【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）黃酮類席夫堿配體識別Al3+、Zn2+探針的設計合成和表征

蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 1 第一章 前言 黃酮類化合物是植物的次生代謝產(chǎn)物，廣泛存在于蔬菜、水果和藥用植物中。由于黃酮類化合物結(jié)構復雜多變，因此其藥理活性也多種多樣。例如它有消炎鎮(zhèn)痛、活血化瘀、疏肝護膽、降血壓、降血脂、抗衰老等藥理活性，能促進組織再生、調(diào)節(jié)內(nèi)分泌等。具有 別為烷基， H，環(huán)己基，芳香基或雜環(huán) )，后人稱之為 。 一直都備受關注，其原因在于在C=N 基團中 N 原子有一對孤對電子，賦予其重要的化學和生物學方面的意義1 是一類非常重要的配體，它的合 成相對容易，改變連接的取代基，便可得到從單齒到多齒，性格迥異、結(jié)構多變的 配體。 隨著分析化學的發(fā)展，光學傳感器以其高靈敏度、準確度和選擇性等優(yōu)點得到廣泛的應用，其中以熒光分析技術發(fā)展最為迅速。通過信號轉(zhuǎn)換來連接小分子的熒光傳感器近來備受關注。構造強度和比率熒光探針多種多樣的機理已經(jīng)在合成水溶液中的離子探針中得到闡明和應用。 基于熒光傳感器的高靈敏度、選擇性、多功能性、和相對簡單的操作，它廣泛的應用在監(jiān)測中性和離子體系中。金屬離子的熒光探針不止在環(huán)境監(jiān)測方面有廣泛的應用，在生物研究方面也有很好的應用。高靈敏度金屬離子的熒光探針有很好的發(fā)展前景。由于熒光探針的無破壞性、高靈敏度和瞬時感應，相對于其它監(jiān)測和測量金屬離子的方法更有優(yōu)勢。關于化學、生物和材料科學方面的識別發(fā)生在一個比我們認識的小的多的環(huán)境中。識別的信息在特定的分子器件中可以通過轉(zhuǎn)換成光信號來傳送給我們。因此我們強調(diào)這樣體系的獨特行和應用性 4關于 熒光探針正在被廣泛的研究。 檢測一直以來都是一個難題，因為相對于過渡金屬 位能力很弱而且沒有特征的光譜。報道的 針大多數(shù)都是難溶于水的，這就限制了 其在生物體系的應用，因此現(xiàn)在許多研究者都在致力于研究合成簡易、水溶性的 針。 針是研究的比較多的探針，檢測鋅離子的物質(zhì)很多，在此，將簡單介紹鋅離子的檢測方法。 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 2 酮類希夫堿衍生物 酮類化合物 黃酮類化合物是一類多酚化合物 (泛指兩個苯環(huán)通過中央三碳鏈相互連結(jié)而形成的一系列 合物，具有以下骨架： 34568 9 1 2 3 4 5 6 7 大多數(shù)天然的黃酮類化合物都是由此結(jié)構衍生的， 黃酮類化合物主要分為黃酮、黃酮 醇、二氫黃酮、橙酮、二氫黃酮醇、異黃酮、二氫異黃酮、二氫查爾酮、花色素、查爾酮、黃烷及雙黃酮類化合物。 酮類化合物的應用 黃酮類化合物是植物次生代謝產(chǎn)物，在自然界中以 游離態(tài)或與糖結(jié)合為昔的形式存在，結(jié)構復雜繁多，在藥學和食品中有廣泛的應用。例如， 黃酮具有降血脂、抗衰老、降糖、活血化疲和提高免疫力的功效，還有調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、調(diào)節(jié)身體免疫功能、促進組織再生等功效。紅花內(nèi)的黃酮具有消炎止痛、擴張血管、凈化血液等功效。近年來，尤其對類黃酮化合物抗腫瘤作用研究報道較多。由于該類化合物種類繁多，在植物中 廣泛存 在，毒性較低等特點，其抗腫瘤作用的篩選工作仍在不斷進行，應是今后新藥開發(fā)研究中一個值得重視的資源，有很大的開發(fā)利用前景。 (1) 黃酮化合物的抗癌抗腫瘤作用 黃酮類化合物廣泛存在于蔬菜、水果、牧草和藥用植物中。經(jīng)過多年研究，發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物具有低毒和廣譜藥理活性，已經(jīng)成為國內(nèi)外開發(fā)研究自然界藥物的熱點，具有廣闊的前景。尤其是最近幾年，世界各國相繼都掀起了開發(fā)天然藥物的熱潮，黃酮類化合物以其廣譜的藥理作用備受關注。人們一直致力于抗癌抗腫瘤藥物的研究，黃酮類化合物中有抗癌抗腫瘤作用的比較多，像槲皮素、蘆丁、柚皮苷和水飛 薊素等。 黃酮類化合物可以通過增強解毒作用，在癌癥的初始階段就抑制腫瘤誘發(fā)。