活性硫类物质荧光探针的构建及应用研究

作     者：侯媛 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨小峰

授予年度：2016年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：荧光探针 活性硫 多硫化物 肉桂酸酯 氮丙啶 

摘      要：活性硫(Reactive sulfur species, RSS)是指含有硫原子的生物有机小分子,如硫醇、硫化物、过硫化物、多硫化物、二氧化硫、次磺酸类衍生物以及S-亚硝基硫醇等。这类分子具有一定的生物活性,普遍存在于生命体中,与人体内的神经调节、炎症调节、血管张力调节等功能密切相关,因此设计专一检测上述活性硫类物质的荧光探针分子,发展原位表征上述活性物质的方法,对研究其在生物体系中的功能具有重要的意义。硫化氢(hydrogen sulfide, HS)作为一种重要的气体信号小分子存在于生物体中,在生命活动中扮演着重要的角色,因此得到了人们的广泛关注,但作为内源性HS氧化还原反应产物的多硫化物(polysulfides, HS, n1)却鲜少有人关注。然而近几年的研究表明,以前讨论的很多有关HS的生物学过程是在HS的参与作用下完成的,因此设计合成新型的荧光探针对其进行分辨检测具有重要的意义。HS(n1)具有两个游离的-SH,可以与相应的反应物发生两次亲核反应,基于这一特征,本论文利用不同的反应机理设计了三种可选择性检测HS的荧光探针。本文共包括四章,主要内容如下：第一章绪论。主要介绍各种活性硫类物质的生物功能、化学性质及其在荧光检测方法的研究进展,在此基础上提出本论文的主要研究思路。第二章以肉桂酸酯为识别基团的HS荧光探针的构建及应用研究。本章中我们合成了一系列以肉桂酸酯为识别基团的荧光探针A1-A6,这些探针中肉桂酰基部分的苯环上连有不同的吸电基团,因此与HS反应具有不同的响应动力学特性及灵敏度,其中3-(三氟甲基)肉桂酰基(探针A3)对HS具有最佳的检测性能。在上述工作基础上,我们以3-(三氟甲基)肉桂酸酯为识别基团,以化合物6-(二乙胺基)-9-[2-(羧基)苯基]-3H-氧杂葸-3-酮(N,N-diethylrhodol, DER)为荧光母体,合成了长波长的荧光探针A。探针A具有两个亲电位点(羰基碳和不饱和双键上的β-碳),本身无色无荧光。当向体系中加入HS后,HS可以与探针A发生两次亲核反应,释放出DER荧光分子,从而导致反应体系在548 nm处的荧光信号显著升高。体系的荧光信号与NaS浓度在0-40μM的范围内成线性关系,检出限为0.40μM。该探针可用于胎牛血清中HS的检测,同时实现了对SMMC-7721人肝癌细胞中HS的荧光成像分析。第三章以氮丙啶为识别基团的HS荧光探针的合成及性质研究。本章以罗丹明B为荧光母体,氮丙啶环为识别基团合成了长波长的荧光探针B。该探针本身存在大的π键共轭体系,在590nm处具有一个强的荧光发射峰,当向体系中加入HS后,探针上的氮丙啶环受到亲核进攻发生不对称开环反应,生成含有酰胺基团的中间体,该酰胺中的氮原子具有亲核性,会进攻罗丹明氧杂蒽环上9-位的碳原子,形成相应的螺酰胺化合物。上述反应过程打破了罗丹明探针本身的共轭体系,从而导致体系的吸收及荧光信号显著降低,据此实现了对NaS的选择性检测。探针B检测NaS浓度的线性范围为0-50μM,检出限为0.54μM。第四章基于光诱导电子转移原理测定HS的芘丁酸类荧光探针的合成及性质研究。本章中我们选择了荧光量子产率高、荧光寿命长的1-芘丁酸为母体合成了探针C。该探针本身在378 nm处存在一个强的荧光峰,与HS反应后,氮丙啶环发生不对称开环反应,形成含有-S-S-的化合物,-S-S-与芘荧光团发生光诱导电子转移(PET)过程,导致体系荧光信号降低。该探针能快速、灵敏、准确的测定HS。该方法测定NaS浓度的线性范围为0-50μM,检出限为0.48μM。