【毕业学位论文】（Word原稿）黄酮类席夫碱配体识别Al3+、Zn2+探针的设计合成和表征

兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 1 第一章 前言 黄酮类化合物是植物的次生代谢产物，广泛存在于蔬菜、水果和药用植物中。由于黄酮类化合物结构复杂多变，因此其药理活性也多种多样。例如它有消炎镇痛、活血化瘀、疏肝护胆、降血压、降血脂、抗衰老等药理活性，能促进组织再生、调节内分泌等。具有 别为烷基， H，环己基，芳香基或杂环 )，后人称之为 。 一直都备受关注，其原因在于在C=N 基团中 N 原子有一对孤对电子，赋予其重要的化学和生物学方面的意义1 是一类非常重要的配体，它的合 成相对容易，改变连接的取代基，便可得到从单齿到多齿，性格迥异、结构多变的 配体。 随着分析化学的发展，光学传感器以其高灵敏度、准确度和选择性等优点得到广泛的应用，其中以荧光分析技术发展最为迅速。通过信号转换来连接小分子的荧光传感器近来备受关注。构造强度和比率荧光探针多种多样的机理已经在合成水溶液中的离子探针中得到阐明和应用。 基于荧光传感器的高灵敏度、选择性、多功能性、和相对简单的操作，它广泛的应用在监测中性和离子体系中。金属离子的荧光探针不止在环境监测方面有广泛的应用，在生物研究方面也有很好的应用。高灵敏度金属离子的荧光探针有很好的发展前景。由于荧光探针的无破坏性、高灵敏度和瞬时感应，相对于其它监测和测量金属离子的方法更有优势。关于化学、生物和材料科学方面的识别发生在一个比我们认识的小的多的环境中。识别的信息在特定的分子器件中可以通过转换成光信号来传送给我们。因此我们强调这样体系的独特行和应用性 4关于 荧光探针正在被广泛的研究。 检测一直以来都是一个难题，因为相对于过渡金属 位能力很弱而且没有特征的光谱。报道的 针大多数都是难溶于水的，这就限制了 其在生物体系的应用，因此现在许多研究者都在致力于研究合成简易、水溶性的 针。 针是研究的比较多的探针，检测锌离子的物质很多，在此，将简单介绍锌离子的检测方法。 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 2 酮类希夫碱衍生物 酮类化合物 黄酮类化合物是一类多酚化合物 (泛指两个苯环通过中央三碳链相互连结而形成的一系列 合物，具有以下骨架： 34568 9 1 2 3 4 5 6 7 大多数天然的黄酮类化合物都是由此结构衍生的， 黄酮类化合物主要分为黄酮、黄酮 醇、二氢黄酮、橙酮、二氢黄酮醇、异黄酮、二氢异黄酮、二氢查尔酮、花色素、查尔酮、黄烷及双黄酮类化合物。 酮类化合物的应用 黄酮类化合物是植物次生代谢产物，在自然界中以 游离态或与糖结合为昔的形式存在，结构复杂繁多，在药学和食品中有广泛的应用。例如， 黄酮具有降血脂、抗衰老、降糖、活血化疲和提高免疫力的功效，还有调节内分泌、调节身体免疫功能、促进组织再生等功效。红花内的黄酮具有消炎止痛、扩张血管、净化血液等功效。近年来，尤其对类黄酮化合物抗肿瘤作用研究报道较多。由于该类化合物种类繁多，在植物中 广泛存 在，毒性较低等特点，其抗肿瘤作用的筛选工作仍在不断进行，应是今后新药开发研究中一个值得重视的资源，有很大的开发利用前景。 (1) 黄酮化合物的抗癌抗肿瘤作用 黄酮类化合物广泛存在于蔬菜、水果、牧草和药用植物中。经过多年研究，发现黄酮类化合物具有低毒和广谱药理活性，已经成为国内外开发研究自然界药物的热点，具有广阔的前景。尤其是最近几年，世界各国相继都掀起了开发天然药物的热潮，黄酮类化合物以其广谱的药理作用备受关注。人们一直致力于抗癌抗肿瘤药物的研究，黄酮类化合物中有抗癌抗肿瘤作用的比较多，像槲皮素、芦丁、柚皮苷和水飞 蓟素等。 黄酮类化合物可以通过增强解毒作用，在癌症的初始阶段就抑制肿瘤诱发。尤其是柑橘属的黄酮抑制皮肤肿瘤产生的鸟氨酸脱羧酶，增加无机磷酸盐 32P 结合到磷酸膜的几率，以此来激活蛋白激活酶 C。 尽管在这方面有大量的研究，但是在分子内的机理还不是很清晰。