氟离子荧光探针设计、合成与应用的新进展

引用本文: 张惠敏, 吴彦城, 尤嘉宜, 曹梁, 丁沙, 蒋凯, 汪朝阳. 氟离子荧光探针设计、合成与应用的新进展[J]. 有机化学, 2016, 36(11): 2559-2582. doi: 10.6023/cjoc201606012 shu

Citation: Zhang Huimin, Wu Yancheng, You Jiayi, Cao Liang, Ding Sha, Jiang Kai, Wang Zhaoyang. New Progress in the Design, Synthesis and Application of Fluorescent Probes for Fluoride Ion Detection[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2016, 36(11): 2559-2582. doi: 10.6023/cjoc201606012 shu

氟离子荧光探针设计、合成与应用的新进展

张惠敏 ,
吴彦城 ^{*,
,} ,
尤嘉宜 ,
曹梁 ,
丁沙 ,
蒋凯 ,
汪朝阳 ^{*,
,}

1.
华南师范大学化学与环境学院教育部环境理论化学重点实验室广州 510006

通讯作者: 吴彦城, E-mail: wuycity@gmail.com; 汪朝阳, E-mail: wangzy@scnu.edu.cn

基金项目:
广州市科技计划科学研究专项 201607010251

广东省高等学校人才引进专项资金 Guangdong-Finance-Education [2011]431

广东省自然科学基金 2014A030313429

摘要: 近年来，生物体内外微量氟离子的识别与检测，受到了越来越多的关注.其中，由于荧光检测技术具有灵敏性高、选择性好、操作方便等优点，不断有各种新颖的氟离子荧光探针被设计与合成.根据荧光探针的结构特点和识别机制，将氟离子荧光探针分为去质子化型和反应型两大类，从绿色化学的观点出发，重点综述了近三年来国内外氟离子荧光探针在分子设计、合成与应用的新进展，并展望了氟离子荧光探针的发展方向.

关键词:

English

New Progress in the Design, Synthesis and Application of Fluorescent Probes for Fluoride Ion Detection

1.
Key Laboratory of Theoretical Chemistry of Environment, Ministry of Education, School of Chemistry and Environment, South China Normal University, Guangzhou 510006

Corresponding author: Wu Yancheng, wuycity@gmail.com; Wang Zhaoyang, wangzy@scnu.edu.cn

Received Date: 06 June 2016
Revised Date: 28 June 2016
Fund Project:
Guangzhou Science and Technology Project Scientific Special

the 3rd Talents Special Funds of Guangdong Higher Education

the Natural Science Foundation of Guangdong Province

Abstract: The recognition and detection of trace fluoride ions in vivo and vitro have attracted great attention in recent years. More and more new fluorescent probes (FP) for fluoride ion detection have been designed and synthesized due to their advantages, such as high sensitivity, good selectivity and convenient operation. According to the different structural features and recognition mechanism, fluoride ion FP can be classified into two categories as deprotonation and reaction type. The new progress especially in recent three years on their molecular design, synthesis and application is reviewed on the viewpoint of green chemistry. The future trend of fluoride ion FP is also prospected.

Key words:

氟是人体内不可缺少的微量元素, 但只要氟在人体内超出一定的浓度, 就会对人体产生严重的危害.随着氟离子在工业上的广泛应用, 其对环境造成的不可逆转的污染和伤害也日益明显.因此, 生物体内外微量氟离子的识别与检测, 受到了越来越多的关注^[1~9].其中, 由于荧光检测技术具有灵敏性高、选择性好、操作方便等优点, 使得新型氟离子荧光探针的设计与开发, 一直成为化学家们的研究重点^[6~11].前期已有相关综述从不同的侧面总结了氟离子荧光探针的研究情况^[6~11], 但近年来(特别是最近三年)新的进展不断涌现, 而且侧重于绿色化学的分子设计与合成, 应用的综述较少.鉴于此, 本文对氟离子荧光探针设计、合成与应用的最新进展进行了综述.

1    去质子化型的氟离子荧光探针

氟原子的电负性较大, 容易与强极性的OH或NH结合而形成氢键.因此, 氟离子可使含有NH或OH的荧光探针分子产生去质子化作用, 导致其光学性质发生改变, 从而实现对氟离子的检测.

1.1    NH类的去质子化

胺类等化合物中的NH基团能与氟离子发生配位作用^[12], 并能进一步发生去质子化^[13], 故可被广泛地用作氟离子的识别基团.按照作用位点的多少, 此类氟离子探针可分为单位点型和多位点型(其含有2个或2个以上的去质子化作用位点).

1.2    OH类的去质子化

1.3    其他类型的去质子化

某些芳香环CH在特定的环境下, 也可与氟离子作用形成氢键^[75], 并发生去质子化.例如, Xu等^[76]用2, 3-二氨基萘和甲酸合成萘并咪唑, 再通过苄基溴, 在萘并咪唑上引入两个富电子的苯环, 合成了基于萘并咪唑的F^-探针46 (Scheme 13).在46的CH₃CN溶液中加入F^-, 325 nm处的紫外吸收峰逐渐减弱, 347 nm处吸收峰增强; 而在荧光滴定中, 随着F^-增加, 438 nm处的发射峰减弱, 373 nm产生新的发射峰并显著增强.这是因为在F^-浓度低的溶液中, 探针先与F^-通过氢键结合, 再随着F^-浓度的增大而发生去质子化作用, 并发生加成反应, 影响了ICT过程, 导致光谱发生改变.

图图式 13 探针46的合成及其作用机理

图式 13. Synthesis of probe 46 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

1.1.1    单位点型的去质子化

图图式 2 探针3的合成及其作用机理

图式 2. Synthesis of probe 3 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

例如, 最近Elango等^[27]先以2, 3-二氯-1, 4-萘醌和N, N-二甲基乙二胺为原料合成化合物10, 其再与金属Zn螯合, 可得基于金属配合物的探针11 (Scheme 5).由于络合后NH的酸性大大增强, 探针11与F^-的络合常数比没有络合金属的化合物10高, 使其对F^-的检测能力大大增强, 故探针11可实现对F^-的高选择性检测, 其检测限可达5×10^-8 mol/L.

图图式 1 传感器2的合成

图式 1. Synthesis of sensor 2

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

也可通过取代、酯化、共聚等系列反应, 将荧光团NBD嵌入到高分子中, 从而制备出荧光探针3 (Scheme 2).向该“turn-off”型荧光探针3的THF溶液中加入F^-, 其515 nm处荧光发射峰发生猝灭, 紫外最大吸收峰从450 nm红移到460 nm, 且在395和409 nm处产生新的吸收峰, 由裸眼可见溶液颜色从绿色变为淡黄色.这是因为F^-与探针3的NH形成氢键, 继而发生去质子化作用(Scheme 2).其他离子几乎无影响, 因此该探针可实现对F^-的高选择性检测, 其检测限约为8×10^-7 mol/L^[15].

