苯硫酚熒光探針研究進展

葛文奇，圣迎迎，喬亞東，曹 忠*，姚志軼*，吳海臣

（1.長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，電力與交通材料保護湖南省重點實驗室，微納生物傳感與食品安全檢測協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙410114）

（2.中國科學(xué)院高能物理研究所，納米生物效應(yīng)與安全性重點實驗室，北京100049）

苯硫酚熒光探針研究進展

葛文奇1，圣迎迎1，喬亞東2，曹 忠1*，姚志軼2*，吳海臣2

（1.長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，電力與交通材料保護湖南省重點實驗室，微納生物傳感與食品安全檢測協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙410114）

（2.中國科學(xué)院高能物理研究所，納米生物效應(yīng)與安全性重點實驗室，北京100049）

苯硫酚極易揮發(fā)，對生物體有很高的毒性，同時也是一種典型的環(huán)境污染物。因此，在水體和生命體中對苯硫酚進行高選擇性和高靈敏性的檢測具有很重要的意義。在眾多檢測技術(shù)手段中，熒光探針具有操作簡便、靈敏度高、選擇性好、對生物樣品損傷小以及可以直接在活細胞或組織中檢測等優(yōu)點，因而成為近年來研究的熱點之一。該文針對近十年報道的苯硫酚熒光探針，對其化學(xué)反應(yīng)類型進行了分類，系統(tǒng)總結(jié)了相關(guān)熒光探針的檢測機理及其在環(huán)境和生物中的應(yīng)用，重點闡述了探針的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，最后展望了苯硫酚熒光探針的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景。

苯硫酚；熒光探針；分析應(yīng)用；綜述

0 引言

巰基化合物包括脂肪族硫醇和芳香族硫酚，它們是化學(xué)工業(yè)和生物系統(tǒng)中的一種重要物質(zhì)。脂肪族硫醇中的半胱氨酸、同型胱氨酸和谷胱甘肽在生理調(diào)節(jié)過程中有很重要的作用[1-4]，芳香族硫酚對生物體卻有很高的毒性，極易揮發(fā)，不僅氣味難聞，而且對人的生理和心理有著嚴重的影響。長期接觸苯硫酚，可能會造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、呼吸困難、肌肉無力、肢體癱瘓、昏迷，甚至死亡[5-8]。苯硫酚對魚和小鼠的半數(shù)致死量分別為0．01～0．4mmol/L和46．2mg/kg[6-9]，并且被美國環(huán)境保護局添加到優(yōu)先級的污染物中（EPA廢物代碼為P014）[10]。因此，發(fā)展環(huán)境及生物樣品中苯硫酚的特異性檢測方法具有重要的意義。

目前，高效液相色譜法[11]、氣相色譜法[12]、非線性光譜學(xué)[13]和基于納米材料的傳感器[14-15]等方法都可用來檢測苯硫酚的濃度，但是這些方法樣品前處理復(fù)雜、靈敏度低、易受干擾、儀器昂貴、無法實時在線監(jiān)測。熒光探針檢測法因其操作簡便、響應(yīng)迅速、靈敏度高和選擇性好以及可以在活細胞或組織中直接檢測等優(yōu)點而受到廣泛的關(guān)注。

近年來，苯硫酚熒光探針得到了科研工作者的廣泛研究，在探針設(shè)計、作用機制和生物應(yīng)用等方面取得了迅猛的發(fā)展。該文對近十年報道的苯硫酚熒光探針按照其化學(xué)反應(yīng)類型進行了分類和總結(jié)，綜述了磺胺類、磺酸酯類、醚鍵類和亞砜類的苯硫酚熒光探針的研究進展，著重概述了熒光探針的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系及其在環(huán)境、生物方面的應(yīng)用。

1 磺胺類熒光探針

脂肪族硫醇和芳香族硫酚因其化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，難以進行區(qū)分，選擇性較差。因此，設(shè)計出可以區(qū)分脂肪族硫醇和芳香族硫酚的熒光探針是一個巨大的挑戰(zhàn)。其中，磺胺類化合物是第一種用于區(qū)分脂肪族硫醇和芳香族硫酚的熒光探針，由含有氨基的熒光團與具有猝滅、識別作用的2,4-二硝基苯磺酰基（DNBS）形成。

2007年Wei Jiang等[16]報道了第一個可以區(qū)分脂肪族硫醇和苯硫酚的熒光探針，他們基于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）將有強吸電子基團的2,4-二硝基苯磺?；c熒光團4-氨基-7-硝基-2,1,3-苯并惡二唑通過磺胺鍵連接在一起，形成沒有熒光的探針1。利用苯硫酚的親核性，基于親核芳香取代（SNAr）機制，使磺胺鍵斷裂，阻斷探針的ICT過程，釋放出有熒光的4-氨基-7-硝基-2,1,3-苯并惡二唑基，響應(yīng)機理如圖1。苯硫酚的pKa值為6.5，脂肪族硫醇的pKa值為8.5，因此，在中性反應(yīng)介質(zhì)中，苯硫酚可以與探針中的磺胺鍵響應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的硫醇鹽，但在相同的反應(yīng)條件下，脂肪族硫醇難以使磺胺鍵裂解，實現(xiàn)了區(qū)分脂肪族硫醇和芳香族硫酚的目的。在pH為7.3的磷酸緩沖液中，該探針對于苯硫酚的檢測限為2μmol/L。

圖1 探針1對苯硫酚的響應(yīng)機理[16]Fig.1 Responsemechanism ofprobe 1 to thiophenol[16]

