一種具有AIE性能熒光探針的合成及對Zn2+的識別

邊延江，王 鑫，李方霽，鐘克利，侯淑華，湯立軍

（渤海大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，遼寧 錦州 121013）

0 引言

鋅是人體中必不可少的一種微量元素，同時也是人體內(nèi)的基本元素，更是環(huán)境和生物系統(tǒng)中重要的金屬離子之一，具有廣泛的應(yīng)用前景［1?3］.在人體中，參與基因表達、信號傳導(dǎo)，具有特殊的重要性，比如：參與免疫功能、哺乳動物繁殖、腦功能、神經(jīng)元信號傳遞等多種生物學(xué)過程［4?5］.除此之外，Zn2+能夠參與人體多種活動，同時也在許多生物學(xué)過程中起著不可替代的作用［6?9］.眾所周知，細胞凋亡會誘導(dǎo)細胞內(nèi)金屬蛋白釋放Zn2+［10?13］.由于其生物學(xué)重要性，Zn2+也一直是開發(fā)新型金屬陽離子熒光探針的目標，熒光化學(xué)傳感器對分析對象具有高選擇性、高靈敏度且具有良好的穩(wěn)定性和可逆性的熒光指示劑［14?19］.

我們報告了一種簡單、快速合成具有顯著聚集誘導(dǎo)（AIE）特性的熒光化學(xué)傳感器.利用2，6-二甲?；鶎妆椒雍?-肼基苯并噻唑合成熒光探針T，即使體系有微小的變化也可以使探針發(fā)出強烈熒光，對Zn2+快速地開啟熒光增強識別能力，且不受其它陽離子的干擾.在DMSO∶HEPS=6∶4的體系中加入Zn2+時，會出現(xiàn)顯著的熒光增強現(xiàn)象，所以我們可以用這個探針對Zn2+進行有效快速地識別.

1 實驗

1.1 實驗儀器和試劑

1.1.1 實驗儀器

Agilent 400核磁共振儀；Sanco 970-CRT（中國，上海）熒光光譜儀；Model PHS-25B（中國，上海）pH計；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮）；超聲波清洗器（江蘇昆山超聲波儀器廠）.

1.1.2 實驗試劑

對甲苯酚（安耐吉），六次甲基四胺（安耐吉），三氟乙酸（安耐吉），2-肼基苯并噻唑（安耐吉）濃鹽酸，三（羥甲基）氨基甲烷和各種陽離子均來自于市場銷售的分析純.

1.2 探針T的合成方法

用天平稱量20 mmol對甲苯酚和60 mmol六次甲基四胺倒入100 mL的圓底燒瓶中，加入40 mL的三氟乙酸，回流18 h后，將熱溶液倒入4 mol/L HCl中，攪拌2 h有大量沉淀生成，過濾，甲醇∶水（2∶1）的冰混合溶液洗滌三次，得到中間產(chǎn)物2，6-二甲?；鶎妆椒?在圓底燒瓶（100 mL）中依次加入30 mL的無水乙醇，2 mmol 2-肼基苯并噻唑、1 mmol 2，6-二甲?；鶎妆椒右约皟傻伪姿?，再向其中加入攪拌子使其緩慢旋轉(zhuǎn)，加熱回流6 h后會生成淡黃色的沉淀，過濾，重結(jié)晶得到純凈物，產(chǎn)率81%.1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ 11.84（s，1H），9.74（s，1H），9.14（d，J=9.4 Hz，1H），8.92（s，1H），8.71（d，J=8.2 Hz，1H），8.44 ? 8.21（m，8H），8.15（t，J=7.6 Hz，1H），7.41（d，J=8.8 Hz，1H），6.38（dd，J=8.8，2.4 Hz，1H），6.19（d，J=2.4 Hz，1H），3.48 ? 3.40（m，4H），1.15（t，J=7.0 Hz，6H）.13C?NMR（101 MHz，DMSO）：δ166.58，153.78，133.41，128.43，126.28，121.92，121.66，120.16，20.12.

2 光譜性能測試

2.1 探究探針T的光學(xué)性能及其選擇性

我們利用DMSO和水的溶液混合，對探針T進行了聚集熒光能力測試.將水含量從0到100%逐漸遞增，觀察探針T的熒光強度變化.實驗結(jié)果如圖2（a）顯示：探針T的熒光強度會在水含量增加時而逐漸呈現(xiàn)增強趨勢，在水含量達到30%的時候，熒光強度出現(xiàn)最大值，接著水含量增多，而探針T的熒光強度卻開始減弱，此現(xiàn)象為聚集熒光增強，表明探針T具有AIE性質(zhì).為了測試探針T的識別能力，向DMSO∶HEPS=6∶4 的體系中，加入探針T后，再依次加入各種金屬陽離子（Ba2+，Mn2+，K+，Ag+，Cr3+，Mg2+，F(xiàn)e3+，Na+，Zn2+，Al3+，Hg2+，Pb2+，Co2+，F(xiàn)e2+，Cd2+，Ca2+，和Cu2+）.探針T對各金屬陽離子的熒光識別效果如圖2（b）所.受體的濃度為10 μM/L，在發(fā)射波長為545 nm處，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入Zn2+時，探針T的熒光強度明顯升高，但其他金屬陽離子的加入并沒有明顯的熒光強度變化.這表明探針T對Zn2+具有良好的識別能力.

