三嗪衍生物荧光探针的设计合成与金属离子识别性能研究

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金属离子在许多生理过程如基因转录、金属酶调控以及维持蛋白质核酸等大分子结构和功能等方面发挥着重要作用。然而,随着近代工业的发展,大量金属离子被排放到环境中,对生命系统造成严重威胁。其中体内过量的银离子(Ag+)会导致不溶性物质的积累,对眼睛和皮肤造成严重损害。另外,Ag+也可以导致器官功能衰竭和线粒体功能降低等健康问题。而作为人体必需的铜离子(Cu2+),其浓度异常也会引起代谢紊乱、衰老和各种神经性退行疾病等问题。近年来,荧光探针凭借其选择性好、灵敏度高、操作简单和成本低等优点成为检测环境和生命体中金属离子的有效工具。2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪是缺电子芳香分子,价格低廉,结构对称,电子亲和性较强而易被修饰。基于该分子构建具有“推-拉”π-电子效应的N,N,N-三齿配体,可与多种金属离子发生配位作用,并且其光物理性质优良如荧光量子产率较高,双光子吸收。本文选择与生命系统相关的Ag+和Cu2+为研究对象,基于2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪分别设计合成了相应的一系列荧光探针。(1)将2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪与生物相容性较好的3-甲基吡唑-5-甲酸乙酯或(1H-吡唑-3-基)乙酸乙酯相结合,设计合成一系列结构类似的化合物NTPC、OTPC、NTPA和OTPA,并对其合成方法和光物理性质进行了讨论。通过紫外吸收光谱和荧光发射光谱研究了这些化合物对金属离子的选择性。从中筛选出对Ag+选择性较高且发射较长的荧光探针NTPC和NTPA,并较详细研究分析了其检测能力和识别机理。结果表明探针NTPC和NTPA的选择性较高,响应时间短,检测限低,可逆性强,生理pH条件下荧光稳定,细胞毒性较低,已成功应用于活细胞中的Ag+成像。(2)以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪为母体,设计合成了“turn-on”型Cu2+荧光探针TPH和“turn-off”型Cu2+荧光探针TPA,并对其合成方法和在不同溶剂中的光物理性质进行了分析讨论。通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱和质谱等详细地研究了其识别机理。结果表明TPH在Cu2+的水溶液中发生酯键水解而导致荧光增强,TPA与Cu2+以化学计量比3:2结合形成配合物而导致荧光猝灭。
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