激发态分子内质子转移荧光探针的研究进展

荧光探针凭借其选择性好、灵敏度高、响应时间快、易于操作和检测限低等优点得到了广泛的关注。 激发态分子内质子转移(ESIPT)化合物具有特殊的激发态光物理过程,其显著的光物理性质是有较高的荧光量子产率及大的斯托克斯位移。 对于荧光分子而言,较大的斯托克斯位移可以减少自吸收和由内滤效应产生的干扰,增强分子的耐光性,有利于荧光的发射。 本文对ESIPT荧光探针检测离子(包括金属阳离子和阴离子)、中性小分子和生物大分子的研究进展进行阐述,并对ESIPT荧光分子的存在问题和应用前景进行评述。     

3-羟基邻苯二甲酰亚胺全水溶性次氯酸荧光探针及其应用

利用二甲基硫代氨基甲酸酯对次氯酸(HOCl)的特异性和吡啶盐的水溶性,以4-羟基异苯并呋喃-1,3-二酮作为原料,设计合成了一种检测HOCl的全水溶性激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光探针.由于二甲氨基硫代甲酸酯对羟基的保护,探针分子内的ESIPT作用被阻碍,自身无荧光;当加入HOCl时,HOCl氧化二甲氨基硫代甲...     

生色团连接的苯骈三氮唑衍生物的激发态分子内质子转移

用从头算和密度泛函理论研究了对硝基二苯乙烯作为生色团连接的2-(2-羟基-苯基)-苯骈三氮唑的衍生物2-羟基-5-[对硝基-二苯乙烯基-氧亚甲基]-苯基-(2H-苯骈三氮唑)(C1)和4′-硝基-3,4-二[2-羟基-(2H-苯骈三氮唑)-苄氧基]-二苯乙烯(C2)发生激发态分子内质子转移(ESIPT)的可能性.系统研究了C1和C2发生ESIPT的互变异构体的基态与激发态的性质变化,包括相关的键长、键角等结构参数,Mulliken电荷和偶极矩,前线轨道以及势能曲线.计算结果表明,对于C1来讲,酮式(keto)的基态(K)不存在稳定结构,因此发生基态分子内质子转移(GSIPT)可能性很小.酮式的激发态(K*)的氢键强度要远强于烯醇式(enol)的激发态(E*)的氢键强度.分子在光致激发后,质子供体所带负电荷减小而质子受体所带负电荷增加.在K*,HOMO→LUMO的电子跃迁导致电子密度从"酚环"向质子化杂环转移.E*→K*跃迁只需要克服较小的能垒(约41 kJ.mol-1).计算结果表明C1发生ESIPT的可能性很大.C2由于具有高能量,其具有基态的单质子转移特征的异构体EK(同时含烯醇E与酮K结构)、具有基态的双质子转移特征的异构体2K(含有双酮结构),以及具有双酮结构特征的激发态2K*均无法获得它们的稳定结构,因此,基态分子内单或双质子转移和激发态分子内双重质子转移发生的可能性极小.然而,由于双烯醇式的激发态(2E*)和EK的激发态(EK*)存在稳定结构,且2E*→EK*跃迁具有低能垒,因此C2有可能发生激发态分子内单重质子转移.本文进一步计算了两个分子的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱,获得了具有较大斯托克位移的ESIPT的荧光发射峰.     

含有酚羟基的吖嗪类荧光探针的阴离子识别与传感研究

设计合成了含有酚羟基的萘吖嗪类荧光探针分子,利用紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究了探针分子的阴离子识别和光化学传感性能。研究结果表明,该探针分子可以通过比色（紫外-可见吸收光谱）和荧光发射光谱双通道识别检测氟离子。该探针分子是一类比率型阴离子荧光探针,作用方式为探针分子酚羟基的去质子化作用,这种激发态质子转移（ESIPT）是探针分子呈现比率荧光特性的原因。通过本实验不但可以让学生掌握紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱仪的使用方法,还能培养学生在分子识别与光化学传感领域的科研兴趣。     