2.2 探針T對Zn2+的熒光響應(yīng)

為了進一步探究探針T的實際應(yīng)用性能，我們對其進行滴定實驗.在DMSO∶HEPS=6∶4的體系中，向探針T中加入不同倍數(shù)的Zn2+進行滴定測試.滴定的結(jié)果如圖3（a）所示，探針T的熒光強度隨著Zn2+濃度的逐漸增加而增強，在Zn2+的倍數(shù)為4倍時，熒光強度達到最強，并無變化，由此可以得出探針T對檢測Zn2+的飽和濃度為4倍.根據(jù)滴定數(shù)據(jù)可以進一步計算，得出探針T對Zn2+的檢測限，用Origin作圖軟件，將Log［Zn2+］設(shè)為橫坐標，縱坐標為Y=（I?Imin）/（Imax?Imin），（其中Imax= 熒光最大值，Imin= 熒光最小值，I為變量）.利用公式：Y=A+BX，當(dāng)Y=0時，即是檢測限.Detection Limit=10?A/B，如圖3（b）檢測限為5.16×10?6M，表明探針T用于檢測鋅離子十分靈敏.

檢驗了其它金屬陽離子對探針T選擇性識別Zn2+是否有干擾，進行了Zn2+抗干擾性實驗研究.在DMSO∶HEPS=6∶4的體系中，其他金屬離子的存在下，加入相同倍數(shù)（4倍）的鋅離子.測試結(jié)果如圖4（a），我們可以直觀地得出結(jié)論，F(xiàn)e3+，Co2+，F(xiàn)e2+，Cu2+這些順磁性離子對識別Zn2+有一定的干擾，除此之外其他離子均無干擾.為了測試pH對探針T識別Zn2+是否有影響，我們在不同pH下進行測試，一組只加入探針T，另一組加入探針T和Zn2+，對比在不同pH下探針T對Zn2+的熒光響應(yīng)強度變化.如圖4（b）所示，探針T在pH=1～14范圍熒光強度幾乎為0，無明顯變化，而加入Zn2+后熒光強度在pH=5～14明顯增加，說明探針T在弱酸性和堿性條件下能夠很好的識別鋅離子，有良好的應(yīng)用前景.

2.3 探針T與Zn2+的結(jié)合機制

同樣根據(jù)滴定數(shù)據(jù)進行進一步計算，得到結(jié)合常數(shù)，X=Log［Zn2+］，Y=Log［（Y?Ymin）/（Ymax?Y）］，Origin作圖，計算得出結(jié)合常數(shù)Ka=3.43×107M如圖5（a）；為了進一步確定探針T與Zn2+的結(jié)合模式，進行了結(jié)合比測試如圖5（b），熒光強度在摩爾比0.5處發(fā)生轉(zhuǎn)折點，確定探針T與Zn2+的結(jié)合模式是1∶1相結(jié)合.根據(jù)結(jié)合比的測試，結(jié)合常數(shù)的計算，以及大量閱讀以往的相似文獻［20?22］，我們推測出探針T與Zn2+的結(jié)合模式為在酚羥基上的H的引導(dǎo)下，席夫堿N和苯并噻唑N共同參與Zn2+配位，從而通過鰲合增強熒光機制，顯著提高熒光，使熒光從弱熒光增強到顯著的綠色熒光.見圖6.

2.4 探針T對Zn2+的實際應(yīng)用

天然水中鋅離子以可溶的絡(luò)合物狀態(tài)存在，但水樣中鋅離子濃度過高，人體食用后，則會造成頭暈頭痛，高燒惡心等癥狀，嚴重時還易造成生命危險，因此檢測現(xiàn)實生活水樣中鋅離子濃度是極其重要的.我們分別在湖水，河水，自來水中驗證了探針T對Zn2+的實際檢測能力，湖水取自學(xué)校的汀林湖水，河水為錦州周邊河水，自來水為日常使用水，測試結(jié)果如圖7所示，可以看出探針T在三種水樣識別Zn2+均成一條良好的線性關(guān)系，能夠良好的識別Zn2+，說明探針T能夠用于檢測實際水樣中的Zn2+，有良好的應(yīng)用前景.

3 結(jié) 論

本文用2，6-二甲?；鶎妆椒雍?-肼基苯并噻唑合成了一種高效有用的AIE熒光探針T.在DMSO∶HEPS=6∶4的體系中，該探針T能夠高效地選擇性識別鋅離子.通過滴定實驗的測試，可知當(dāng)鋅離子的濃度達到4倍時，達到飽和狀態(tài)，同時根據(jù)滴定數(shù)據(jù)得出探針T對識別鋅離子的檢測限為5.16×10?6M，結(jié)合常數(shù)Ka為3.43×107M，說明了探針T對選擇性識別鋅離子的靈敏度十分高.探針T因為對分析對象具有高選擇性、高靈敏度以及具有良好的穩(wěn)定性和可逆性，對有效地識別鋅離子提供了便捷的途徑，讓這種具有AIE熒光化學(xué)傳感器識別鋅離子的途徑擁有廣闊的發(fā)展前景.