基于吡唑啉结构的荧光探针的合成、结构表征、光学性质研究及应用

摘要

Zn(Ⅱ)在神经传递、蛋白质的功能催化、细胞新陈代谢、基因转录、金属酶功能等许多生命过程中扮演着重要角色。Cu(Ⅱ)作为人体所必需的微量元素，在调节各种生物过程起着关键作用，例如在多种金属酶包括超氧化物歧化酶、细胞色素C氧化酶，酪氨酸酶中充当催化辅因子。此外，人体内的铜离子含量超标，将严重危害肝、肾的机能，而铜离子含量过低可能会导致冠状动脉型心脏病。因此，定性定量的检测生物体或环境中的金属离子尤为重要。荧光探针因为其具有灵敏度高，选择性好，方法简单，适用范围广等优点而被视为是可以高效、准确检测生物体中金属离子的有效手段。
　　吡唑啉衍生物是氮五元杂环中一类重要的有机化合物，具有抗菌消炎、止痛、抗癌等良好的生物活性。而且该类化合物作为荧光基团，有很好的光物理性质，如蓝光发射，较高的荧光量子产率，稳定性好，膜通透性好，毒性低等优点。目前，基于吡唑啉结构的荧光探针受到很多研究者的关注。
　　由于吡唑啉类衍生物在金属离子探针和生物活性等方面有着重要的应用。本文的主要工作是设计合成了三种基于吡唑啉结构的用于检测Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的荧光探针，研究了其光学性质，并致力于将探针应用于细胞内Zn(Ⅱ)的检测。具体内容包括三部分:
　　1.基于乙酰基吡唑啉结构的荧光探针的合成及其作为Zn+探针的应用研究我们以5-氯-2-羟基苯乙酮与苯甲醛为原料合成查尔酮，再与水合肼在乙酸回流的条件下制得乙酰基吡唑啉类化合物。通过1HNMR，13CNMR，IR，HRMS和X-ray单晶衍射进行结构表征。通过光学性质研究，发现该探针在水溶液中对Zn2+有很好的选择性和灵敏性，由Job曲线可知化合物与Zn2+是1∶1配位。由于该探针的膜透性好，已成功应用于SH-SY5Y细胞内Zn2+的检测。
　　2.基于萘环吡唑啉结构的荧光探针的合成及其作为Zn2+探针的应用研究我们设计合成了新型的基于萘环乙酰基吡唑啉结构的荧光探针。该化合物结构经过1HNMR，13CNMR，IR，HRMS进行表征。通过对该化合物进行光学性质测试，发现在乙醇和水的缓冲溶液中，加入锌离子可使荧光显著增强。该探针可以高效灵敏的选择检测锌离子。该探针的激发波长为410nm，在可见光区域。加入EDTA或TPEN可使络合物荧光淬灭，探针有很好的可逆性。另外，该探针成功应用于Hela细胞中Zn2+的检测。
　　3.基于苯乙酰氯吡唑啉结构的荧光探针的合成及其作为Cu2+探针的应用研究我们首先以查尔酮与水合肼在乙醇回流的条件下得到吡唑啉化合物，再在乙腈做溶剂的条件下与苯乙酰氯作用得到目标产物。其结构经过1HNMR，13CNMR，IR，HRMS进行表征。通过对该化合物光学性质测试发现，在乙醇水溶液中加入Cu+，很快会使探针荧光淬灭。由Job曲线可知化合物与Zn2+是1∶1配位。探针与Cu2+的检测限为3.53×10-7M，该探针水溶性好，能高效灵敏的检测铜离子。