尤其是柑橘屬的黃酮抑制皮膚腫瘤產(chǎn)生的鳥氨酸脫羧酶，增加無機磷酸鹽 32P 結(jié)合到磷酸膜的幾率，以此來激活蛋白激活酶 C。 盡管在這方面有大量的研究，但是在分子內(nèi)的機理還不是很清晰。橙皮素和柚皮素被檢驗其擁有抑制由 7, 12實驗在雌性小鼠中 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 3 進行。研究發(fā)現(xiàn)，當加入有橘汁或柚皮苷的食物喂養(yǎng)小鼠時，腫瘤發(fā)展被延誤了。實驗證明了橘汁的抗癌作用，同時也證明了柑橘屬黃酮類化合物在體內(nèi)可以抑制乳腺癌細胞的增殖。 像美國一樣 的發(fā)達國家在這方面做了大量的工作，雖然一些黃酮類化合物的抗腫瘤作用很好，但是因為其復雜的結(jié)構且作用位點較多，限制了它的應用。研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物主要通過抗自由基、抑制癌細胞生長和抗癌因子等來達到抗癌抗腫瘤的目的。自由基在體內(nèi)富集會導致細胞 鏈斷裂而引發(fā)癌癥。黃酮類化合物具有抗自由基和抗氧化的作用 9例如槲皮素，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)槲皮素在 m 度就可以有效的捕獲自由基。它主要通過三種方式達到抗自由基的作用，即與超氧陰離子結(jié)合以此來減少氧自由基的產(chǎn)生；與 合阻止羥基自由基的形成； 與脂質(zhì)過氧化基 (反應抑制脂質(zhì)過氧化的反應。黃酮類化合物對自由基來說是很強的抗氧化劑，因此它們被稱為“自由基清除劑”。這歸功于它們的供氫能力。事實上，黃酮上的酚基作為一個提供“ H 的 資 源，可以使形成的自由基消除?；衔锏幕瘜W性質(zhì)，依賴于結(jié)構的改變，例如羥基化的程度、其它取代、共軛和聚合作用的程度等。為了把黃酮作為抗氧化劑分類，要驗證 以 下幾個參數(shù)： (a)與不同自由基 的比率常數(shù)；(b)自由基衰退動力學和穩(wěn)定能力 ； (c)自由基清除反應的化學計量學。根據(jù)自由基形成和分解反應的動 力學研究，發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物抗氧化能力與它的特定結(jié)構有關系。評價黃酮化合物抗氧化能力與三個結(jié)構有關，分別是：在 B 環(huán)上的鄰苯二酚結(jié)構，它可以通過與自由基形成氫鍵，而使其穩(wěn)定，來參與電子轉(zhuǎn)移； 2,3 位含氧的官能團連接，負責從 B 環(huán)上進行電子轉(zhuǎn)移； 3 位和 5 位上要有羥基。此外，黃酮類化合物通過作用于細胞的 M 或 S 期以此來干擾腫瘤細胞的增殖 ， 例如，黃芩苷可以抑制肝癌細胞增殖。查爾酮可以通過抑制蛋白激酶 (的活性來抑制腫瘤細胞的生長。黃酮類化合物可以在不同的途徑影響細胞的新陳代謝；它們可以作用在細胞膜 上和細胞內(nèi)的酶上。黃酮可以頻繁的抑制糖酵解，這是癌細胞最活躍的代謝途徑。它們可以減少白血病和 細胞中乳酸鹽的產(chǎn)生。這些影響有可能是對乳酸鹽傳輸過程的抑制，或是對細胞膜上的抑制。 黃酮 類化合物可以影響在細胞有絲 分裂過程中酶的活性，并且控制臨界增殖的酶濃度。柑橘類黃酮加強藥物治療來對抗癌癥。例如槲皮素明顯的加強了亞德里亞霉素對多重耐藥性的 類乳腺癌細胞株和 腸細胞株的作用。柚皮素加強人體前列腺癌癥細胞中氧化性損傷后的 復。柑橘屬黃銅類化合物可以抑制共生小鼠心臟和肝 組織中惡性細胞的入侵。其機理是基于抑制細胞移動 13 (2) 黃酮化合物的降血脂、降膽固醇作用 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 4 次提出黃酮化合物對治療毛細管脆弱和出血有效果，導致這個病癥的原因是被稱為“ P”的維生素的存在 17。黃酮類化合物具有降血脂、降低膽固醇的作用，可用于治療高血壓和動脈硬化。人們最先發(fā)現(xiàn)了蘆丁有這類作用，隨后又相繼發(fā)現(xiàn)了刺槐苷、黃芩苷、 7棠素等可以作為降壓藥；黃芩素、蕓香苷、槲皮素、葛根素等可以作為心腦血管治療的藥物。定期的服用黃酮類化合物會降低老年人冠狀動脈硬化的危險。 黃酮類化合物可以抗動脈粥樣硬化，抑制形成動脈粥樣硬化的發(fā)病機理的多個步驟。橙皮素限制肝臟三酰甘油的升高和由乳清酸誘導產(chǎn)生的膽固醇。只有當油脂濃度很高的時候，橙皮素顯示降脂的功能。 究了橙皮素、柚皮苷、橘皮素、多甲氧基黃酮的降脂功能和代謝歸宿，他們在倉鼠體內(nèi)通過飲食誘導血膽醇過多。