类似地, 苯并咪唑环上的NH也可发生去质子化作用而检测氟离子^[18].例如, Raposo等^[19]合成了苯并咪唑化合物6 (Eq. 2).向化学传感器6的CH₃CN溶液中加入F^-, 紫外吸收峰从422 nm红移到493 nm; 荧光发射峰从624 nm红移至650 nm处, 并且荧光强度显著增强, 溶液颜色由黄色变为粉色.这是因为F^-的加入引起去质子化作用, 导致光谱发生改变, 故传感器6可实现对F^-的检测.

苯并硒二唑类化合物具有较强荧光效应、较大摩尔吸光系数和较强耐光性的性质.类似地, 也可以其为原料, 以三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd₂(dba)₃]为催化剂, 以1, 1′-双二苯基膦二茂铁(dppf)为配体, 通过溴代芳烃的胺化反应来制备同时含有硝基和NH的F^-荧光探针4 (Eq. 1).向4的二甲基亚砜(DMSO)溶液中加入F^-之后, 原402 nm处紫外吸收峰消失, 而498 nm和近红外的691 nm处产生了新的吸收峰, 可明显观察到溶液由红色变为深蓝色.荧光滴定实验中, 随着F^-浓度增加, 探针4原本在671 nm处的发射峰逐渐猝灭, 而478 nm处产生了一个新的荧光发射峰并显著增强.这些变化的原因, 是F^-的加入导致NH发生去质子化作用, 从而抑制了激发态分子内质子转移过程(ESIPT), 导致光谱改变.在其他离子的实验中, 光谱没有发生变化, 故该探针对F^-有高选择性和灵敏性^[16].

最近, Misra等^[20]通过多聚磷酸(PPA)催化的缩合等反应, 合成了咪唑衍生物7 (Scheme 4).向探针7的DMSO水溶液中加入F^-, 其370 nm处的紫外吸收峰消失, 455 nm处产生新的吸收峰, 且裸眼可见溶液颜色由橙红色变为无色; 其488 nm处的荧光发射峰猝灭, 455和586 nm处产生新的发射峰.这是因为F^-能与探针的NH形成氢键, 继而导致其发生去质子化, 增强了从咪唑环到苯并噻唑环的分子内电荷转移(ICT)过程, 使得光谱发生改变, 从而实现对F^-的检测.

在国内, 最近Liu等^[21]以2, 3-二氨基吩嗪和对溴苯甲醛为原料, 合成基于咪唑和吩嗪的F^-探针8 (Eq. 3).在探针的DMSO溶液中加入5 equiv.的F^-后, 紫外吸收峰由405 nm红移到435 nm, 同时在550 nm附近出现一个宽的吸收带, 日光灯下观察到溶液由黄色变成了红色.荧光滴定实验中, 随着F^-浓度增加, 530 nm处的荧光发射峰逐渐猝灭, 当加入的F^-量达11 equiv.时该峰完全消失, 而在650 nm处产生一个新的荧光峰, 荧光颜色由绿变红.其他离子没有引起明显变化, 这是因为咪唑基团的N-H先与F^-形成氢键, 再发生去质子化作用, 使得探针光谱改变.探针8对F^-的检测限可达6.2×10^-6mol/L.不仅如此, 该探针还能实现水溶液环境中F^-的检测, 故有望应用于生理学和环境领域.

罗丹明是常见的荧光团, 可用于设计选择性检测氟离子的荧光探针.例如, Chellappa等^[17]将咪唑分子通过C=N键引进到罗丹明6G中, 设计出了“turn-on”型荧光探针5 (Scheme 3).在4-羟乙基哌嗪乙硫磺酸(HEPES)缓冲液(含30% CH₃CN)中, 5原本没有明显的紫外吸收峰, 加入F^-之后, 在528 nm处出现吸收峰, 且裸眼可见溶液颜色由无色变为粉色; 且随着F^-浓度增加, 557 nm处产生一个新的荧光发射峰, 其荧光强度逐渐增强.这是因为在F^-的诱导下, 咪唑中的NH与F^-形成氢键, 继而使其脱质子化, 诱导探针5发生开环反应, 从而引起荧光强度的变化.相比之下其他离子没有引起明显变化, 故该探针可实现对F^-的高选择性和高灵敏性检测.探针5和F^-的络合常数为2.13×10³ L/mol, 对F^-检测限可达8.52×10^-9 mol/L.此外, 其还可应用于宫颈癌细胞等活细胞中F^-的荧光成像.

Sarkar等^[14]以丹磺酰氯、1, 3-丙二胺和4-氯-7-硝基苯并噁二唑(1)为原料, 合成了同时含有丹磺酰胺和硝基苯并噁二唑(NBD)这两种荧光团的化学传感器2 (Scheme 1).在CH₃CN溶液中, 加入F^-, 原527 nm处的荧光发射峰减弱, 这是因为F^-与传感器2中连接在NBD基团上的NH以氢键形式结合, 进而发生去质子化作用, 加强了其光诱导电子转移过程(PET), 从而导致荧光猝灭. F^-与传感器2的络合常数可达1.15×10⁵ L•mol^-1, 故传感器2可实现对F^-的检测.此外, 该传感器还可用于活细胞中F^-检测.

图图式 4 探针7的合成及其作用机理

图式 4. Synthesis of probe 7 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

苯腙类化合物中的NH, 也可发生去质子化而应用为检测氟离子的传感器, 如化合物9 (Eq. 4)^[22].金属络合物类检测氟离子也有文献报道^[23], 特别是一些金属离子与含有质子的有机物配位后, 络合物可与F^-发生作用而导致荧光改变, 从而检测F^-^[24~26].

图图式 5 探针11的合成

图式 5. Synthesis of probe 11

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 3 探针5的合成及其作用机理

图式 3. Synthesis of probe 5 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

1.1.2    多位点型的去质子化

最近, 杨小凤等^[45]在吡咯并吡咯二酮中引入两个含有活泼NH的硫脲基团, 合成了F^-化学传感器25 (Eq. 12).在25的DMSO溶液中加入F^-, 紫外吸收峰由510 nm红移到588 nm处, 525 nm处有等吸收点出现; 而587 nm处的荧光发射峰发生猝灭.日光灯下可见溶液颜色由橙色变为淡蓝色, 而紫外灯下可见溶液颜色由荧光橙红色变为非荧光蓝色.这是因为F^-与25以2:1通过氢键作用结合(结合位点为硫脲基团的NH), 进一步引起去质子化作用导致光谱改变. 25与F^-的络合常数为3.24×10⁷ L²•mol^-2, 检测限为4.2×10^-8 mol/L.

