羟基芘甲醛席夫碱荧光探针的合成与性能研究文献综述

文献综述

1、本课题研究的意义和价值

金属元素广泛存在于自然界中，在生活生产的各个领域都有应用。许多金属离子在生物体中扮演着不可代替的角色，这些金属离子以适当浓度的存在支持着正常的生命过程。例如：钙离子广泛存在于生物体和人体中，其作为细胞内第二信使，在信号传导的过程中起着非常重要的作用。锌离子在脑组织中起着重要作用，锌离子的浓度较低时，它对脑组织起到保护作用，但当锌离子的浓度偏高时，就会造成机体脑出血和神经元细胞的损伤。镁在人体内含量较多，是人体内必需的矿物元素。镁离子是维持神经、肌肉、心脏应激性的重要离子之一，缺乏镁会导致血清钙下降、神经肌肉兴奋性亢进，对血管功能有潜在的影响。镁离子过剩会抑制神经和心脏，当浓度过高时会出现呼吸抑制，严重可危及生命。另外，还有一些会对细胞产生毒理作用的重金属元素，特别是汞和铅，这些金属所产生的毒性大量存在于细胞中，影响了机体正常的代谢，严重者甚至导致机体死亡^[1-4]。因此，开发简单实用的金属离子检测方法一直是研究者们所关注的焦点。

近年来，由于环境科学，生命科学，材料科学，医学等领域的快速发展，迫切需要一种高效的检测方法与之相匹配。传统的检测方法，如高效液相色谱法、质谱、原子发射光谱、电化学等往往受制于复杂样品的处理步骤和精密的仪器。荧光分子探针技术作为荧光分析方法的重要工具，相比于传统的检测方法，有灵敏度高，能够对单个或多个分析物进行实时监测，操作简便，检测成本低，并且在细胞成像和活体实验中也具有较高的应用价值。当荧光分子探针经过巧妙设计后，对周围的物理环境 （酸碱度、黏度、温度及被分析物等）进行选择性的识别，使得荧光探针的荧光信号 （激发和发射波长、荧光强度、荧光寿命等）发生改变。相对于大分子荧光探针而言，有机小分子荧光探针更具优势（合成更方便、结构简单、性能更优越、成本更低）^[5-7]。因此，设计和合成新型小分子荧光探针具有重要意义。

席夫碱（Schiffrsquo;s base）是一类含有C=N双键的化合物，因为结构中N存在孤对电子^[8]，使得席夫碱化合物能与金属离子螯和形成“平面、刚性和大共轭pi;键”的荧光特征配合物。C=N在激发态时容易发生异构化发出微弱的荧光，金属离子与荧光探针络合时，C=N通过n→Pi;*跃迁发生荧光增强。近年来，席夫碱作为连接基团被广泛的应用于荧光探针领域，并被使用到医疗、化学、生物等领域。席夫碱作为一类广泛应用的有机化合物，还有很多未知的用途需要科研人员去探究，由于席夫碱类化合物易合成并且易生成络合物的突出优点，将其作为新型功能材料进行开发有着独特的优势和广泛的前景。席夫碱类化合物合成简单、配位能力强，容易和金属离子络合，形成金属配合物，而且形成的配合物结构稳定，应用范围较广^[9-11]。因此，进一步探索和研究席夫碱类化合物及其金属配合物的性质及应用对人类社会生活的进步不可或缺。

2、课题研究的现状及发展趋势

近年来，有机合成手段和检测技术都在不断发展。席夫碱作为非常好的配体，将相关的荧光基团改性，可以合成不同的分子荧光探针，借助荧光分析、光度分析等手段来鉴别和定量分析金属离子，这在环境监测具有重要用途。2009年，Weisheng Liu等人基于8-氨基喹啉制备了一种席夫碱荧光探针。该荧光探针对锌离子展现了优异的选择性和强的绑定能力。当化合物与锌离子结合后，我们肉眼可以观察到明显的颜色变化，通过这种颜色的变化我们可以直观观察到化合物是否结合锌离子。2013年，Jing课题组报道了一种新型荧光探针。该探针是席夫碱与锌离子络合形成的配合物后，该配合物可以与过氧化物酶结合并进入细胞，进而与细胞中溶酶体释放的过氧化氢发生氧化还原反应，产生荧光增强信号，完成对溶酶体过氧化氢的检测和成像^[12-16]。目前人们对席夫碱类荧光探针的研究已经取得了一定的成绩，在这些荧光探针中，虽然有些具有较好的灵敏度和选择性，但还是受到复杂的合成工序、差的水溶性等缺陷的制约，使其不能在实际应用中得以推广。如何设计出易于合成、水溶性好、响应快速并能够得到实际应用的席夫碱类荧光探针还需要进一步的研究。

3、本课题的研究思路

如何研究出更灵敏更简便的金属离子检测技术对食品安全、环境问题、医疗卫生都有着重要意义。荧光探针有着对金属离子的专一性、灵敏性、易操作等优点。在众多荧光探针中芘是一种常见的且敏感的荧光染料，芘及其衍生物高量子产率和化学稳定性、高疏水性、灵敏度、荧光量子产率高、对微环境的变化及其敏感等特点充分用于分子标记及荧光传感方面。席夫碱化合物合成简单、配位能力强，容易和金属离子络合。基于这些化合物的优点，本课题以席夫碱为连接基团、芘类化合物为荧光团合成了一种对锌和镁有选择性的荧光探针。在这研究的基础之上，对荧光探针的进行一系列表征来说明它对锌离子以及镁离子的良好选择性。

[1] Taylor C W, Prole D L, Rahman T. Ca² channels on the move[J]. Biochemistry, 2009, 48: 12062- 12080.