2010年Wei Jiang等[17]基于光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移機制（PET）設(shè)計合成了苯硫酚熒光探針2，響應(yīng)機理如圖2。以苯并惡唑作為熒光團，它在水中的量子產(chǎn)率為0.39，與有猝滅作用的2,4-二硝基苯磺酰基（DNBS）通過磺胺鍵連接形成探針2。苯硫酚使探針的磺胺鍵斷裂后，熒光增強了100倍以上，該探針對苯硫酚有很好的選擇性，檢測限為0.2μmol/L。

圖2 探針2對苯硫酚的響應(yīng)機理[17]Fig.2 Responsemechanism ofprobe 2 to thiophenol[17]

圖3 磺胺類熒光探針3-11的結(jié)構(gòu)式Fig.3 Structureof fluorescentprobes3-11 based on sulfanilamides

萘二甲酰亞胺光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、有高的量子產(chǎn)率和大的斯托克斯位移，容易進行修飾，已被廣泛應(yīng)用于設(shè)計各種熒光分子探針[18]。2012年 ZhengWang等[19]利用萘二甲酰亞胺作為熒光團，DNBS作為猝滅基團，設(shè)計了苯硫酚熒光探針3（見圖3）。該探針在pH為8.0的磷酸緩沖液中，對苯硫酚的響應(yīng)時間為20min，檢測限為20 nmol/L。探針3在實際水樣中對于苯硫酚的檢測有很好的重現(xiàn)性，可以用于實際樣品中苯硫酚的定量檢測。2015年Wenying Zhang等[20]也采用了萘二甲酰亞胺衍生物設(shè)計了苯硫酚熒光探針4（見圖3）。在水和乙醇體積比為7∶3的溶液中，相較于探針3，對苯硫酚的響應(yīng)在3min內(nèi)完成。探針4在親核物質(zhì)、脂肪族硫醇、陰離子和金屬離子的存在下對苯硫酚有良好的選擇性，檢測限達到10.3 nmol/L。探針4既可用于試紙和水樣中苯硫酚的檢測，又可檢測A 549細胞中的苯硫酚。

2015年Kaibin Li等[21]將萘二酰亞胺衍生物與丹磺?；ㄟ^丹磺酰胺鍵連接在一起，形成比率型熒光探針5（見圖3）。苯硫酚與探針5發(fā)生親核芳香取代，丹磺酰胺鍵斷裂，并用質(zhì)譜對響應(yīng)機理進行了驗證。在20mmol/L的HCl-Tris緩沖液中，探針5與苯硫酚在幾秒內(nèi)響應(yīng)達到平衡，檢測限為3.8 nmol/L，選擇性良好。2016年 Weijie Zhang等[22]用N-丁基-4-氨基-1,8-萘二甲酰亞胺做熒光團，DNBS做識別基團，哌嗪作為連接基團設(shè)計了苯硫酚探針6（見圖3）。該探針對苯硫酚的響應(yīng)時間為100 s，檢測限為13 nmol/L。圖4為探針6和苯硫酚在HepG 2細胞中的熒光成像。

氟化硼二吡咯（Boron-dipyrromethene，簡稱BODIPY）是一種具有高的摩爾消光系數(shù)、高的熒光量子產(chǎn)率、光性質(zhì)穩(wěn)定的熒光物質(zhì)[23]。2012年Dayaneshwar Kand等[24]基于PET將BODIPY衍生物與DNBS通過磺胺鍵連接，形成沒有熒光的探針7（見圖3）。該探針7與苯硫酚響應(yīng)前后，溶液的顏色從淡紅色變化到淡黃色，在365 nm手提紫外燈的照射下，溶液顏色從紫色變化到綠色。利用密度泛函理論（DFT）和時間依賴泛函理論（TDDFT）對響應(yīng)機理進行了驗證，基于親核芳香取代機制的一種熒光顯現(xiàn)型反應(yīng)，熒光強度最大可以增強63倍。同時，該探針對苯硫酚有很好的選擇性，檢測限為34．4 nmol/L。此外，該探針有很好的生物相容性，可以在Hela細胞中進行生物成像。2015年Xiangmin Shao等[25]用1-氨基BODIPY與識別基團DNBS合成了紅光發(fā)射的熒光探針8（見圖3），該探針具有能在活細胞中消除背景干擾的獨特優(yōu)勢，圖5為探針8與苯硫酚在7721細胞中的熒光成像。在丙酮和磷酸鹽的緩沖液中，對苯硫酚的檢測限為4μmol/L。在溶液中加入使探針水溶性增加的1%Tween 20，對苯硫酚的檢測限下降為37 nmol/L。

圖4 探針6和苯硫酚在HepG 2細胞中的(a)對照；(b)熒光成像[22]Fig．4 Detection of thiophenol in HepG 2 cellsby probe 6(a)control,(b)fluorescentimaging[22]

圖5 探針8和苯硫酚在7721細胞中的(a)對照；(b)熒光成像[25]Fig．5 Detection of thiophenol in 7721 cellsby probe 8(a)control,(b)fluorescentimaging[25]