最近袁耀锋等^[42]以β-萘酚为原料, 经过多步反应合成了苯并香豆素硫脲类的F^-探针20 (Scheme 7).在20的DMSO溶液中, 随着F^-的加入, 在385 nm处的吸收峰逐渐减弱, 在400~500 nm区域出现三个新的吸收峰, 裸眼可见溶液颜色由无色变为黄色; 同时, 荧光强度明显增强.这是因为加入的F^-先与受体分子上活泼氢通过氢键作用相结合, 一分子F^-和硫脲上两个NH以氢键形式构成六元环, 另外一分子F^-与酰胺上NH氢键作用, 受体分子与F^-形成1:2的配合物, 进一步作用导致20发生去质子化后开启了ICT过程而引起光谱改变.探针20检测限为2.5×10^-8mol/L, 响应时间为5 min.

Hundal等^[44]以芳香醛22与化合物23缩合, 合成了传感器24 (Scheme 9).在23的DMSO溶液中加入F^-, 337 nm处的紫外吸收峰消失, 402 nm处产生新的吸收峰, 红移了65 nm, 且裸眼可见溶液颜色由无色变为浅黄绿色; 传感器24原本没有明显的荧光发射峰, 加入F^-之后, 在438 nm产生一个最大荧光发射峰, 并且在375和480 nm处产生了两个肩峰.这是因为F^-和两个缩氨基硫脲基团上的四个N-H络合形成氢键, 继而使其发生去质子化作用, 减弱了PET过程从而导致光谱发生改变, 而其他离子几乎没有影响.因此, 传感器24可实现对F^-的高选择性检测, 其与F^-的络合常数为2.66×10³ L/mol, 检测限约为2×10^-5 mol/L.

当然, 多位点型去质子化氟离子荧光探针中最为常见的化合物是硫脲类^[37].例如, Velmathi等^[38]以硫氰酸钾、苯甲酰氯和4-氨基偶氮苯为原料, 经两步反应、“一锅法”以86%的产率合成了化学传感器17 (Eq. 10).向17的CH₃CN溶液中加入F^-, 283 nm处的紫外吸收峰减弱, 而350 nm处的吸收峰增强, 发生了红移. 416 nm荧光发射峰处发生荧光猝灭.裸眼可见溶液颜色浅黄色变为亮黄色.这是因为F^-与17以1:1络合形成氢键, 继而产生了去质子化作用, 其激活了PET过程而导致光谱发生改变.该传感器对F^-的检测限为5.36×10^-7 mol/L, 其还可应用于牙膏和漱口水等中的F^-检测.

含有二个酰胺键^[28]的化合物可去质子化而检测氟离子.类似地, 芳香环腙N-H键^{[29, 30]}也可使腙类化合物成为氟离子传感器.例如, 崔玉等^[31]通过2-吡啶肼与芳香醛的缩合反应, 合成基于吡咯并吡咯二酮的F^-传感器12 (Eq. 5).向12的DMSO溶液中加入F^-, 其紫外吸收峰发生了很大程度的红移, 从504 nm红移到771 nm的近红外区.荧光发射光谱也变化较大, 598 nm处发生荧光猝灭.肉眼可见溶液颜色由红色变为深绿色, 而在紫外灯下, 荧光颜色由红色变为无荧光.这是因为腙NH在F^-存在下发生去质子化作用, 引起了光谱的改变.因此, 传感器12可实现对F^-的检测, 其与F^-的络合常数为3.06×10⁷ L²•mol^-2, 检测限达2.8×10^-7mol/L.

图图式 7 探针20的合成及其作用机理

图式 7. Synthesis of probe 20 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

吲哚类化合物广泛存在于自然界, 近年来基于多吲哚基化合物发生去质子化而应用为检测氟离子传感器的报道较多.例如, 常泽等^[34]以含有双吲哚基结构的化合物为原料, 合成了传感器14 (Eq. 7).在传感器14的DMSO/H₂O溶液(V:V=95:5)中加入F^-, 505 nm和403 nm处的紫外吸收峰增强, 350 nm处的吸收峰明显减弱; 590 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 且裸眼可见溶液颜色由黄色变为橙色.这是因为F^-与传感器以2:1通过氢键结合, 进一步使其发生去质子化作用, 从而引起光谱变化.其他离子对光谱的影响非常微弱, 故该传感器可以实现对F^-的检测.

图图式 6 探针19的合成

图式 6. Synthesis of probe 19

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

不仅如此, 一些类似硫脲的肼类化合物, 也是常见的多位点氟离子检测探针^[40].例如, Rurack等^[41]先将氟硼二吡咯类荧光分子与肼反应, 再与含有吸电子基的对硝基异硫氰酸苯酯反应, 设计合成了F^-荧光探针19 (Scheme 6).在19的DMSO/H₂O (V:V=1:1)溶液中加入F^-, 513 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 这是因为F^-先与硫脲基团上的a、b两个位点的NH结合形成氢键, 接着b位点的NH进一步脱质子化.加入CH₃COO^-和H₂PO₄^-虽然对探针19有类似的影响, 但是其影响程度远不及F^-, 故探针19可实现了对F^-的检测, F^-与探针19的络合常数为5.34×10⁴L/mol, 检测限为2.4×10^-7 mol/L.

但更常见的, 是杂环化合物上的多个NH发生去质子化作用而被用于F^-探针设计^[32].例如, Iyer等^[33]通过间苯二甲酸与邻苯二胺类化合物的缩合反应, 构建了含有二个苯并咪唑结构的F^-检测传感器13 (Eq. 6).在13的CH₃CN溶液中, 加入F^-后, 氢键的形成导致13原在339 nm处的紫外吸收峰减弱, 且在368 nm处有一个等消光点; 13原来393 nm处的荧光发射峰猝灭.由于其他阴离子对13紫外和荧光的影响程度都远不及F^-, 故13能够实现F^-的选择性检测.

