香豆素衍生物熒光分子探針的合成及性能研究_畢業設計論文-文庫吧

【正文】 .................. 16 其它金屬離子對探針識別 Cu2+光譜的影響 ............................................................ 17 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 4 結 論 ...................................................................................................................................... 19 參考文獻 .................................................................................................................................. 20 致 謝 ...................................................................................................................................... 27 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 5 第 1 章 緒論 概述 熒光的定義 熒光是一種光致發光的冷發光現象。常溫下，當用紫外光或可見光照射某些物質時，這些物質吸收光能而處于激發態并在極短的時間內 (108s)發射出比入射光波長長的光線，并且發射出的光線的波長和強度各不相同，而一但停止照射后，這種光也隨之消失，這種光被稱為熒光，能發出熒光的物質稱為熒光物質 [13]。 熒光產生的原理 物質在吸收入射光的過程中，光子的能量傳遞給了物質分子，該分子受到激發，原來處于基態的電子在很短的時間內 (1015s)級躍遷到較高能級，躍遷前后兩個能級間的能量差等于分子受到激發時吸收光子的能量。紫外、可見光區的光子能量較高，足以引起分子中的電子被光子激發，隨即發生電子能級間的躍遷，處于這種激發態的分子稱為電子激發態分子。此后，由于 分子處于 激發態 及其 不穩定，其通過內轉換過程把部分能量轉移給周圍分子，使較高激發態的電子很快回到最低激發態的最低振動能級。即通過輻射的方式返回基態。輻射的衰變過程伴隨光子的發射，即產生熒光。圖 為分子內所發生的激發過程以及輻射躍遷衰變過程的示意圖。 熒光分子在未被照射前一般處于基態單重態 S0，在吸收入射光的光子能量后，分子被激發。分子中的電子容易從 S0 躍遷至激發單重態 S S2。高能量的單重激發態分子通過無輻射躍遷回到激發態的最低能級 S1，處于 S1 的分子壽命一般為 104108 秒，它們會通過輻射衰變返回基態 S0。，此過程會伴隨光子的產生，這就是熒光 [4]。 E：能量； F：熒光； ic：內轉換 圖 熒光的產生過程 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 6 熒光探針 熒光探針是一類在紫外 可見 近紅外 光 區有特征熒光，并且其熒光性 能 (激發 波長、發射波長、強度等 )可隨所處的環境的性質，如極性、 濃度、 折射率等 方面的變 化 而靈敏地改變的熒光性分子 [5]。它能將分子識別事件通過熒光信號有效表達出來 [6]。它廣泛應用于金屬陽離子 [79]、陰離子 [10]和中性分子 [11]等被分析物的熒光識別檢測。在眾多的分析方法中，熒光分子探針及其技術具有靈敏度高、選擇型好、使用方便、成本低、不需預處理等諸多優點 [12]，因此近年來受到化學界、生物學界和醫學界 [12,13]的廣泛關注。 熒光探針一般是由熒光基團和識別基團通過連接基 (共價鍵 )相連而成，各基團起不同作用。熒光團起到把識別事件以光學信號的形式表達出來 。識別基團起到選擇性的和客體結合 的作用，即事件的識別 [14]。熒光探針是統一的整體，不是基團簡單的疊加，因此在熒光探針的設計合成中必須二者兼顧。 