摘 """""要： 熒光光譜法是一種針對定量低濃度分析物檢測的技術(shù)手段。近年來的研究進(jìn)展表明，""1，8-萘酰亞胺、羅丹明B、香豆素、喹啉等熒光團(tuán)具有潛在的研究和應(yīng)用價(jià)值。其中對1，8-萘酰亞胺衍生物的研究不斷增加，因?yàn)樗鼈兙哂袕?qiáng)吸收和發(fā)射波長、高光穩(wěn)定性、大的Stokes位移、較高的熒光量子產(chǎn)率以及4位結(jié)構(gòu)易于修飾等優(yōu)點(diǎn)。近年來，新型4-取代1，8-萘酰亞胺類熒光探針的設(shè)計(jì)和制備受到了廣泛的關(guān)注。綜述了4-取代1，8-萘酰亞胺類熒光探針的研究進(jìn)展，通過在1，8-萘酰亞胺單元的C-4位置引入不同的給電子或接受電子基團(tuán)，可以實(shí)現(xiàn)改變1，8-萘酰亞胺類熒光探針的熒光性能。

關(guān) "鍵 "詞：1，8-萘酰亞胺； C-4取代； 熒光探針； 研究進(jìn)展

中圖分類號：TQ050.4 """"文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A """"文章編號： 1004-0935（2024）07-1051-04

萘酰亞胺衍生物由于其獨(dú)特的光物理學(xué)性質(zhì)，如Stokes位移大、光穩(wěn)定性高、熒光量子產(chǎn)率高、4位結(jié)構(gòu)易于修飾等，被廣泛用作熒光團(tuán)^[1]，制備熒光探針。在1，8-萘酰亞胺化合物的C-4位置引入給電子部分會產(chǎn)生分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）激發(fā)態(tài)^[2]，并導(dǎo)致吸收光譜和發(fā)射光譜發(fā)生較大的位移。

目前已有許多關(guān)于4-取代1，8-萘酰亞胺衍生物的研究，但在1，8-萘酰亞胺化合物的C-4位置引入新的給電子基團(tuán)和受電子基團(tuán)仍然是有意義的。通過改變芳香環(huán)^[3]上存在取代基的性質(zhì)，可以改變這些衍生物的熒光性質(zhì)，引入各種給電子基團(tuán)，如烷基（芳基）氨基、炔基/烯基、芳基或烷氧基基團(tuán)可誘導(dǎo)極性ICT激發(fā)態(tài)，由于1，8-萘酰亞胺的C-4位取代熒光探針具有獨(dú)特的熒光性質(zhì)，近年來被廣泛研究應(yīng)用。

1 "離子型的4-取代1，8-萘酰亞胺熒光探針

金屬離子在自然界和生命體中扮演著十分重要的角色，因此對這些離子的檢測也是十分的重要，目前主要通過離子質(zhì)譜法^[4]、原子吸收光譜法^[5]、電感耦合^[6]等方法來檢測離子，但是由于其高昂的儀器設(shè)備費(fèi)用以及檢測步驟繁瑣等缺點(diǎn)，導(dǎo)致了它們在某些應(yīng)用方面存在一定的局限性。與之不同，熒光探針法具有價(jià)格低廉、檢測方便、可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時檢測等優(yōu)點(diǎn)，受到廣大研究者的青睞^[7-8]。

LI等^[9]設(shè)計(jì)和合成了一種新型熒光探針1，該探針以萘酰亞胺為熒光團(tuán)，在其C-4位置引入席夫堿結(jié)構(gòu)單元，基于PET機(jī)理對Hg²⁺表現(xiàn)出高度選擇性并顯示出明顯的熒光增強(qiáng)現(xiàn)象。根據(jù)熒光滴定和Job圖可知，探針與離子結(jié)合比為2∶1。探針1對Hg²⁺的檢出限為0.18 μmol·L^-1，可用于環(huán)境和生物系統(tǒng)中低濃度Hg²⁺的定量分析。探針1的示意圖及其對Hg²⁺的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖1所示。