香豆素因其良好的溶解性、細胞滲透性、易于修飾和高的量子產(chǎn)率，而受到人們的廣泛關(guān)注[26]。2014年Jun Li等[27]利用4-（二乙基氨基）-2-羥基苯甲醛和DNBS形成了熒光顯現(xiàn)型的苯硫酚熒光探針9（見圖3），熒光強度可增強280倍。在磷酸鹽緩沖液中，pH值在5～10時，有很好的響應(yīng)，適用范圍較廣。在365 nm的手提紫外燈照射下，探針與苯硫酚響應(yīng)前后，溶液顏色由無色變化到綠色。該探針的最大斯托克斯位移為145 nm，良好的生物相容性，既可以用于實際水樣的檢測，也可以在HEK 293細胞中進行生物成像。2015年，該課題組的QiSun等[28]又用N,N-二乙基氨基取代的香豆素衍生物設(shè)計了探針10（見圖3），N,N-二乙基氨基的扭曲提高了探針的傳感性能。該探針的最大斯托克斯位移為155 nm，熒光強度增強了700倍，對苯硫酚的檢測限為4．5 nmol/L。

近紅外熒光分子探針的激發(fā)發(fā)射波長一般都在650～900 nm，在體外和體內(nèi)對于追蹤分子有獨特的優(yōu)勢，如深層的組織穿透力，對生物樣品損傷較小，在生物系統(tǒng)中的背景干擾很小，可以實現(xiàn)在活體動物內(nèi)的成像分析[29]。2014年Dehuan Yu等[30]報道了第一個用近紅外熒光團二氰基亞甲基-苯并吡喃設(shè)計的熒光探針11（見圖3），該探針的最大斯托克斯位移為180 nm，可以用于檢測實際水樣和細胞中的苯硫酚。在含有30%DMSO的磷酸鹽緩沖液中，在幾分鐘內(nèi)即可完成響應(yīng)，對苯硫酚的檢測限為0．15μmol/L。

2 磺酸酯類熒光探針

磺酸酯類化合物是一類由含有酚羥基的熒光團與DNBS通過磺酸酯鍵形成的用于苯硫酚檢測的熒光探針，相較于磺胺類熒光探針，更容易與苯硫酚響應(yīng)。2011年Chunchang Zhao等[31]用含有羥基的BODIPY衍生物和具有猝滅作用的DNBS通過磺酸酯鍵連接形成探針12，苯硫酚和探針12發(fā)生親核芳香取代，使磺酸酯鍵斷裂，熒光顯現(xiàn)，響應(yīng)機理如圖6。探針12和苯硫酚響應(yīng)的熒光強度I565/I629在pH為6．6時為0．3倍，當pH為8．8時變?yōu)?倍，可以消除環(huán)境條件、儀器效率等因素的干擾。此外，該探針和苯硫酚響應(yīng)前后的溶液顏色從綠色變化到紅色，對苯硫酚有很好的選擇性，檢測限為0．95μmol/L。

圖6 探針12對苯硫酚的響應(yīng)機理及其溶液顏色變化[31]Fig．6 Responsemechanism ofprobe 12 to thiophenoland variation ofsolution color[31]

2012年Wei Sun等[32]用苯并噻唑熒光團與DNBS設(shè)計了熒光探針13（見圖7），對苯硫酚響應(yīng)迅速，在兩分鐘內(nèi)即可達到平衡。探針對苯硫酚既有很好的選擇性，又可以用于PC-3細胞成像。

2014年DnyaneshwarKand等[33]研究了DNBS分別與N-苯基-1,8-萘二甲酰亞胺的苯環(huán)上的鄰位、間位和對位的羥基連接時，形成的探針（14-o, 14-m,14-p，見圖7）與苯硫酚的響應(yīng)情況。用DFT法對三種位點的探針進行了計算，14-o分子內(nèi)存在氫鍵，探針的熒光強度比較小。通過對探針及其與苯硫酚響應(yīng)后釋放出的熒光團的熒光強度和相對熒光強度的比較，與DFT計算的結(jié)果一致，發(fā)現(xiàn)DNBS位于苯環(huán)鄰位的探針14-o熒光強度最小，相對熒光強度變化在三者之間最高，14-m次之，14-p在三者之間效果最差。同時，探針14-o在有脂肪族硫醇或者陰離子時，對苯硫酚仍有很好的選擇性，且對苯硫酚的響應(yīng)時間為1min，熒光強度最大增強20倍，檢測限為22．4×10-8nmol/L。該探針既可以用于實際水樣的分析，還可以用于活細胞成像。

雙光子熒光探針相較于單光子熒光探針，背景干擾較小，對生物樣品的損傷較小，更容易三維空間定位，有更高的分辨率和滲透率。2015年Hong-Wen Liu等[34]利用含有D-π-A結(jié)構(gòu)的雙光子萘熒光團與紅光發(fā)射的BODIPY和具有猝滅、識別作用的DNBS通過磺酸酯鍵連接，形成探針15（見圖7）。在最大發(fā)射波長處，熒光強度最大增強了163倍，對苯硫酚的檢測限為4．9 nmol/L。此外，該探針用于苯硫酚的檢測不僅在實際水樣中有很好的重現(xiàn)性，而且可以在活細胞和組織中成像，在組織中成像的深度為90～220 μmol/L，其中，圖8是探針15和苯硫酚在大鼠肝組織中的熒光成像。

激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（ESIPT）染料一般有很大的斯托克斯位移（＞150 nm），可以最大限度的減少自吸收及自體熒光在體內(nèi)應(yīng)用的干擾。2016年Xiaojun Hu等[35]基于ESIPT將2-（1-（4-甲氧基苯基）-4,5-二苯基-1H-咪唑-2-基）吡啶-2-基）苯酚與DNBS合成了探針16（見圖7），該探針與苯硫酚的響應(yīng)在1min內(nèi)達到平衡，最大斯托克斯位移為170 nm，檢測限為0．189μmol/L。此外，探針可以檢測實際水樣和活細胞中的苯硫酚。

