基于吡唑啉结构的生物硫醇荧光探针

【摘要】吡唑啉衍生物是重要的含氮五元杂环化合物,具有广泛的生物活性,超强的蓝色荧光,高效的空穴传输效率。吡唑啉衍生物广泛用于荧光增白剂,荧光探针检测过渡金属离子以及光电材料与电致发光等领域中的空穴传输材料。此外,吡唑啉衍生物由于具有很好的细胞膜穿透性、低毒、高的荧光量子产率,在生物学研究中具有重要的用途。半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和还原型谷胱甘肽(GSH)是生物体中主要的小分子生物硫醇,在维持生物的正常生理活动中起着重要的作用。半胱氨酸缺乏会引发很多综合症,比如肝脏损伤、肌肉萎缩、皮肤松弛。在血液中同型半胱氨酸的浓度增大是引起老年痴呆症和心血管疾病的重要因素。还原型谷胱甘肽是人体中含量最多的小分子生物硫醇化合物,在人体中浓度异常,会引发癌症、心脏病和其它疾病。因此,在生理条件下高选择性、高灵敏性地检测小分子生物硫醇是非常重要的。人体细胞中铜离子的动态平衡遭到破坏,缺铜或铜过量都会造成人体机能的严重失调,甚至会导致多种疾病的发生；汞元素对于人体为有毒重金属元素,对人的大脑和多个系统会造成损害。汞和铜是重金属环境污染物,因此金属离子的检测显得极为重要。荧光探针具有很多优点,例如：成本低、操作简单、高选择性、高灵敏性和可以直接进行生物体成像。因此,设计合成吡唑啉类荧光探针以检测小分子生物硫醇或者重金属离子是非常重要的。本论文共分为五章：第一章：绪论半胱氨酸(Cys),同型半胱氨酸(Hcy)和还原型谷胱甘肽(GSH)等小分子生物硫醇在人的生理活动中起着重要作用。近年来,生物和环境样品中小分子生物硫醇的检测引起科学家们极大的兴趣,生物硫醇荧光探针和比色传感器得到快速发展。根据探针与生物硫醇的反应机理,包括利用小分子生物硫醇中巯基与探针反应,巯基和氨基协同与探针反应,本章综述两年来生物硫醇小分子探针的设计、合成与应用进展,为本论文奠定文献基础。第二章：基于吡唑啉荧光基团还原型谷胱甘肽荧光探针的合成及应用研究本章报道了2-(1,5-二苯基-4,5-二氢-1H-吡唑-3-基)苯基丙烯酸酯作为还原型谷胱甘肽荧光探针,可以有效地把还原型谷胱甘肽与半胱氨酸和同型半胱氨酸区分。用IR,NMR和HRMS表征了探针结构。在含30%乙醇的PBS缓冲溶液(10mM,pH=7.4)中,探针没有荧光,加入还原型谷胱甘肽以后探针的最大发射峰在474nn处荧光增强83倍。探针的最低检测限为8.2×10-8M。探针抗干扰能力强,pH值适用范围广,具有高效低毒膜透性好的优点,并且具备良好的光稳定性特点。第三章：基于吡唑啉荧光基团还原型谷胱甘肽荧光探针的合成及其在细胞和小牛血清中的应用本章报道了N-(4-(1,5-二苯基-4,5-二氢-1H-吡唑-3-基)-苯基)-2,4-二硝基笨磺酰胺作为生物硫醇荧光探针,可以有效地检测生物体中的还原型谷胱甘肽。用IR,NMR和HRMS表征了探针结构。在含30%乙腈的PBS缓冲溶液(10mM,pH=7.4)中,加入还原型谷胱甘肽以后探针的最大发射峰在464nm处荧光增强488倍。探针的最低检测限为4.11×10-7。探针抗干扰能力强,pH值适用范围广,可以成功地用探针检测A549细胞和小牛血清中还原型谷胱甘肽。第四章：基于吡唑啉荧光基团汞离子荧光探针的合成及应用研究本章报道了3-(1H-苯并[d]咪唑-2-基)-5-苯基-4,5-二氢-H-吡唑-1-硫代甲酰胺作为汞离子荧光探针。用IR,NMR和HRMS表征了探钊结构。在乙醇HEPES=9:1(20mMHEPES,pH=7.2)溶液中,探针可以高效灵敏的检测汞离子,探针与汞离子的络合比为1：1,最低检测限为3.85×10-10M。探针抗干扰能力强,pH值适用范围广,具有膜透性好的优点。第五章：基于吡唑啉类荧光衍生物的合成与铜离子荧光探针以查尔酮和5-芳基-2-肼基-1,3,4-噻二唑为原料合成了一系列1,3,5-三芳基吡唑啉衍生物,生成物的产率在43.3-84.7%,用IR、NMR、HRMS和X单晶衍射表征了这一系列吡唑啉衍生物的结构,化合物具有良好的蓝色荧光性质,量子产率高。其中化合物16b可以在DMF:H2O=1:1溶液中,高效灵敏地检测铜离子,探针16b与铜离子的络合比为1：1,最低检测限为2.46×10-8M。探针抗干扰能力强,pH值适用范围广本论文主要创新点：1、以吡唑啉为荧光母体合成了4个荧光探针和一系列荧光化合物,其中丙烯酸酯与磺酰胺衍生物可以分别检测还原型谷胱甘肽；硫代酰胺衍生物可以检测汞离子；含有噻二唑环的吡唑啉衍生物具有良好的荧光性质并且可以检测铜离子。2、开创了丙烯酸酯吡唑啉衍生物荧光探针法检测还原型谷胱甘肽,以前报道的丙烯酸酯衍生物主要是检测半胱氨酸、同型半胱氨酸,而我们合成的丙烯酸酯吡唑啉衍生物可以高效灵敏地检测还原型谷胱甘肽。3、首次报道了磺酰胺类吡唑啉衍生物荧光探针法检测还原型谷胱甘肽。尽管我们报道的荧光探针对半胱氨酸也有响应,但是由于半胱氨酸在生物体中的浓度远远低于还原型谷胱甘肽在生物体中的浓度,而且该荧光探针对半胱氨酸响应的荧光强度低于还原型谷胱甘肽响应的荧光强度,所以我们合成的磺酰胺类吡唑啉衍生物可以检测生物体中的还原型谷胱甘肽。4、硫代酰胺吡唑啉衍生物可以高效地检测水溶液中汞离子,探针灵敏性高,检测限低。5、合成了一系列含有噻二唑结构的吡唑啉衍生物,该系列化合物具有优良的荧光性质,与所报道的文献相比,紫外吸收峰红移,荧光量子产率高,并且可以检测水溶液中铜离子。
【作者】王胜清；
【导师】赵宝祥；苗俊英；
【作者基本信息】山东大学，有机化学，2014，博士
【关键词】荧光探针；吡唑啉；生物硫醇；汞离子；铜离子；

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