飲食中包含 1%的多甲氧基黃酮，明顯的減少了血清總量和低密度脂蛋白 (低密度脂蛋白膽固醇 (并且趨于減少血清三?；视?。此外，研究者表明，提高多甲氧基黃酮代謝物在肝臟的濃度，會直接 影響在體內(nèi)的降血脂療效。一名日本學者的研究也顯示了在血漿中的黃酮類攝入量與總膽固醇濃度呈反比的關系。柑橘屬黃酮類化合物有抗血小板聚合和粘附的作用。甲氧基黃酮類 (川皮苷，橘皮素 ) 比羥基化合物活性更高，它們與阿司匹林有相似的功效。其他學者指出黃酮類化合物有抗血栓形成的活性，抑制環(huán)氧酶和脂環(huán)氧酶的活性，減少凝血惡烷 白細胞三烯系列 4 的產(chǎn)生。一些黃酮類化合物會抑制環(huán)氧酶與和脂環(huán)氧酶其中的一種，而有的會兩個都抑制。例如成分為大豆總黃酮的心樂片，可以增加冠脈和腦部的血流量，減緩心率，改善心肌耗氧和供氧平衡，從而 達到防治高血壓和冠心病的作用。淫羊藿苷也具有擴張血管的作用。用大豆蛋白喂養(yǎng)的動物，發(fā)現(xiàn)血液膽固醇降低，證明大豆黃酮有降低膽固醇的功效。另外甲基黃酮醇胺鹽酸鹽 期研究表明，其有抗實驗性心肌梗塞、實驗性心律失常和實驗性血栓形成的作用 18 (3) 黃酮化合物的抗炎殺菌作用 大多數(shù)天然的黃酮類化合物都被認為是抗細菌的主要物質(zhì)，尤其是異黃酮類，最近命名為“植物抗病性物質(zhì)”，但是并不排除其他物質(zhì)。黃酮類的抗菌或抗真菌作用歸功于酚式羥基的存在，它們對于蛋白質(zhì)有很強的吸引力，因此可以作為微生物酶的抑制劑，同時通過 它們對 解偶連氧化磷酸化的的作用，抑制了植物線粒體內(nèi)膜的 氫酶。此外，用異戊二烯基取代黃酮的環(huán)體系，會增強它們的親油性，可以通過與細胞膜相互作用，增強抗菌性。雖然結(jié)構和活性沒有特定的關系可以確定，但是至少可以確定的是，黃酮化合物的抗菌性必須要有酚式羥基和親油性。根據(jù)黃酮的本質(zhì)，不同的取代會導致生物活性的不同。事實 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 5 上，固體樹脂、啤酒花、 658 異戊二烯基柚皮素、查爾酮衍生物和黃腐酚都包含黃酮。然而 68 異戊二烯基柚皮素都對發(fā)廯菌有抗菌作用，而有著相似取代基的黃 腐酚的抗菌性卻比上述的兩個化合物低 60 倍。同樣的， 2,5本學者小營卓夫等從甘草中分離得到了有抗炎活性的黃酮類成分 作為消化性潰瘍藥已經(jīng)被收入到日本醫(yī)藥品集中。經(jīng)過藥理實驗證明， 由巴豆油和角叉菜膠引起的急性炎癥有明顯的抗炎作用 20許多控制酶（蛋白激酶 C、磷酸二酯酶、磷脂酶、脂肪氧合酶和環(huán)氧酶）控制生物中間體的形成，這些中間體對包含在炎癥的內(nèi)皮細胞和特定細 胞的活性有控制作用。黃酮類化合物能抑制免疫和炎癥，可能與抑制這些酶有關系。事實上，柑橘類黃酮可以抑制激活酶和磷酸二酯酶對細胞的信號轉(zhuǎn)導和激活。它們也影響許多免疫反應的細胞活性，包括 T 和 B 淋巴細胞。橙皮素抑制由角叉菜膠引起的胸膜炎，減少滲出液，并且減少白細胞遷移數(shù)量。在小鼠中由酵母菌引起的體溫過高，橙皮素也可以控制。結(jié)果表明，從柑橘類植物得到的橙皮素作為溫和的抗炎試劑，和黃酮類化合物有這些活性的先驅(qū)，可以有潛在的醫(yī)用價值。事實上，還有一些其它研究，用老鼠的巨噬細胞，顯示橙皮素對脂多糖有抑制作用，它是由過多的環(huán) 氧酶、誘生型一氧化氮合酶、列腺素和 導產(chǎn)生 的 23。 (4) 色酮及其衍生物 色酮和色滿酮類化合物具有選擇性抑制環(huán)氧酶的作用，顯示了顯著的抗炎活性。基于色酮衍生物的生物活性，包括抗分枝桿菌，抗痙攣，抗菌，抗癌，抗氧化和抑制絡氨酸酶活性。這些衍生物也是合成許多藥物，農(nóng)藥和涂料的中間體。 另外， 3夫堿在催化和有機合成中是一個重要的部分。而且，這些配體和他們的金屬配合物有各種各樣的生物、臨床、分析和工業(yè)應用。 3床和藥理學中有 很多的應用。有大量的文獻是報道色酮醛希夫堿和其金屬配合物與 連接性質(zhì)。黃酮類衍生物具有良好的生物活性，也是重要的藥物合成中間體。研究發(fā)現(xiàn)，雜環(huán)取代色酮類化合物有很好的抑制癌細胞擴散、殺菌、抗病菌、降血脂血糖、促進代謝和防止心率不齊等作用。近年來，合成了許多新型的色酮類衍生物，且藥理得到驗證，從而實現(xiàn)商品化。為此對色酮類衍生物的深人研究已成為當今有機化學合成及新藥開發(fā)的熱點之一。