图图式 9 传感器24的合成

图式 9. Synthesis of sensor 24

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

其实, 不仅仅是硫脲类化合物, 其他具有双肼结构的化合物(如碳酰肼26)也可用于制备多位点氟离子传感器, 如最近Mahapatra等^[46]合成的化合物27 (Eq. 13).向27的DMSO溶液中加入F^-, 随着F^-的加入量由0增加到20 equiv., 其紫外吸收光谱原375和392 nm的吸收峰逐渐减弱, 在435 nm产生了新的吸收峰; 在455 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 荧光颜色由蓝色变为浅蓝色, 并且肉眼可观测到溶液颜色由无色变为黄色.当F^-浓度进一步增加(超过20 equiv.后), 375和392 nm的吸收峰逐渐减弱, 产生蓝移; 而其荧光发射峰红移, 505 nm处产生新的发射峰且强度显著增强, 裸眼可见溶液颜色进一步从黄色变为红褐色.产生上述变化的原因, 可能是由于F^-先后与杂环上NH和脲基NH结合形成氢键, 以3:1的比例与27络合, 进一步发生去质子化, 形成HF₂^-离子, 导致光谱改变.其他离子对光谱几乎没有影响, 故该探针对F^-具有高选择性和灵敏性, 其检测限约为5.2×10^-6mol/L.

图图式 8 传感器21的合成

图式 8. Synthesis of sensor 21

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

肼硫脲类多位点氟离子传感器的获得, 除上述利用酰肼类化合物与异硫氰酸苯酯反应外, 也可先将肼结构引入硫脲, 进而与芳香醛缩合, 从而制备出含有C=N键的肼硫脲类多位点氟离子传感器, 如最近Sreekanth等^[43]合成的传感器21 (Scheme 8).

利用硫代碳酰肼制备的传感器, 其检测效果也较好.例如, Singh等^[47]以硫代碳酰肼与7-(二乙胺基)香豆素-3-甲醛反应, 合成了“On-Off-On”型F^-化学传感器28 (Eq. 14), 向其CH₃CN (含0.25% DMSO)溶液中加入F^-, 516 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 当加入的F^-达7.2 equiv.后, 490 nm处开始产生新的发射峰.之所以产生以上“On-Off-On”的荧光变化, 是因为F^-能通过氢键, 与硫脲基团上的两个NH以1:1结合, 并进一步导致传感器分子发生去质子化作用, 导致光谱改变.其他离子均没有产生类似的现象, 故传感器28能实现对F^-的选择性检测.

类似地, 基于双氨基化合物以62%总产率生成的双硫脲化合物18 (Eq. 11), 也能以多位点作用的方式检测氟离子^[39].

在国外, Chellappa等^[35]以吲哚-3-甲醛为原料, 也与二氨基顺丁烯二腈反应, 合成了基于吲哚环的“turn-on”型F^-传感器15 (Eq. 8).不仅如此, 最近他们还在2-氨基苯甲酰肼上引入蒽荧光团, 合成双NH作用位点的氟离子化学传感器16 (Eq. 9)^[36].

1.2.1    纯OH型的去质子化

图图式 10 探针39的合成

图式 10. Synthesis of probe 39

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

与此同时, 酚羟基邻位含有氮杂环的传感器设计, 近年来也被引起关注.例如, Landge等^[64]以苯乙炔和2-叠氮苯酚为原料, 设计合成了可用于F^-检测的“turn-on”型传感器38 (Eq. 22).向38的CH₃CN溶液中加入F^-, 290 nm处的紫外吸收峰强度减弱, 345 nm处的紫外吸收峰增强; 原330 nm的荧光发射峰发生猝灭, 430 nm处产生新的荧光发射峰并且强度逐渐增强.这是因为F^-和OH以氢键形式结合, 继而发生去质子化, 引起光谱的改变.其他离子所引起的变化非常微弱, 故38可实现对F^-的选择性检测.

若在探针中引入苯乙烯基, 可削弱O-H的酸性, 减小碱性干扰离子的影响, 且有利于ICT过程的进行, 如Lu等^[63]设计合成的荧光探针37(Eq. 21). F^-的加入, 使37的紫外吸收峰从427 nm处红移到641 nm; 582 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 且日光灯下溶液颜色从黄色变为深蓝色, 其对F^-检测限为1.42×10^-5mol/L.不仅如此, 由于37荧光强度在含蛋白质的酸性环境中会增强, 故可作为溶酶体标记试剂而用于癌细胞研究.

非酚羟基也能与F^-发生去质子化而应用于F^-的选择性检测^[65].例如, Mahapatra等^[66]以4-羟基香豆素和3-硝基苯甲醛为原料, 合成了F^-荧光探针39 (Scheme 10), 其机理就是F^-与39的OH先以氢键结合, 进一步发生去质子化作用, 导致光谱性质及溶液颜色发生改变.其他离子几乎没有影响, 故探针39能实现对F^-的高选择性和高灵敏性检测, 络合常数为3.07×10³ L/mol, 检测限可达3.0×10^-6 mol/L.

萘酚醛类化合物构建的荧光探针不仅可用于体外F^-的检测, 近年来也有应用于生物活性分子内F^-检测的报道.例如, 刘瑞源等^[62]以有细胞透过性的2-氰基乙酸衍生物35与6-羟基-2-萘甲醛为原料进行缩合反应, 利用C=C的生成, 设计合成了F^-探针36 (Eq. 20).在探针36的磷酸缓冲盐溶液(含体积分数1% DMSO)中滴加NaF, 其298和382 nm处的紫外吸收峰减弱, 548 nm处出现新的吸收峰并逐渐增强, 且裸眼可见溶液颜色由无色变为粉色; 其荧光光谱也发生改变, 原490 nm处的发射峰发生猝灭, 450 nm处出现一个新的发射峰且强度逐渐增强.以上光谱变化的产生是由于探针36中的OH与F^-以氢键结合, 继而发生去质子化, 导致光谱改变, 从而实现对F^-的检测, 其检测限可达8.54×10^-6 mol/L.由于探针36有较好的细胞透过性, 故其还可用于活细胞成像.

同样地, 含有羟基的萘甲醛也能基于上述酚羟基与氟离子的作用原理而设计出含有C=N键的氟离子化学传感器.例如, Kim等^[59]以1-羟基-2-萘甲醛和氨基乙酸为原料, 合成了传感器31 (Eq. 17).在31的DMSO溶液中加入F^-, 462 nm处的荧光发射峰显著增强; 而在紫外滴定实验中, 加入0~2 equiv.的F^-, 发现其289~470 nm范围的紫外吸收强度有所增强, 而274 nm处的紫外吸收峰减弱, 289 nm处出现一个等吸收点; 当加入量为2~10 equiv.时, 吸收光谱没有变化, 继续加入F^-, 275、328、435 nm处的吸收峰减弱, 285及412 nm处的吸收峰增强.产生以上变化的原因, 是因为少量的F^-先使羧基发生去质子化.随着F^-浓度的增加, 萘酚基团也发生去质子化.这两步作用, 导致光谱发生改变.因此, 传感器31可实现对F^-的检测, 检测限为1.80×10^-6 mol/L.