橙皮素和柚皮素被检验其拥有抑制由 7, 12实验在雌性小鼠中 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 3 进行。研究发现，当加入有橘汁或柚皮苷的食物喂养小鼠时，肿瘤发展被延误了。实验证明了橘汁的抗癌作用，同时也证明了柑橘属黄酮类化合物在体内可以抑制乳腺癌细胞的增殖。 像美国一样 的发达国家在这方面做了大量的工作，虽然一些黄酮类化合物的抗肿瘤作用很好，但是因为其复杂的结构且作用位点较多，限制了它的应用。研究发现，黄酮类化合物主要通过抗自由基、抑制癌细胞生长和抗癌因子等来达到抗癌抗肿瘤的目的。自由基在体内富集会导致细胞 链断裂而引发癌症。黄酮类化合物具有抗自由基和抗氧化的作用 9例如槲皮素，经过研究发现槲皮素在 m 度就可以有效的捕获自由基。它主要通过三种方式达到抗自由基的作用，即与超氧阴离子结合以此来减少氧自由基的产生；与 合阻止羟基自由基的形成； 与脂质过氧化基 (反应抑制脂质过氧化的反应。黄酮类化合物对自由基来说是很强的抗氧化剂，因此它们被称为“自由基清除剂”。这归功于它们的供氢能力。事实上，黄酮上的酚基作为一个提供“ H 的 资 源，可以使形成的自由基消除。化合物的化学性质，依赖于结构的改变，例如羟基化的程度、其它取代、共轭和聚合作用的程度等。为了把黄酮作为抗氧化剂分类，要验证 以 下几个参数： (a)与不同自由基 的比率常数；(b)自由基衰退动力学和稳定能力 ； (c)自由基清除反应的化学计量学。根据自由基形成和分解反应的动 力学研究，发现黄酮类化合物抗氧化能力与它的特定结构有关系。评价黄酮化合物抗氧化能力与三个结构有关，分别是：在 B 环上的邻苯二酚结构，它可以通过与自由基形成氢键，而使其稳定，来参与电子转移； 2,3 位含氧的官能团连接，负责从 B 环上进行电子转移； 3 位和 5 位上要有羟基。此外，黄酮类化合物通过作用于细胞的 M 或 S 期以此来干扰肿瘤细胞的增殖 ， 例如，黄芩苷可以抑制肝癌细胞增殖。查尔酮可以通过抑制蛋白激酶 (的活性来抑制肿瘤细胞的生长。黄酮类化合物可以在不同的途径影响细胞的新陈代谢；它们可以作用在细胞膜 上和细胞内的酶上。黄酮可以频繁的抑制糖酵解，这是癌细胞最活跃的代谢途径。它们可以减少白血病和 细胞中乳酸盐的产生。这些影响有可能是对乳酸盐传输过程的抑制，或是对细胞膜上的抑制。 黄酮 类化合物可以影响在细胞有丝 分裂过程中酶的活性，并且控制临界增殖的酶浓度。柑橘类黄酮加强药物治疗来对抗癌症。例如槲皮素明显的加强了亚德里亚霉素对多重耐药性的 类乳腺癌细胞株和 肠细胞株的作用。柚皮素加强人体前列腺癌症细胞中氧化性损伤后的 复。柑橘属黄铜类化合物可以抑制共生小鼠心脏和肝 组织中恶性细胞的入侵。其机理是基于抑制细胞移动 13 (2) 黄酮化合物的降血脂、降胆固醇作用 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 4 次提出黄酮化合物对治疗毛细管脆弱和出血有效果，导致这个病症的原因是被称为“ P”的维生素的存在 17。黄酮类化合物具有降血脂、降低胆固醇的作用，可用于治疗高血压和动脉硬化。人们最先发现了芦丁有这类作用，随后又相继发现了刺槐苷、黄芩苷、 7棠素等可以作为降压药；黄芩素、芸香苷、槲皮素、葛根素等可以作为心脑血管治疗的药物。定期的服用黄酮类化合物会降低老年人冠状动脉硬化的危险。 黄酮类化合物可以抗动脉粥样硬化，抑制形成动脉粥样硬化的发病机理的多个步骤。橙皮素限制肝脏三酰甘油的升高和由乳清酸诱导产生的胆固醇。只有当油脂浓度很高的时候，橙皮素显示降脂的功能。 究了橙皮素、柚皮苷、橘皮素、多甲氧基黄酮的降脂功能和代谢归宿，他们在仓鼠体内通过饮食诱导血胆醇过多。饮食中包含 1%的多甲氧基黄酮，明显的减少了血清总量和低密度脂蛋白 (低密度脂蛋白胆固醇 (并且趋于减少血清三酰基甘油。此外，研究者表明，提高多甲氧基黄酮代谢物在肝脏的浓度，会直接 影响在体内的降血脂疗效。一名日本学者的研究也显示了在血浆中的黄酮类摄入量与总胆固醇浓度呈反比的关系。