检测硫化氢和巯基化合物的近红外荧光探针的设计合成及应用

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1、密级：公开中图分类号：062硕士学位论文检测硫化氢和巯基化合物的近红外荧光探针的设计合成及应用研究生：高倩导师：曾荣今教授学科：化学研究方向：有机化学2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterSynthesisandapplicationofnear-infraredfluorescentprobesfordetectionofhydrogensulfideandsulfhydrylcompoundsCandidate：QianGaoSupervisorandRank：RongjinZeng(Professor)检测硫化氢和巯基化合物的近红外

2、荧光探针的设计合成及应用学位类型学术型学位作者姓名高倩作者学号15010601015学科（专业学位类别)化学研究方向（专业领域)有机化学导师姓名及职称曾荣今教授实践导师姓名及职称所在学院化学化工学院论文提交日期2018年5月30日摘要荧光探针法具有操作简单，分析快速，检测灵敏，无需破坏样品和可实现实时、原位检测等优势，成为生命科学、环境科学等学科的研究热点。硫化氢及生物硫醇是重要的生物分子，起着关键的生理病理调节作用。苯硫酚是一种用于医药、农药、合成等领域的重要中间体，也是一种对生物有毒害的环境污染物。因此，设计开发性能优良的硫化氢、生物硫醇及苯硫酚荧光探针在生物医学和环境安全方面具有

3、非常重要的意义。本文研究内容主要包含以下四个方面：（1）设计合成了一种快速检测苯硫酚的近红外荧光探针（P1），该探针是通过氨基卟啉上的氨基修饰上2,4-二硝基苯磺酰基（DNBS）而得到的。DNBS基团具有双重功能——通过光诱导电子转移（PET）过程淬灭卟啉的荧光和作为苯硫酚专一性识别的响应位点。苯硫酚是一种强亲核试剂，可以与P1发生芳香亲核取代（SNAr）反应，使磺酰基断开，PET过程被抑制，释放出卟啉荧光团而使荧光恢复。P1具有近红外发射，大的斯托克斯（Stokes）位移（〜227nm），很快的响应速度（<20s），很低的检测限（〜8.3nM）和良好的细胞膜通透性。已成功实现在Hel

4、a细胞中对苯硫酚的成像检测和水样中的测试。（2）制备了一种具有双波长响应功能的荧光探针（P2）。该探针通过醚键将羟基尼罗红（NR-OH）和4-氯-7-硝基苯并呋咱（NBD）相连，由于发生了从NR-OH到NBD之间的PET效应，P2本身不具有荧光，连接处的醚键即为Cys、Hcy和GSH的响应位点。P2与GSH反应后生成的NR-OH会在λem=635nm处发出红色荧光，另一种产物NBD-GSH则由于硫原子的淬灭作用而不具有荧光，即只能检测到红色荧光（单荧光发射峰）。P2与Cys、Hcy反应后不但生成NR-OH，在λem=635nm处发出红色荧光，而且另一种产物NBD-Cys、NBD-Hcy

5、因特殊的重排反应形成具有强绿色荧光的胺基取代的衍生物，可以明显测试到红色和绿色两种荧光（双荧光发射峰）。因此，根据不同的荧光发射特征可以实现对GSH和Cys/Hcy的有效区分和检测。（3）采用官能团修饰法设计合成了具有双活性官能团（羟基和氨基）的卟啉类荧光母体。以四苯基卟啉为初始原料，通过硝化反应，在卟啉周边的苯环上引入两个硝基，然后利用部分还原，将其中一个硝基还原为氨基，再通过重氮化水解将氨基转化为羟基，最后将另一个硝基还原为氨基，获得一种具有羟基和氨基两种活性基团的卟啉类荧光母体（5-（4-氨基苯基）-10-（4-羟基苯基）-15,20-二苯基卟啉）。该荧光母体相对四苯基卟啉具有更

6、长的吸收与发射波长，发射波长在近红外波段。可通过活性官能团进行进一步的功能化修饰，在制备多功能荧光探针方面具有潜在的应用价值。i（4）利用自主合成的含双活性官能团的卟啉作为荧光团，通过羟基与2,4-二硝基苯磺酰基相连，通过氨基和桥连基与甲氧基聚乙二醇氨基相连，制备了一种具有近红外发射和水溶性双重功能的硫化氢荧光探针（P3）。P3的2,4-二硝基苯磺酰基部分作为硫化氢的专一性识别位点，卟啉作为近红外荧光发射基团，甲氧基聚乙二醇氨基提供了探针分子良好的水溶性和脂溶性。P3可以在全水溶液中对硫化氢进行高时效性、高灵敏度、高选择性的检测，检测限低至12.7nM，并已经成功实现了在人体尿液和血清

7、中对硫化氢的检测。关键词：荧光探针；卟啉；苯硫酚；生物硫醇；硫化氢iiABSTRACTThefluorescenceprobemethodhastheadvantagesofsimpleoperation,rapidanalysis,highsensitivity,non-destructive,real-timeandin-situdetection,andhasbecomearesearchhotspotinthefieldsofbiolo