XIANG等^[10]開發(fā)了一種C-4位置為羥基的希夫堿“開-啟”熒光探針2。探針2對Zn²⁺表現(xiàn)出高選擇性和快速響應(yīng)（30 s）效果，并具有顯著的熒光增強(qiáng)現(xiàn)象，且對鋅離子的檢測限為39 nmol·L^-1，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)。使用Job曲線分析計(jì)算探針2與Zn²⁺離子的結(jié)合比為1∶1，結(jié)合常數(shù)為1.18×10⁵"L·mol^-1。此外，在實(shí)際應(yīng)用方面，探針2已成功應(yīng)用于水樣中Zn²⁺的檢測，同時將探針制備成涂層試紙條，可以快速、定性地檢測Zn²⁺離子。探針2的示意圖及其對Zn²⁺的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖2所示。

SUKRIYE等^[11]同樣在C-4位置引入水合肼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并合成了一種基于1，8-萘酰亞胺的熒光探針3，用于Cu²⁺的高靈敏度和特異性檢測。該探針表現(xiàn)出對Cu²⁺的“肉眼”反應(yīng)，顏色分別從黃色到藍(lán)色、黃色到無色發(fā)生顯著變化。探針3可以定量檢測Cu²⁺，檢測限為納摩爾級，結(jié)合比為2∶1。由于其優(yōu)良的特性，該探針是一種很有應(yīng)用前途的熒光探針，通過智能手機(jī)的應(yīng)用程序可以現(xiàn)場檢測樣本中的Cu²⁺，而不需要精密的設(shè)備，操作相當(dāng)簡單便捷。探針3的示意圖及其對Cu²⁺的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖3所示。

TANG等^[12]在C-4位置引入哌嗪設(shè)計(jì)合成了一種新型的萘酰亞胺熒光探針4。在緩沖溶液中，該探針對Fe³⁺具有良好的選擇性和靈敏度，同時具有快速的熒光增強(qiáng)和良好的抗干擾能力。該探針可以在5.0～8.0的pH范圍內(nèi)工作，檢測限為81"nmol·L^-1，與Fe³⁺絡(luò)合比為1∶1。探針4的示意圖及其對Fe³⁺的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖4所示。

2 "小分子型的4-取代1，8-萘酰亞胺熒光探針

甲醛（FA）是最簡單的活性羰基化合物，其濃度與人體健康及多種疾病密切相關(guān)^[13]。因此，XU課題組^[14]找到了一種新的合成方法，利用4-磺"""基-1，8-萘酰亞胺衍生物為原料構(gòu)建4-肼基-1，8-萘酰亞胺熒光探針5，可作為檢測FA的熒光探針。該探針具有制備簡便、熒光信號可開啟、選擇性強(qiáng)、對FA靈敏度高等特點(diǎn)。更重要的是，該探針可以制備成試紙來檢測氣態(tài)FA，并對活細(xì)胞中的外源性/內(nèi)源性FA進(jìn)行成像檢測。探針5的示意圖及其對甲醛（FA）的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖5所示。

高爾基體（GA）是生物系統(tǒng)中重要的細(xì)胞器，過量活性氧是高爾基體在受到壓力時產(chǎn)生的。次氯酸（HOCl）是一種重要的活性氧，具有較強(qiáng)的氧化和抗菌活性，但過量分泌次氯酸會導(dǎo)致高爾基體的結(jié)構(gòu)或功能出現(xiàn)異常，就會導(dǎo)致阿爾茨海默病、神經(jīng)退化等一系列疾病^[15]。LIU等^[16]設(shè)計(jì)了一種新型熒光探針6，該探針是通過對高爾基體定位的方法來檢測次氯酸。探針6使用1，8-萘酰亞胺作為發(fā)射熒光基團(tuán)，苯磺酰胺以定位基團(tuán)和C-4位置引入二甲基硫代氨基甲酸酯為傳感單元。當(dāng)HOCl不存在時，探針的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）過程受到阻礙，探針表現(xiàn)出微弱的熒光信號；當(dāng)HOCl存在時，發(fā)生ICT過程，探針顯示強(qiáng)烈的綠色熒光。當(dāng)HOCl濃度從5.0 × 10^-7"mol·L^-1變到1.0 × 10^-5"mol·L^-1時，探針的熒光強(qiáng)度與HOCl濃度呈良好的線性相關(guān)，檢測限為5.7 × 10^-8"mol·L^-1。在適宜pH范圍內(nèi)HOCl熒光探針具有反應(yīng)快、選擇性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。此外，該探針具有良好的生物相容性，已廣泛應(yīng)用在海拉細(xì)胞中高爾基HOCl成像，這些充分證明了該探針可用于活細(xì)胞中高爾基體內(nèi)感應(yīng)內(nèi)源性和外源性的次氯酸檢測。探針6的示意圖及其對次氯酸的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖6所示。

