兩種含醛基的銥配合物用于半胱氨酸和OH-的識(shí)別

佟 鑫 趙世盛 楚 曦 李文豪 李紅巖

(河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，天津300130)

0 引言

生物硫醇類化合物如半胱氨酸(Cys)、高胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)在生物體內(nèi)起著重要作用[1]，其中Cys對(duì)人體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成以及新陳代謝的正常進(jìn)行具有重要影響[2-4]。人體內(nèi)Cys濃度過(guò)高可能引發(fā)類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、帕金森病、精神分裂癥和阿爾茨海默病等疾病[5-8]，而Cys缺乏可能導(dǎo)致生長(zhǎng)遲緩、頭發(fā)脫色、組織水腫、肌肉減少、皮膚和肝臟損傷等相關(guān)疾病的出現(xiàn)[9]。因此，對(duì)Cys的濃度監(jiān)測(cè)具有重要意義。同時(shí)，自然環(huán)境如水的pH對(duì)維持動(dòng)植物正常的生命活動(dòng)具有重要意義[10]。然而，人類生產(chǎn)或生活過(guò)程中廢水廢氣等的排放會(huì)影響環(huán)境pH的變化[11]，即使環(huán)境pH的微小變化也會(huì)破壞動(dòng)植物生命系統(tǒng)甚至生態(tài)系統(tǒng)的平衡[12]。因此，快速、靈敏地檢測(cè)pH對(duì)于保護(hù)生物和生態(tài)環(huán)境是非常必要的。

目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些方法用于檢測(cè)Cys的濃度和pH值。如檢測(cè)Cys的方法有毛細(xì)管電泳法[13]、電位滴定法[14]、高效液相色譜法[15]和質(zhì)譜法[16]等，而檢測(cè)pH的常見(jiàn)方法有電化學(xué)[17]、核磁共振波譜[18]和酸堿滴定[19]等方法。隨著光學(xué)檢測(cè)方法的不斷發(fā)展，磷光檢測(cè)因?yàn)榫哂休^大斯托克斯位移、高化學(xué)穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性以及較長(zhǎng)的三重態(tài)壽命等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)傳感中得到了廣泛的應(yīng)用[20]。相比于其他磷光金屬配合物，Irバ配合物由于具有較高的量子產(chǎn)率、發(fā)光顏色可調(diào)節(jié)以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最好的磷光傳感材料之一[21-23]。在過(guò)去的幾十年中，Irバ配合物被成功地應(yīng)用于金屬離子[24-25]、氧氣[26]、氨基酸[27-28]和pH[29]等物質(zhì)的檢測(cè)中，并表現(xiàn)出較高的選擇性和靈敏度。如Yu等[30]通過(guò)將二甲基吡啶胺基團(tuán)引入Irバ配合物中實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cu2+的磷光猝滅型檢測(cè)。Shiu等[31]報(bào)道的銥配合物實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cys的增強(qiáng)型檢測(cè)，Mao等[32]合成的銥配合物可以對(duì)活體斑馬魚體內(nèi)的Cys進(jìn)行有效識(shí)別。然而，目前報(bào)道的應(yīng)用于化學(xué)傳感領(lǐng)域的銥配合物多數(shù)是針對(duì)單一分析物的檢測(cè)，能夠同時(shí)檢測(cè)2種或2種以上分析物的磷光銥配合物相對(duì)較少。因此，對(duì)基于銥配合物的多功能磷光探針的設(shè)計(jì)和合成具有一定的研究意義。

我們合成了具有[Ir(C^N)2(N^N)]PF6(C^N為環(huán)金屬配體，N^N為中性配體)結(jié)構(gòu)的2種銥配合物[Ir(L1)2(dbr-bpy)]PF6(Ir1)和[Ir(L2)2(dbr-bpy)]PF6(Ir2)(L1=6-苯基煙醛，L2=6-(4-三氟甲基苯基)吡啶-3-甲醛，dbr-bpy=4，4′-二溴-2，2′-聯(lián)吡啶)。對(duì)這2個(gè)銥配合物的光物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定和討論，研究了它們對(duì)Cys和OH-的雙向檢測(cè)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

