CN102372746A

CN102372746A - 一种可以用于检测硫醇的磷光铱（iii）配合物

Info

Publication number: CN102372746A
Application number: CN2011102389468A
Authority: CN
Inventors: 陈忠宁; 赵娜
Original assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2012-03-14

Abstract

一种可以用于检测硫醇的磷光铱（III）配合物，该化合物化学式为C₄₆H₄₁F₆IrN₅OP_-------是通过有机溶剂中的液相反应合成得到的。该化合物对巯基氨基酸，尤其是半胱氨酸(Cys)具有选择性识别功能，该化合物与半胱氨酸在DMF（N,N-二甲基甲酰胺）-HEPES（羟乙基哌嗪乙硫磺酸）缓冲液（pH=7.2,v/v =4:1）常温反应可以使磷光强度增强20倍，也可以观察到UV-Vis光谱最低能吸收发生了明显地的蓝移，亮黄色溶液变为无色，适用于对半胱氨酸的裸眼定性检测和磷光定量监测。

Description

一种可以用于检测硫醇的磷光铱（ III ）配合物

技术领域

本发明属于发光化学传感器中的一个门类研究体系，识别和检测硫醇的检测技术领域。具体涉及一种磷光铱（III）配合物，利用吸收光谱移动和磷光增强效应所带的发光和颜色变化识别硫醇，可以实现对半胱氨酸的快速识别与检测。

背景技术

生物体内重要的含巯基氨基酸有半光氨酸(Cys)，高半光酸(Hcy)，还原光谷干肽(GSH)三种氨基酸。含巯基的氨基酸在生物体的运作和协调等方面都扮演着十分重要的角色。研究表明很多疾病都跟生物体内不正常含量的Cys和Hcy有关系，生物体内半光氨酸含量过高可能会引起皮肤和肝脏的损害，健康人的高胱氨酸含量高与日后患早老性痴呆症有关系，高胱氨酸的含量还与心脑血管和动脉硬化等疾病也有密切的关系。因此开发新型的对此类含巯基的氨基酸有识别作用的化学传感器就显得尤为重要。

由于重金属磷光配合物具有以下几个特点：发射波长随配合物所处的环境变化而变化；与纯有机的荧光材料相比较，金属磷光配合物具有较大的Stokes位移和较长的发射寿命，这有利于时间分辨技术使磷光信号与背景信号相区分。近年来，利用金属有机配合物作为光传感器的研究也受到广泛关注。其中，铱配合物具有良好的发光性能使它可以作为一类潜在的光化学传感器件。

发明内容

本发明的目的是利用新开发的化合物用于检测各种硫醇，尤其适用于对半胱氨酸的裸眼定性检测和磷光定量监测。

利用含巯基的分子在不需要催化剂的条件下容易与不饱和酮能够发生1,4-加成反应的原理，设计合成了一个对含巯基氨基酸，尤其是半胱氨酸具有选择性识别的铱阳离子型配合物。由于该配合物的N^N配体是一个含有故对电子N且共轭性较好的2,2’-联吡啶配体，导致了它的HOMO和LUMO轨道都集中在2,2’-联吡啶配体，最低能跃迁则为ILCT(配体内部的电荷跃迁)。相应地，由³ILCT跃迁产生的激发态几乎没有磷光产生。但当含巯基的氨基酸与2,2’-联吡啶配体的不饱和酮发生1,4-加成反应以后，2,2’-联吡啶配体的共轭性被破坏，ILCT跃迁随之被阻止，而MLCT和LLCT跃迁成为最低能跃迁。同时配合物也表现出较强的磷光，实现了对半胱氨酸的识别作用。

本发明包括如下技术方案：

1. 一种可以检测半胱氨酸的磷光铱（III）配合物，该配合物的化学式为C₄₆H₄₁F₆IrN₅OP，其结构式及合成路线如下：

2. 一种项1所述的磷光铱（III）配合物的制备方法，该方法包括如下步骤：先得到前驱物Ir₂(ppy)₄Cl₂（ppy = 2-苯基吡啶）和配体L (L = 4-甲基-4-二氨基-苯基乙烯基酮-2,2’-联吡啶)，再使铱(III)前驱物Ir₂(ppy)₄Cl₂与配体L进行反应，得到最终产物。