H₂S作為生物體內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，在許多生理過程中發(fā)揮著重要作用^[17]。ZHANG等^[18]設(shè)計(jì)并合成了一種簡單高效的1，8-萘酰亞胺熒光探針7，C-4位置引入仲胺基于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理，該探針對硫化氫有顯著的響應(yīng)，具有較大的斯托克斯位移（106 nm），對硫化氫具有特定的高選擇性和靈敏度。特別是，該探針在pH=4～10條件下具有高穩(wěn)定性、低細(xì)胞毒性和良好的細(xì)胞成像優(yōu)點(diǎn)，使其有望成為生物體中硫化氫的良好熒光探針。探針7的示意圖及其對硫化氫的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖7所示。

SO₂是一種顯著的信號分子，是活性硫化物質(zhì)之一，其密切參與許多代謝過程，而SO₂代謝不平衡會導(dǎo)致各種疾病出現(xiàn)^[19]。因此，對SO₂衍生物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、高選擇性、高靈敏度的監(jiān)測具有十分重要的意義。YANG等^[20]基于ICT機(jī)理在C-4位置引入羥基設(shè)計(jì)合成了一種比率熒光探針8，用于SO₂衍生物的比率成像。該探針經(jīng)過親核加成"HSO₃^-"/SO₃^2-，在單波長激發(fā)下，其波長發(fā)生了"""120 nm的藍(lán)移，對SO₃^2-具有顯著的比色和比率選擇性響應(yīng)、高響應(yīng)速度和靈敏度。此外，該探針可用于活細(xì)胞中外源性和內(nèi)源性SO₂衍生物的視覺比率成像。探針8的示意圖及其對SO₂衍生物的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖8所示。

丙烯醛是一種劇毒物質(zhì)，可以外源性和內(nèi)源性產(chǎn)生^[21]。因此，開發(fā)一種具有高度特異性和靈敏度的丙烯醛探針具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。JIANG等^[22]以萘酰亞胺為熒光團(tuán)，在其C-4結(jié)構(gòu)中引入巰基作為丙烯醛識別基團(tuán)，設(shè)計(jì)合成了一種新型丙烯醛檢測熒光探針9。該探針的巰基部分通過邁克爾加成結(jié)合丙烯醛，抑制探針光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移（PET）過程，導(dǎo)致探針在510 nm處產(chǎn)生強(qiáng)烈的熒光。該探針對丙烯醛具有很高的敏感性和特異性，可通過熒光分光光度法測定食品中的丙烯醛。此外，該探針甲酯化后成功地用于觀察Hela細(xì)胞中的丙烯醛，這一發(fā)現(xiàn)表明探針9在快速檢測各種樣品中的丙烯醛方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。探針9的示意圖及其對丙烯醛的熒光響應(yīng)機(jī)理如圖9所示。

