吸引芳香环上的电子云。在一定程度上扩散了共轭体系，也导 致了n 和矿轨道上的能级差减少并使得吸收峰发生显著红移变化。 筋 侣 竹 5 o 一n，辱一蚤ice兰。uc。ue，oik 硕士学位论文第二章含蒽荧光团大环化合物的合成及其对z n 2 + 的选择性识别 盖 2 抛3 0 03 2 03 4 03 6 03 8 04 0 0 w a v e 蛔嵋m l n m l 图2 - 1 2 配体l 与z n 2 + 结合后的紫外吸收图 舭- - 7 4 温度：2 0 c ) ( 从下到上依次【z n 2 + 】，【l 】0 ，o 1 ，0 2 ，0 3 ，0 4 ，0 5 ，0 6 ，0 7 ，0 8 ，0 91 o ，i i 配体浓度为： l o i t m ，均为放置1 2 h 后测试) 2 5 小结 基于金属模板反应原理，并通过红外，质谱，核磁共振谱对其进行结构测 定，证明成功合成了一种新型的含双蒽荧光基团的多氨大环化合物配体l ( - - 州1 0 亚甲基蒽h 1 ，3 ，5 ，8 ，1 0 ，1 2 六氮3 ，1 0 - n ，n - 二氨基环十四烷) 该化合物 存在电子给体仲胺基和叔胺基，其可通过分子内p e t 过程使葸荧光碎灭。z n ( i i ) 的存在使胺n 上的孤对电子受缚，分子内p e t 过程受阻，从而体系荧光恢复。 在近中性含水体系中，随着z n ( i i ) 的浓度增加，l 的荧光强度增强，并且非常 敏感，其荧光强度增加3 0 0 倍，在其它许多关于z n ( i i ) 的荧光探针文章未见其 如此显著。显示出对z n ( i i ) 良好的选择性荧光识别的能力。在一定范围内荧光 强度和z n 2 + 浓度有良好的线形关系。紫外及荧光试验结果表明配体l 与z n ( i i ) 以1 ：1 的化学计量比结合形成配合物。我们粗略的检测了血清中z n 2 + 的含量， 但只能定性的检测，荧光强度的变化不是特别的明显。由于此配体不能在完全 的水体系内完成，使其应用有一定的局限，具体的定量分析和完全的生命体系 环境内的检测还有待进一步的探讨。 啦 硕士学位论文第三章含总荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 第三章含蒽荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 3 1 概述 由于众多的无机和有机阴离子在生命科学、药物、催化及环境等方面具有十 分重要的作用，因此检测、分离和识别阴离子的研究越来越受到人们的广泛关注 狰8 1 。设计合成生物学上、医学上和环境中重要阴离子的非共价键合和识别的受体 分子已成为当前超分子化学十分活跃的研究领域”9 1 。近年来，具有如氢键作用、 静电相互作用、阴离子偶极作用和路易斯酸中心阴离子配位作用等多种不同的相 互作用方式，都被应用于阴离子受体化合物的设计和合成中【删。 氨基酸作为人体内一种不可或缺的有机阴离子，其发挥着重要的作用。氨基 酸是构建生物机体的众多生物活性大分子之一，是构建细胞、修复组织的基础材 料。氨基酸被人体用于制造抗体蛋白以对抗细菌和病毒的侵染，制造血红蛋白以 传送氧气，制造酶和激素以维持和调节新陈代谢；氨基酸是制造精卵细胞的主体 物质，是合成神经介质的不可缺少的前提物质；氨基酸能够为机体和大脑活动提 供能源，氨基酸是一切生命之元。已知基本氨基酸有二十个品种，其中赖氨酸、 苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸8 种氨基酸， 人体不能自己制造，我们称之为必须氨基酸，需要由食物提供。此外，入体合成 精氨酸、组氨酸不足于满足自身的需要，需要从食物中摄取一部分，我们称之为 半必须氨基酸。其余的十种氨基酸人体能够自己制造，我们称之为非必须氨基酸。 氨基酸的平衡和适量的供应是人体健康的基本前提，任何一种氨基酸供应缺乏， 都会影响免疫系统和其他正常功能的发挥，使人处于亚健康状态，变得比较容易 遭受疾病的侵袭。 基于蒽作为一个优良的发光体，我们也成功的以葸环为母体合成了对z n ( u ) 可以选择性识别的蒽的化合物，据此我们合成了两种含蒽荧光团的胺类化合物， 期待应用于对某种氨基酸选择性识别。 硕士学位论文第三章含蒽荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 3 2 实验部分 3 2 1 试剂和仪器 所用的试剂如水杨醛，二乙烯三胺，三乙烯四胺，9 氯甲基蒽等均为分析 纯，仪器同2 2 1 所述。 3 2 2 化学合成 3 2 2 1 化合物c 的合成路线图 c h 3 c nk 2 c 0 3r e f l u x2 4 h 图3 - 1 产物c 的合成路线图 b 3 2 2 2 化合物n 。