新型检测多硫化物和苯硫酚荧光探针的构建及应用研究

摘要

硫化氢因为在生命活动中扮演着重要的作用而得到研究工作者的广泛关注。然而近年来越来越多的研究证据表明，认为由硫化氢参与的一些生物活动实际上是由多硫化氢来调节和控制的，而且H2Sn可以完成一些H2S不能参与的生理功能。H2Sn作为H2S的氧化还原产物，可以通过H2S与活性氧反应产生。在生物体内，H2Sn和H2S可能同时存在且可以相互转化。很不幸的是，目前报道检测多硫化氢的文献较少。因此，了解多硫化氢在生命体中的形成过程，反应的机理以及生理功能，设计可以选择性的检测H2Sn的荧光探针具有非常重要的意义。
　　苯硫酚在有机合成、制药和工业生产得到广泛的应用。苯硫酚同时也是一种具有高毒性的环境污染物，在自然环境中和生物体内累积会严重危害生态环境和人体健康。因此构建高灵敏度的、高选择性的检测苯硫酚的荧光探针在化学、生物和环境等领域具有非常重要的意义。基于以上实验基础，本论文设计了一种新型的反应机理检测H2Sn和苯硫酚的荧光探针。本文总共包括四章，主要内容如下:
　　第一章绪论。主要介绍荧光探针分子的基本结构及常见的识别机理，荧光分析方法检测多硫化物和苯硫酚的研究进展，基于此提出本论文的研究思路。
　　第二章以氮丙啶环为识别基团的检测H2Sn的比率型荧光探针1的构建及应用研究。本章中我们合成了一个以氮丙啶环为识别基团的检测H2S2的新型比率型荧光探针1。探针1本身以强荧光的醌式结构存在，其最大发射波长位于598 nm。H2S2可进攻探针1的氮丙啶环使其发生亲核开环反应，形成相应的酰胺化合物，其次酰胺化合物上的氮原子再亲核进攻氧杂葸环9-位碳原子，然后分子内自发的反应形成相应的螺内酰胺化合物。分子内的螺环化作用使得氧杂葸环上3-位由醌式转化为酚式，此时，在光的激发条件下，使得苯并噻唑环上的酚羟基质子和氮原子之间可发生ESIPT过程，因此反应体系整体表现出2-(2'-羟基苯基)苯并噻唑的荧光，其最大发射波长位于450 nm，据此构建了比率型荧光探针1来检测H2Sn，反应体系在450 nm和598 nm的荧光信号比值(I450/598)随着Na2S2浓度的升高而升高。实验结果表明该探针分子1对Na2S2具有较好的选择性，其他一些活性硫，活性氧以及活性氮等物质都不干扰测定。我们利用该探针实现了SMMC-7721人肝癌细胞中H2Sn的比率型荧光成像分析。
　　第三章以氮丙啶环为识别基团的苯硫酚荧光探针2的合成及性质研究。本章以氮丙啶环为识别基团，丹磺酰基作为荧光团合成了探针2。探针2本身因为扭转分子内电荷转移(TICT)效应的存在而无荧光，当向探针2的溶液中加入苯硫酚后，苯硫酚会亲核进攻氮丙啶并使其开环，形成相应的酰胺化合物。由于上述反应过程中生成的酰胺化合物在水溶液中溶解度较差，因此产物在水溶液可发生聚集，导致TICT过程受到抑制，因而导致反应体系的的荧光信号显著升高。反应体系在505 nm处的荧光信号与PhSH的浓度在4-15 μM的范围内成线性关系，检出限为0.05 μM。实验结果表明探针2对检测苯硫酚具有较好的选择性，初步实验结果表明探针2可应用于SMMC-7721人肝癌细胞中苯硫酚的检测。
　　第四章以香豆素衍生物为母体的新型检测人血清白蛋白的荧光探针3的合成及性质研究。在反应体系中，探针分子本身为弱荧光，加入HSA后，瞬时响应，在601 nm处的荧光强度显著增强。体系荧光强度与HSA的浓度在0-12 μM的范围内成线性关系，该方法检出限为5.8nM。实验结果表明探针分子对白蛋白具有较好的选择性，生物体内常见的氨基酸和离子不影响白蛋白的检测。同时，实验表明探针分子具有较好的稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 荧光探针的基本结构以及识别机理

1．2 研究进展

1．2．1 多硫化物类荧光探针的研究进展

1．2．2 苯硫酚类荧光探针的研究进展

1．3 研究内容

参考文献

第二章 检测H2Sn的比率型荧光探针的设计合成及应用研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器

2．2 实验试剂

2．2．3 探针1的合成

2．2．4 实验方法

2．3 应用研究

2．3．1 细胞培养以及荧光成像

2．4 结果与讨论

2．4．1 光谱研究

2．4．2 pH的影响

2．4．3 动力学研究

2．4．4 选择性研究

2．4．5 机理讨论

2．4．6 探针应用研究

2．5 本章小结

参考文献

第三章 以氮丙啶为识别基团检测苯硫酚的荧光探针的合成及应用研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验试剂

3．2．3 探针2的合成

3．2．4 实验方法

3．3 应用研究

3．3．1 细胞培养及荧光成像

3．3．2 细胞毒性实验

3．4 结果与讨论

3．4．1 探针2与苯硫酚反应的荧光光谱特性

3．4．2 pH的影响

3．4．3 动力学研究

3．4．4 选择性研究

3．4．5 机理讨论

3．4．6 生物应用

3．5 单晶结构

3．6 实验结论

参考文献

第四章 检测人血清白蛋白(HSA)荧光探针的合成及应用研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验试剂

4．2．3 探针3的合成

4．2．4 实验方法

4．3 实验结果

4．3．1 探针3与HSA反应的荧光光谱特性

4．3．2 pH的影响

4．3．3 动力学研究

4．3．4 选择性研究

4．3．5 机理讨论

4．4 本章小结

参考文献

总结

攻读硕士学位期间取得的研究成果

附录

致谢