柑橘属黄酮类化合物有抗血小板聚合和粘附的作用。甲氧基黄酮类 (川皮苷，橘皮素 ) 比羟基化合物活性更高，它们与阿司匹林有相似的功效。其他学者指出黄酮类化合物有抗血栓形成的活性，抑制环氧酶和脂环氧酶的活性，减少凝血恶烷 白细胞三烯系列 4 的产生。一些黄酮类化合物会抑制环氧酶与和脂环氧酶其中的一种，而有的会两个都抑制。例如成分为大豆总黄酮的心乐片，可以增加冠脉和脑部的血流量，减缓心率，改善心肌耗氧和供氧平衡，从而 达到防治高血压和冠心病的作用。淫羊藿苷也具有扩张血管的作用。用大豆蛋白喂养的动物，发现血液胆固醇降低，证明大豆黄酮有降低胆固醇的功效。另外甲基黄酮醇胺盐酸盐 期研究表明，其有抗实验性心肌梗塞、实验性心律失常和实验性血栓形成的作用 18 (3) 黄酮化合物的抗炎杀菌作用 大多数天然的黄酮类化合物都被认为是抗细菌的主要物质，尤其是异黄酮类，最近命名为“植物抗病性物质”，但是并不排除其他物质。黄酮类的抗菌或抗真菌作用归功于酚式羟基的存在，它们对于蛋白质有很强的吸引力，因此可以作为微生物酶的抑制剂，同时通过 它们对 解偶连氧化磷酸化的的作用，抑制了植物线粒体内膜的 氢酶。此外，用异戊二烯基取代黄酮的环体系，会增强它们的亲油性，可以通过与细胞膜相互作用，增强抗菌性。虽然结构和活性没有特定的关系可以确定，但是至少可以确定的是，黄酮化合物的抗菌性必须要有酚式羟基和亲油性。根据黄酮的本质，不同的取代会导致生物活性的不同。事实 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 5 上，固体树脂、啤酒花、 658 异戊二烯基柚皮素、查尔酮衍生物和黄腐酚都包含黄酮。然而 68 异戊二烯基柚皮素都对发廯菌有抗菌作用，而有着相似取代基的黄 腐酚的抗菌性却比上述的两个化合物低 60 倍。同样的， 2,5本学者小营卓夫等从甘草中分离得到了有抗炎活性的黄酮类成分 作为消化性溃疡药已经被收入到日本医药品集中。经过药理实验证明， 由巴豆油和角叉菜胶引起的急性炎症有明显的抗炎作用 20许多控制酶（蛋白激酶 C、磷酸二酯酶、磷脂酶、脂肪氧合酶和环氧酶）控制生物中间体的形成，这些中间体对包含在炎症的内皮细胞和特定细 胞的活性有控制作用。黄酮类化合物能抑制免疫和炎症，可能与抑制这些酶有关系。事实上，柑橘类黄酮可以抑制激活酶和磷酸二酯酶对细胞的信号转导和激活。它们也影响许多免疫反应的细胞活性，包括 T 和 B 淋巴细胞。橙皮素抑制由角叉菜胶引起的胸膜炎，减少渗出液，并且减少白细胞迁移数量。在小鼠中由酵母菌引起的体温过高，橙皮素也可以控制。结果表明，从柑橘类植物得到的橙皮素作为温和的抗炎试剂，和黄酮类化合物有这些活性的先驱，可以有潜在的医用价值。事实上，还有一些其它研究，用老鼠的巨噬细胞，显示橙皮素对脂多糖有抑制作用，它是由过多的环 氧酶、诱生型一氧化氮合酶、列腺素和 导产生 的 23。 (4) 色酮及其衍生物 色酮和色满酮类化合物具有选择性抑制环氧酶的作用，显示了显著的抗炎活性。基于色酮衍生物的生物活性，包括抗分枝杆菌，抗痉挛，抗菌，抗癌，抗氧化和抑制络氨酸酶活性。这些衍生物也是合成许多药物，农药和涂料的中间体。 另外， 3夫碱在催化和有机合成中是一个重要的部分。而且，这些配体和他们的金属配合物有各种各样的生物、临床、分析和工业应用。 3床和药理学中有 很多的应用。有大量的文献是报道色酮醛希夫碱和其金属配合物与 连接性质。黄酮类衍生物具有良好的生物活性，也是重要的药物合成中间体。研究发现，杂环取代色酮类化合物有很好的抑制癌细胞扩散、杀菌、抗病菌、降血脂血糖、促进代谢和防止心率不齐等作用。近年来，合成了许多新型的色酮类衍生物，且药理得到验证，从而实现商品化。为此对色酮类衍生物的深人研究已成为当今有机化学合成及新药开发的热点之一。通过大量文献调研，我们发现色酮环母体上取代基不同，其生物活性也有一定的改变，其中 3因而许多研究者在 3嫁接”各种活性基团，以寻找具有较好生物活性的化合物 。 