新型苯并噻唑类探针的合成及其对S2-的荧光和比色检测

本文设计合成了一种基于激发态分子内质子转移(ESIPT)机理的苯并噻唑类荧光探针TZ-1,并对其结构进行了表征。实验结果表明,在体积比1∶1的DMSO/PBS(10mmol/L,pH=7.4)溶液中,探针TZ-1具有高选择性并可在3s内实现荧光"off-on"(在365nm紫外灯照射下,由无荧光变成橙色荧光)识别S~(2-),检测限为81μmol/L,pH适用范围为6～12;此外,加入S~(2-)后探针TZ-1的DMSO/PBS溶液由无色变为浅黄色,通过裸眼即可识别S~(2-)。     

基于激发态分子内质子转移(ESIPT)原理的反应型荧光探针研究进展

基于激发态分子内质子转移(ESIPT)原理的反应型荧光探针,因其具有高选择性、高灵敏度及大的斯托克斯位移等优点而被广泛关注.以检测目标物的属性归类,就近十年ESIPT反应型荧光探针进行综述,阐述其检测识别机制,并对此类荧光探针应用中存在的问题及发展方向进行评述.     

基于ESIPT机理的近红外硫醇探针及其生物成像研究

本文利用激发态分子内质子转移(ESIPT)过程可产生长波长酮式发射的特点,以HBT(2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑)为骨架,2,4-二硝基苯磺酸基作为硫醇位点掩盖酚羟基,与丙二腈缩异佛尔酮通过共轭双键相连,构建了近红外硫醇探针SYN.该探针实现了近红外区对硫醇的定量检测,并在细胞水平上对硫醇进行了成像研究.     

一种基于查尔酮衍生物的荧光探针对巯基氨基酸的检测及细胞成像

生物硫醇(如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)及谷胱甘肽(GSH))与生物体和细胞中的许多生理和病理过程密切相关。荧光探针是对生物硫醇灵敏检测与成像的有力工具。本文合成了一种可检测生物硫醇的基于2′-羟基查尔酮荧光团开启型荧光探针1。探针中的2,4-二硝基苯磺酸酯基团既作为反应识别基团,又作为荧光猝灭基团。在DMSO/Tris(体积比8/2,pH=8.4)中,探针1与生物硫醇反应后释放出前体化合物3,3具有激发态分子内质子转移(ESIPT)和聚集诱导发光(AIE)特性,从而导致长波长荧光发射及较大的斯托克斯位移。探针1具有合成简单、灵敏度高、选择性高、细胞毒性低等优点,可以方便地检测溶液和活细胞中的生物硫醇。     

基于ESIPT原理的Cu^2+荧光探针

合成了一种基于激发态分子内质子转移(ESIPT)的Cu^2+荧光探针L。通过Job’s曲线、MS和1H NM R研究了探针L对Cu^2+的识别机理。与其他金属离子共存时,探针L对Cu^2+表现出良好的选择性和灵敏度。加入Cu^2+后,探针L的荧光强度逐渐降低;在365 nm紫外光的照射下,探针L溶液的颜色由蓝色变成无色。探针L具有较低的检出限(0.47μmol/L)和短的响应时间(5s)。     

水杨醛衍生物激发态下的质子转移过程及在荧光探针领域的应用

从电子结构控制理论出发,通过在酚羟基对位引入吸电子取代基团稳定水杨醛中激发态的酮式构象,制备了目标化合物5-对氰基苯基-水杨醛(CN-SA).光谱测试结果显示,CN-SA表现出典型的ESIPT态荧光分子特性,而且辐射跃迁过程的酮式分配比例显著提高,荧光强度和颜色变化明显.CN-SA的荧光光谱不但能够对外围溶剂环境进行选择性识别,而且对溶解和聚集过程(聚集效应)及外围氢键形成能力的变化(pH效应和阴离子效应)等具有特异性响应,其变化可以定量表达.CN-SA仅通过结构微调即实现醇-酮构象的显著变化,可作为一个简单的多重刺激响应型荧光探针.     