圖7 磺酸酯類熒光探針13-18的結(jié)構(gòu)式Fig．7 Structure of fluorescentprobes13-18 based on sulfonic acid esters

圖8 探針15和苯硫酚在大鼠肝組織中的(a)對照；(b)熒光成像[34]Fig．8 Detection of thiophenol in rat liver tissue by probe 15(a)control,(b)fluorescent imaging[34]

2016年Ruibing An等[36]用7-羥基-3-甲基-苯并嗪酮與DNBS設(shè)計了可以檢測實際水樣中苯硫酚的熒光探針17（見圖7），該探針不受陰離子和脂肪族硫醇的干擾，檢測限為24 nmol/L。

2016年XiaoboWang等[37]設(shè)計了用香豆素衍生物和DNBS合成了分別含有磺酸酯鍵和磺酰胺鍵的探針18-A和18-B（見圖7），對比發(fā)現(xiàn)，探針18-B不僅響應(yīng)慢，而且檢測限為30 nmol/L；同時，探針18-A不僅響應(yīng)迅速，而且檢測限為7．3 nmol/L。探針18-A在pH1．0～pH12．0的緩沖液中，基本沒有變化，與苯硫酚在pH4．0～pH9.0的緩沖液中，有很好的響應(yīng)。

3 醚鍵類熒光探針

醚鍵類化合物包括兩類，一類是由酚羥基與2,4-二硝基苯基（DNP）形成的，DNP可以降低組成的反應(yīng)性，有更好的選擇性；另一類是由最新發(fā)現(xiàn)的可以用做猝滅基團和識別基團的嘧啶與酚羥基形成的，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2009年Weiying Lin等[38]用羥基香豆素染料和有猝滅、識別作用的2,4-二硝基苯基通過醚鍵連接在一起，形成熒光探針19，苯硫酚通過親核芳香取代，使探針的醚鍵斷裂，釋放出熒光，響應(yīng)機理如圖9。在含有45%DMF的25mmol/L磷酸鈉緩沖液中，探針加入苯硫酚后，溶液顏色可視化，由白色變化為黃色，在365 nm手提紫外燈的照射下，溶液顏色由無色變化到綠色。熒光強度增強1000倍以上，檢測限達到1.8 nmol/L。在實際水樣中檢測苯硫酚時，不僅有很好的重現(xiàn)性，而且檢測限為5 nmol/L。此外，該探針既可用于試紙中苯硫酚的檢測，又可在Hela細胞中進行生物成像。

圖9 探針19對苯硫酚的響應(yīng)機理[38]Fig.9 Responsemechanism ofprobe19 to thiophenol[38]

圖10 醚鍵類熒光探針20-31的結(jié)構(gòu)式Fig.10 Structure of fluorescentprobes20-31 based on ethers

2012年Xiuling Liu等[39]利用DNP與羥基喹啉（HQM）的7、6位點通過醚鍵連接，設(shè)計了苯硫酚探針20-A和20-B（見圖10）。對探針20-A和20-B與苯硫酚響應(yīng)前后量子產(chǎn)率、熒光強度和速率常數(shù)的比較，發(fā)現(xiàn)20-A對于苯硫酚的響應(yīng)效果更好，是一種熒光顯現(xiàn)型反應(yīng)，并利用氫譜對反應(yīng)的機理進行了證明。在磷酸鹽緩沖液中，探針20-A對苯硫酚的響應(yīng)在20min達到平衡，檢測限為8 nmol/L。脂肪族硫醇和親核性試劑對探針基本沒有響應(yīng)，選擇性良好。

2015年Dehuan Yu等[40]用NIR熒光團二氰基亞甲基-苯并吡喃和DNP設(shè)計了比色熒光探針21（見圖10），當探針21與苯硫酚響應(yīng)后，溶液顏色從黃色變化到紫紅色，肉眼可觀察到的苯硫酚的最小濃度為2μmol/L。在體積比1∶1的DMSO-PBS緩沖液中，探針21的最大斯托克斯位移為146 nm，檢測限為70 nmol/L。此外，該探針不僅可以用于實際水樣中苯硫酚的檢測，而且可以檢測Hela細胞和斑馬魚中的苯硫酚。其中，圖11是探針21與苯硫酚在活斑馬魚中的熒光成像。

圖11 探針21與苯硫酚在活斑馬魚中的熒光成像：A1-D1是斑馬魚頭部和身子的明場成像，A1和A2為對照，C1和C2是探針和苯硫酚在斑馬魚中；A2-D2是A1-D1相對應(yīng)的熒光成像[40]Fig.11 Fluorescence imaging of thiophenol in live zebrafish by probe 21.A1–D1arebright field imagesof the head partor thebody partofzebrafish.(A1 and B1):control;(C1 and D1):probewith thiophenol in zebrafish.A2–D2 are fluorescence imagesof(A1–D1),respectively[40]

2015年Xingjing Liu等[41]基于PET和激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（ESIPT）機制利用3-羥基鄰苯二甲酰亞胺設(shè)計了苯硫酚熒光探針22（見圖10）。探針22的最大斯托克斯位移為161 nm，熒光強度能增強64倍，對苯硫酚的檢測限為3.5 nmol/L。