通過大量文獻調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)色酮環(huán)母體上取代基不同，其生物活性也有一定的改變，其中 3因而許多研究者在 3嫁接”各種活性基團，以尋找具有較好生物活性的化合物 。 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 6 希夫堿在配位化學中作為螯合的配體已經(jīng)被廣泛的應用。它們在醫(yī)藥中作為抗菌、抗真菌和抗癌試劑。希夫堿配體和它們的金屬配合物在過去的十幾年被廣泛研究。由于 希夫堿在配位化學中是最廣泛用于螯合配體的。它們在醫(yī)學中作為抗菌、抗過敏和抗癌試劑非常有用。含氮的希夫堿配體和他們的金屬配合物在過去的數(shù)十年中已經(jīng)被廣泛的研究。各種各樣的希夫堿可以通過不同的胺類和羰基化合物合成。在這幾年色酮希夫堿衍生物已經(jīng)成為許多研究者的研究中心。自然界中的許多藥用物質(zhì)和生物活性分子中的重要組成 部分都是色酮部分。 3越的生物性質(zhì)、質(zhì)子親和力、光學性質(zhì)和芳香性的程度使其在實驗和理論上都吸引了越來越多的關注。 3在雜環(huán)化學中是萬能的合成單體。在藥學領域， 3I 型 糖尿病和肥胖癥藥物的研究提供了一個新的藥效團。 夫堿化合物 是以 名的，由伯胺和醛或酮在特定條件下反應得到。具有 1， 別為烷基， H，環(huán)己基，芳香基或雜環(huán) )，后人稱之為 。 一直都備受關注，其原因在于在 C=N 基團中 N 原子有一對孤對電子，賦予其重要的化學和生物學方面的意義。 是一類非常重要的配體，其合成相對容易，能靈活地選擇各種胺類及帶有羥基的不同醛或酮反應物進行反應。改變連接的取代基，變化給予體原子本性及其位置，便可開拓出許多從鏈狀到環(huán)狀，從單齒到多齒，性能迥異、結(jié)構多變的 配體，他們可以與周期表中大部分金屬離子形成穩(wěn)定性不一的配合物。如基團中含有 O， N，S 等給予體原子，無疑將成為有利于形成異核配合物的配體。所以它在配位化學發(fā)展過程中起著 重要的作用。尤其是隨著功能配合物和生物無機化學的 發(fā) 展，更促進 配合物的 發(fā)展。另外還在于它們在催化生物活性，藥物分析，有機合成及磁性功能材料等方面均有誘人的應用前景。同時， 有很廣泛的生物活性，包括抗真菌、抗細菌、抗瘧疾、抗惡性細胞增生、抗炎、抗病毒和退熱等。亞胺和甲亞胺存在于不同的天然產(chǎn)物或非天然的化合物中。 被證明可以作為抗菌 劑。例如 ， 羥亞芐基 )化合物 1）對抗結(jié)核桿菌很好的效果， 低抑菌度 )達到 8 g/年來，隨著有機 合成手段和檢測技術的不斷發(fā)展，人們合成了帶有各種官能團的希夫堿配體及其配合物，并進行了各種性質(zhì)研 究 24。對希夫堿及其配合物的研究日益成為配位化學的一個非常活躍的研究方向。在過去的幾十年中， 金屬配合物一直 備 受人們關注。這是因為一下幾個原因：一些 金屬配合物有抗腫瘤性質(zhì)、抗 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 7 氧化性和吸電子及光物理性質(zhì)。除此之外， 衍生物連接一個熒光團對金屬離子是一個很好的光學傳感器。 光離子探針 熒光離子探針是熒光探針的一種，它是指在一特定的體系內(nèi)，由于離子（陰 離子或者陽離子 ）的變化而引起該分子發(fā)生相應改變，并以熒光信號的形式表現(xiàn)出來的分子 25。它的功能是選擇性識別離子并將識別信息轉(zhuǎn)換為熒光的形式，其由熒光發(fā)色團、間質(zhì)和識別基團這三部分構成一個完整的體系（如圖 1 圖 1金屬離子熒光探針的結(jié)構 熒光離子探針的識別性能評價主要受選擇性、靈敏性、水溶性、實時性和原 位檢測性能這五種因素的影響。選擇性主要是指探針分子和識別目標的作用區(qū)別于其它因素的情況。它與探針分子和被檢測物之間的選擇性結(jié)合有著直接的關系；在有的情況下，熒光發(fā)色團的熒光發(fā)射性能會受到客體的影響 ，所以識別選擇性還同相作用的客體性質(zhì)密切相關。理想的選擇性是專一性的識別，也是人們設計探針分子時所追求的目標。 靈敏度主要是指探針分子對檢測產(chǎn)物的最低檢測程度，是靈敏性的表現(xiàn)形式。靈敏性受很多因素的影響，主要包括以下四個方面。第一，探針分子與被檢測物的結(jié)合強度是識別靈敏性的前提。一般說來，結(jié)合程度越大，靈敏度越高； 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 8 第二，影響識別靈敏性的另一種因素是熒光信號轉(zhuǎn)換效率。