主要試劑有苯硼酸(AR，購(gòu)自阿拉丁試劑有限公司)、4-三氟甲基苯硼酸(AR，上海皓鴻生物醫(yī)藥科技有限公司)、6-溴-3-甲醛吡啶(AR，北京百靈威有限公司)、四(三苯基膦)鈀(AR，陜西開(kāi)達(dá)化工有限公司)、IrCl3·nH2O(wIr≥54%，昆明鉑銳金屬材料有限公司)、dbr-bpy(AR，北京伊諾凱科技有限公司)、六氟磷酸鉀(AR，阿拉丁試劑有限公司)、2-乙氧基乙醇(AR，北京百靈威科技有限公司)。其他試劑均為市售分析純，沒(méi)有經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的提純。

1H和13C NMR采用Bruker AM 400 MHz核磁共振儀完成。質(zhì)譜通過(guò)ESI-MS(Bruker Scientific Instruments LC-MS)質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定。吸收光譜和發(fā)射光譜分別在UV-2700紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)和Hitachi F-2700熒光光譜儀上測(cè)得。磷光壽命是在Edinburgh FLS920P光譜儀上測(cè)得并經(jīng)過(guò)擬合處理。循環(huán)伏安（CV）實(shí)驗(yàn)在CHI 760E電化學(xué)工作站上進(jìn)行，測(cè)定時(shí)以鉑盤電極為工作電極，鉑絲電極為對(duì)電極，Ag+/Ag為參比電極，使用四丁基六氟磷酸銨(0.10 mol·L-1)為支持電解質(zhì)，測(cè)定過(guò)程電壓的掃描速度為0.1 V·s-1。采用Gaussian09軟件包進(jìn)行理論計(jì)算，利用密度泛函理論（DFT）含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT)對(duì)配合物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行基態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。計(jì)算過(guò)程中，銥原子采用LANL2DZ贗勢(shì)基組，其他原子采用6-31G(d，p)基組。

1.2 配合物的合成

配 體L1、L2和 二 橋 配 合 物[(L1)2Ir(μ-Cl)]2、[(L2)2Ir(μ-Cl)]2按照文獻(xiàn)報(bào)道方法合成[33-34]。配合物Ir1和Ir2的合成路線如圖1所示。

圖1 Irバ配合物Ir1和Ir2的合成路線Fig.1 Synthetic routes of Irバcomplexes Ir1 and Ir2

在氮?dú)夥諊鷹l件下將0.32 g(0.30 mmol)[(L1)2Ir(μ-Cl)]2、0.09 g(0.60 mmol)dbr-bpy溶解在二氯甲烷和甲醇的混合溶液中，50℃下反應(yīng)5 h，冷卻至室溫，加入0.11 g(0.60 mmol)KPF6，室溫?cái)嚢? h，除去溶劑后粗產(chǎn)物用硅膠柱層析分離，洗脫劑為二氯甲烷和甲醇的混合溶劑(10∶1，V/V)，得0.31 g配合物Ir1，為深紅色固體，產(chǎn)率78%。1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)：δ9.81(s，2H)，9.37(d，J=1.9 Hz，2H)，8.46(d，J=8.5 Hz，2H)，8.30(dd，J=8.5，1.7 Hz，2H)，8.14(d，J=1.4 Hz，2H)，8.06～8.00(m，4H)，7.66(d，J=5.9 Hz，2H)，7.08(t，J=8.0 Hz，2H)，6.97(t，J=7.4 Hz，2H)，6.26(d，J=7.4 Hz，2H)。13C NMR(101 MHz，DMSO-d6)：δ190.68,171.54,156.62,153.21,152.27，151.04，143.13，138.08,136.48,132.68,132.34,131.99，131.46，129.71，127.50,123.49,120.68。IR(KBr，cm-1)：3 109(m),1 691(s)，1 596(s)，1 396(s)，1 220(s)，827(vs)，742(s)，555(s)。MS(ESI)：m/z=870.978 1[M-PF6]+，[C34H22Br2IrN4O2]+理論值870.971 8。

