一種苯并咪唑類熒光傳感器的合成和對Zn2+的識別研究

高 巍，周成勇，謝承志

（1.長治學院 化學系，山西 長治 046011；2.天津醫科大學 藥學院，天津 300192）

1 引言

作為生命體系中眾多的微量元素之一，Zn2+是細胞內很多酶和轉錄因子的重要組成部分[1-4]。有研究表明，Zn2+可能是細胞新陳代謝的主要調控因子[1,5]，近些年來，鋅離子在神生物學領域也得到了人們極大地關注，其在神經遞質傳遞過程中起著重要作用[6-8]，同時，在視網膜[9]、胰腺[10]、腸[11]等一些組織器官中，也發現了游離的鋅離子。

雖然Zn2+在生命體系中有著重要的作用，但其很多的作用機制目前還不清楚。因此，發展特異性識別Zn2+的傳感器尤為重要。

熒光化學傳感器由于其特有的高靈敏度與低檢出限，長久以來成為人們分析檢測生命體系和環境中各種陰、陽離子和生物小分子的重要手段。本文合成了一種對Zn2+有特異性響應的苯并咪唑衍生物HA，通過熒光滴定光譜、Job’s Plot、紫外可見光譜等手段對其識別機制進行了研究。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器和試劑

鄰苯二胺、氨基乙酸、冰乙酸、水楊醛、濃氨水、乙腈均為分析純試劑。

Hitachi U-3900紫外可見分光光度計，Hitachi F-4600熒光光譜儀，紅外光譜儀。

2.2 實驗方法

合成了一個Zn2+探針HA，通過熒光光譜以及紫外可見吸收光譜等手段對HA 在乙醇溶劑中和對Zn2+的響應進行了研究。所用的HA 溶液為2.5 mmol/L的乙醇溶液。在熒光光譜研究中HA 的濃度為6.25μmol/L。狹縫寬度為激發2.5 nm，發射2.5 nm，激發波長為318 nm。

紫外可見光譜中HA 的濃度為5μmol/L，Zn2+濃度為5μmol/L。

2.3 化合物HA 的合成和表征

圖1 HA 的合成線路圖

將1 mmol的鄰苯二胺和1 mmol氨基乙酸加入到100 ml燒瓶中，加入15 ml冰乙酸，攪拌下升溫至溶解。緩慢加入1 mmol的水楊醛，逐漸升溫至140℃反應2 h，抽濾并收集濾液，用濃氨水調節pH值至中性，有大量淡黃色沉淀生成。抽濾，干燥，用乙腈重結晶，得到淡黃色粉末HA。紅外分析：3324（OH），1632（C=N），3324（NH伸縮），1591（NH彎曲）

3 結果與討論

3.1 熒光光譜研究

3.1.1 熒光滴定光譜

圖2 熒光滴定光譜

熒光滴定實驗在乙醇溶液中進行。將5μl 2.5 mmol/L的HA加入到盛有2 mL乙醇的比色皿中，化合物在318 nm激發光照射下呈現出藍色熒光，每隔4分鐘向體系中加入1μl濃度為1 mmol/L的Zn2+。由圖2可以看出，熒光光譜發生藍移，454 nm處的熒光發射強度逐漸降低，在403 nm處出現新的熒光發射并隨著Zn2+濃度的增大而逐漸增強。當二者的濃度比為1：1時，體系熒光光譜趨于穩定。由此可以初步推斷，化合物HA 和Zn2+之間通過配位結合成了1：1的配合物。由于Zn2+的配位，使得配體分子HA 發生扭曲，從而使剛性降低，共軛效應減弱，最終導致熒光光譜發生了藍移并且強度降低。

3.1.2 Job’s Plot

圖3 Job’s Plot工作曲線

設計了Job’s Plot實驗來進一步認證反應的摩爾比，縱坐標為403 nm處的熒光強度，橫坐標為[Zn2+]/（[HA]+[Zn2+]），通過圖3我們可以看到Zn2+與HA 的反應摩爾約為1：1，每個Zn2+提供四個配位點而HA 為三齒配體占據三個位點，第四個配位點被溶劑分子或離子占據，從而形成四面體型鋅配合物。

3.1.3 離子選擇性實驗

圖4 陰離子選擇性實驗

圖5 陽離子選擇性實驗

文章設計了離子選擇性實驗來考察探針分子HA對Zn2+識別的選擇性。在離子選擇性實驗中HA 的濃度為6.25μmol/L，所有陰離子的濃度為40μmol/L，陽離子濃度為6.25μmol/L。實驗結果表明探針分子HA 只對Zn2+表現出了較好的選擇性。在圖5中，由于Cu2+、Co2+、Ni2+等自身的單電子結構從而在一定程度上造成了體系熒光的猝滅。

3.2 紫外可見光譜

由HA 及ZnHA的紫外可見光譜不難看出，Zn2+的加入對體系的吸收光譜產生了較大影響。位移主要發生在300-370 nm范圍內，這一變化主要是Zn2+與HA 的N、O之間形成的配位鍵而產生的吸收導致的，這進一步證明HA與Zn2+之間發生配位而形成了配合物。

圖6 HA與ZnHA的紫外可見光譜

4 結論

本文發展了一種特異性的Zn2+熒光探針HA，該化合物在有Zn2+存在的情況下，熒光光譜發生藍移，斯托克位移達51 nm，并且對Zn2+的響應具有特異性，可以用于體系中Zn2+的含量測定。熒光滴定實驗、job’s plot實驗以及紫外可見光譜表明：該探針分子通過配位鍵與Zn2+之間形成了比例為1:1的配合物。本研究為Zn2+的識別和檢測提供了一種新手段，也對Zn2+相關的疾病預防和檢測有積極的意義。

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