1、有机化学有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry NOTE *Corresponding authors.E-mail:; Received April 22,2022;revised July 17,2022;published online August 25,2022.Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.21878023,U1608222)and the Program for Distinguished Professor of Li
2、aoning Province.国家自然科学基金(Nos.21878023,U1608222)及辽宁特聘教授支持计划资助项目.Chin.J.Org.Chem.2023,43,345351 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http:/sioc- DOI:10.6023/cjoc202204054 研究简报研究简报 一种基于“聚集诱导发光激发态分子内质子转移”机制的 苯并噻唑衍生物荧光探针及其对次氯酸根的识别 刘 梦a 黄延茹a 孙小飞*,b 汤立军*,a(a渤海大学化学与材料工程学院
3、 辽宁锦州 121013)(b渤海大学食品科学与工程学院 辽宁锦州 121013)摘要摘要 合成了一种基于苯并噻唑衍生物的荧光探针(Z)-O-(2-(苯并d噻唑-2-基)-4-(2-氰基-2-(4-氰基苯基)乙烯基)-6-甲基苯基)二甲基硫代氨基甲酸酯(HBTY-N),探针在 Tris 溶液(pH7)中能够通过荧光“Off-On”变化,高选择性识别 ClO.向该探针中加入 ClO后溶液由无荧光变为橙红色荧光,斯托克位移为 235 nm,且识别响应快速.探针 HBTY-N 对 ClO的检测限为 2.127107 mol/L,pH 适用范围为 110,并且有较强的抗干扰能力.机理研究表明,在 Cl
4、O的作用下,探针通过“氧化去保护”机制释放出具有“聚集诱导发光激发态分子内质子转移(AIEESIPT)”性质的荧光团(Z)-4-(2-(3-(苯并d噻唑-2-基)-4-羟基-5-甲基苯基)-1-氰基乙烯基)苄腈(HBTY),量子产率由 0 变为 42.88%.此外,探针 HBTY-N可对活细胞中 ClO进行荧光成像,且对细胞毒性低,还可用于实际水样中的 ClO检测,具有潜在的应用价值.关键词关键词 聚集诱导发光激发态分子内质子转移(AIEESIPT);ClO;细胞成像;苯并噻唑;荧光探针 An“Aggregation-Induced EmissionExcited-State Intramol
5、ecular Proton Transfer”Mechanisms-Based Benzothiazole Derived Fluorescent Probe and Its ClO Recognition Liu,Menga Huang,Yanrua Sun,Xiaofei*,b Tang,Lijun*,a(a College of Chemistry and Materials Engineering,Bohai University,Jinzhou,Liaoning 121013)(b College of Food Science and Technology,Bohai Univer
6、sity,Jinzhou,Liaoning 121013)Abstract A fluorescent probe(Z)-O-(2-(benzodthiazol-2-yl)-4-(2-cyano-2-(4-cyanophenyl)vinyl)-6-methylphenyl)dimeth-yl cabarmothioate(HBTY-N)based on benzothiazole derivatives was synthesized.The probe can recognize ClO with high selectivity through fluorescence Off-On ch
7、ange in Tris solution(pH7).After adding ClO to the probe,the probe solution changed from no fluorescence to orange-red fluorescence,the Stokes shift is 235 nm,and the recognition response is fast.The detection limit of the probe HBTY-N for ClO is 2.127107 mol/L,the applicable pH range is 110,and it
8、has strong anti-interference ability.Mechanistic studies show that under the action of ClO,the probe releases the fluorophore(Z)-4-(2-(3-(benzodthiazol-2-yl)-4-hydroxy-5-methylphenyl)-1-cyanovinyl)benzonitrile(HBTY)with“aggregation-induced emission(AIE)excited-state intramolecular proton yransfer(ES
