一种苯并咪唑类荧光传感器的合成和对Zn2+的识别研究

高 巍，周成勇，谢承志

（1.长治学院 化学系，山西 长治 046011；2.天津医科大学 药学院，天津 300192）

1 引言

作为生命体系中众多的微量元素之一，Zn2+是细胞内很多酶和转录因子的重要组成部分[1-4]。有研究表明，Zn2+可能是细胞新陈代谢的主要调控因子[1,5]，近些年来，锌离子在神生物学领域也得到了人们极大地关注，其在神经递质传递过程中起着重要作用[6-8]，同时，在视网膜[9]、胰腺[10]、肠[11]等一些组织器官中，也发现了游离的锌离子。

虽然Zn2+在生命体系中有着重要的作用，但其很多的作用机制目前还不清楚。因此，发展特异性识别Zn2+的传感器尤为重要。

荧光化学传感器由于其特有的高灵敏度与低检出限，长久以来成为人们分析检测生命体系和环境中各种阴、阳离子和生物小分子的重要手段。本文合成了一种对Zn2+有特异性响应的苯并咪唑衍生物HA，通过荧光滴定光谱、Job’s Plot、紫外可见光谱等手段对其识别机制进行了研究。

2 实验部分

2.1 实验仪器和试剂

邻苯二胺、氨基乙酸、冰乙酸、水杨醛、浓氨水、乙腈均为分析纯试剂。

Hitachi U-3900紫外可见分光光度计，Hitachi F-4600荧光光谱仪，红外光谱仪。

2.2 实验方法

合成了一个Zn2+探针HA，通过荧光光谱以及紫外可见吸收光谱等手段对HA 在乙醇溶剂中和对Zn2+的响应进行了研究。所用的HA 溶液为2.5 mmol/L的乙醇溶液。在荧光光谱研究中HA 的浓度为6.25μmol/L。狭缝宽度为激发2.5 nm，发射2.5 nm，激发波长为318 nm。

紫外可见光谱中HA 的浓度为5μmol/L，Zn2+浓度为5μmol/L。

2.3 化合物HA 的合成和表征

图1 HA 的合成线路图

将1 mmol的邻苯二胺和1 mmol氨基乙酸加入到100 ml烧瓶中，加入15 ml冰乙酸，搅拌下升温至溶解。缓慢加入1 mmol的水杨醛，逐渐升温至140℃反应2 h，抽滤并收集滤液，用浓氨水调节pH值至中性，有大量淡黄色沉淀生成。抽滤，干燥，用乙腈重结晶，得到淡黄色粉末HA。红外分析：3324（OH），1632（C=N），3324（NH伸缩），1591（NH弯曲）

3 结果与讨论

3.1 荧光光谱研究

3.1.1 荧光滴定光谱

图2 荧光滴定光谱

荧光滴定实验在乙醇溶液中进行。将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激发光照射下呈现出蓝色荧光，每隔4分钟向体系中加入1μl浓度为1 mmol/L的Zn2+。由图2可以看出，荧光光谱发生蓝移，454 nm处的荧光发射强度逐渐降低，在403 nm处出现新的荧光发射并随着Zn2+浓度的增大而逐渐增强。当二者的浓度比为1：1时，体系荧光光谱趋于稳定。由此可以初步推断，化合物HA 和Zn2+之间通过配位结合成了1：1的配合物。由于Zn2+的配位，使得配体分子HA 发生扭曲，从而使刚性降低，共轭效应减弱，最终导致荧光光谱发生了蓝移并且强度降低。

3.1.2 Job’s Plot

图3 Job’s Plot工作曲线

设计了Job’s Plot实验来进一步认证反应的摩尔比，纵坐标为403 nm处的荧光强度，横坐标为[Zn2+]/（[HA]+[Zn2+]），通过图3我们可以看到Zn2+与HA 的反应摩尔约为1：1，每个Zn2+提供四个配位点而HA 为三齿配体占据三个位点，第四个配位点被溶剂分子或离子占据，从而形成四面体型锌配合物。

3.1.3 离子选择性实验

图4 阴离子选择性实验

图5 阳离子选择性实验

文章设计了离子选择性实验来考察探针分子HA对Zn2+识别的选择性。在离子选择性实验中HA 的浓度为6.25μmol/L，所有阴离子的浓度为40μmol/L，阳离子浓度为6.25μmol/L。实验结果表明探针分子HA 只对Zn2+表现出了较好的选择性。在图5中，由于Cu2+、Co2+、Ni2+等自身的单电子结构从而在一定程度上造成了体系荧光的猝灭。

3.2 紫外可见光谱

由HA 及ZnHA的紫外可见光谱不难看出，Zn2+的加入对体系的吸收光谱产生了较大影响。位移主要发生在300-370 nm范围内，这一变化主要是Zn2+与HA 的N、O之间形成的配位键而产生的吸收导致的，这进一步证明HA与Zn2+之间发生配位而形成了配合物。

图6 HA与ZnHA的紫外可见光谱

4 结论

本文发展了一种特异性的Zn2+荧光探针HA，该化合物在有Zn2+存在的情况下，荧光光谱发生蓝移，斯托克位移达51 nm，并且对Zn2+的响应具有特异性，可以用于体系中Zn2+的含量测定。荧光滴定实验、job’s plot实验以及紫外可见光谱表明：该探针分子通过配位键与Zn2+之间形成了比例为1:1的配合物。本研究为Zn2+的识别和检测提供了一种新手段，也对Zn2+相关的疾病预防和检测有积极的意义。

［1］T. V. O’Halloran，Science，1993，（261）：715-725.

［2］B. L. Vallee and K. H. Falchuk，Physiol. Rev.，1993，（73）：79-118.

［4］C. J. Frederickson，J. Y. Koh and A. Ⅰ. Bush，Nat. Rev.Neurosci.，2005，（6）：449-462.

［3］J. M. Berg and Y. Shi，Science，1996，271 .1081-1085.

［5］J. J. R. Frausto Da Silva and R. J. P. Williams，OxfordUniversity Press，Oxford，1991，p. 561.

［6］S. Y. Assaf and S. H. Chung，Nature，1984，（308）：734-736.

［7］S. Ueno，M. Tsukamoto，T. Hirano，et al，J.Cell Biol.，2002，（158）：215-220.

［8］A. M. Hosie，E. L. Dunne，R. J. Harvey et al，2003，（6）：362-369.

［9］S. Redenti，H. Ripps and R. L. Chappell，Exp.Eye Res.，2007，（85）：580-584.

［10］M. F. Dunn，BioMetals，2005，（18）：295-303.

［11］L. J. Giblin，C. J. Chang，A. F. Bentley，et al.Cytochem.2006，（54）：311-316.