Ir2的合成過(guò)程與Ir1相似，將0.45 g(0.30 mmol)[(L2)2Ir(μ-Cl)]2、0.17 g(0.60 mmol)dbr-bpy和0.11 g(0.60 mmol)KPF6反應(yīng)后得到0.35 g配合物Ir2，為橙黃色固體，產(chǎn)率60%。1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)：δ9.86(s，2H)，9.40(s，2H)，8.65(d，J=8.4 Hz,2H)，8.45(d，J=8.4 Hz，2H)，8.33～8.24(m，4H)，8.05～7.99(m，2H)，7.65(d，J=6.0 Hz，2H)，7.43(d，J=8.3 Hz，2H)，6.37(s，2H)。13C NMR(101 MHz，DMSO-d6)：δ190.69,169.52,156.52,153.77,151.46，147.36，138.73，136.83,132.87,132.46,131.17(q,30 Hz),129.87,127.75，127.19,125.46,122.74,122.10，120.71。IR(KBr，cm-1)：3 120(m),1 697(s),1 599(s),1 481(s),1 402(s)，1 321(vs)，1 136(s)，852(vs)，559(s)。MS(ESI)：m/z=1 006.948 6[M-PF6]+，[C36H20Br2F6IrN4O2]+理論值1 006.946 6。

1.3 Cys的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

首先配制濃度為0.50 mmol·L-1的配合物Ir1和Ir2的乙腈溶液，然后配制濃度為0.10 mol·L-1的Cys和其他不同種類氨基酸的水溶液，包括丙氨酸(Ala)、精氨酸(Arg)、天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、組氨酸(His)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、賴氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苯丙氨酸(Phe)、絲氨酸(Ser)、蘇氨酸(Thr)、色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和纈氨酸(Val)。選擇性實(shí)驗(yàn)是向銥配合物的溶液中分別加入1.0 mmol·L-1的各種氨基酸溶液，然后測(cè)試發(fā)射光譜的變化。競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)是首先向銥配合物的溶液中分別加入1.0 mmol·L-1的除Cys外的其他氨基酸溶液，測(cè)試該混合溶液的發(fā)射光譜，然后在上述混合溶液中再分別加入1.0 mmol·L-1的Cys溶液，測(cè)試發(fā)射光譜的變化。滴定實(shí)驗(yàn)是向銥配合物的溶液中逐步加入Cys溶液，使其濃度為0～2.0 mmol·L-1，然后分別測(cè)試發(fā)射光譜。所有測(cè)試溶液都是混合2 min后進(jìn)行發(fā)射光譜的測(cè)試。

1.4 OH-檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

配制濃度為0.50 mmol·L-1的配合物Ir2的二甲基亞砜(DMSO)溶液作為儲(chǔ)備液，將其在DMSO/H2O(7∶3，V/V)溶液中稀釋至2.5 μmol·L-1作為使用液。然后配制OH-(NaOH)和其他不同種類陰離子的水溶液，包括Cl-、CO32-、HCO3-、SO42-、SO32-、NO2-、Ac-、HCOO-、Br-、PO43-和HSO3-，所用陰離子均為相應(yīng)的鈉鹽或鉀鹽。選擇性實(shí)驗(yàn)是向Ir2的溶液中分別加入100 mmol·L-1的各種陰離子溶液，然后測(cè)試發(fā)射光譜的變化。競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)是首先向Ir2的溶液中分別加入除OH-外的其他陰離子溶液，測(cè)試混合溶液的發(fā)射光譜，然后在上述溶液中再分別加入OH-溶液，測(cè)試發(fā)射光譜變化。滴定實(shí)驗(yàn)是向Ir2的溶液中逐步加入OH-溶液，使其濃度為0～100 mmol·L-1，然后在熒光光譜儀下進(jìn)行發(fā)射光譜的測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的光物理性質(zhì)