2015年Qisong Zhai等[42]基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）機制利用香豆素-萘二酰亞胺衍生物作為熒光團，DNP作為識別基團，合成了苯硫酚熒光探針23（見圖10）。在365 nm手提紫外燈的照射下，探針23與苯硫酚響應(yīng)的溶液顏色由藍色變化到黃色。相對熒光強度I554/I481最大增強了340倍，對苯硫酚的檢測限為0.12μmol/L。

2016年Xingjiang Liu等[43]用亞氨基香豆素衍生物設(shè)計了熒光探針24（見圖10），與苯硫酚在2min內(nèi)響應(yīng)達到平衡。苯硫酚與沒有熒光的探針24發(fā)生親核芳香取代反應(yīng)，釋放出熒光，利用質(zhì)譜和高效液相色譜法對這種機理進行了證明。該探針的最大斯托克斯位移為129 nm，對苯硫酚的檢測限為8.2 nmol/L。

2016年Qiujuan Ma等[44]報道了用萘衍生物設(shè)計的雙光子熒光探針25（見圖10），對苯硫酚的檢測限為9.6 nmol/L。該探針有很好的生物相容性，不僅可以進行生物成像，而且可以檢測組織樣品中的苯硫酚，范圍為40～150μmol/L。

2016年Dipratn G.Khandare等[45]用2-（2-羥基苯基）苯并噻唑與DNP形成了熒光顯現(xiàn)型探針26（見圖10），利用氫譜和質(zhì)譜對響應(yīng)的機理進行了驗證。在含有45%DMF的磷酸鹽緩沖液中，探針與苯硫酚響應(yīng)15min達到平衡，最大相對熒光強度增加16倍，對苯硫酚的檢測限為3×10-8mol/L。同年，Lin Lin等[46]以另一種方法合成了探針26，用液相質(zhì)譜證明了探針與苯硫酚是一種熒光顯現(xiàn)型反應(yīng)。在含有0.25%DMF和3 mmol/LCTAB的磷酸鹽緩沖液中，探針與苯硫酚響應(yīng)150 s達到平衡，最大相對熒光強度增加60倍，對苯硫酚的檢測限為1.05×10-8mol/L。

色素-花青作為熒光團，最大發(fā)射峰在近紅外區(qū)，吸收消光系數(shù)大，量子產(chǎn)率高，生物相容性好，在生理條件下較穩(wěn)定[47]。2016年Lin Yuan等[48]用色素-花青與硝基取代的苯磺?；蛘弑交没撬狨セ蛘呙焰I連接的一系列的熒光探針，通過對探針與苯硫酚響應(yīng)前后的熒光強度的變化進行篩選，發(fā)現(xiàn)用醚鍵連接的探針27（見圖10）對苯硫酚的相對熒光強度變化最大。探針的選擇性良好，不僅可以在Hela細胞中檢測苯硫酚，而且可以用于觀測小鼠吸入苯硫酚的過程。

2017年Wenqiang Chen等[49]用吩噻嗪-香豆素與DNP形成了紅光發(fā)射的熒光探針28（見圖10），該探針的最大斯托克斯位移為141 nm，對苯硫酚的檢測限為2．9 nmol/L。

2017年Liyi Zhou等[50]用香豆素-萘的衍生物作為熒光團與DNP設(shè)計了雙光子熒光探針29（見圖10），該熒光團的量子產(chǎn)率為0．85，與苯硫酚響應(yīng)后，最大熒光強度增加163倍，對苯硫酚的檢測限為6．7 nmol/L。該探針有很好的生物相容性，不僅可以檢測Hela細胞中的苯硫酚，而且可以觀測小鼠組織20．7～175．7μmol/L的苯硫酚。

2017年XiaoboWang等[51]用羥基香豆素的衍生物與DNBS或者DNP合成了探針30-A和30-B（見圖10），通過對探針與苯硫酚、半胱氨酸響應(yīng)前后的熒光強度的檢測，發(fā)現(xiàn)含有醚鍵的探針30-B與苯硫酚反應(yīng)的熒光強度變化更大，同時，對半胱氨酸基本沒有響應(yīng)。在含有30%乙腈的磷酸鹽緩沖液中，pH在6～9之間，探針30-B對苯硫酚有很好的響應(yīng)。探針30-B的熒光強度最大增強59倍，對苯硫酚的檢測限為36 nmol/L。

嘧啶的π電子云密度比較低，利于發(fā)生親核芳香取代過程，此外，嘧啶環(huán)上容易修飾取代基，便于改變它的電子特性[52-53]。2017年XieleiXie等[54]首次采用含有吸電子基團的嘧啶與作為熒光團的紅霉素或者熒光素通過醚鍵連接在一起，設(shè)計了一系列熒光探針，通過對探針的篩選，發(fā)現(xiàn)探針31-A和探針31-B（見圖10）分別對谷胱甘肽和苯硫酚有較好的響應(yīng)。苯硫酚和探針發(fā)生親核芳香取代，釋放出熒光，并用質(zhì)譜對響應(yīng)機理進行了證明。探針31-A在氨基酸、活性氧、活性氮等的干擾下，對脂肪硫醇有良好的選擇性，對谷胱甘肽的檢測限為0．29μmol/L。探針不受脂肪族硫醇、活性氧、金屬離子和親核性物質(zhì)的干擾，對苯硫酚有良好的選擇性。在50mmol/L的磷酸鹽緩沖液中，探針31-B與苯硫酚的響應(yīng)時間為2 h，檢測限為1．8μmol/L。