9、IPT)”properties through the“oxidative deprotection”mechanism,and the quantum yield changes from 0 to 42.88%.In addition,the probe HBTY-N can perform fluorescence imaging of ClO in living cells with low cytotoxicity,and can also be used for the detection of ClO in actual water samples,which has poten
10、tial application value.Keywords aggregation-induced emission(AIE)excited-state intramolecular proton yransfer(ESIPT);ClO;cell imaging;benzothiazole;fluorescent probe 次氯酸(HClO)广泛存在于生物体的各个细胞、组织、器官和细胞器中1-3,ClO的异常累积会破坏大量的生物基本成分,导致与之相关的组织和细胞凋亡或坏死,增加阿尔莫兹海默病、神经退行性疾病、心脑血管疾病和癌症等疾病的发生风险4-6.因此,寻找在生理条件下对 ClO具有灵
11、敏、快速以及高选择性的特异性检 有机化学 研究简报 346 http:/sioc- Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences Chin.J.Org.Chem.2023,43,345351 测方法具有重要意义.与传统的分析方法相比,荧光检测技术具有灵敏度高、选择性好、操作简单以及实时成像等优点7-8.目前已有多种类型的 ClO探针被报道,所用荧光团包括苯并噻唑9-10、氟化硼二吡咯(BODIPY)11、香豆素12、罗丹明13及萘酰亚胺14等.其中苯并噻唑及其衍生物荧光团因具有激发态分子内质子转移(ESI
12、PT)、易于合成、高量子产率以及长波长发射等点被广泛引入至探针 中15,获得了良好的荧光效果.但苯并噻唑衍生物也存在水溶性差、易受到聚集导致猝灭(ACQ)现象的影响、灵敏度低以及选择性差等问题,在生物系统中难以得到应用16.为此,开发一种能够克服以上问题的荧光探针来检测 ClO是十分有必要的.聚集诱导发光(AIE)现象的发现为克服ACQ问题提供了根本性解决方案17-19.近年来,荧光团2-(2-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)及其部分衍生物由于具有 ESIPT 性质,表现出大的斯托克斯位移及较高的量子产率20-21,很多该类衍生物还具有 AIE 性质22-24,因此得到了广泛关注.将AIE和ESI
13、PT双重性质赋予同一荧光团可能带来新颖的性质.受此启发,本文设计合成了一种基于苯并噻唑衍生物的荧光探针HBTY-N.通过HBT衍生物1与对氰基苯乙腈缩合,延长其 共轭体系,其中共轭引入的氰基苯乙腈结构能够增强分子内电荷转移(ICT)效应25-26,期望可获得长波长发射的荧光团 HBTY.在此基础上引入二甲基氨基硫代甲酸酯(DMTC)结构作为ClO的识别基团27,合成了探针 HBTY-N.后续研究发现,荧光团 HBTY 具有“AIEESIPT”双重性质、长的发射波长以及高量子产率;由其衍生的探针 HBTY-N能够在高水含量的溶剂中反应型识别 ClO并释放出具有“AIEESIPT”性质的荧光团 H
14、BTY,识别过程具有响应快速、选择性高、灵敏度好及适用的 pH 范围宽等优点.探针合成的具体实验步骤如 Scheme 1 所示.1 结果与讨论结果与讨论 1.1 荧光团 HBTY 的性质研究 基于探针设计思路,本工作研究了化合物 HBTY在良性溶剂乙醇和不良溶剂 Tris 缓冲溶液(1102 mol/L,pH7)的混合物中的荧光性质,用不同体积的 EtOH稀释 Tris 缓冲溶剂并加入 HBTY 储备液,得到不同 Tris含量(fw)的HBTY 浓度为1105 mol/L 的测试液.经紫外吸收测试确定以 366 nm 作为激发波长,记录了不同fw时化合物 HBTY 的荧光光谱(图 1).由于
15、ICT 效应在fw小于 40%的 Tris/EtOH 溶液中,HBTY 出现以 460 nm为中心的荧光发射带,但随水含量增加,ICT 效应逐渐减弱,当 fw为 50%时,荧光发射中心红移到 597 nm,并且荧光强度随水含量增加而增强,fw为 90%时荧光强度达到最大值,而继续加大 fw后,荧光强度略有减弱(图2).在450和601 nm处观察到的荧光发射峰分别归属于HBTY 的烯醇式和酮式发射峰,即具有双发射现象,该结果说明 HBTY 具有 ESIPT 性质.通过激光笔照射 fw为 0%和 99%的样品,观察到 fw99%的样品有明显的 50060070001000200030004000
16、5000Fluorescence intensity/a.u.Wavelength/nmfw Vol0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%图图 1 在不同 Tris 含量的 EtOH 溶液中 HBTY 的荧光光谱(插图:HBTY 固体的荧光照片,ex366 nm)Figure 1 Fluorescence spectra of HBTY in EtOH solutions with different Tris contents(Inset:fluorescent photograph of HBTY solids,ex366 nm)图式图式 1 探针分子 HBTY-N 的合成路线 Scheme 1 Synthetic route of probe HBTY-N Chinese Journal of Organic Chemistry NOTE Chin.J.Org.Chem.2023,43,345351 2023 Shanghai Institute of Organic Chemistry,Chinese Academy of Sciences http