许多含有OH的化合物都可作为探针而应用于F^-的检测^[48~51], 其中包括利用去质子化机理的检测^[52~55].从合成上看, 利用羟基芳香醛(特别是生物性资源水杨醛)为原料, 与各种含有NH₂的化合物进行缩合反应, 是这类探针的主要合成方法^[56].

魏太保等^[60]以2-羟基-1-萘甲醛(32)和1, 4-丁二胺为原料, 合成了F^-传感器33 (Eq. 18).在传感器33的DMSO溶液中加入F^-, 467 nm处的荧光发射峰增强; 而其紫外吸收峰从402 nm处红移到423 nm处, 溶液颜色由浅黄色变为深黄色.这是由于F^-能与传感器的OH形成氢键, 继而发生去质子化, 导致光谱改变.其他离子几乎没有影响, 故该传感器可以实现对F^-的检测, 检测限可达1.4×10^-8 mol/L.

例如, Velmathi等^[57]以4-氨基偶氮苯和5-氯水杨醛为原料, 设计合成了含有酚羟基的F^-荧光探针29 (Eq. 15).在29的DMSO/H₂O (V:V=9:1)溶液中加入F^-, 375 nm处紫外吸收峰减弱, 520 nm处增强, 且裸眼可见溶液由黄色变浅粉色; 而其480 nm处的荧光发射峰增强.产生以上变化的原因, 是F^-与探针的酚OH以氢键结合, 进一步促进其去质子化, 导致光谱发生改变, 故29可实现F^-的检测.不足的是, 加入AcO^-对探针29也有类似的影响.

最近, 魏太保课题组^[61]又利用类似的原理, 以联苯胺和32为原料, 合成了“turn-off”型F^-荧光传感器34 (Eq. 19), 其能实现对F^-的检测, 检测限为2.7×10^-7 mol/L.值得一提的是, 加入Ca²⁺后能使其荧光恢复, 基于此, 研究者将F^-和Ca²⁺作为输入信号, 520 nm处的发射峰强度作为输出信号, 设计为IMP的分子逻辑门.只有当输入(1, 0)时, 520 nm处的荧光发生猝灭, 输出信号为“1”, 而输入其他时, 520 nm处的荧光没有发生猝灭, 输出信号为“0”.

其他水杨醛衍生物也能以C=N的形式构建F^-荧光传感器, 如Chang等^[58]最近合成的30 (Eq.16).在传感器30的DMSO溶液中加入F^-后, 380和395 nm处的紫外吸收峰减弱, 430 nm处的吸收峰增强, 344和410 nm处出现两个等吸收点, 且裸眼可见溶液颜色由无色变为黄色; 而485 nm处的荧光发射峰增强.这是因为F^-能与传感器的OH形成氢键, 继而发生去质子化, 促进其ICT过程, 导致光谱的变化, 因此可实现对F^-的检测. 30与F^-的络合常数为6.1×10⁴L/mol, 检测限可达2.1×10^-6 mol/L.

1.2.2    OH与NH共存型的去质子化

近来, Pascu等^[70]以萘二甲酰亚胺肼化合物和水杨醛为原料合成了F^-探针41 (Eq. 24).在探针41的CH₃CN溶液中加入F^-, 探针分子的NH和OH通过氢键与其结合, 接着都发生去质子化作用, 导致光谱发生改变, 从而实现探针41对F^-的检测.

图图式 11 探针42的合成及其作用机理

图式 11. Synthesis of probe 42 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

类似地, Luxami等^[73]以水杨醛为原料, 与3, 4-二氨基二苯甲酮缩合, 制备了F^-荧光探针44 (Eq. 25).向探针44的CH₃CN溶液中加入F^-, 原262和335 nm处的紫外吸收峰逐渐减弱, 280和360 nm处产生新的吸收峰, 在340和270 nm处出现等吸收点; 540 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 在420 nm处产生新的发射峰.这是由于加入F^-后, 与OH形成氢键, 继而发生去质子化作用, 抑制了ESIPT过程.基于以上光谱特性的改变, 44可实现对F^-的选择性检测.

基于水杨醛原料, Pitchumani等^[72]合成了“turn-on”型氟离子荧光传感器43, 其检测机理是F^-能与NH和OH以氢键的形式结合, 激活ESIPT过程, OH脱去质子, 接着O^-与NH形成稳定的分子内氢键(Scheme 12), 这导致其在361、312和238 nm处产生三个新的紫外吸收峰, 肉眼可见溶液由无色变为黄色; 而其荧光发射峰也发生明显变化, 原本只在426 nm处有弱的发射峰, 加入F^-后, 566 nm处产生新的强峰.因此, 该传感器可实现对F^-的检测, 检测限达5×10^-11 mol/L, 响应时间小于1 s.不仅如此, 传感器43还可对各种水样中的F^-实现定量分析.

姜世梅等^[74]基于水杨醛原料合成了F^-荧光探针45 (Eq. 26).在该探针的DMSO溶液中加入F^-, 原359 nm处的紫外吸收峰逐渐减弱, 448 nm处产生新的吸收峰, 396 nm处有一个等吸收点出现, 裸眼可见溶液颜色由无色变黄色.此外, F^-的加入也使探针的荧光光谱发生改变, 538 nm处的发射峰显著增强, 紫外灯下可观察到原本无荧光现象的溶液产生绿色荧光.产生以上光谱变化的原因是, F^-能与探针分子的NH和OH以氢键形式结合, 进一步发生去质子化作用, 抑制了其ESIPT过程, 导致光谱发生改变.因此, 探针45可以实现对F^-的检测, 检测限可达1.09×10^-6 mol/L.

2015年, Chellappa等^[71]引入硝基偶氮苯作为显色基, 苯并咪唑作为荧光团, 合成了“turn-on”型F^-荧光探针42 (Scheme 11).在42的DMSO溶液中加入F^-, 其紫外吸收峰发生蓝移, 在523和655 nm出现了等吸收点; 而其423 nm处的荧光发射峰强度增强, 在日光灯下溶液颜色由粉红色变为紫色, 这是由于F^-能与传感器的NH和OH形成氢键, 继而使OH发生脱质子化, 影响了ICT过程, 导致光谱的改变.其他离子的加入对光谱几乎没有影响, 故探针42可实现对F^-的检测, 络合常数为6.96×10³ L/mol, 检测限为9.19×10^-8 mol/L.