一般說來，熒光信號增強型的離子探針相比較與熒光信號猝滅型的探針分子擁有更高的檢測靈敏度；第三，探針分子的檢測靈敏性也會受到熒光發(fā)色團的量子產(chǎn)率、 熒光波長、斯托克斯位移和背景熒光等因素的影響；最后，儀器性能也影響著探針分子的靈敏性。水溶性是探針分子應用價值的重要基礎。金屬離子熒光探針的主要應用領域是生物、醫(yī)學和環(huán)境監(jiān)測等領域，在這些體系中，金屬離子一般存在于水相中，這就要求探針分子具有良好的水溶性。然而，我們知道水分子和金屬離子之間存在著較強的水合作用，而且水分子還可能與探針分子的識別基團存在著較強的復合作用。所以，在水相體系下來實現(xiàn)對金屬離子的識別要比有機相體系中的檢測具有更大的難度和挑戰(zhàn)?？紤]到以上面臨的問題，設計和合成高水溶性的熒光離子探針成為 了當前研究的重點。從目前的研究成果看來 ,水溶性探針要優(yōu)于非水溶性探針。實時性主要是指探針分子對檢測物的響應速度。響應速度越快說明探針分子的實用性越高，越有利于在實際生活和生產(chǎn)之中應用。原位檢測性能則取決于探針分子同被檢測體系之間的相容性。相容性越好，則原位檢測性能越好。其實在一定限度內(nèi)，儀器對熒光探針檢測的空間分辨率有著重要影響。探針分子的實際應用價值受到上述因素的影響。因此，在探針分子設計過程中，設計者要考慮來改善上述因素。例如，可以通過選擇不同的螯合模式和熒光發(fā)色團來提高靈敏度；以通過修飾識別基團（受體 ）來提高探針分子的選擇性；可以通過增加分子中水溶性基團來提高水溶性等。 離子的危害及其檢測 鋁是含量最 多的金屬元素，在所有元素中排第三（在氧和硅元素之后）。因此，它在許多工業(yè)領域被廣泛的應用，包括汽車和計算機制造業(yè)。酸雨 將 土壤中的鋁淋洗走，使環(huán)境和水中的游離的 多，這對于生長的植物是致命的。人們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)的動植物和自然界的水中，鋁通常是以 三價 的離子形式存在。人們完全暴露在鋁中，例如水處理、食品添加劑、以鋁為載體的藥物、職業(yè)粉劑、鋁的容器和廚房用具等都存在鋁。每周每 1體的重量，最多可以 攝入 7量鋁的攝入會影響腸內(nèi)鈣的吸收，導致軟骨??；同時也會影響血液中鐵的吸收，導致貧血。鋁的毒性也會對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生危害，會導致像老年癡呆和帕金森癥，也會導致血液中毒。在最近今年，基于熒光傳感器在醫(yī)藥和環(huán)境的潛在應用，它越來越受人關注 26 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 9 眾所周知， 在 19 世紀末，鋁離子可以和自 然 界中的黃酮類化合物及多酚化合物復合，這個復合物可以引發(fā)熒光。例如槲皮素和桑色素可以和鋁形成熒光化合物，而當他們單獨存在時，并沒有熒光。一些其它非自然界的染料，例如二羥基偶氮苯和它衍生的熒光鎵試劑或 8認為是鋁的熒光配體。這些配體通過熒光技術來測量鋁的含量。然而，分析發(fā)現(xiàn)原子吸收光譜 (電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜相對于傳統(tǒng)的熒光方法有了提高?，F(xiàn)今，熒光顯微法的發(fā)展開辟了一個新的道路，可以設計鋁離子熒光探針在生物 媒介中成像。因此，現(xiàn)在要致力于提高配合物的效率和對鋁離子的選擇性。這可以通過用多齒配體來實現(xiàn)，螯合效應可以得到比較大的穩(wěn)定常數(shù) 29。 在此部分，根據(jù)鋁離子熒光探針的機理不同，分為以下幾類進行討論。 (1)基于 理的鋁離子探針 在各種陽離子熒光分子探針中，利用 理設計的熒光分 子探針最為常見。在 光分子探針中，識別基團與熒光團之間的識別信息與熒光信號之間的轉(zhuǎn)化是靠光誘導電子轉(zhuǎn)移完成的。 光分子探針的具體工作過程如下：熒光探針的識別基團具有電子給予能力，它能夠?qū)⒆罡哒加熊壍?(的電子轉(zhuǎn)入激發(fā)態(tài)，從而使 出，而被激發(fā)的電子不能回到原來的軌道上，從而使熒光淬滅；當識別基團和識別分子結(jié)合后，使得其氧化電位升高，降低了其給電子能力，識別基團的 量低于發(fā)色團的，阻止了 程，發(fā)色團熒光恢復。 