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 6 希夫碱在配位化学中作为螯合的配体已经被广泛的应用。它们在医药中作为抗菌、抗真菌和抗癌试剂。希夫碱配体和它们的金属配合物在过去的十几年被广泛研究。由于 希夫碱在配位化学中是最广泛用于螯合配体的。它们在医学中作为抗菌、抗过敏和抗癌试剂非常有用。含氮的希夫碱配体和他们的金属配合物在过去的数十年中已经被广泛的研究。各种各样的希夫碱可以通过不同的胺类和羰基化合物合成。在这几年色酮希夫碱衍生物已经成为许多研究者的研究中心。自然界中的许多药用物质和生物活性分子中的重要组成 部分都是色酮部分。 3越的生物性质、质子亲和力、光学性质和芳香性的程度使其在实验和理论上都吸引了越来越多的关注。 3在杂环化学中是万能的合成单体。在药学领域， 3I 型 糖尿病和肥胖症药物的研究提供了一个新的药效团。 夫碱化合物 是以 名的，由伯胺和醛或酮在特定条件下反应得到。具有 1， 别为烷基， H，环己基，芳香基或杂环 )，后人称之为 。 一直都备受关注，其原因在于在 C=N 基团中 N 原子有一对孤对电子，赋予其重要的化学和生物学方面的意义。 是一类非常重要的配体，其合成相对容易，能灵活地选择各种胺类及带有羟基的不同醛或酮反应物进行反应。改变连接的取代基，变化给予体原子本性及其位置，便可开拓出许多从链状到环状，从单齿到多齿，性能迥异、结构多变的 配体，他们可以与周期表中大部分金属离子形成稳定性不一的配合物。如基团中含有 O， N，S 等给予体原子，无疑将成为有利于形成异核配合物的配体。所以它在配位化学发展过程中起着 重要的作用。尤其是随着功能配合物和生物无机化学的 发 展，更促进 配合物的 发展。另外还在于它们在催化生物活性，药物分析，有机合成及磁性功能材料等方面均有诱人的应用前景。同时， 有很广泛的生物活性，包括抗真菌、抗细菌、抗疟疾、抗恶性细胞增生、抗炎、抗病毒和退热等。亚胺和甲亚胺存在于不同的天然产物或非天然的化合物中。 被证明可以作为抗菌 剂。例如 ， 羟亚苄基 )化合物 1）对抗结核杆菌很好的效果， 低抑菌度 )达到 8 g/年来，随着有机 合成手段和检测技术的不断发展，人们合成了带有各种官能团的希夫碱配体及其配合物，并进行了各种性质研 究 24。对希夫碱及其配合物的研究日益成为配位化学的一个非常活跃的研究方向。在过去的几十年中， 金属配合物一直 备 受人们关注。这是因为一下几个原因：一些 金属配合物有抗肿瘤性质、抗 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 7 氧化性和吸电子及光物理性质。除此之外， 衍生物连接一个荧光团对金属离子是一个很好的光学传感器。 光离子探针 荧光离子探针是荧光探针的一种，它是指在一特定的体系内，由于离子（阴 离子或者阳离子 ）的变化而引起该分子发生相应改变，并以荧光信号的形式表现出来的分子 25。它的功能是选择性识别离子并将识别信息转换为荧光的形式，其由荧光发色团、间质和识别基团这三部分构成一个完整的体系（如图 1 图 1金属离子荧光探针的结构 荧光离子探针的识别性能评价主要受选择性、灵敏性、水溶性、实时性和原 位检测性能这五种因素的影响。选择性主要是指探针分子和识别目标的作用区别于其它因素的情况。它与探针分子和被检测物之间的选择性结合有着直接的关系；在有的情况下，荧光发色团的荧光发射性能会受到客体的影响 ，所以识别选择性还同相作用的客体性质密切相关。理想的选择性是专一性的识别，也是人们设计探针分子时所追求的目标。 灵敏度主要是指探针分子对检测产物的最低检测程度，是灵敏性的表现形式。灵敏性受很多因素的影响，主要包括以下四个方面。第一，探针分子与被检测物的结合强度是识别灵敏性的前提。一般说来，结合程度越大，灵敏度越高； 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 8 第二，影响识别灵敏性的另一种因素是荧光信号转换效率。