圖2所示是配合物Ir1和Ir2在室溫條件下、乙腈溶液中的紫外可見(jiàn)吸收光譜和發(fā)射光譜，相關(guān)的數(shù)據(jù)列于表1中。圖2a表明在250～400 nm范圍內(nèi)，Ir1和Ir2都出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收峰，這些吸收可以歸屬于以配體為中心的自旋允許的π-π*躍遷。在低能量范圍(＞400 nm)的吸收峰可以歸屬于金屬-配體間的電荷轉(zhuǎn)移躍遷吸收，即MLCT吸收，包括自旋允許的1MLCT和自旋禁阻的3MLCT的混合躍遷吸收[35-37]。在低能量區(qū)域，配合物Ir2的吸收峰相比于Ir1的吸收峰藍(lán)移了12 nm，這是配合物中環(huán)金屬配體結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致的[38]。銥配合物的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)主要分布于金屬Irバ和環(huán)金屬配體上(表S1，Supporting information)，與Ir1相比，Ir2的環(huán)金屬配體上引入了強(qiáng)吸電子的CF3基團(tuán)，造成配合物Ir2的HOMO能級(jí)降低，能隙增大，從而使低能量區(qū)域的吸收帶產(chǎn)生藍(lán)移。

圖2 配合物Ir1和Ir2在乙腈溶液(20 μmol·L-1)中的UV-Vis吸收光譜(a)和發(fā)射光譜(b)Fig.2 UV-Vis absorption spectra(a)and emission spectra(b)of complexes Ir1 and Ir2 in CH3CN

表1 配合物Ir1和Ir2的光物理和電化學(xué)性質(zhì)Table 1 Photophysical and electrochemical properties of complexes Ir1 and Ir2

圖2b為配合物Ir1和Ir2在室溫條件下乙腈溶液中的發(fā)射光譜圖。從圖中可以看出Ir1和Ir2的發(fā)射光譜表現(xiàn)出典型的寬峰而且無(wú)精細(xì)結(jié)構(gòu)。配合物Ir1的最大發(fā)射峰位于584 nm，為橙紅光。配合物Ir2的最大發(fā)射峰位于530 nm，為黃光。文獻(xiàn)報(bào)道的以3-甲基-2-苯基吡啶為環(huán)金屬配體、以dbr-bpy為中性配體的銥配合物[39]的發(fā)射峰位置為630 nm，和這個(gè)配合物相比，將醛基引入銥配合物的環(huán)金屬配體后，Ir1的發(fā)射峰位置藍(lán)移了46 nm。在此基礎(chǔ)上，在環(huán)金屬配體的苯環(huán)上再引入CF3基團(tuán)，配合物Ir2的發(fā)射峰又藍(lán)移了54 nm。這說(shuō)明在銥配合物的環(huán)金屬配體中引入吸電子的醛基和三氟甲基基團(tuán)后，可以使HOMO能級(jí)降低，配合物的能隙差增大，發(fā)射光譜藍(lán)移。量子效率和壽命是用來(lái)衡量磷光材料光物理性質(zhì)的重要參數(shù)，以fac-Ir(ppy)3作為參比物質(zhì)，利用配合物在乙腈溶液中的紫外可見(jiàn)吸收光譜和發(fā)射光譜計(jì)算得到了配合物Ir1和Ir2的發(fā)光量子效率，分別為49%和66%(表1)。在MLCT激發(fā)和最大發(fā)射波長(zhǎng)處監(jiān)測(cè)，測(cè)定了Ir1和Ir2在乙腈溶液中的激發(fā)態(tài)壽命，分別為1.6和3.3 μs，處于微秒級(jí)別。以上結(jié)果表明這2種配合物是典型的磷光發(fā)光材料。

2.2 電化學(xué)性質(zhì)和理論計(jì)算

采用CV法研究了配合物Ir1和Ir2的電化學(xué)性能，CV曲線如圖3所示，相關(guān)電化學(xué)數(shù)據(jù)列于表1。在陽(yáng)極氧化過(guò)程中，配合物Ir1和Ir2在1.00～1.60 V(vs Ag+/Ag)范圍內(nèi)均表現(xiàn)出可逆的氧化還原峰，這可以歸因于以金屬為中心的Irバ/Irビ的氧化還原。Ir1和Ir2的氧化電位分別為1.08和1.33 V。和Ir1相比，Ir2的氧化電位正向移動(dòng)了0.25 V，這表明Ir2的環(huán)金屬配體中CF3的引入使HOMO能級(jí)降低，配合物更難從HOMO軌道失去電子，故氧化電位增大。