如下圖所示，顯示的是 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 過程 光探針的作用機理可由前線軌道能量來進一步說明（如圖 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 圖 1線軌道能量示意圖 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 10 X. 理的鋁離子熒光探針分子 2。它是由 N 和 S 兩個電子供體同時誘導的。由于 S 對 敏感，因此該探針可以在 3圍內(nèi)檢測鋁離子。當加入 ， S 和 N 電子供體，會抑制 得熒光恢復 31。苯甲酮衍生物作為一個化學個體廣泛 應用于研究一系列材料，例如光敏離子和混合光敏二氧化硅納米粒子等。另一方面，基于亞胺的化學傳感器易制備和高的選擇性，很受人們的青睞。雖然苯甲酮衍生物一直是作為有效的 針被人所知，很少有報道用苯甲酮作為支架的化學熒光傳感器。，作為 針。該探針對 有熒光增強，但是從發(fā)射光的顏色和發(fā)射峰的位置可以看出與 同，圖 1于萘很短的熒光壽命，低熒光量子產(chǎn)率和既可以作為給予體又可以作為接受體，因此它可以成為理想的化學熒光傳感器 的組成部分 32。萘可以輕松的連接一個親水的基團，來增加它的水溶性，從而可以在活細胞中檢測鋁離子。 A. ，該探針的發(fā)色團是萘 的熒光由于 受體的 程而淬滅33。受探針的大小影響， 能和 O 原子結(jié)合，從而抑制了 程，使得熒光增強，如圖 1 O O 2 2O H 3 4 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 11 圖 1化合物 3 對鋁離子識別的離子選擇性 圖 14 對 別的 理過程 (2) 基于 理的鋁離子探針 分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ 稱 典型的 相連構成的。識別基團可以是電子給予體或電子受體，當有光照射時，探針分子被光子激發(fā)會進一步加強從電子供體到電子受體的電荷轉(zhuǎn)移（ 當識別基團與被測分子結(jié)合時，會改變電荷轉(zhuǎn)移的強度，從而導致熒光光譜的改變，使光譜藍移或紅移 34。 陽離子型 針在結(jié)合底物后熒光光譜的波長變化如圖 1示。 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 12 圖 1陽離子對 光探針吸收及發(fā)射波長的影響 例如化合物 5 在結(jié)合 ，其發(fā)射光譜產(chǎn)生紅移?；衔?6 很有意思，因為在加入 ，它的羅丹明形式的熒光團轉(zhuǎn)變成熒光素形式的發(fā)射體。大環(huán)體系 在熒光傳感器領域的影響力越來越大，化合物 7 和 8 是比較早的基于 理的大環(huán)的化學熒光傳感器。因為香豆素及其衍生物有可調(diào)的光物理性質(zhì)和在可見光區(qū)特定的熒光行為，得到了研究者大量的應用。 理的鋁離子熒光探針（化合物 9 和化合物 10）。探針 9 中的香豆素可以識別并結(jié)合鋁離子，而因為螯合作用，二齒的雜環(huán)聯(lián)吡啶對金屬離子有很強的親和力。當增加探針 9 和 液的極性時，發(fā)現(xiàn)發(fā)射峰出現(xiàn)紅移，說明了該探針是 理。如圖 1示，在探針分子 10 的乙腈溶液中加入 ，在 532 的發(fā)射光淬滅，在 446 出現(xiàn)一個新峰。這個藍移伴隨著熒光的增強，并且和 度有一定關系。在 532 光譜的淬滅是因為 丹酰上的 的連接，減少了電子轉(zhuǎn)移，因此抑制了 程，在吸收和發(fā)射光譜產(chǎn)生藍移。另外 聯(lián)吡啶三唑上的 N 原子配位，抑制了 程，因此導致了發(fā)射光譜的加強。在 446 的熒光強度當 10 和 1:1 飽和時達到最大 35 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 13 圖 1探針 10 加入 ，熒光光譜變化 蒽醌被用作金屬離子和陰離子 的化學傳感器因為它的高吸收系數(shù)和肉眼可觀測到的檢測行為。此外，它在電分析化學也很受歡迎，因為它的醌體系顯示了兩個連續(xù)的電子衰減過程，形成了 2-。因此主體連接蒽醌作為一個傳感器或許可以應用于檢測金屬陽離子，通過其對目標物獨特的光和電化學響應。 組設計合成了一個蒽醌類的鋁離子熒光探針分子11。該探針中蒽醌上的羰基連接金屬離子后，因為 致探針分子的吸收帶紅移 37。 