一般说来，荧光信号增强型的离子探针相比较与荧光信号猝灭型的探针分子拥有更高的检测灵敏度；第三，探针分子的检测灵敏性也会受到荧光发色团的量子产率、 荧光波长、斯托克斯位移和背景荧光等因素的影响；最后，仪器性能也影响着探针分子的灵敏性。水溶性是探针分子应用价值的重要基础。金属离子荧光探针的主要应用领域是生物、医学和环境监测等领域，在这些体系中，金属离子一般存在于水相中，这就要求探针分子具有良好的水溶性。然而，我们知道水分子和金属离子之间存在着较强的水合作用，而且水分子还可能与探针分子的识别基团存在着较强的复合作用。所以，在水相体系下来实现对金属离子的识别要比有机相体系中的检测具有更大的难度和挑战。考虑到以上面临的问题，设计和合成高水溶性的荧光离子探针成为 了当前研究的重点。从目前的研究成果看来 ,水溶性探针要优于非水溶性探针。实时性主要是指探针分子对检测物的响应速度。响应速度越快说明探针分子的实用性越高，越有利于在实际生活和生产之中应用。原位检测性能则取决于探针分子同被检测体系之间的相容性。相容性越好，则原位检测性能越好。其实在一定限度内，仪器对荧光探针检测的空间分辨率有着重要影响。探针分子的实际应用价值受到上述因素的影响。因此，在探针分子设计过程中，设计者要考虑来改善上述因素。例如，可以通过选择不同的螯合模式和荧光发色团来提高灵敏度；以通过修饰识别基团（受体 ）来提高探针分子的选择性；可以通过增加分子中水溶性基团来提高水溶性等。 离子的危害及其检测 铝是含量最 多的金属元素，在所有元素中排第三（在氧和硅元素之后）。因此，它在许多工业领域被广泛的应用，包括汽车和计算机制造业。酸雨 将 土壤中的铝淋洗走，使环境和水中的游离的 多，这对于生长的植物是致命的。人们发现在大多数的动植物和自然界的水中，铝通常是以 三价 的离子形式存在。人们完全暴露在铝中，例如水处理、食品添加剂、以铝为载体的药物、职业粉剂、铝的容器和厨房用具等都存在铝。每周每 1体的重量，最多可以 摄入 7量铝的摄入会影响肠内钙的吸收，导致软骨病；同时也会影响血液中铁的吸收，导致贫血。铝的毒性也会对中枢神经系统产生危害，会导致像老年痴呆和帕金森症，也会导致血液中毒。在最近今年，基于荧光传感器在医药和环境的潜在应用，它越来越受人关注 26 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 9 众所周知， 在 19 世纪末，铝离子可以和自 然 界中的黄酮类化合物及多酚化合物复合，这个复合物可以引发荧光。例如槲皮素和桑色素可以和铝形成荧光化合物，而当他们单独存在时，并没有荧光。一些其它非自然界的染料，例如二羟基偶氮苯和它衍生的荧光镓试剂或 8认为是铝的荧光配体。这些配体通过荧光技术来测量铝的含量。然而，分析发现原子吸收光谱 (电感耦合等离子体原子发射光谱相对于传统的荧光方法有了提高。现今，荧光显微法的发展开辟了一个新的道路，可以设计铝离子荧光探针在生物 媒介中成像。因此，现在要致力于提高配合物的效率和对铝离子的选择性。这可以通过用多齿配体来实现，螯合效应可以得到比较大的稳定常数 29。 在此部分，根据铝离子荧光探针的机理不同，分为以下几类进行讨论。 (1)基于 理的铝离子探针 在各种阳离子荧光分子探针中，利用 理设计的荧光分 子探针最为常见。在 光分子探针中，识别基团与荧光团之间的识别信息与荧光信号之间的转化是靠光诱导电子转移完成的。 光分子探针的具体工作过程如下：荧光探针的识别基团具有电子给予能力，它能够将最高占有轨道 (的电子转入激发态，从而使 出，而被激发的电子不能回到原来的轨道上，从而使荧光淬灭；当识别基团和识别分子结合后，使得其氧化电位升高，降低了其给电子能力，识别基团的 量低于发色团的，阻止了 程，发色团荧光恢复。 如下图所示，显示的是 程 30。 