图图式 12 传感器43的作用机理

图式 12. Mechanism of sensor 43

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

在探针中同时引入OH与NH, 也能实现对F^-的高效检测^{[67, 68]}.例如, Thomas等^[69]合成了荧光传感器40 (Eq. 23), 向40的CH₃CN溶液中加入F^-, 其342 nm处的紫外吸收峰减弱, 404 nm处产生新的吸收峰, 377 nm处有等吸收点出现, 溶液颜色由无色变为亮黄色; 431 nm处的荧光发射峰红移到489 nm处.这是因为F^-能与传感器的NH和OH形成氢键, 进一步发生去质子化作用, 导致光谱发生改变, 从而实现对F^-的检测, 检测限可达3.0×10^-8 mol/L.不足的是, 在上述CH₃CN溶液中检测时加入AcO^-也能使传感器40发生类似的改变, 但是在CH₃CN和MeOH的混合溶液中, 传感器40与AcO^-作用减弱, 对F^-表现出高的选择性.

2    反应型的氟离子荧光探针

氟离子易与许多探针化合物触发高选择性的反应, 引起化合物光谱性质变化, 从而实现对氟离子的检测.因此, 近年来不断有反应型的氟离子荧光探针被设计与合成.值得注意的是, 氢键型探针大多只能识别有机来源的氟离子(如TBAF), 而反应型荧光探针不但能够识别有机来源的氟离子, 而且往往能够识别无机来源的氟离子(如NaF).

2.1    基于Si-O键的反应型探针

氟离子与硅原子具有较强的相互作用, 可形成稳定的Si-F键.在F^-的作用下, 许多有机硅氧化合物易发生脱硅化反应, 导致化学结构发生变化^[77], 从而引起荧光性质的改变.因此, 近年来不少研究者设计合成了基于Si-O键的荧光探针, 应用于F^-的检测^[78].按照以不同的氯硅烷原料构建有机硅氧化合物的方法进行分类, 基于Si-O键的荧光探针也有很多类型.

2.2    基于与硼作用的反应型探针

由于硼原子有一个空的p轨道, 因此缺电子的三价有机硼化物极易与具有较大电负性的F^-结合.利用F^-与硼原子之间的相互作用, 也能合成可用于检测F^-的探针^[103].其中, 最常见的检测机理, 是将具有空p轨道的三芳基硼烷作为路易斯酸, 通过路易斯酸-碱相互作用, 硼原子与F^-的结合破坏了硼中心与芳香基的p-π共轭, 引起三芳基硼烷光物理性质的变化, 从而实现对F^-的选择性检测^[104].例如, Jakle等^[105]基于此原理合成了高分子键接的三芳基硼烷类氟离子探针81 (Scheme 29).

除了上面所提到的含三配位硼和四配位硼的F^-荧光探针外, 近年来也有研究者同时引入三芳基硼和氟硼二吡咯而合成荧光探针.例如, Misra等^[112]利用芳基硼化合物和8-氯氟硼二吡咯化合物合成探针86 (Eq. 34).在探针86的THF溶液中加入F^-, F^-会先与三芳基硼上的B进行配位, 导致其荧光慢慢减弱, 566 nm处的荧光发射峰发生猝灭; 其在300~430 nm的紫外吸收峰逐渐减弱, 547 nm处的吸收峰蓝移到532 nm处且吸收强度逐渐增强, 溶液颜色由橙色变为粉色.当F^-的加入量大于1 equiv.后, 过量的F^-继续进攻氟硼二吡咯核上的B, 与其进行配位, 使探针在532 nm处的紫外吸收峰开始减弱; 而荧光则继续减弱, 直至2当量时完全猝灭.基于以上光谱变化, 探针86能实现对F^-的检测.

其实, 不仅仅是含三配位硼的有机物, 若在分子中引入四配位的硼, 也可合成F^-荧光探针^[110].例如, 汪凌云等^[111]先合成了氟硼二吡咯类化合物84, 再通过聚合反应合成了氟硼二吡咯类F^-探针85 (Scheme 31).向探针85的THF/H₂O (V:V=98:2)溶液中加入F^-, 594 nm处的紫外吸收峰减弱, 488 nm处产生一个新的吸收峰, 裸眼可见溶液颜色由紫色变成橙色; 648 nm处的荧光发射峰猝灭, 579 nm处的发射峰增强.这是由于F^-易与中心B络合, 进一步使B-N键断裂, 探针的结构发生改变, 光谱性质也随之而变, 从而实现对F^-的检测, 检测限达5.23×10^-7mol/L.此外, 该探针还可用于细胞成像.

图图式 29 探针81的合成

图式 29. Synthesis of probe 81

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 31 探针85的合成及其作用机理

图式 31. Synthesis of probe 85 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

当三芳基硼烷连接有供电子芳胺基团为π电子给体时, 更有利于提高探针的选择性和灵敏度^[104], 因此可利用此原理合成探针, 如宋钦华等^[106]合成的基于三芳基硼烷的“turn-on”型荧光探针.

图图式 32 探针87的合成

图式 32. Synthesis of probe 87

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

最近, 汪凌云等^[113]在氟硼二吡咯类化合物84上引入两个3, 5-二甲氧基苯基以增强共轭, 再引入缺电子的频哪醇硼酸盐基团以提高探针对F^-的选择性, 合成了F^-荧光探针87 (Scheme 32).在探针87的THF/H₂O (V:V=98:2)溶液中加入F^-, 560 nm处的紫外吸收峰减弱, 620 nm处产生新的吸收峰, 溶液颜色由玫红色变为靛蓝色; 而其荧光发射峰从599 nm处蓝移到579 nm处, 493和639 nm处产生新的发射峰.这是因为加入F^-之后, F^-能与频哪醇硼酸盐结合, 同时引起氟硼二吡咯基团的裂解, 导致光谱发生改变.因此, 探针87能实现对F^-的检测, 检测限达5.23×10^-7 mol/L.

图图式 30 探针83的合成及其作用机理

图式 30. Synthesis of probe 83 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

类似地, 王进义等^[107]以具有高度对称性和刚性共轭结构的三聚茚单元作为π共轭中心, 合成了F^-荧光探针82 (Eq. 33).向探针82的THF溶液中加入F^-, 388和407 nm处的吸收峰逐渐减弱, 365 nm处的吸收峰稍稍增强且蓝移了2 nm, 裸眼可见溶液颜色由青黄色变为无色; 530 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 而430 nm处的发射峰强度显著增强.这是由于F^-易与B结合, 影响了分子的共轭结构, 导致光谱特性发生变化, 故探针82能实现对F^-的检测, 检测限在3× 10^-6到5×10^-6 mol/L之间.