n 二( 2 羟基苯亚甲基氨) 乙基胺( b ) 的合成 5 0m m o l 的二乙烯三胺溶于甲醇溶液中，缓慢滴加到1 0 0m m o l 的水杨醛中， 加热回流3h 后，溶液由浅黄色溶液变为橙红色，旋转蒸发干燥后加入一定量 的水，用氯仿萃取后，加入无水硫酸钠于所得产物中，旋转蒸发，用水洗涤，氯 仿萃取，无水硫酸钠干燥，过滤后，旋转蒸发，柱层析( v - * ：v _ 醇) = l ：1 0 得 红色油状物。 3 2 2 3 产物n ，n 二( 2 羟基苯亚甲基氨) g 基- n - ( 蒽9 甲基) 胺( c ) 的合成 在圆底烧瓶中加入b 0 5 0m g ) ，碳酸钾( 2 2 7 3m g ) ，碘化钾( 7 3 5m g ) 溶于2 0n i l 乙腈溶中以及1 2m l 无水乙腈搅拌2 5 m i n 后，滴加含9 氯甲基蒽0 0 4 3m g ，o 4 4 m m 0 1 ) 的无水乙腈1 8m l 搅拌5 9 小时后回流5 4 , 时继续搅拌3 6 小时，在反应过程 中点板以跟踪反应。旋转蒸发。用水洗涤，氯仿萃取，无水硫酸钠干燥，过滤后， 硕十学位论文 第三章含蒽荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 旋转蒸发，柱层析( v t ：v _ # ) = l ：1 5 得黄色粉末。 3 2 2 4 化合物e 的合成路线图 h h 2 n 、，一7 n v n 、一，n h ， h c h 3 0 h ，3 h ，n n u x c h 3 c nk 2 c 日l l x 2 4 h h n ? h 图3 - 2 产物e 的合成路线图 e 3 2 2 5 化合物n 1 ，n 2 ( ( 2 - - 羟基苯亚甲基氨) 乙基乙二胺( d 1 的合成 将5 0m m o l 的三乙烯四胺溶于甲醇溶液中，缓慢滴力d n l 0 0m m o l 的水杨醛 中，加热回流3 小时后，溶液由浅黄色溶液变为橙红色溶液，旋转蒸发干燥后加 入一定量的水，用氯仿萃取后，无水硫酸钠干燥，过滤后，旋转蒸发，柱层析( v 氯仿：v _ _ ) = 1 ：1 0 得红色油状物) 。 3 2 2 6 化合物n 1 ，n 2 - 二( 2 羟基苯亚甲基氨) 乙基n 1 ，n 2 二( 蒽9 - 甲基) 硕士学位论文 第三章含蒽荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 1 2 一乙二胺( e ) 的合成 在圆底烧瓶中j j i i x d ( 1 5 0m g ) ，碳酸钾( 2 2 7 3m g ) ，碘化钾( 7 3 5m g ) 溶于2 0m l 乙腈溶中以及1 2 m l 无水乙腈搅拌2 5 r a i n 后，滴加含9 - g t 甲基蒽( 1 0 4 3m g ，0 4 4 r e t 0 0 1 ) 的无水乙腈1 8m l 搅拌5 9 d , 时后回流5 小时h 继续搅拌3 6 d , 时，在反应过程 中点板以跟踪反应。旋转蒸发，用水洗涤，氯仿萃取，无水硫酸钠干燥，过滤后， 旋转蒸发，柱层析【( v 曩口：v 十- ) = l ：1 0 得红色油状物】。 3 2 3 荧光光谱测定 3 2 3 1 仪器测试条件 g x = 2 51n m ，激发狭缝3 n m ，发射狭缝3n l n ，发射波长从2 6 0 n m 到5 0 0 r i m ， 光电倍增管电压设为3 5 0 v 。 3 2 3 2 化合物c ，e 在甲醇中的荧光光谱测定 配制浓度为1 0 x1 0 0m o l l 一系列的醋酸盐甲醇溶液，分别依次移取上 述溶液1 0 0 u l 于一个1 0 m l 容量瓶中，并加入浓度为1 0 x 1 0 1 m o l l 的化合物c ， e 溶液1 0 0 u l 和同样条件的醋酸锌溶液，用甲醇稀释到刻度，配成相应浓度的 溶液，摇匀后测试化合物c ，e 在甲醇中的荧光光谱 3 4 结果与讨论 3 4 1 红外图谱分析 ( 1 ) 化合物c 的谱图解析 表3 1 化舍物c 的红外谱图解析 3 l 硕十学位论文第三章含葸荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 图3 3 化合物c 的红外光谱图 如图3 3 所示，化合物c 吸收峰出现的位置：在3 4 1 6c m - 1 为一宽峰，示意 有羟基( - o h ) 存在；3 0 5 2 6 3c l n - 1 ( 蒽环c _ h 振动) ，2 9 1 9 4 9c m - 1 ，2 8 4 7 8 0 e r a - 1 ( 亚甲基c h 振动) ，1 6 2 3 9 0c m - 1 强吸收峰是c = n 骨架伸缩振动，在1 4 4 9 7 9 c m - 1 处的强吸收峰是苯环上c = c 键的骨架振动。化合物c 的红外谱图解析见表 3 1 。 ( 2 ) 化合物e 的红外谱图解析 表3 - 2 化合物e 的红外光谱 硕十学位论文 第三章含蒽荧光团胺类化合物的合成，表征及性质测定 4 3 - 4 化合物e 的红外光谱图 如图3 4 所示；化合物c 吸收峰