F l u o r o p h o r e S p a c e r R e c e p t o A b F l uF l u o r o p h o r e S p a c e r R e c e p t o A b sG u e s 理 过程 光探针的作用机理可由前线轨道能量来进一步说明（如图 1 L E P E L H OB a c k E TE x c i t e d a c c e p t o r D o n o r A c c e p t o rr a d i c a l a n i o nD o n o rr a d i c a l c a t i o n 图 1线轨道能量示意图 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 10 X. 理的铝离子荧光探针分子 2。它是由 N 和 S 两个电子供体同时诱导的。由于 S 对 敏感，因此该探针可以在 3围内检测铝离子。当加入 ， S 和 N 电子供体，会抑制 得荧光恢复 31。苯甲酮衍生物作为一个化学个体广泛 应用于研究一系列材料，例如光敏离子和混合光敏二氧化硅纳米粒子等。另一方面，基于亚胺的化学传感器易制备和高的选择性，很受人们的青睐。虽然苯甲酮衍生物一直是作为有效的 针被人所知，很少有报道用苯甲酮作为支架的化学荧光传感器。，作为 针。该探针对 有荧光增强，但是从发射光的颜色和发射峰的位置可以看出与 同，图 1于萘很短的荧光寿命，低荧光量子产率和既可以作为给予体又可以作为接受体，因此它可以成为理想的化学荧光传感器 的组成部分 32。萘可以轻松的连接一个亲水的基团，来增加它的水溶性，从而可以在活细胞中检测铝离子。 A. ，该探针的发色团是萘 的荧光由于 受体的 程而淬灭33。受探针的大小影响， 能和 O 原子结合，从而抑制了 程，使得荧光增强，如图 1 O O 2 2O H 3 4 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 11 图 1化合物 3 对铝离子识别的离子选择性 图 14 对 别的 理过程 (2) 基于 理的铝离子探针 分子内电荷转移（ 称 典型的 相连构成的。识别基团可以是电子给予体或电子受体，当有光照射时，探针分子被光子激发会进一步加强从电子供体到电子受体的电荷转移（ 当识别基团与被测分子结合时，会改变电荷转移的强度，从而导致荧光光谱的改变，使光谱蓝移或红移 34。 阳离子型 针在结合底物后荧光光谱的波长变化如图 1示。 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 12 图 1阳离子对 光探针吸收及发射波长的影响 例如化合物 5 在结合 ，其发射光谱产生红移。化合物 6 很有意思，因为在加入 ，它的罗丹明形式的荧光团转变成荧光素形式的发射体。大环体系 在荧光传感器领域的影响力越来越大，化合物 7 和 8 是比较早的基于 理的大环的化学荧光传感器。因为香豆素及其衍生物有可调的光物理性质和在可见光区特定的荧光行为，得到了研究者大量的应用。 理的铝离子荧光探针（化合物 9 和化合物 10）。探针 9 中的香豆素可以识别并结合铝离子，而因为螯合作用，二齿的杂环联吡啶对金属离子有很强的亲和力。当增加探针 9 和 液的极性时，发现发射峰出现红移，说明了该探针是 理。如图 1示，在探针分子 10 的乙腈溶液中加入 ，在 532 的发射光淬灭，在 446 出现一个新峰。这个蓝移伴随着荧光的增强，并且和 度有一定关系。在 532 光谱的淬灭是因为 丹酰上的 的连接，减少了电子转移，因此抑制了 程，在吸收和发射光谱产生蓝移。另外 联吡啶三唑上的 N 原子配位，抑制了 程，因此导致了发射光谱的加强。在 446 的荧光强度当 10 和 1:1 饱和时达到最大 35 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 13 图 1探针 10 加入 ，荧光光谱变化 蒽醌被用作金属离子和阴离子 的化学传感器因为它的高吸收系数和肉眼可观测到的检测行为。此外，它在电分析化学也很受欢迎，因为它的醌体系显示了两个连续的电子衰减过程，形成了 2-。因此主体连接蒽醌作为一个传感器或许可以应用于检测金属阳离子，通过其对目标物独特的光和电化学响应。 