M e 2 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 14 M 2C O 2 7 9 10 11 (3) 基于其它機理的鋁離子探針 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 15 眾所周知 ，與其它金屬離子相比，關于檢測 熒光和比率化學傳感器報道的很少。它們通常是通過光誘導電荷轉(zhuǎn)移（ 振能量轉(zhuǎn)移、互作用。這些方法大部分都有限制，例如 差的選擇性和靈敏性，繁瑣的合成步驟，在水溶液中缺少實用性。因此，研究一個在水溶液中檢測 探針刻不容緩。 s 小組在 2001 年首次報道了噻咯分子以整體形式 發(fā)的冷光比在溶液中強。像均二苯乙烯、芴、并五苯和芘衍生物，被證明有相似的性質(zhì)。這些分子通?？梢员环譃閮深?。在第一組中，產(chǎn)熒光的分子以整體存在時，會有很高的冷光，而在良溶劑中不會發(fā)射熒光，因此與傳統(tǒng)的 光體相反。因此這個發(fā)射是通過聚合誘導產(chǎn)生的， 這個不尋常的現(xiàn)象命名為“聚合誘導發(fā)射”（ 在第二組中，發(fā)光體在溶液中有熒光，在聚合態(tài)產(chǎn)生更強的熒光。因為光發(fā)射是因為聚合態(tài)，這個影響被稱為“聚合 在過去的幾年， 傳感器和光電器件等高科技中有潛在的應用。首先， 在)分子上接入官能團會發(fā)現(xiàn)出新的化學和生物傳感器來檢測金屬離子、生物分子、有機蒸汽、手性分子和爆炸物。在早前的研究，發(fā)現(xiàn) 1,2,5生物有很好的 質(zhì)。尤其是 4-(2,51苯酸鈉鹽( 在 加一個羰基，可以和 成很高的熒光聚合體，可以高選擇性和高靈敏的選擇 針分子 和化合物 12， 13。如圖 1 理的傳感過程 38。 圖 1基于 理的傳感過程 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 16 O N aN a O O C C O O N 12 13 在過去的幾十年里，許多熒光方法被研究，并且一些已經(jīng)成功應用到生物體系中。然而，大多探針雖然熒光有很大的增強或淬滅，但是都只有一個發(fā)射強度改變作為對目標物質(zhì)濃度改變的響應信號。然而，一個熒光信號容易受許多因素影響，例如光致褪色、發(fā)色團的濃度、光照穩(wěn)定性、樣品環(huán)境（ 劑極性，溫度等） 和儀器的敏感度。因此，信號發(fā)射檢測在生物環(huán)境中對特殊的熒光檢測存在一定的問題 39雙信號熒光方法，允許兩個不同發(fā)射帶的測量，這就使得他們在熒光信號檢測中更具吸引力，因為兩個發(fā)射強度間的信號比率可以消除上面提到的負面影響。幾個原則在設計雙信號熒光加強 (法上得到應用。最典型的機理是兩個信號機制的連接，例如，構象限制和電荷轉(zhuǎn)移感應，內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移和分子間激發(fā)態(tài)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，光誘導電子轉(zhuǎn)移和分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移及激發(fā)態(tài)形成。第二個機理是熒光共振能量轉(zhuǎn)移連接誘導（ 第三常用的機理是納米傳感器，包含一 個參比的熒光染料和響應的熒光染料。大多數(shù)關于 報道都有著一定的挑戰(zhàn)，例如在接受體和發(fā)色團之間的共價連接、在水中很差的溶解度，只能在有機溶劑中應用。為了應對上面的挑戰(zhàn)， M. 理來設計了一個雙信號熒光加強的方法。為了證明這個新方法，他們用茜素紅 S（ 14）和內(nèi)消旋四（ 4吩四甲苯磺酸鹽（ 15）分別作為 接受體和發(fā)色團?？尚行栽囼灥男盘杺鲗г趫D 1顯示， 是蒽醌和一個有名的生物調(diào)色劑的衍生物。因為 指示劑，它產(chǎn)生兩個羥基和一個磺酸基，用來光譜光度測量和滴定測量。當 在時， 吸收光譜在 420 有一個強的峰（圖 1和 過加入 望能夠有效地扭轉(zhuǎn) 熒光發(fā)射。因此，一個高濃度的 些 激發(fā)會被過濾掉，以此來控制光子激發(fā)熒光團 42。 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 17 O 3 N 14 15 圖 1可行性試驗的機理 圖 1當 在時， 吸收光譜 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 18 離子的危害及其檢測 鋅離子在自然界中和生物體系中都起著至關重要的作用。