3. 一种项1所述的磷光铱（III）配合物的用途，该化合物用于该化合物可以用于检测各种硫醇，尤其适用于对半胱氨酸的裸眼定性识别和磷光定量监测。

利用含巯基的氨基酸容易与α,β-不饱和酮发生加成反应的原理，合成了一个基于铱的半光氨酸(Cys)的磷光传感器。该配合物本身在半水溶性体系中基本没有磷光发射，是因为它的激发态跃迁主要来自于³ILCT。但是当半胱氨酸与该配合物发生1,4-加成反应后，破坏了2,2’-联吡啶配体的共轭性，使³ILCT跃迁消失，从而³MLCT [5d(Ir)→π*(L)]/³LLCT [π(ppy)→π*(L)]变为最低能量激发态。相应的磷光强度发生了将近20倍的增强，实现了对巯基氨基酸，尤其是办半胱氨酸的识别和检测。

附图说明

图1为该配合物(20 μM)在DMF−HEPES(50 mM, pH 7.2, v/v, 4:1)溶液中的UV-Vis光谱随Cys浓度(0−80倍)的变化图；插图：配合物5的颜色和配合物5加入80倍Cys后的颜色；

图2为该配合物 (20 μM) 的磷光光谱随Cys浓度 (0−80倍)的变化图。插图：上面是磷光强度随浓度呈线性关系，下面是发光颜色的不同，a：配合物本身发光颜色，b：配合物加入80倍Cys后的发光颜色。

具体实施方式

步骤1：Ir₂(ppy)₄Cl₂ (ppy = 2-苯基吡啶)的制备。将IrCl_3·3H₂O和苯基吡啶(ppy)溶解在乙二醇乙醚和水的混合溶剂中，反应在回流下进行24小时。冷却至室温，过滤生成的淡黄色沉淀，用75%的乙醇溶液洗涤，再用丙酮洗涤滤渣。得到Ir₂(ppy)₄Cl₂的纯产品。产率：85%。

步骤2： 4-甲基-4-二氨基-苯基-乙烯基酮-2,2’-联吡啶配体(L)的制备。先将4-二乙基氨基苯甲酮和4-甲基4-醛基-2,2’-联吡啶溶解在乙醇中，向乙醇溶液中滴加10%的氢氧化钠溶液，之后在室温下搅拌12小时。反应完的溶液在旋转蒸发器上蒸干后，溶解在二氯甲烷中，水洗两次后，二氯甲烷层用无水硫酸镁干燥过夜。产品通过层析柱纯化，洗脱剂极性为二氯甲烷/丙酮=10/1。产率：80%。

步骤3：目标化合物Ir(ppy)₂(L)PF₆的制备。将Ir₂(ppy)₄Cl₂和配体L置于双口瓶中，氩气保护下，加入二氯甲烷和甲醇 (v/v=1:1)做溶剂，使原料在氩气保护下回流大约6个小时。反应冷却至室温，向溶液中加入六氟磷酸钾，继续搅拌一个小时，然后在旋转蒸发器上蒸干溶剂，将其溶解在少量的二氯甲烷中，层析柱提纯，洗脱剂极性为二氯甲烷/丙酮=10/1。纯产品为红色固体，产率：82%. 化学式：C₄₆H₄₁F₆IrN₅OP·H₂O. 元素分析：计算值(%): C, 53.38; H, 4.19; N, 6.77.实验值(%): C, 53.04; H, 4.38; N, 6.55. 电喷雾质谱：ESI-MS (m/z): 872.2 ([M – PF₆]⁺). 核磁共振氢谱 (400 MHz, d ₆-DMSO, 298 K): δ9.20 (s, 1H), 8.87 (s, 1H), 8.30 (d, J = 15.8 Hz, 1H), 8.26 (t, J = 3.6 Hz, 2H), 8.04−8.01 (m, 3H), 7.96−7.91 (m, 4H), 7.80 (d, J = 6.0 Hz, 1H), 7.73−7.64 (m, 4H), 7.56 (d, J = 5.6 Hz, 1H), 7.19−7.13 (m, 2H), 7.05−7.00 (m, 2H), 6.93−6.88 (m, 2H), 6.77 (d, J = 9.2 Hz, 2H), 6.20 (t, J = 5.4 Hz, 2H), 3.49−3.44 (q, 4H), 2.57 (s, 3H), 1.14 (t, J = 7.0 Hz , 6H).