组设计合成了一个蒽醌类的铝离子荧光探针分子11。该探针中蒽醌上的羰基连接金属离子后，因为 致探针分子的吸收带红移 37。 M e 2 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 14 M 2C O 2 7 9 10 11 (3) 基于其它机理的铝离子探针 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 15 众所周知 ，与其它金属离子相比，关于检测 荧光和比率化学传感器报道的很少。它们通常是通过光诱导电荷转移（ 振能量转移、互作用。这些方法大部分都有限制，例如 差的选择性和灵敏性，繁琐的合成步骤，在水溶液中缺少实用性。因此，研究一个在水溶液中检测 探针刻不容缓。 s 小组在 2001 年首次报道了噻咯分子以整体形式 发的冷光比在溶液中强。像均二苯乙烯、芴、并五苯和芘衍生物，被证明有相似的性质。这些分子通常可以被分为两类。在第一组中，产荧光的分子以整体存在时，会有很高的冷光，而在良溶剂中不会发射荧光，因此与传统的 光体相反。因此这个发射是通过聚合诱导产生的， 这个不寻常的现象命名为“聚合诱导发射”（ 在第二组中，发光体在溶液中有荧光，在聚合态产生更强的荧光。因为光发射是因为聚合态，这个影响被称为“聚合 在过去的几年， 传感器和光电器件等高科技中有潜在的应用。首先， 在)分子上接入官能团会发现出新的化学和生物传感器来检测金属离子、生物分子、有机蒸汽、手性分子和爆炸物。在早前的研究，发现 1,2,5生物有很好的 质。尤其是 4-(2,51苯酸钠盐( 在 加一个羰基，可以和 成很高的荧光聚合体，可以高选择性和高灵敏的选择 针分子 和化合物 12， 13。如图 1 理的传感过程 38。 图 1基于 理的传感过程 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 16 O N aN a O O C C O O N 12 13 在过去的几十年里，许多荧光方法被研究，并且一些已经成功应用到生物体系中。然而，大多探针虽然荧光有很大的增强或淬灭，但是都只有一个发射强度改变作为对目标物质浓度改变的响应信号。然而，一个荧光信号容易受许多因素影响，例如光致褪色、发色团的浓度、光照稳定性、样品环境（ 剂极性，温度等） 和仪器的敏感度。因此，信号发射检测在生物环境中对特殊的荧光检测存在一定的问题 39双信号荧光方法，允许两个不同发射带的测量，这就使得他们在荧光信号检测中更具吸引力，因为两个发射强度间的信号比率可以消除上面提到的负面影响。几个原则在设计双信号荧光加强 (法上得到应用。最典型的机理是两个信号机制的连接，例如，构象限制和电荷转移感应，内部电荷转移和分子间激发态质子转移，光诱导电子转移和分子内电荷转移及激发态形成。第二个机理是荧光共振能量转移连接诱导（ 第三常用的机理是纳米传感器，包含一 个参比的荧光染料和响应的荧光染料。大多数关于 报道都有着一定的挑战，例如在接受体和发色团之间的共价连接、在水中很差的溶解度，只能在有机溶剂中应用。为了应对上面的挑战， M. 理来设计了一个双信号荧光加强的方法。为了证明这个新方法，他们用茜素红 S（ 14）和内消旋四（ 4吩四甲苯磺酸盐（ 15）分别作为 接受体和发色团。可行性试验的信号传导在图 1显示， 是蒽醌和一个有名的生物调色剂的衍生物。因为 指示剂，它产生两个羟基和一个磺酸基，用来光谱光度测量和滴定测量。当 在时， 吸收光谱在 420 有一个强的峰（图 1和 过加入 望能够有效地扭转 荧光发射。因此，一个高浓度的 些 激发会被过滤掉，以此来控制光子激发荧光团 42。 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 17 O 3 N 14 15 图 1可行性试验的机理 图 1当 在时， 吸收光谱 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 18 离子的危害及其检测 锌离子在自然界中和生物体系中都起着至关重要的作用。