基于四苯乙烯结构荧光探针的合成及其性能研究文献综述

文献综述

1、本课题研究的意义和价值

金属离子、阴离子以及一些生物小分子在环境和生命体中扮演着重要的角色，是化学、生命科学、环境科学和医学等领域的研究对象，它们与生物体的健康息息相关，对溶液中金属离子的识别和检测是分析化学的热点问题。其众多金属离子中有些具有很强的毒害性，有些则参与了很多生理过程，是生物体内必不可少的组成部分。因此，研究工作者正致力于研究和开发各种方法，用于检测环境以及生命体中的离子和小分子^[1-3]。目前常用的方法分为两种：直接法和间接法。直接法是一类直接利用金属离子自身物理、化学性质对其进行分析检测的方法，包括原子吸收/发射光谱和离子选择性电极法；间接法是一类利用金属离子和指示剂（又称为化学分子探针）之间的特异性化学反应或超分子作用产生的信号变化对金属离子进行分析检测的方法，包括传统的金属离子指示剂和近年来研究较热的金属离子荧光分子探针。其中原子吸收/发射光谱需要高温原子化部件、分析时能耗和成本高，离子选择性电极在分析的过程中溶液中的电化学活性杂质对分析结果的影响较大，传统的指示剂灵敏度和选择性较低^[4-10]。

而金属离子荧光分子探针具有方便操作、仪器简单、成本低廉、灵敏度高、选择性好、响应迅速、检出限低等优点，广泛用于检测阳、阴离子及生物大分子等。目前，大部分有机荧光分子探针存在聚集荧光猝灭效应（ACQ），水溶性不好，细胞透过性差等问题^[11-14]。ACQ效应很大程度上限制了荧光分子材料在实际生活中的应用，研究人员为了解决这个困扰做了很大的努力，如将大体积的环状单元引入到荧光基团上，或将荧光分子引入到透明聚合物等，但成效甚微。聚集诱导发光（AIE）能克服聚集导致猝灭（ACQ）的缺点，在溶液中几乎不发光或者发微弱光，而在聚集态或固态薄膜下能发出极强的荧光，因此扩大了荧光探针的应用范围^[15-18]。在具有AIE性能的众多分子之中，四苯乙烯是最为简单的，合成方式简单快捷，容易修饰，AIE效应显著，四苯乙烯（TPE）分子是一类典型的具有聚集诱导发光特性的分子，因此四苯乙烯受到了广大的研究者的重点关注。因此，为了改善荧光探针分子吸收发射波长短、聚集荧光淬灭和水溶性差等缺点，我们利用具有聚集诱导发光的四苯乙烯衍生物设计合成了新型的荧光探针。

2、课题研究的现状及发展趋势

目前，大部分有机荧光分子探针存在聚集诱导淬灭（ACQ）效应，水溶性不好，细胞透过性差等问题。在许多常见的体系中，发光体会经历部分或完全发射猝灭的一些影响。然而，聚集诱导发光恰恰克服了聚集引起发射淬灭（ACQ）的缺点。在AIE过程中，非发射性发光体通过聚集体形成诱导发射。唐本忠院士课题组报道了一种新型的分子荧光探针，在纯的乙腈溶剂中几乎不发光，但在乙腈和水的混合溶剂中荧光强度提高，这与传统有机荧光分子探针的聚集诱导荧光猝灭现象（ACQ）刚好相反，相比，AIE聚合物材料比小分子材料更具优势，它可以结合聚合物的优良性能和AIE特性，并且会对外界刺激给予荧光响应，使得它在荧光传感和荧光成像领域具有巨大的应用潜质。

四苯乙烯分子是一类典型的具有聚集诱导发光特性的分子，具有合成方法简单、化学性质稳定，且容易被修饰和使用浓度低等特点。此文采用的方法具有反应速度快、操作简便、容易得到产物等系列特点。

3、本课题的研究思路

近年来，随着光化学传感器的快速发展，荧光分子探针技术因其检测成本低、灵敏度高、实时原位可视化检测、样品用量少和操作简单等优点受到人们越来越多的关注，并成功地应用于各种金属离子的检测。但目前已报道的荧光分子探针大部分都存在水溶性差、波长较短和聚集荧光淬灭等缺点，从而不能很好地应用于更多领域的研究。因此，为了改善荧光探针分子吸收发射波长短、聚集荧光淬灭和水溶性差等缺点，我们利用具有聚集诱导发光的四苯乙烯衍生物设计合成了新型的荧光探针。首先以二苯基酮和4-羟基二苯基酮为原料，反应生成4-（1,2,2-三苯基乙烯基）苯酚，然后4-（1,2,2-三苯基乙烯基）苯酚再于六亚甲基四胺得到中间体，最后再经过系列反应生成基于四苯乙烯结构AIE荧光探针目标产物，并且对目标产物进行表征和性能测试研究。