WANG等^[23]設(shè)計(jì)合成了一種基于萘酰亞胺衍生物可同時檢測NO和pH的新型熒光探針10，該探針在C-4位置引入哌嗪基團(tuán)。該探針在99% PBS緩沖液和1% DMSO溶液中具有良好的熒光性能。在544 nm處產(chǎn)生黃綠色發(fā)射峰，熒光可隨著NO濃度的增加或pH的降低而增強(qiáng)。探針10對NO具有良好的選擇性、高靈敏度，對NO具有較強(qiáng)的抗干擾作用，在pH為5.5～8.5時表現(xiàn)出良好的熒光可逆性。光譜結(jié)果表明，探針10由于雙PET效應(yīng)而表現(xiàn)出微弱的熒光，與NO和pH相互作用后，發(fā)生了雙重PET-OFF效應(yīng)，導(dǎo)致熒光顯著增強(qiáng)。探""""針10在HeLa細(xì)胞中的熒光成像結(jié)果表明，它可以實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)pH和NO變化的視覺監(jiān)測。該探針已成功應(yīng)用于秀麗隱桿線蟲的熒光成像分析。探 "針10的示意圖及其對NO的熒光響應(yīng)機(jī)理見圖10。

3 "結(jié) 論

萘酰亞胺由于其獨(dú)特剛性的平面結(jié)構(gòu)，可被廣泛應(yīng)用作良好的發(fā)色團(tuán)。此外，1，8-萘酰亞胺基團(tuán)的C-4位置具有較高的化學(xué)活性，容易與其他化合物發(fā)生反應(yīng)。通過在1，8-萘酰亞胺基團(tuán)的C-4位置上引入不同的基團(tuán)可以設(shè)計(jì)出不同性能優(yōu)良的熒光分子探針，且其中部分優(yōu)異的探針已在生物體檢測中得到應(yīng)用。目前，隨著萘酰亞胺類熒光探針的研究發(fā)展，很多4-取代-1.8萘酰亞胺類熒光探針分子已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療、生命體等領(lǐng)域。然而，設(shè)計(jì)和研究新型4-取代1，8-萘酰亞胺類熒光分子探針依然是未來廣大研究者青睞的一個研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]"雷紹玉. 基于1，8-萘酰亞胺衍生物熒光探針的制備及其性能研究[D]."濟(jì)南：齊魯工業(yè)大學(xué)，2022．

[2]"ALEXIOU M S，"TYCHOPOULOS V，"GHORBANIAN S，"et"al. The UV-visible absorption and fluorescence of some substituted 1，8-naphthalimides and naphthalic anhydrides[J]. J. Chem. Soc. Perkin Trans， 1990，"2： 837-842．

[3]"ROGERSJE， KELLY L A."Nucleic acid oxidation mediated by naphthalene and benzophenone imide and diimide derivatives： consequences for DNA redox chemistry[J]. J."Am."Chem."Soc，"1999，"121： 3854-3861.

[4]"孔然，向平，陳卓南，等."碳纖維離子化質(zhì)譜技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].分析測試學(xué)報(bào)，2023，42（1）：116-123.

[5]"周婉文."原子吸收光譜法在食品重金屬檢測中的應(yīng)用[J]."食品工程，"2023（1）：74-75.

[6]"李月娥，孟慶俊，李昌平."電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測定土壤中的碘[J]."中國無機(jī)分析化學(xué)，2023，13（6）：549-555.

[7]"龔慧媛，穆葉舒，洪琛，等."萘酰亞胺衍生物的合成及在水相中檢測苦味酸[J]."化學(xué)研究，2022，33（5）：444-452.

[8]"周帥龍. 基于DNA模板的熒光銅納米粒子研究進(jìn)展[J]."遼寧化工，2022，51（11）：1602-1605.

[9]"LI K Y，"LI R X，"KONG X X，"et"al."A highly selective and sensitive fluorescent sensorbasedona1，8-naphthalimide with"a"Schiff base function for Hg²⁺"in aqueous media[J]."Zeitschrift für Naturforschung B， 2022， 7（9）："611-617.

[10]"XIANG D S， ZHANG S Z， WANG Yu， et al. A novel naphthalimide- based “turn-on” fluorescent chemosensor for highly selective detection of Zn²⁺[J]."Tetrahedron，"2022，"106："132648.

[11]"SUKRIYE N"K"E，"FATMA N"A，"DUYGU A."A novel ratiometric fluorescent and colorimetric sensor based on a 1，8-naphthalimide derivative for nanomolar Cu²⁺"sensing： smartphone and food applications[J]."Analyst，"2022，"147："2687-2695.