當識別基團與被分析物結合時會引起熒光基團的化學環境發生變化，通過顏色的改變、光譜的移動、熒光強度的增減等現象來表現，這些變化可被裸眼或者儀器識別。這是目前為止在設計熒光探針中應用最廣泛的方法 。 香豆素類熒光探針的研究進展 香豆素又名 1， 2苯并吡喃酮 (分子式如下 )，廣泛存在于自然界中的一種內酯類化合物， 天然存 在 于 蕓香科和傘形科植物中最多，其次是黑香豆、香蛇鞭菊、野香莢蘭 、蘭花等中 ，少數 來自微生物。由于它具有抗艾滋病，抗腫瘤，抗氧化，抗微生物，降壓，抗輻射等多方面的生物活性以及良好的光學特性等優點，被廣泛應用于各個領域 [15,16]。 O O 香豆素及其衍生物在各個領域中的應用 研究表明， 在醫藥領域中 香豆素類化合物具有多方面獨特的生理學和生物學活性，對人體具有例如：抗高血壓、抗凝血、抗真菌、抗細菌、抗病毒、抗癌等一系列的生物和藥用活性。近年來發現香豆素類化合物還具有神經保護、抗高尿酸血癥抗氧化、抗衰老以及抵抗當今危害人類健康的頑癥 AIDS 和腫瘤方面有較好的藥物活性 [1720]。 香豆素類衍生物也是重要的醫藥中間體，如 4羥基香豆素，是一類抗厭氧菌類藥物 。這類的 4羥基香豆素的衍生物，是維他命 K 的拮抗劑 ， 也是一種是用于生產口服 性 抗凝血藥物華法林等 的原料 [21]。 7羥基 4甲 基 香豆素能松弛肌 肉 ，具有較強的鎮痛作用，同時也能 較為 溫和、 并且 持續地促進膽汁 的 分泌，加強抗菌作用，具有明顯的利膽作用，用于利膽藥物的合成。 由于香豆素 類 熒光染料具有極高的熒光效率和 Stokes 位移大等優異的特點，成為近齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 7 幾年來有機熒光染料研究的重點之一。 該 類染料 屬高檔次的熒光染料， 是熒光染料中重要品種 (表 1)，具 有發射強度高、色澤鮮艷、熒光強烈等特點 [15]， 主要用作熒光溶劑染料和熒光有機顏料，它們著色品的特點是鮮艷、醒目 。該類染料中的一些品種還可用作激光染料并具有良好的應用性能。 表 1 三類主要香豆素類熒光衍生物 類別 結構式 用途 熒光增白劑 OR O 耐熱性、耐濕及耐氯性能均較好。適用于滌綸，醋酸纖維、尼龍等纖維及聚酯樹脂原液的增白。 溶劑染料 O( R ) 2 N R 1NHN R 2R = M c , E t 。 R 1 = N H , O 。 R 2 = H , C l , C H 3 廣泛用于聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、日用工藝品裝飾品、熒光油墨等。 熒光染料 OE t 2 N R 1XN RX = O , S , N H R = H , C H 3 。 R 1 = R 2 = ( C H 2 ) 3 O C H 3 , C 2 H 5S 2 O 2 N R 6R 5 具有更優良的牢度性能和溶解性能。作為熒光染料應用于太陽能手機契合激光器。 香豆素類熒光因為苯并吡喃酮結構，具有熒光量子產率高、 Stokes 位移大、光穩定性好等優點，是熒光傳感器分子設計中的優秀候選熒光團 ，在分析領域中有重要的應用 。最新研究發現，應用于多糖和糖蛋白的檢測時，將幾種香豆素類 (如 3羥基香豆素、 3氨基香豆素、 3羧基香豆素和 4甲基 7羥基香豆素 )作為 新基質 ， 每個激光點照射樣品均能產生較強的質譜信號，且譜圖重現性更好，為分析多糖和糖蛋白提供了更多可以選擇的新基質 [15,22]。 香豆素類化合物具有熒光量子產率高、 Stokes 位移大、待分析物質經衍生化可大大增強其熒 光響應提高檢測靈敏度和選擇性、有穩定分析物的作用，尤其針對那些活潑的和有揮發性的化合物、有助于化合物基團的確證光物理和光化學性質可調等優點，是熒光探針分子設計中的優秀候選熒光團 [2325]。因此近年來香豆素類熒光探針的設計、合成逐漸成為一個新興的研究熱點。 香豆素衍生物類 熒光 分子 探針 在香豆素的 6 或 7 位引入供電子基團， 3 或 4 位引入吸電子基團得到具有 “推一拉 ”電子體系的衍生物 [2628,29]，它們與不同的陽離子受體結合即可得到基于 PET 或 ICT 機理的熒光傳感器 [30]。 