圖3 室溫下配合物Ir1和Ir2在CH2Cl2/CH3CN(1∶1,V/V)溶液中的CV曲線Fig.3 CV curves of complexes Ir1 and Ir2 in CH2Cl2/CH3CN(1∶1,V/V)solution at room temperature

利用DFT和TD-DFT對(duì)配合物Ir1和Ir2進(jìn)行了理論計(jì)算，其前線分子軌道的電子云分布圖及相應(yīng)軌道能級(jí)見(jiàn)圖4，HOMO和LUMO(最低未占分子軌道)的構(gòu)成和主要的電子躍遷位置及性質(zhì)分別列于表S1～S3。由圖4可見(jiàn)，配合物Ir1和Ir2的LUMO主要分布在中性配體(84.58%～92.66%)上，少量分布于環(huán)金屬配體(4.22%～15.43%)和銥原子的d軌道(2.54%～3.12%)上。HOMO主要位于環(huán)金屬配體(48.31%～50.00%)和 銥 原 子 的d軌 道(46.34%～48.11%)上，少量位于中性配體(3.58%～3.67%)上，HOMO和LUMO的電子云分布規(guī)律和文獻(xiàn)報(bào)道的多數(shù)銥配合物的前線分子軌道的組成一致[40]。根據(jù)理論計(jì)算，配合物Ir1和Ir2的LUMO能級(jí)非常接近，分別為-3.03和-3.10 eV，這與它們有相同的中性配體有關(guān)。配合物Ir1和Ir2的HOMO能級(jí)分別為-6.11和-6.38 eV，說(shuō)明吸電子基團(tuán)CF3的引入可以有效地穩(wěn)定HOMO能級(jí)，從而擴(kuò)大HOMO和LUMO之間的能隙差，這與Ir2具有較高的氧化電位一致，也與紫外可見(jiàn)吸收光譜在低能量區(qū)的光譜移動(dòng)規(guī)律相吻合。

圖4 DFT方法計(jì)算得到的配合物Ir1和Ir2的前線分子軌道圖以及環(huán)金屬配體(黑線)、銥原子(紅線)和中性配體(藍(lán)線)在分子軌道中的組成比例Fig.4 Frontier molecular orbital diagrams of complexes Ir1 and Ir2 calculated by the DFT method and the composition ratio of cyclometalated ligand(black line),iridium atom(red line),and neutral ligand(blue line)in molecular orbitals

2.3 銥配合物對(duì)Cys的檢測(cè)性能

對(duì)性能優(yōu)異的磷光傳感材料來(lái)說(shuō)，高選擇性是必要的。為了研究配合物Ir1和Ir2對(duì)Cys的檢測(cè)性能，在Ir1和Ir2的乙腈溶液(0.5 mmol·L-1)中分別加入1.0 mmol·L-1的氨基酸(Cys、Ala、Arg、Asp、Glu、Gly、His、Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Ser、Thr、Trp、Tyr和Val)，測(cè)定了配合物在不同氨基酸存在下的磷光光譜的響應(yīng)變化。如圖S7a所示，在Ir1的溶液中加入Cys后，Ir1的光致發(fā)光顯著猝滅，發(fā)射峰強(qiáng)度降低了近82%，而加入其他氨基酸時(shí)，Ir1的發(fā)光強(qiáng)度變化很小。從圖S7b可以看出，配合物Ir2也得到類似的結(jié)果，加入Cys后發(fā)射峰強(qiáng)度降低了近87%。以上結(jié)果表明，配合物Ir1和Ir2對(duì)Cys具有較高的選擇性，可作為對(duì)Cys的猝滅型磷光分子探針。

抗干擾能力對(duì)于磷光傳感材料也是十分重要的。通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)研究了共存氨基酸(Ala、Arg、Asp、Glu、Gly、His、Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Ser、Thr、Trp、Tyr和Val)對(duì)Cys測(cè)定的影響，結(jié)果如圖5所示。在其他競(jìng)爭(zhēng)性氨基酸存在的條件下，配合物Ir1和Ir2仍然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Cys的識(shí)別，并且受到競(jìng)爭(zhēng)性氨基酸的影響較小。結(jié)果表明，配合物Ir1和Ir2對(duì)Cys的檢測(cè)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