硼酸酯类有机物也能作为路易斯酸, 选择性地结合氟离子, 硼原子与氟离子的结合破坏了硼中心与芳香取代基的p-π共轭, 引起有机硼化合物光物理性质的变化, 从而实现对氟离子的高选择性检测^[108], 如王利民等^[109]合成的吡咯并吡咯二酮类F^-荧光探针83 (Scheme 30).

2.3    基于与金属作用的反应型探针

图图式 36 探针92的合成

图式 36. Synthesis of probe 92

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 34 传感器89的合成

图式 34. Synthesis of sensor 89

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

类似的, 利用Cu²⁺与F^-之间的作用, 也可合成荧光探针.例如, Misra等^[122]利用水杨醛和乙酰乙酸乙酯缩合得到α-吡喃酮化合物, 再与溴反应得到溴乙酰基香豆素, 随后与硫脲类化合物反应, 最后将所得的氨基噻唑香豆素与水杨醛反应, 合成了荧光探针93 (Scheme 37).向探针93的CH₃CN溶液中加入Cu²⁺, Cu²⁺能与探针以1:1络合, 导致其520 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 继续向该溶液中加入F^-, 荧光又逐渐恢复.这是由于在F^-作用下, Cu²⁺从络合物中解离出来, 荧光恢复.因此, 探针93能通过“on-off-on”的荧光效应实现对Cu²⁺和F^-的连续检测, 其对F^-的检测限为8.1×10^-9 mol/L.

Al³⁺也可应用于“off-on-off”型的传感器而识别F^-, 如Bharadwaj等^[120]合成的罗丹明类传感器能实现对Al³⁺和F^-的连续识别.最近, Chattopadhyay等^[121]以罗丹明B为原料, 合成了可用于检测Al³⁺的化合物91, 再将91与Al (NO₃)₃•9H₂O反应, 形成的螯合物即可作为F^-检测荧光探针92 (Scheme 36).向Al³⁺络合物探针的HEPES缓冲溶液(含25% EtOH)中加入F^-, 590 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 这是由于在F^-的作用下, 络合物解离, 重新得到化合物91, 导致荧光发生改变.其他阴离子几乎没有影响, 故探针92能实现对F^-的识别.此外, 探针92还可用于细胞成像.

图图式 35 探针90的合成及其作用机理

图式 35. Synthesis of probe 90 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

魏太保等^[118]利用邻苯二胺和草酸在PPA作用下反应生成联二苯并咪唑中间体, 然后与丙烯酸甲酯反应, 最后进行水解, 以87%的总产率得到化学传感器89 (Scheme 34).在H₂O/DMSO (V:V=4:6)溶液中, Fe³⁺通过羰基O和咪唑N与络合物以1:1的形式络合, 荧光发生猝灭.在该溶液中继续加入F^-后, 其与Fe³⁺络合, 使Fe³⁺从原络合物中解离出来, 导致其荧光恢复.而其他阴离子则几乎没有影响.因此, 该设计能成功地得到用于连续检测Fe³⁺和F^-的“on-off-on”型传感器, 对F^-的检测限可达1.0×10^-9 mol/L.

Ramesh等^[119]以喹啉-2-甲醛和2-氨基苯并咪唑为原料合成荧光探针90 (Scheme 35).在探针的CH₃CN/ HEPES (V:V=1:4)溶液中加入Fe³⁺, Fe³⁺以1:1与探针络合, 472 nm处的荧光发射峰红移至478 nm处并逐渐增强.继续向该溶液中加入F^-, Fe³⁺从原络合物中解离出来而生成新的络合物, 使探针恢复为原来的结构, 则荧光又开始减弱.基于这种“off-on-off”的荧光变化, 探针可实现Fe³⁺和F^-的连续识别.此外, 探针90-Fe³⁺复合体还可用于对HeLa细胞等体内F^-的检测.

近年来, 基于与金属作用的氟离子探针也开始引起关注^{[114, 115]}, 它们经常利用金属离子分别与探针、F^-的不同络合作用而引起的荧光变化, 实现对F^-的选择性识别^[116].特别是具有连续识别功能的荧光探针, 近年来更是备受关注.其中, 最常见的是Fe³⁺与荧光探针络合, 再原位与F^-作用, 产生“on-off-on”或“off-on-off”的荧光效应.例如, Bhalla等^[117]利用三唑类化合物与四溴并五苯醌反应合成探针88 (Scheme 33).向探针的THF/H₂O (V/V=9.5/0.5)溶液中加入Fe³⁺, 探针88与Fe³⁺络合, 其542 nm处的荧光发射峰逐渐减弱, 继续向探针和Fe³⁺的络合物溶液中加入F^-, 则在F^-的作用下, 荧光恢复.因此, 探针88能够以“on-off-on”的荧光效应实现对Fe³⁺和F^-的连续识别, 对F^-的检测限可达4×10^-6 mol/L.

图图式 37 探针93的合成

图式 37. Synthesis of probe 93

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 33 探针88的合成及其作用机理

图式 33. Synthesis of probe 88 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

2.4    基于其他作用的反应型探针

三甲基硅基是末端炔的常见保护基团之一, 其在F^-的作用下能被脱除, 利用这种性质也可设计合成F^-荧光探针.例如, Choi等^[123]在吡咯并吡咯二酮类化合物上引入两个三甲基硅基, 合成F^-荧光探针94 (Eq. 35).在探针94的THF-HEPES缓冲液(V:V=8:2, pH 7.4)中加入F^-, 其在319 nm处的紫外吸收峰逐渐增强, 385、408、549、589 nm处的吸收峰减弱; 而荧光发射峰从617 nm蓝移到了604 nm处.这是由于在F^-的作用下, Si-C键断裂, 三甲基硅基脱去, 导致光谱发生变化.因此, 探针94能实现对F^-的检测, 检测限达2×10^-7 mol/L.

图图式 39 探针96的合成及其作用机理

图式 39. Synthesis of probe 96 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

除了上面提到的几种外, 近年来其他类型的F^-荧光探针也备受关注^{[125, 126]}.例如, Chang等^[127]以二氯荧光素和二甲基硫代磷酰氯为原料, 合成基于P-O键断裂的F^-荧光探针96 (Scheme 39).在DMSO/氨丁三醇(V:V=7:3)溶液中, 探针96原本没有明显的紫外吸收峰, F^-的加入使516 nm处出现一个强吸收峰, 溶液颜色由无色变为黄绿色; 而原本极其微弱的荧光, 也由于F^-的加入而变强, 536 nm处的发射峰显著增强.这是由于在F^-的作用下, 探针分子水解, 产生有较高荧光量子产率的醌型二氯荧光素97, 使荧光信号增强.其他阴离子基本没有引起变化, 故该成功的设计可用于F^-的检测, 检测限达9.8×10^-9 mol/L.