在天然水中，锌会以可溶的络合物状态存在，并向底质沉积物迁移转化。它与天然水中的粘土矿物质缔合，被吸附成为吸着离子。含有锌的废水排放到天然水中后，水生动物有很强的吸收锌的能力，致使水中的锌向生物体内迁移。锌离子在人体内的含量仅次于铁离子，其正常范围在 不同的生物系统，例如基因表达、蛋白质相互转换和神经传递中 扮演着重要的角色。 细胞内锌离子浓度的破坏，会导致一系列疾病的发生，例如老年痴呆、癫痫和婴儿腹泻等。另外随着现代工业的发展， 像 样的过渡金属离子导致的环境污染已经很严峻，并对人体健康和环境构成了威胁。 而且，锌离子也是环境污染物，浓度过高会降低土壤中的微生物活性从而危害植物。因此，检测锌离子对生物和环境都有很重要的作用。虽然关于检测锌离子的不同方法例如紫外、电位法、原子吸收光谱法被报道，但是由于锌离子的 3电子轨道，导致其没有任何光谱或磁性。基于荧光探针检测法的简便、高效和低成本，在过去的十 几年内锌离子的荧光探针已经吸引了广大科研工作者的兴趣。锌离子接受器总体来说包括喹啉衍生物、吡啶衍生物、聚胺、三联吡啶和氨基乙二酸等。 许多 探针是通过链接不同的荧光团来设计的。然而，许多锌离子探针都是不溶于水的，这就限制了其在生物体系的应用。其他的探针是由于低细胞透性而不能应用在活细胞中 43 因为喹啉和它的衍生物稳定的光学性质和很好的水溶性，使得它们作为许多荧光探针的荧光团。 X. M. 小组最近设计合成了一个新的喹啉类的锌离子和镉离子探针 (16)。这个探 针可以在水溶液中进 行检测 48。 Y. 小组设计合成了喹啉类探针分子 1749。 个新的喹啉类的锌离子探针 （ 18） 。该探针是水溶性的，可以在水溶液中检测 而且检测限达到了 2 10-8 50。 J. 9， 基于 识别，并且做了细胞成像 51。 17 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 19 19 3N H H 3 21 一个荧光探针通常由两个结构单元组成：特定识别目标分子或离子的接受体，转换主客体识别成荧光信号的荧光团部分。因 为香豆素的高的荧光量子产率，使其成为被广泛的应用的有效的荧光团。除此之外，香豆素衍生物通常很容易合成得到，并且有很好的水溶性、低细胞毒性和良好的细胞透性，使得它们成为研究生物体系的有力的化学工具。 J., et 合成了一个香豆素类的锌离子探针 20。该探针基于 光机理，在很宽的 围内都可以检测锌离子，并且做了细胞成像实验如图 12。 在过去的几十年里，卟啉作为不同金属离子的分析试剂已经得到越来越多的关注。卟啉拥有芳香性、平面性和刚性的优点。除此之外，卟啉拥有很好 的光物理性 质包括强荧光、较大的斯托克位移和相对长的激发 （ 400发射波长（ 600这可以最小减少背景荧光的影响。这使得卟啉 可以 作为多个金属离子的荧光团。然而，金属离子嵌入卟啉非常的慢，这就限制了卟啉作为金属离子荧光配体的应用。为了加速金属离子和 卟啉配体的反应速率，多种方法已经报 兰州大学硕士学位论文 黄酮类席夫碱配体识别 针的设计合成和表征 20 道过。除此之外，一些卟啉的超分子复合物利用其对锌离子的催化影响来检测锌离子。 R. 1，它的检测限是 5 10-7 53。 图 1荧光探针分在 18 在 细胞内识别锌离子的荧光成像 许多努力都在致力于研究能识别生物体内游离态的锌离子的荧光探针。锌离子荧光传感器的一个典型结构是由一个荧光团和锌的特定接受器组成。锌的特定接受器包括二苯胺 (二苯基乙二胺 (对苯二甲酸 (或者以游离态存在时，这些接受器把它们的电子转移到邻近的处于激发态的荧光团上，使得荧光淬灭，然而当一个锌离子参与配位后，这个过程被抑制，发射因此会变强。因此可以通过光诱导电子转移 (机理，来对锌离子进行检测。基于 理的传感器的成功，使得大 量的多种多样的分子结构 被合成 ，它们致力于提高锌离子的选择性和最佳解离常数 (然而接受体结构的变化，经常会扰乱氧化