圖5 在各種氨基酸不存在和存在下配合物Ir1(a)和Ir2(b)的磷光響應(yīng)Fig.5 Phosphorescence response of complexes Ir1(a)and Ir2(b)in the absence and presence of various amino acids

為了進(jìn)一步考察配合物Ir1和Ir2對(duì)Cys的檢測(cè)性能，研究了在配合物Ir1和Ir2的乙腈溶液中逐步加入不同濃度的Cys后的發(fā)射光譜，從而分析配合物的發(fā)光強(qiáng)度與Cys的濃度之間的線性關(guān)系。如圖6a所示，在配合物Ir1的溶液中逐步滴加Cys后，發(fā)光強(qiáng)度逐漸減小，直至加入1.0 mmol·L-1的Cys后發(fā)光強(qiáng)度保持不變。在Cys濃度為0～1.0 mmol·L-1范圍內(nèi)，Ir1在584 nm處的發(fā)光強(qiáng)度隨Cys濃度的變化曲線呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系(圖6a插圖)，且Ir1與Cys的結(jié)合比約為1∶2。同樣，通過(guò)磷光發(fā)射光譜的強(qiáng)度變化，進(jìn)行了Ir2與Cys的滴定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖6b所示。在Ir2的乙腈溶液中逐漸加入Cys時(shí)，Ir2在530 nm處的發(fā)光強(qiáng)度不斷降低，直到加入1.0 mmol·L-1的Cys后發(fā)光強(qiáng)度基本保持不變。通過(guò)公式LOD=3σ/k[41]計(jì)算出配合物Ir1和Ir2對(duì)Cys進(jìn)行選擇性識(shí)別的檢出限（LOD）分別為35.1和18.5 μmol·L-1，公式中σ為空白測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，k為配合物發(fā)光強(qiáng)度隨Cys濃度的變化曲線的斜率。根據(jù)文獻(xiàn)[42-43]，配合物Ir1和Ir2選擇性識(shí)別Cys可能的機(jī)理如圖7所示，Irバ配合物中的醛基可與β-氨基硫醇類化合物反應(yīng)，生成具有噻唑烷結(jié)構(gòu)的化合物，從而改變銥バ配合物激發(fā)態(tài)性質(zhì)，使配合物的發(fā)光強(qiáng)度顯著降低。

圖6 在配合物的乙腈溶液中逐漸加入不同濃度Cys后的發(fā)射光譜變化Fig.6 Changes in the emission spectra of the complexes in acetonitrile solution with various concentrations of Cys

圖7 配合物Ir1/Ir2與Cys結(jié)合的可能機(jī)制Fig.7 Possible mechanism of the combination of Ir1/Ir2 with Cys

2.4 配合物Ir2在OH-檢測(cè)中的應(yīng)用

以配合物Ir2為例，研究了銥配合物在OH-檢測(cè)中的應(yīng)用。首先通過(guò)時(shí)程實(shí)驗(yàn)研究了Ir2對(duì)OH-的響應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如圖S8所示。在加入OH-(100 mmol·L-1)后的360 min內(nèi)，配合物Ir2的發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間增加而逐漸增強(qiáng)，發(fā)射峰位置從550 nm藍(lán)移到506 nm，在360～480 min的時(shí)間范圍內(nèi)，配合物的發(fā)光強(qiáng)度不再發(fā)生明顯變化。因此，配合物Ir2檢測(cè)OH-的穩(wěn)定時(shí)間為360 min，以下實(shí)驗(yàn)均采用360 min的反應(yīng)時(shí)間。

為了獲得最佳的傳感性能，我們測(cè)試了DMSO/H2O溶劑中不同H2O體積分?jǐn)?shù)下配合物Ir2對(duì)OH-的檢測(cè)性能，結(jié)果如圖8a所示。當(dāng)DMSO中H2O的含量為30%時(shí)，在配合物Ir2的溶液中加入100 mmol·L-1的OH-后，顯示出最高的發(fā)射峰強(qiáng)度。和純DMSO溶劑條件下的發(fā)射光譜相比，H2O的含量為30%時(shí)的光譜發(fā)生明顯藍(lán)移(14 nm)，發(fā)光顏色由黃綠色變?yōu)榫G色。隨著H2O比例的進(jìn)一步升高，Ir2的發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱，這種現(xiàn)象也可以在紫外光(365 nm)照射下用肉眼觀察到(圖S9)。

