基于稠环及多芳基咪唑长波长荧光分子探针的设计及接力识别性能研究

Based on the construction of long-wavelength fluorescence probes with high emission wavelengths, conjugated fused-ring and poly-aryl imidazole derivatives with various recognition sites were designed and synthesized by the chloroacetyl and amination reactions. Fluorescent molecules synthesized have favorable water-solubility due to the poly amide groups and carbonyl groups. After the fluorescent molecules achieve recognition of the object (metal) in the aqueous solution, the addition of the special anions promote the realization of the relay recognition because of the formation of insoluble metal-salt. The effects of the signal bodies and the structures of the objects to recognition properties also were discussed in this project and the recognition actions between the host and guest were characterization by the multi-ways. The action mechanism between the imidazole fluorescent molecules and objects are determined, which could conduct the recognition behaviors of the other imidazole derivatives.

本项目以构建具有高荧光发射波长的主体化合物为基础，设计稠环咪唑及多芳基咪唑衍生物，通过氯乙酰化和氨基化反应设计出含有多个识别位点的共轭咪唑类荧光分子化合物。所设计的荧光分子由于含有多个酰胺基、羰基等基团，增加它们在水中的溶解度。在水溶液中，荧光分子实现对客体金属离子的识别后，加入特定的阴离子，利用金属离子在水中形成难溶物的机理，实现共轭咪唑衍生物在水溶液中的接力识别。项目中分别讨论信号体、受体结构对咪唑衍生物识别性能的影响，并通过多种方式表征主体分子与客体分子之间的识别作用，确定咪唑荧光分子与客体识别的作用机制，以指导其他咪唑衍生物对客体的识别行为。

鉴于小分子荧光探针结构修饰灵活、选择性和灵敏度高等优点，在传统荧光响应机理的基础上，近年来对小分子荧光探针的设计和性能的研究如火如荼。本项目基于咪唑、苯并咪唑、尤其是菲并咪唑荧光团，通过调节菲并咪唑衍生物的结构，构建了Schiff碱-菲并咪唑Cu2+离子荧光分子平台、羟基苯基-Schiff碱-菲并咪唑Fe3+离子荧光分子平台和荧光素-菲并咪唑pH荧光分子平台。除了研究了菲并咪唑对金属离子的响应性能外，本项目首次发现了具有ESIPT活性的羟基苯基菲并咪唑的结构特征；系统讨论菲并咪唑衍生物在水相体系中的AIE活性。ESIPT和AIE活性是在传统荧光响应机制研究基础上发展起来的新的研究方向，本项目的研究成果为菲并咪唑荧光衍生物的的ESIPT和AIE特性的后续发展提供了重要的理论依据。此外，本项目还成功地将性能优良的菲并咪唑探针应用到环境水样中金属离子的定性和定量检测、细胞活性及细胞中金属离子的荧光响应中，这些结果表明菲并咪唑探针在自然环境和生物环境中具有潜在的应用价值。