一种基于ESIPT传感平台的Al~(3+)荧光探针及其应用

合成了一种基于激发态分子内质子转移(ESIPT)传感平台的高灵敏度性Al~(3+)荧光探针-二氢嘧啶并苯并咪唑衍生物(DPM)。DPM含有邻苯酚羟基,二氢嘧啶和咪唑片段,在HEPES-乙醇缓冲液(3:7,V/V)中能进行ESIPT过程,也可与Al~(3+)螯合。当加入痕量Al~(3+)时,可使DPM由黄绿色荧光(λem=535nm)变为DMP-Al~(3+)螯合物的深蓝色荧光(λem=451nm),荧光强度增强165倍。在其它离子共存下,DMP表现出对Al~(3+)的特异性响应。该探针已用于水样中Al~(3+)的检测,检测限达0.15 nmol/L。此外,DPM能透过细胞膜,可在荧光显微镜下检测细胞内Al~(3+)离子。     

有机小分子探针对过氧亚硝酸根离子的荧光检测响应机理的研究进展

过氧亚硝酸根离子（ONOO-）是非常活跃的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）物种,因具有高氧化性和强硝化性而备受关注。ONOO-作为一种重要的生理活性分子,其在体内的水平异常会损害细胞中的蛋白质和DNA,从而导致生物体内炎症和其它严重疾病的发生。近年来,研究者利用荧光检测技术实现了对生物活性分子的快速且灵敏的监测,并借助成像工具进行了高分辨率示踪,其中开发了许多用于检测ONOO-的有机小分子荧光探针。本文评述了近年来基于分子内电荷转移（ICT）、光诱导电子转移（PET）、荧光共振能量转移（FRET）和激发态分子内电荷转移（ESIPT）等多种荧光响应机理构建的ONOO-荧光检测方法的最新研究进展。     

金属离子响应型荧光传感分子的设计原理及研究进展

荧光传感凭借其高灵敏度、可实现远程监测和实时性等优越性而广受关注,在离子识别中常被用于离子识别信号的输出.随着主客体化学的迅速发展,许多具有良好性能的离子响应型荧光探针相继被报道,从分子内电荷转移(ICT)、光诱导的电子转移(PET)、荧光共振能量转移(FRET)、激发态分子内质子转移(ESIPT)、激基缔合物的生成/消失、螯合作用导致的荧光增强(CHEF)等不同机理对荧光传感型离子识别受体的设计思路进行了理论阐释,归纳总结了近5年来相关文献报道,阐述了其研究现状和研究进展,并展望了该领域的研究方向.     

基于ESIPT发射调控的纳米传感器测定VB1

以2,4-二氨基苯肼和2,6-二甲酰基对甲苯酚为反应物,合成了一种具有激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光的聚合物纳米颗粒(E-FNPs)。E-FNPs富有-NH_2,-C=N-和邻位-OH基团,能够发射较强的ESIPT荧光(Φ=0. 66)。在E-FNPs溶液中加入VB_1时,溶液的颜色由黄色变为浅黄色,同时其ESIPT荧光明显淬灭;加入其它维生素和相关生物活性物时几乎无变化。基于该原理建立了一种检测VB_1的新方法。该方法的线性范围为0. 1～35. 5 nmol/L。检出限为1. 6 mmol/L。该方法应用于维生素药片VB_1含量的测定,加标回收率为99. 1%～105. 2%。本研究的"合成-修饰一体化"方法可以为ESIPT荧光聚合物纳米颗粒的制备提供借鉴;基于ESIPT荧光淬灭机理的纳米传感器可为VB_1的高灵敏、高选择性检测提供新思路。     

溶剂效应和取代基效应对2-(2-氨基苯基)苯并噻唑光谱性质及激发态分子内质子转移的影响

合成了多种2-(2-氨基苯基)苯并噻唑(APBT)氨基氢原子被供电子及吸电子基团取代的衍生物, 并用紫外光谱﹑荧光光谱等方法和密度泛函理论(DFT)计算研究了溶剂效应和取代基效应对衍生物的光谱性质及激发态分子内质子转移(ESIPT)的影响规律. 结果表明, 相比于非极性溶剂环己烷, 随溶剂极性的增加及APBT-溶剂分子间氢键的形成, APBT的紫外-可见最大吸收峰和荧光最大发射峰均发生了一定程度的红移, 并对APBT的ESIPT产生了影响. 在APBT分子的氨基氮原子上引入不同的吸电子或斥电子取代基, 对氮原子的电荷性质有较大的影响. 在环己烷溶剂中, 甲基取代后的APBT仅有单重荧光发射峰, 体系未发生ESIPT过程; 而COCH₂Cl等吸电子基团能促进APBT的ESIPT, 其荧光发射光谱出现了明显的双重峰, 表明体系发生了激发态分子内质子转移反应. 量子化学的理论计算较好地验证了光谱实验结果.     

