侯 鵬， 李紅梅， 陳 頌

(1.齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006； 2.齊齊哈爾醫(yī)學(xué)科學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006)

F-作為元素周期表中最小的陰離子，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中扮演著極其重要的角色，是牙科保健、骨質(zhì)疏松癥的治療、供水處理以及化學(xué)戰(zhàn)劑中的重要成分[1 - 4]。當(dāng)人體內(nèi)氟含量過(guò)高，過(guò)量的氟會(huì)誘發(fā)中毒，臨床表現(xiàn)為甲狀腺活力下降、代謝功能紊亂、免疫力下降等癥狀。由于氟功能的多樣性促使人們對(duì)F-的檢測(cè)產(chǎn)生了極大的興趣。因此，開(kāi)發(fā)具有高效選擇性識(shí)別F-的熒光探針具有重要的意義。

早期的陰離子檢測(cè)主要是利用受體與陰離子之間的非共價(jià)鍵作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)檢測(cè)，因此，得到的數(shù)據(jù)通常受到溶劑效應(yīng)的影響造成探針的選擇性較差，相比之下，基于不可逆的化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)熒光探針的方法越來(lái)越受到科研工作者的關(guān)注。反應(yīng)型熒光探針利用特定的化學(xué)反應(yīng)專一識(shí)別分子的優(yōu)勢(shì)，具有較好的選擇性和專一性[5 - 8]。本文選取以2-羥基-1萘甲醛為母體，叔丁基二甲基硅醚為識(shí)別基團(tuán),合成了一種比色和熒光增強(qiáng)型探針[9 - 11]。當(dāng)加入F-后，F(xiàn)-誘導(dǎo)探針?lè)肿咏Y(jié)構(gòu)中Si-O鍵斷裂，釋放出的O-隨后進(jìn)攻結(jié)構(gòu)中的氰基，最終生成具有較大共軛結(jié)構(gòu)的環(huán)化產(chǎn)物，即萘亞胺香豆素。由于反應(yīng)前后探針?lè)肿咏Y(jié)構(gòu)的改變，引起了吸收光譜和熒光光譜的變化，通過(guò)溶液顯著的顏色變化和熒光光譜的增強(qiáng)響應(yīng)，從而構(gòu)建一種比色和熒光增強(qiáng)檢測(cè)F-的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Bruker ultraflexⅡ基質(zhì)輔助時(shí)間飛行質(zhì)譜(美國(guó)，Bruker)；BRUKER AV300 光譜儀(400 MHz)(美國(guó)，Bruker)；UV2450型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本，島津)；F4600-熒光分光光度計(jì)(日本，日立)。

1.2 熒光探針?lè)肿拥暮铣?/h3>

熒光探針的合成及識(shí)別F-機(jī)理如圖1所示?；衔?的合成參見(jiàn)文獻(xiàn)方法[12]。將29 mg化合物1(0.1 mmol)和6.6 mg丙二腈(0.1 mmol)溶于10 mL乙醇中，加入少量哌啶，室溫反應(yīng)30 min，二氯甲烷萃取，無(wú)水Na2SO4干燥，柱層析純化(石油醚∶乙酸乙酯=50∶1，V/V)得到產(chǎn)品14 mg，收率 42%。

圖1 探針1的合成及F-的識(shí)別機(jī)理Fig.1 Synthetic route for probe 1 and its F--selective signaling mechanism

1H NMR (300 MHz,CDCl3) δ 8.38 (s,1H),7.91 (d,J=9.0 Hz,1H),7.84 (d,J=8.1 Hz,1H)，7.72～7.56 (m,2H),7.47 (t,J=7.3 Hz,1H),7.14 (d,J=9.0 Hz,1H),1.04 (s,9H),0.31 (s,6H)。HRMS計(jì)算值:334.1501,測(cè)得值:334.1512.

1.3 光譜分析測(cè)試

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外光譜研究

圖2 探針的乙腈溶液(10 μmol/L)與不同濃度F-反應(yīng)的紫外吸收光譜Fig.2 UV absorption spectra of probe (10 μmol/L) in the absence and presence of F- in CH3CN cF-(1-8):1,1.5,2,3,4,5,8,10 μmol/L,respectively.