4 亞砜類熒光探針

在常溫下，苯硫酚比脂肪族硫醇氧化速度快103～104，當苯硫酚氧化時，脂肪族硫醇幾乎沒有變化[55-57]。2012年XuzheWang等[58]報道了含有亞砜鍵的BODIPY衍生物，用于檢測苯硫酚的比率型熒光探針32。苯硫酚使探針32的亞砜鍵還原成醚鍵，響應(yīng)機理如圖12，并用質(zhì)譜和氫譜進行了分析證明。該探針在pH值1～10的溶液中，仍可以使苯硫酚氧化。與苯硫酚反應(yīng)前后，相對熒光強度I568/I536從0．65倍變化到14～17倍，對苯硫酚的檢測限為7．41×10-7mol/L。

圖12 探針32與苯硫酚的響應(yīng)機理[58]Fig．12 Responsemechanism ofprobe 32 to thiophenol[58]

2013年該課題組的Chunchang Zhao等[59]又以BODIPY衍生物合成了含有亞砜鍵的比率型熒光探針33（見圖13），該探針與苯硫酚響應(yīng)前后，相對熒光強度I568/I536從0．67倍變化到19．03倍，檢測限為2．1×10-7mol/L。

5 總結(jié)

圖13 熒光探針33的結(jié)構(gòu)Fig.13 Structure of fluorescentprobe 33

綜上所述，苯硫酚熒光探針的研究已經(jīng)有了很大的進展，苯硫酚探針的反應(yīng)類型多種多樣，用于制備苯硫酚熒光探針的熒光團也層出不窮。不僅可以定性定量的檢測苯硫酚，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對苯硫酚的細胞內(nèi)成像。然而環(huán)境和生物體內(nèi)的干擾物較多，開發(fā)復(fù)雜環(huán)境下具有高度選擇性的苯硫酚熒光分子探針仍是該領(lǐng)域發(fā)展的趨勢與挑戰(zhàn)。此外，目前大部分探針對苯硫酚的響應(yīng)都比較緩慢，苯硫酚又極易揮發(fā)，因此開發(fā)能快速、靈敏檢測苯硫酚的熒光探針將成為重要的設(shè)計研究方向。

[1]Jung H S,Chen X,Kim JS,etal.Recentprogress in luminescentand colorimetric chemosensors for detection of thiols[J].Chem.Soc.Rev.,2013,42(14):6019-6031.

[2]Herzenberg L A,De Rosa SC,Dubs JG,et al.Glutathione deficiency is associated with impaired survival in HIV disease[J].Proc.Nat.Acad.Sci.,1997,94(5): 1967-1972.

[3]Heafield M T,Fearn S,Steventon GB,etal.Plasma cysteine and sulphate levels in patientswithmotor neurone, Parkinson'sand Alzheimer's disease[J].Neurosci.Lett., 1990,110(1):216-220.

[4]Jacobsen DW.Homocysteine and vitamins in cardiovascular disease[J].Clin.Chem.,1998,44(8):1833-1843.

[5]Juneja T,Gupta R,Samanta S.Activation ofmonocrotaline,fulvine and their derivatives to toxic pyrroles by some thiols[J].Toxicol.Lett.,1984,21(2):185-189.

[6]Amrolia P,Sullivan SG,Stern A,et al.Toxicity of aromatic thiols in the human red blood cell[J].J.Appl. Toxicol.,1989,9(2):113-118.

[7]Munday R.Toxicity of aromatic disulphides.I.Generation ofsuperoxide radicaland hydrogen peroxide by aromatic disulphides in vitro[J].J.Appl.Toxicol.,1985,5 (6):402-408.

[8]Eychmüller A,Rogach A L.Chemistry and photophysics of thiol-stabilized II-VIsemiconductor nanocrystals[J]. Pure Appl.Chem.,2000,72(1-2):179-188.

[9]Hell TP,Lindsay R C.Toxicological properties of thioand alkylphenols causing flavor tainting in fish from the upper Wisconsin River[J].J.Environ.Sci.Heal.B, 1989,24(4):349-360.

[10]Proctor N H,Hughes J P,Hathaway G J.Proctor and Hughes'chemical hazards of the workplace[M].John Wiley&Sons:Hoboken,NJ,2004.575-576.

[11]Sun Y,Lv Z,Sun Z,et al.Determination of thiophenols with a novel fluorescence labelling reagent:analysis of industrial wastewater samples with SPE extraction coupled with HPLC[J].Anal.Bioanal.Chem.,2016,408 (13):3527-3536.

[12]Beiner K,Popp P,Wennrich R.Selective enrichment of sulfides,thiols and methylthiophosphates from water samples on metal-loaded cation-exchangematerials for gas chromatographic analysis[J].J.Chromatogr.A, 2002,968(1):171-176.

[13]Pluchery O,Humbert C,Valamanesh M,etal.Enhanced detection of thiophenoladsorbed on gold nanoparticlesby SFG and DFG nonlinear optical spectroscopy[J].Phys. Chem.Chem.Phys.,2009,11(35):7729-7737.

[14]Dreyer D R,Jia H-P,Todd A D,etal.Graphite oxide:a selective and highly efficient oxidant of thiols and sulfides[J].Org.Biomol.Chem.,2011,9(21):7292-7295.

[15]Zhao W,Liu W,Ge J,et al.A novel fluorogenic hybrid material for selective sensing of thiophenols[J].J.Mater. Chem.,2011,21(35):13561-13568.

[16]JiangW,Fu Q,Fan H,etal.A highly selective fluorescent probe for thiophenols[J].Angew.Chem.Int.Ed., 2007,119(44):8597-8600.