在天然水中，鋅會以可溶的絡合物狀態(tài)存在，并向底質(zhì)沉積物遷移轉(zhuǎn)化。它與天然水中的粘土礦物質(zhì)締合，被吸附成為吸著離子。含有鋅的廢水排放到天然水中后，水生動物有很強的吸收鋅的能力，致使水中的鋅向生物體內(nèi)遷移。鋅離子在人體內(nèi)的含量僅次于鐵離子，其正常范圍在 不同的生物系統(tǒng)，例如基因表達、蛋白質(zhì)相互轉(zhuǎn)換和神經(jīng)傳遞中 扮演著重要的角色。 細胞內(nèi)鋅離子濃度的破壞，會導致一系列疾病的發(fā)生，例如老年癡呆、癲癇和嬰兒腹瀉等。另外隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展， 像 樣的過渡金屬離子導致的環(huán)境污染已經(jīng)很嚴峻，并對人體健康和環(huán)境構成了威脅。 而且，鋅離子也是環(huán)境污染物，濃度過高會降低土壤中的微生物活性從而危害植物。因此，檢測鋅離子對生物和環(huán)境都有很重要的作用。雖然關于檢測鋅離子的不同方法例如紫外、電位法、原子吸收光譜法被報道，但是由于鋅離子的 3電子軌道，導致其沒有任何光譜或磁性?；跓晒馓结槞z測法的簡便、高效和低成本，在過去的十 幾年內(nèi)鋅離子的熒光探針已經(jīng)吸引了廣大科研工作者的興趣。鋅離子接受器總體來說包括喹啉衍生物、吡啶衍生物、聚胺、三聯(lián)吡啶和氨基乙二酸等。 許多 探針是通過鏈接不同的熒光團來設計的。然而，許多鋅離子探針都是不溶于水的，這就限制了其在生物體系的應用。其他的探針是由于低細胞透性而不能應用在活細胞中 43 因為喹啉和它的衍生物穩(wěn)定的光學性質(zhì)和很好的水溶性，使得它們作為許多熒光探針的熒光團。 X. M. 小組最近設計合成了一個新的喹啉類的鋅離子和鎘離子探針 (16)。這個探 針可以在水溶液中進 行檢測 48。 Y. 小組設計合成了喹啉類探針分子 1749。 個新的喹啉類的鋅離子探針 （ 18） 。該探針是水溶性的，可以在水溶液中檢測 而且檢測限達到了 2 10-8 50。 J. 9， 基于 識別，并且做了細胞成像 51。 17 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 19 19 3N H H 3 21 一個熒光探針通常由兩個結(jié)構單元組成：特定識別目標分子或離子的接受體，轉(zhuǎn)換主客體識別成熒光信號的熒光團部分。因 為香豆素的高的熒光量子產(chǎn)率，使其成為被廣泛的應用的有效的熒光團。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、低細胞毒性和良好的細胞透性，使得它們成為研究生物體系的有力的化學工具。 J., et 合成了一個香豆素類的鋅離子探針 20。該探針基于 光機理，在很寬的 圍內(nèi)都可以檢測鋅離子，并且做了細胞成像實驗如圖 12。 在過去的幾十年里，卟啉作為不同金屬離子的分析試劑已經(jīng)得到越來越多的關注。卟啉擁有芳香性、平面性和剛性的優(yōu)點。除此之外，卟啉擁有很好 的光物理性 質(zhì)包括強熒光、較大的斯托克位移和相對長的激發(fā) （ 400發(fā)射波長（ 600這可以最小減少背景熒光的影響。這使得卟啉 可以 作為多個金屬離子的熒光團。然而，金屬離子嵌入卟啉非常的慢，這就限制了卟啉作為金屬離子熒光配體的應用。為了加速金屬離子和 卟啉配體的反應速率，多種方法已經(jīng)報 蘭州大學碩士學位論文 黃酮類席夫堿配體識別 針的設計合成和表征 20 道過。除此之外，一些卟啉的超分子復合物利用其對鋅離子的催化影響來檢測鋅離子。 R. 1，它的檢測限是 5 10-7 53。 圖 1熒光探針分在 18 在 細胞內(nèi)識別鋅離子的熒光成像 許多努力都在致力于研究能識別生物體內(nèi)游離態(tài)的鋅離子的熒光探針。鋅離子熒光傳感器的一個典型結(jié)構是由一個熒光團和鋅的特定接受器組成。鋅的特定接受器包括二苯胺 (二苯基乙二胺 (對苯二甲酸 (或者以游離態(tài)存在時，這些接受器把它們的電子轉(zhuǎn)移到鄰近的處于激發(fā)態(tài)的熒光團上，使得熒光淬滅，然而當一個鋅離子參與配位后，這個過程被抑制，發(fā)射因此會變強。因此可以通過光誘導電子轉(zhuǎn)移 (機理，來對鋅離子進行檢測。基于 理的傳感器的成功，使得大 量的多種多樣的分子結(jié)構 被合成 ，它們致力于提高鋅離子的選擇性和最佳解離常數(shù) (然而接受體結(jié)構的變化，經(jīng)常會擾亂氧化