圖3 探針的乙腈溶液(10 μmol/L)與不同陰離子(10 μmol/L)反應(yīng)的紫外吸收光譜Fig.3 UV absorption spectra for probe (10 μmol/L) with different anions(10 μmol/L) in CH3CN

2.2 熒光光譜研究

圖4 探針的乙腈溶液(10 μmol/L)與F-反應(yīng)的熒光光譜Fig.4 Fluorescence spectra of probe(10 μmol)with F- in CH3CN

圖5 探針的乙腈溶液(10 μmol/L)與各種陰離子(100 μmol/L)反應(yīng)的熒光光譜(λex=370 nm)Fig.5 Fluorescence spectra for probe (10 μmol/L) with various anions (100 μmol/L) in CH3CN(λex=370 nm)

2.3 定量分析

隨著F-的加入，熒光光譜中452 nm處出現(xiàn)一個(gè)顯著增強(qiáng)的熒光峰，當(dāng)加入10 μmol/L F-后，熒光強(qiáng)度可以恢復(fù)46倍，通過(guò)分析探針(10 μmol/L)與不同濃度F-(0～100 μmol/L)的熒光發(fā)射光譜的數(shù)據(jù)，以熒光強(qiáng)度(y)為縱坐標(biāo)，F(xiàn)-濃度(x)為橫坐標(biāo)作圖(圖略)，得到一條標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合后得到的線性方程為:y=37.3771x-39.3293(相關(guān)系數(shù)R=0.9916)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的方法[13]，計(jì)算得到探針?lè)肿訉?duì)F-的檢測(cè)限為0.52×10-6mol/L。

圖6 探針的乙腈溶液(10 μmol/L)及探針與F-溶液(10 μmol/L)反應(yīng)的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況(λex=370 nm)Fig.6 The fluorescence intensity of probe(10 μmol/L)and probe with F-(10 μmol/L)with the change of time in CH3CN(λex=370 nm)

2.4 響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定性

為了評(píng)價(jià)探針的穩(wěn)定性以及探針對(duì)F-的檢測(cè)時(shí)效，進(jìn)行了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究。如圖6所示，室溫下向探針(10 μmol/L)溶液中加入F-(10 μmol/L)后，二者迅速發(fā)生反應(yīng)，溶液的熒光強(qiáng)度隨反應(yīng)時(shí)間迅速升高，大約1 min即可達(dá)到平衡，而反應(yīng)生成的產(chǎn)物萘亞胺香豆素的熒光行為不會(huì)隨時(shí)間的變化而改變，熒光強(qiáng)度基本恒定，反應(yīng)產(chǎn)物可以穩(wěn)定存在。與此同時(shí)，單獨(dú)探針溶液(10 μmol/L)的熒光強(qiáng)度值在相同測(cè)試時(shí)間內(nèi)沒(méi)有變化，具有較好的穩(wěn)定性。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，室溫下探針對(duì)F-具有快速響應(yīng)的識(shí)別特點(diǎn)。由于探針?lè)肿雍头磻?yīng)產(chǎn)物都具有良好的穩(wěn)定性，不會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間放置發(fā)生分解，因此不會(huì)對(duì)探針與F-之間的識(shí)別反應(yīng)產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

本文成功合成了一種以2-羥基-1萘甲醛為母體，基于誘導(dǎo)的Si-O鍵斷裂和成環(huán)反應(yīng)原理識(shí)別F-的熒光探針。該探針對(duì)F-表現(xiàn)出極高的選擇性和專一性。同時(shí)，探針對(duì)F-作用后有顯著的熒光增強(qiáng)響應(yīng)(46倍)，檢測(cè)限為0.52×10-6mol/L。此外，探針與F-作用后，溶液顏色由無(wú)色變?yōu)辄S色，清晰的顏色變化適用于裸眼觀測(cè)，雙模式的檢測(cè)方式使該探針在F-濃度的監(jiān)測(cè)方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。