[17]JiangW,Cao Y,Liu Y,etal.Rational design ofa highly selective and sensitive fluorescent PET probe for discrimination of thiophenols and aliphatic thiols[J].Chem. Commun.,2010,46(11):1944-1946.

[18]De Silva A P,Gunaratne H,Habib-Jiwan JL,etal.New fluorescentmodel compounds for the study of photoinduced electron transfer:the influence ofamolecularelectric field in the excited state[J].Angew.Chem.Int.Ed., 1995,34(16):1728-1731.

[19]Wang Z,Han DM,JiaW P,etal.Reaction-based fluorescent probe for selective discrimination of thiophenols over aliphaticthiols and its application in water samples [J].Anal.Chem.,2012,84(11):4915-4920.

[20]ZhangW,Liu X,Zhang H,etal.A fluorescent probe for benzenethiols and its application on test paper,in watersamples and living cells[J].J.Mater.Chem.C,2015,3 (31):8248-8254.

[21]LiK-B,Zhou D,He X-P,etal.Ratiometric glyco-probe for transient determination of thiophenol in full aqueous solution and river water[J].Dyes Pigments,2015,116: 52-57.

[22]ZhangW,Huo F,Liu T,etal.A rapid and highly sensitive fluorescent imaging materials for thiophenols[J]. Dyes Pigments,2016,133:248-254.

[23]Boens N,Leen V,Dehaen W.Fluorescent indicators based on BODIPY[J].Chem.Soc.Rev.,2012,41(3): 1130-1172.

[24]Kand D,Mishra PK,Saha T,etal.BODIPY based colorimetric fluorescent probe for selective thiophenol detection:theoretical and experimental studies[J].Analyst, 2012,137(17):3921-3924.

[25]Shao X,Kang R,Zhang Y,et al.Highly selective and sensitive 1-amino BODIPY-based red fluorescent probe for thiophenols with high off-to-on contrast ratio[J]. Anal.Chem.,2014,87(1):399-405.

[26]Wheelock C E.The Fluorescence of Some Coumarins1 [J].J.Am.Chem.Soc.,1959,81(6):1348-1352.

[27]Li J,Zhang C-F,Yang S-H,et al.A coumarin-based fluorescent probe for selective and sensitive detection of thiophenols and its application[J].Anal.Chem.,2014, 86(6):3037-3042.

[28]Sun Q,Yang S-H,Wu L,et al.A Highly Sensitive and Selective Fluorescent Probe for Thiophenol Designed via a Twist-Blockage Strategy[J].Anal.Chem.,2016,88(4): 2266-2272.

[29]Guo Z,Park S,Yoon J,et al.Recent progress in the development of near-infrared fluorescent probes for bioimaging applications[J].Chem.Soc.Rev.,2014,43 (1):16-29.

[30]Yu D,Huang F,Ding S,etal.Near-infrared fluorescent probe for detection of thiophenols in water samples and living cells[J].Anal.Chem.,2014,86(17):8835-8841.

[31]Zhao C,Zhou Y,Lin Q,etal.Developmentofan indolebased boron-dipyrromethene fluorescent probe for benzenethiols[J].J.Phys.Chem.B,2010,115(4):642-647.

[32]Sun W,LiW,Li J,etal.A benzothiazole-based fluorescent probe for thiol bioimaging[J].Tetrahedron Lett., 2012,53(18):2332-2335.

[33]Kand D,Mandal PS,Saha T,etal.Structural imposition on the off–on response of naphthalimide based probes for selective thiophenol sensing[J].RSC Adv.,2014,4 (103):59579-59586.

[34]Liu H-W,Zhang X-B,Zhang J,etal.Efficient two-photon fluorescent probe with red emission for imaging of thiophenols in living cells and tissues[J].Anal.Chem., 2015,87(17):8896-8903.

[35]Hu X,SuW,Zhou Q,etal.An excited-state intramolecular proton transfer-based probe for the discrimination of thiophenols over aliphatic thiols[J].Anal.Methods, 2016,8(6):1425-1430.

[36]An R,Wei P,Zhang D,et al.A highly selective 7-hydroxy-3-methyl-benzoxazinone based fluorescent probe for instant detection of thiophenols in environmental samples[J].Tetrahedron Lett.,2016,57(27):3039-3042.

[37]Wang X-B,Zhou J,Zhang D,etal.A very fast3-hydroxy-coumarin-based fluorescent probe for highly selective and sensitive detection of thiophenols and its application inwater samples[J].Anal.Methods,2016,8(38):6916-6922.

[38]Lin W,Long L,Tan W.A highly sensitive fluorescent probe for detection of benzenethiols in environmental samples and living cells[J].Chem.Commun.,2010,46 (9):1503-1505.

[39]Liu X L,Duan X Y,Du X J,et al.Quinolinium‐Based Fluorescent Probes for the Detection of Thiophenols in Environmental Samples and Living Cells[J].Chem.–Asian J.,2012,7(11):2696-2702.

[40]Yu D,ZhaiQ,Yang S,etal.A colorimetric and near-infrared fluorescent turn-on probe for in vitro and in vivo detection of thiophenols[J].Anal.Methods,2015,7(18): 7534-7539.

[41]Liu X,Yang L,Gao L,et al.A phthalimide-based fluorescent probe for thiophenol detection in water samples and living cellswith a large Stokes shift[J].Tetrahedron, 2015,71(43):8285-8289.