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 8 2020 年， Mi Hee Kim[31]等人，設計合成了化合物香豆素 1，它是將香豆素 334 和聯氨反應，其中醛基上氧原子被聯伯胺氮原子取代。化合物 1 在與 Cu2+的配合下顯示其熒光性。因為銅離子對各種胺配體顯示很高的親和力，銅離子勢必與 1 鍵合，這反過來又促進 1 中腙鍵的水解。水解產物和銅離子分離，銅離子又結合到另一個 1 上，隨之又促進了通過催化傳感器周期腙鍵的水解。最后催化周期誘導和放大熒光信號。 NOO NN HO M eNOO NN HO M eC u2 +C u2 +1 2020 年，熊敏秋 [11]小組用 7羥基 4甲基香豆素與二溴丙烷設計合成了化合物 2，并且在化合物 2 的基礎上分別與不同化合物合成 5。化合物 2~5 均能使三聚氰胺的熒光 (λem＝ 355 nm， If, max＝ 36 .)猝滅，其中化合物 2~4 的熒光光譜沒有因加入三聚氰胺而發生變化。當在化合物 5 中加入三聚氰胺時，其熒光光譜發生了明顯的猝滅現象，說明熒光探針化合物 5 對三聚氰胺具有識別作用。 O OC H 3OB r n2 O OC H 3ON n3 O OC H 3ON nOOC H 3O Nn4 O OC H 3ON nOOC H 3O NnOOC H 3O NnO OC H 3ONn5 2020 年，郭媛 [32]等合成了 2 種香豆素類熒光化合物 6， 8二氯 7羥基 香豆素 3羧齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 9 酸 (6)和 6氯 7羥基 香豆素 3羧酸 (7)，其中化合物 5 未見文獻報道。分別測定 6 和 7 在石油醚、乙醚、乙醇、甲醇和水 中的紫外和熒光光譜。結果發現，溶劑的極性較大時，紫外最大吸收波長較大。而同樣濃度的熒光光譜中觀察到， 6 和 7 在極性較大的乙醇、甲醇和水中的熒光強度比極性較小或無極性的乙醚和石油醚中熒光強度明顯強，而且最大發射波長發生紅移。 OC lH OC lOCOO H6OH OC lOCOO H7 2020 年， Lin 課題組 [33]提出了一種新的策略來增強化學計量計型探針的熒光比值，通過修飾探針上的電子結構來調節分子內的 ICT 過程，進而達到與待測物發生作用前后熒光比值變化大的目的。設計合成了化合物 8，證明上述策略的有效性。 O ONNN C C NN H 28 O OR 1ONH N H 2R 2R 29 2020 年， Plater[34]等將鄰苯 二胺 與 香豆素 反應 合成了 NO 的熒光探針 9。鄰苯二胺部分可以用甲基或甲氧基取代， 能夠 更進一步增強其給電子能力。芳香胺的電子通過PET 轉移到激發態熒光團的最低能量空軌道上導致熒光淬滅。而與 NO 等 絡合 后能把鄰苯二胺部分轉換成具有較高的氧化電位的缺電子的苯并三唑衍生物， PET 被抑制，熒光增強。 1997 年， Bru[35]等設計合成基于 β二碳基的香豆素類 Mg2+熒光探針 10。在其它堿土金屬離子存在下， 10 選擇性識別 Mg2+， Mg2+和 β二羰基容易形成絡合物，使得香豆素的 3 位吸電子能力增強， ICT 效應也加強，熒 光激發波長和發射波長都發生紅移。 O OOOOM g 2 +E t 2 NO OE t 2 NOOOM g 2 +1 0 Suzuki[36]等同樣也設計合成了 β二羰基類 Mg2+熒光探針 1 12。 1 12 與 Mg2+形成 1:1 絡合物，使 ICT 效應加強，熒光激發波長和發射波長都發生紅移。 齊齊哈爾大學畢業設計 (論文 ) 10 O OO OO ON1 1O OO OO ON1 2 2020 年，林衛英等 [37]將哇琳接到香豆素衍生物母體上，合成了一種新型的香豆素熒光探針 13。 Ni2+或 Co2+離子可與香豆素喹啉化合物絡合，因此在 Ni2+或 Co2+離子存在下，香豆素喹啉化合物的熒光增強。 OH 3 C O OON1 3 OH O ONH O1 4 2020 年，李和陽等 [38]通過兩步有機合成，得到 7羥基 3烯 胺香豆素 l4。該香豆素衍生物在乙睛溶液幾乎沒有熒光，然而在鋅 (II)離子存在下，能最大吸收顯示出紅移，從 374