水杨酸-2′-乙基己基酯在胶束中的增溶位点

考察了阳离子、非离子和阴离子表面活性剂存在下水杨酸-2′-乙基己基酯(EHS)的吸收光谱和激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光光谱.结果表明,EHS可增溶在胶束中,2′-乙基己基碳链朝向胶束内核,而水杨酸基朝向胶束-水界面;胶柬环境有利于EHS分子对紫外光的吸收和分子内氢键的形成,从而使ESIPT荧光显著增强,激发态分子以发射可见光和非辐射去活化方式衰减;并根据EHS和表面活性剂分子的结构和大小,解释了EHS分子在胶束中的结合位点,荧光猝灭和酯水解的光谱测量进一步为此结合位点提供了佐证.     

基于激发态分子内质子转移的新型聚集诱导荧光探针用于硫化氢的检测及细胞成像

该文使用4-乙酰氨基苯甲醛和碳酸肼一步法合成了一种具有聚集诱导荧光（AIE）特性的高效新型荧光探针1。通过荧光发射光谱、紫外光谱、粒度粒径分析、扫描电子显微镜和DFT理论计算讨论了探针1的AIE特性,证明了探针的发光机理是激发态分子内质子转移（ESIPT）效应。探针1在DMSO－H2O（1∶9,体积比）,pH 7.4（PBS,0.2 mol/L）体系中可定量检测0～25 μmol/L范围内的H2S,检出限为0.27 μmol/L。此外,探针1不仅成功用于实际样品中H2S的检测,还可应用于活HeLa细胞中外源性H2S的荧光成像。并将其用于构建超灵敏逻辑门。利用探针1制备的简单便携经济的检测试纸,能够实时有效地视觉检测H2S。该研究有望为各种生理过程和食品样品中H2S的检测提供可靠有效的新思路与新方法。     

激发态分子内质子转移化合物的性能及作为荧光化学传感器的应用研究

本文简述了激发态分子内质子转移(ESIPT)化合物的理论研究进展,并对其作为荧光化学传感器的应用作了简要的综述,列举了一些代表性的工作,以期对该类化合物的后续研究工作有所帮助.     

水杨酸-2’-乙基己基酯在胶束中的增溶位点

考察了阳离子、非离子和阴离子表面活性剂存在下水杨酸-2’-乙基己基酯(EHS)的吸收光谱和激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光光谱. 结果表明, EHS可增溶在胶束中, 2’-乙基己基碳链朝向胶束内核, 而水杨酸基朝向胶束-水界面; 胶束环境有利于EHS分子对紫外光的吸收和分子内氢键的形成, 从而使ESIPT 荧光显著增强, 激发态分子以发射可见光和非辐射去活化方式衰减; 并根据EHS和表面活性剂分子的结构和大小, 解释了EHS分子在胶束中的结合位点, 荧光猝灭和酯水解的光谱测量进一步为此结合位点提供了佐证.     

基于异噁唑酮类份菁染料的激发态分子内质子转移的研究

运用量子化学理论计算方法研究了3-甲基-4-(1H-吲哚-3-次甲基)-异噁唑-5-酮(A)及其衍生物份菁染料的激发态分子内质子转移性质.研究表明:在基态3种染料AH(R=H),AO(R=—O(H3))和AP(R=—O(H2Ph))只存在酮式构型,在激发态AH与AP存在酮式和烯醇式2种构型,而AO存在酮式、烯醇式和仲胺式3种构型.红外光谱表明化合物从基态跃迁到激发态存在分子内的氢键增强作用,势能曲线显示激发态的质子转移为放热反应且能垒较低,通过分析电子光谱得到具有较大斯托克位移的激发态分子内质子转移的荧光发射峰,前线分子轨道理论计算进一步说明了其质子转移的发生过程.