圖8 (a)DMSO/H2O溶劑中不同H2O體積分?jǐn)?shù)下，在配合物Ir2的溶液中加入OH-(100 mmol·L-1)后的發(fā)射光譜;(b)在配合物Ir2的DMSO/H2O(7∶3,V/V)溶液中，逐漸加入不同濃度OH-后的發(fā)射光譜Fig.8(a)Emission spectra of Ir2 with OH-(100 mmol·L-1)added in a system containing different volume fractions of H2O in DMSO;(b)Emission spectra of Ir2 upon the increasing concentration of OH-in DMSO/H2O(7∶3,V/V)

在優(yōu)化溶劑條件后，進(jìn)一步研究了配合物Ir2在DMSO/H2O(7∶3，V/V)中對(duì)不同濃度OH-的檢測(cè)效果，結(jié)果如圖8b所示。在配合物Ir2的溶液中逐漸加入不同濃度的OH-(0～100 mmol·L-1)后，配合物的發(fā)射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)OH-的濃度達(dá)到100 mmol·L-1時(shí)，配合物的發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)至原來(lái)的5倍。同時(shí)，隨著OH-濃度的增大，配合物的發(fā)射峰位置從550 nm藍(lán)移到506 nm。在0～100 mmol·L-1的OH-濃度范圍內(nèi)，OH-濃度和配合物的發(fā)光強(qiáng)度成正比，計(jì)算得到Ir2對(duì)OH-的LOD為0.396 mmol·L-1，表明配合物Ir2對(duì)OH-的檢測(cè)具有較高的靈敏度。根據(jù)加入的OH-的物質(zhì)的量和溶液的體積計(jì)算得到了溶液的pH，不同pH下的發(fā)光照片如圖S10所示。當(dāng)溶液為中性時(shí)，配合物為橙黃光，隨著pH的逐漸增大，溶液發(fā)光由橙黃色逐漸變?yōu)榫G色。配合物Ir2對(duì)OH-檢測(cè)的選擇性和競(jìng)爭(zhēng)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖S11所示，在加入其他陰離子后，配合物Ir2的發(fā)射光譜強(qiáng)度均無(wú)明顯增強(qiáng)。而在配合物Ir2和其他陰離子的混合溶液中再加入100 mmol·L-1的OH-后，Ir2的發(fā)光強(qiáng)度仍能增強(qiáng)至原來(lái)的5倍以上，這表明Ir2對(duì)OH-的檢測(cè)有較強(qiáng)的抗干擾能力。配合物Ir2對(duì)OH-識(shí)別的可能機(jī)理：通過(guò)親核取代反應(yīng)，OH-取代了配合物Ir2的中性配體dbr-bpy中的溴取代基，從而形成了中性配體含有羥基的新的配合物(圖S12)[39]，中性配體上吸電子的溴取代基被供電子能力較強(qiáng)的羥基取代后，會(huì)使LUMO能級(jí)升高，從而使發(fā)射光譜藍(lán)移。

3 結(jié)論

以4，4′-二溴-2，2′-聯(lián)吡啶為中性配體，合成了2種含醛基的Irバ配合物Ir1和Ir2。在光激發(fā)下，配合物Ir1和Ir2在乙腈溶液中的發(fā)射峰分別位于584和530 nm，發(fā)光顏色分別為橙紅光和黃光。配合物Ir1和Ir2在無(wú)氧乙腈溶液中的量子效率分別為49%和66%。2種配合物對(duì)Cys的加入表現(xiàn)出快速的猝滅型磷光響應(yīng)，與Cys的結(jié)合比為1∶2，而且對(duì)Cys的檢測(cè)具有良好的選擇性，最低檢測(cè)限達(dá)到18.5 μmol·L-1。同時(shí)配合物Ir2對(duì)OH-有良好的識(shí)別性能，可以作為增強(qiáng)型的磷光探針應(yīng)用在OH-的檢測(cè)中。本文的研究為設(shè)計(jì)基于銥配合物的多功能磷光探針提供了思路。

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