步骤4：利用紫外-可见光吸收光谱研究该配合物对巯基氨基酸的传感性质。图1给出了浓度为2×10^-5M的配合物在DMF−HEPES缓冲溶液(50 mM, pH 7.2, v/v = 4:1)的UV-Vis光谱随半光氨酸(Cys)的变化趋势。随着Cys的加入，配合物5的吸收光谱发生了明显的变化：450 nm的吸收峰逐渐变弱，在350 nm处出现了一个新的吸收峰，UV-Vis光谱蓝移了大约100 nm。溶液的颜色也由开始的浅黄色变为几乎无色，表明该配合物可以作为“肉眼识别”Cys的化学传感器。当Cys浓度是配合物5的80倍的时候，紫外可见光谱基本达到平衡，不再发生变化，说明当加入80倍Cys时，反应已经饱和，同时在372 nm和325 nm处出现了两个等当点，表明在滴定过程中只有一种产物生成。

当向配合物中加入高半光氨酸(Hcy)时，配合物5的UV-Vis光谱的变化趋势类似于Cys的变化，但是当Hcy的量达到80倍的时候，最低能吸收峰还有一些残留，并没有像加入80倍的Cys那样消失的完全。

步骤5：利用发射光谱研究该配合物对巯基氨基酸的传感性质。该配合物对Cys的识别还可以通过荧光光谱来测定。图2所显示的是该配合物的磷光强度随Cys浓度的变化图。从图中可以看出，配合物的磷光发射极其微弱，但是随着Cys的加入，配合物在587 nm的发光强度有了极大地增加。当Cys达到80倍的时候，磷光增强的倍数达到最大，溶液也接近饱和。此时，配合物的磷光强度相比刚开始时有将近20倍的增强，磷光量子产率测得为5.5%，587 nm处的荧光寿命也测得为358 微秒，光的颜色也由之前的几乎无色变为明亮的黄色，表明配合物对Cys具有很好的磷光“关−开”效应。图中的插图显示的是磷光强度随浓度(0−10^-4M)呈线性关系，表明该配合物可以作为潜在的Cys定量分析的磷光传感器。因为Hcy具有和Cys类似的性质，所以Hcy对配合物的磷光影响也与Cys类似，只是当Hcy加到80倍的时候，配合物5的磷光强度只有14倍的增强，量子产率为4.4%，587 nm处的荧光寿命则为127 ns。

步骤6：选择性和竞争性的研究。对于一个好的化学传感器而言，具有高的选择性是非常必要的。通过UV-Vis和发射光谱考察了配合物对20种不同氨基酸的选择性实验。研究表明，只有加入含巯基的氨基酸才会导致吸收光谱发生变化，而Cys的变化最为明显。对应的发射光谱也是只有加入含巯基的氨基酸才会导致发光强度的明显增强。相同倍数下，Cys对配合物的磷光强度影响最为明显，其次的是Hcy，GSH对发射强度的影响相对很小。

性能优良的化学传感器同时还应具备高的抗干扰能力，即在其他竞争物种的存在下仍然能对分析物具有高的选择性识别。通过将Cys加入到有其他氨基酸存在的配合物的溶液中来测定它的抗干扰性能。研究发现，当存在其他氨基酸的情况下(80倍)，加入80倍的Cys后，配合物的磷光强度依然有很明显的增强。实验结果表明，改配合物对Cys的识别几乎不受其他氨基酸的影响。

本发明设计合成并表征了一例对巯基氨基酸，尤其是Cys具有选择性识别作用的含功能化2,2’-联吡啶配体的铱阳离子型配合物。该化合物可以用于检测各种硫醇，尤其适用于对半胱氨酸的裸眼定性检测和磷光定量监测。

Claims

1.一种可以用于检测硫醇的磷光铱（III）配合物，其特征在于：该化合物化学式为C₄₆H₄₁F₆IrN₅OP，其结构式及合成路线如下：

。

2.一种权利要求1的材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：先得到前驱物Ir₂(ppy)₄Cl₂，其中ppy = 2-苯基吡啶和配体L = 4-甲基-4-二氨基-苯基乙烯基酮-2,2’-联吡啶，再使铱(III)前驱物Ir₂(ppy)₄Cl₂与配体L进行反应，得到最终产物。

3.一种权利要求1的化合物的用途，其特征在于：该化合物可以用于检测各种硫醇，尤其适用于对半胱氨酸的裸眼定性检测和磷光定量监测。