[42]ZhaiQ,Yang S,Fang Y,etal.A new ratiometric fluorescentprobe for the detection of thiophenols[J].RSCAdv., 2015,5(114):94216-94221.

[43]Liu X,QiF,Su Y,etal.A red emitting fluorescentprobe for instantaneous sensing of thiophenol in both aqueous medium and living cells with a large Stokes shift[J].J. Mater.Chem.C,2016,4(19):4320-4326.

[44]Ma Q,Xu J,Zhang X,etal.A naphthalene-based twophoton fluorescent probe for selective and sensitive detection of thiophenols[J].Sens.Actuat.B:Chem.,2016, 229:434-440.

[45]Khandare D G,Banerjee M,Gupta R,et al.Green synthesisofa benzothiazole based‘turn-on’type fluorimet-ric probe and its use for the selective detection of thiophenols in environmental samples and living cells[J]. RSCAdv.,2016,6(58):52790-52797.

[46]Lin L,Zeng X,Shen Y,et al.An ultrasensitive fluorescentprobe for rapid determination of thiophenols[J].Talanta,2017,165:321-325.

[47]Maeda H,Matsuno H,Ushida M,etal.2,4‐Dinitrobenzenesulfonyl Fluoresceins as Fluorescent Alternatives to Ellman's Reagent in Thiol‐Quantification Enzyme Assays[J].Angew.Chem.Int.Ed.,2005,117(19):2982-2985.

[48]Pan Y,Ren TB,Cheng D,etal.A Selective Near‐Infrared Fluorescent Probe for In Vivo Imaging of Thiophenols from a Focused Library[J].Chem.–Asian J.,2016, 11(24):3575-3582.

[49]ChenW,Yue X,LiW,etal.A phenothiazine coumarinbased red emitting fluorescent probe for nanomolar detection of thiophenol with a large Stokes shift[J].Sens. Actuat.B:Chem.,2017,245:702-710.

[50]Zhou L,Lin Q,Liu S,et al.Molecular engineering of dAd-based non-linearity fluorescentprobe forquick detection of thiophenol in living cells and tissues[J].Sens. Actuat.B:Chem.,2017,244:958-964.

[51]Wang X-B,Hao X,Zhang D,etal.Reaction-based fluorescent turn-on probe for selective detection of thiophenols in aqueous solution and living cells[J].Dyes Pigments,2017,142:167-174.

[52]Smith SM,Buchwald SL.Regioselective 2-amination of polychloropyrimidines[J].Org.Lett.,2016,18(9):2180-2183.

[53]Delia T J,Kanaar JB,Knefelkamp E.Diarylthiopyrimidines and pyridines:Synthesis and biological activity [J].J.Heterocyclic Chem.,2002,39(2):347-350.

[54]Xie X,LiM,Tang F,et al.Combinatorial Strategy to I-dentify Fluorescent Probes for Biothiol and Thiophenol Based on Diversified PyrimidineMoietiesand Their Biological Applications[J].Anal.Chem.,2017,89(5): 3015-3020.

[55]Wallace T J.Reactions of thiolswith sulfoxides.I.Scope of the reaction and synthetic applications[J].J.Am. Chem.Soc.,1964,86(10):2018-2021.

[56]Wallace T J,Mahon JJ.Reactions of thiolswith sulfoxides.II.Kinetics and mechanistic implications[J].J. Am.Chem.Soc.,1964,86(19):4099-4103.

[57]Wallace T J,Mahon JJ.Reactions of thiolswith sulfoxides.III.Catalysis by acids and bases[J].J.Org.Chem., 1965,30(5):1502-1506.

[58]Wang X,Cao J,Zhao C.Design of a ratiometric fluorescentprobe for benzenethiols based on a thiol–sulfoxide reaction[J].Org.Biomol.Chem.,2012,10(24):4689-4691.

[59]Zhao C,Wang X,Cao J,etal.BODIPY-based sulfoxide: Synthesis,photophysical characterization and response to benzenethiols[J].DyesPigments,2013,96(2):328-332.

Research progressof thiophenol fluorescence probe

GeWen-qi1,Sheng Ying-ying1,Qiao Ya-dong2,Cao Zhong1*,Yao Zhi-yi2*,Wu Hai-chen2
（1．Collaborative Innovation CenterofMicro/nano Bio-sensingand Food Safety Inspection,Hunan Provincial Key Laboratory ofMaterialsProtection for Electric Powerand Transportation,SchoolofChemistry and Biological Engineering,Changsha University ofScience and Technology,Changsha 410114,China）
（2．Key Laboratory for Biomedical EffectsofNanomaterials&Nanosafety,Institute ofHigh Energy Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）

Thiophenols is highly toxic to organisms．It has become one of themajor components of environmental pollutants．It isofgreatsignificance to develop rapid and simplemethods tomonitor the presenceof thiophenolswith high selectivity and sensitivity．Among all of the detection methods,fluorescent probes have attracted intense interests due to their short response time,high sensitivity,ease of observation,etc．In this review,wewill cover the fluorescentprobes developed for the detection of thiophenols since 2007．The sensingmechanism and applicationsof these probesare summarized according to theirunique reactionsbetween sensorsand thiophenols．

thiophenol;fluorescentprobe;analyticalapplication;review

國家重點研發(fā)計劃（批準號：2016YFA0203200）、國家自然科學(xué)基金（批準號：31527803,21545010）、中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)STS項目(批準號：KFJ-SW-STS-173)資助

*通信聯(lián)系人，E-mail:yaozy@ihep．a(chǎn)c．cn;zhongcao2004@163．com