[12]"TANG T X， GUO W B， ZHANG Y P， et al.A novel 1，8-naphthalimide-"based “turn-on” fluorescent sensor"for Fe³⁺[J]."Journal of Fluorescence，"2019，"29："445-450.

[13]"馬雪豐，陳果，秦德萍."食品中甲醛檢測標(biāo)準(zhǔn)與分析技術(shù)研究進(jìn)展[J]."現(xiàn)代食品，2022，28（11）：156-159.

[14]"XU Z Q，"YANG X M，"LIU Z R，"et"al. A 1，8-naphthimide-based fluorescent probe for detection of formaldehyde in gaseous and application in living cells[J]."Photochemistry amp; Photobiology"A： Chemistry，"2022，"426："113731.

[15]"陳立功，侯宇晴，崔思乾."多功能熒光探針用于次氯酸及微環(huán)境檢測[J]."天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2022，55（9）：887-894.

[16]"LIU S Z，"XU J H，"MA Q J，"et"al."A naphthalimide-based and Golgi-targetable fluorescence probe for quantifying hypochlorous acid[J]."Spectrochimica Acta Part A： Molecular and Biomolecular Spectroscopy，"2023，"286： 121986.

[17]"姜海燕."H₂S熒光素類探針的進(jìn)展研究[J]."當(dāng)代化工，2021，50（3）：735-739.

[18]"ZHANG C L，"WANG Y M，"LI X L，"et"al."A simple and efficient""fluorescent"probe based on 1，8-naphthalimide-Ebselen for selectively detecting H₂S in living cells[J]."Tetrahedron Letters，"2022，"110："154199.

[19]"神興明，任士偉，王娜."工業(yè)廢氣二氧化硫的危害和檢測方法[J].河南化工，2023，40（1）：54-55.

[20]"YANG L L，"YANG N，"GU P L，"et"al."A novel naphthalimide-based fluorescent probe for the colorimetric and ratiometric detection of SO₂"derivatives in biological imaging[J]."Bioorganic Chemistry，"2022，"123："105801.

[21]"黃敏軒，金潔，馬紅映."丙烯醛致慢性阻塞性肺疾病發(fā)病機(jī)制[J].生命的化學(xué)，2022，42（3）：424-429.

[22]"JIANG K Y，"ZHOU P，"ZHENG J，"et"al.Design of a naphthalimide-based probe for acrolein detection in foods and cells[J]."Journal of Hazardous Materials，"2022，"426："128118.

[23]"王玉敏，趙巧，廖旭芳，等."一種基于萘酰亞胺衍生物同時檢測NO和pH的熒光探針的合成及生物成像研究[J]."分析實(shí)驗(yàn)室，2023，42（1）：16-21.

Research Progress of 4-Substituted 1，8-naphthalimide Fluorescent Probes

LI Hui， LI"Zhaoyun

（School of Agronomy and Bioscience， Dehong Teachers’"College， Mangshi"Yunnan 678400， China）

Abstract："Fluorescence spectroscopy is a technical tool for the detection of quantitative low-concentration analytes. "Recent research"progress shows"that fluorophores with 1，8-naphthalimide， rhodamine B， coumarin， quinoline and other fluorescent probes have research value and potential applications. As a special environmentally sensitive fluorophore， 1，8-naphthalimide derivatives are increasingly studied because of their strong absorption and emission in visible regions， high optical stability， large Stokes shift， high fluorescence quantum yield and easy modification of the 4-position structure. In recent years， the design and preparation of novel fluorescent probes for the 4-substitution 1，8-naphthalimide have attracted wide attention. The research"progress of 4-substituted """"""1， 8-naphthalimide fluorescent probes"was"reviewed. By introducing different electron-donating or electron-receiving groups at the C-4 position of the 1， 8-naphthalimide unit， the modification of the fluorescence properties of 1，8-naphthalimide fluorescent probes can be achieved.

Key words："1，8-Naphthalimide; C-4 position; Fluorescent probe; Research progress