在国内, 刘睿等^[124]合成了包含有两个三甲基硅乙炔基的多环芳烃荧光探针95 (Scheme 38).在探针95的THF溶液中加入F^-, 紫外吸收峰蓝移, 裸眼可见溶液颜色由黄色变为无色; 447 nm处的荧光发射峰减弱, 427 nm处出现新的发射峰, 紫外灯下溶液颜色由蓝绿色变为蓝色.因此, 探针95可实现对F^-的检测, 检测限达4.8×10^-8 mol/L.

图图式 38 探针95的合成

图式 38. Synthesis of probe 95

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

2.1.3    三异丙基硅基

氟硼二吡咯类荧光染料具有较高的荧光量子产率及较好的稳定性, 也可在氟硼二吡咯类化合物上引入TIPS, 合成F^-荧光探针.例如, 邵士俊等^[102]将氟硼二吡咯类化合物79与4-(三异丙基甲硅氧基)苄基溴反应, 合成F^-荧光探针80 (Scheme 28).在80的磷酸盐缓冲溶液中, 原本只在520 nm处有一个微弱的荧光发射峰, 加入NaF后引起Si-O键断裂, 释放出绿色荧光的内消旋-吡啶氟硼二吡咯染料79, 导致520 nm处的发射峰显著增强, 从而实现了对F^-的检测, 检测限为2×10^-5 mol/L.此外, 探针80还可应用于细胞中F^-的荧光成像.

三异丙基硅基(TIPS)可用于保护羟基, 亦可应用于反应型氟离子探针的合成^[100].例如, 宁英男等^[101]以萘胺为荧光团, 以43%的产率合成了对F^-具有识别和选择性检测的荧光探针78 (Scheme 27).向探针的二氯甲烷溶液中加入F^-, 300 nm处的紫外吸收峰逐渐下降, 370 nm处的吸收峰逐渐增强; 其在425 nm处的荧光发射峰逐渐减弱, 520 nm处的荧光发射峰逐渐增强.故该探针能实现对F^-的检测.

图图式 28 探针80的合成及其作用机理

图式 28. Synthesis of probe 80 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 27 探针78的合成

图式 27. Synthesis of probe 78

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

2.1.1    叔丁基二甲基硅基类

图图式 15 探针51的合成及其作用机理

图式 15. Synthesis of probe 51 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 17 探针58的作用机理

图式 17. Mechanism of probe 58

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

各种基于荧光酚类化合物释放而应用于氟离子检测的探针报道还有很多.例如, Akkaya等^[85]合成了探针58 (Scheme 17), 在其DMSO溶液中加入F^-时, 随着TBDMS的脱去和二氧杂环丁烷结构的裂解, 能发出明亮的蓝色荧光; 而宋相志等^[86]设计合成了基于6-乙酰基-2-萘酚的“turn-on”型F^-荧光探针59 (Scheme 18), 检测限可达4×10^-8 mol/L, 响应时间为3 min.

此外, 如果将65与氧化石墨烯进行组装, 可得到氧化石墨烯辅助的新荧光探针, 用于检测F^-时能大大缩短响应时间(由原来的4 h减少到30 min), 检测限约为3.0×10^-7 mol/L, 且可用于细胞成像^[90].

Talukdar等^[81]利用含TBDMS结构的化合物50和荧光素类化合物为原料, 合成了荧光探针51 (Scheme 15).在51的DMSO溶液中加入F^-, 其在523 nm处的荧光发射峰随F^-浓度增大而逐步增强, 肉眼可见溶液颜色由无色变为黄色, 紫外灯下溶液发出绿色荧光.这是由于在F^-的诱导下, 51中Si-O键断裂而脱去TBDMS, 且经成环反应释放出邻羟甲基苯甲酸内酯, 同时生成荧光化合物52, 导致荧光增强.基于此, 探针可实现对F^-的检测, 检测限可达1.03×10^-6 mol/L.此外, 探针51还可用于细胞成像.

图图式 19 探针61的合成及其作用机理

图式 19. Synthesis of probe 61 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

利用同样的检测机理, Talukdar课题组^[82]还以50与化合物53为原料, 合成了F^-荧光探针54 (Scheme 16).向54的THF溶液中加入F^-, 347和437 nm处的紫外吸收峰减弱, 550、573、591 nm处产生新的吸收峰; 595 nm处的荧光发射峰增强, 且肉眼可见溶液由黄色变为粉色, 其对F^-的检测限可达6×10^-8 mol/L.

汤新景等^[84]也以化合物55为原料, 成功地以51%的总产率合成了荧光探针57 (Eq. 29), 并将其成功应用于小鼠体内F^-的活细胞成像.

以TBDMS作为保护基的荧光探针不仅可用于检测体外的F^-, 近年来也有将其应用于生物活性分子检测的报道.例如, Wang等^[80]以具有良好生物相容性的6-羟基苯并噻唑类化合物48为起始原料, 先与生物性原料氨基葡萄糖反应以增强目标分子的水溶性, 再将酚OH硅烷基化, 通过这一系列反应, 合成“turn-on”型F^-荧光探针49 (Scheme 14).在探针的磷酸盐缓冲液(含0.5% DMSO)中加入NaF, 探针脱去TBDMS, 使其508 nm处的荧光发射峰显著增强, 相比之下其他离子均没有响应, 故该探针可实现对F^-的检测, 检测限为1.18×10^-7mol/L.此外, 探针有较好的生物相容性, 且无细胞毒性, 故还可应用于细胞成像.

此外, Talukdar课题组^[83]还利用4-叔丁基二甲基硅氧基苯甲醇55和硝基苯并噁二唑胺反应, 以37%的产率合成了F^-荧光探针56 (Eq. 28), 其亦可应用于细胞成像.

除了上述的单作用位点外, 还可同时引入两个TBDMS基, 合成F^-荧光探针.最近, 李天铎等^[91]以4-叔丁基二甲基硅氧基苯胺和尿素为原料, 合成了传感器66 (Eq. 30).在传感器的DMSO/H₂O (V/V=95/5)溶液中加入F^-, 其265 nm处的紫外吸收峰大幅度增强; 而其在347 nm处的荧光发射峰也逐渐增强.这是因为在F^-的作用下, 传感器的Si-O键断裂, TBDMS基离去, 导致光谱发生改变.因此, 传感器66能实现对F^-的检测, 检测限达4.84×10^-8 mol/L.

图图式 21 探针65的合成及其作用机理

图式 21. Synthesis of probe 65 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 20 探针63的合成及其作用机理

图式 20. Synthesis of probe 63 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

利用各种水杨醛衍生物构建TBDMS类的氟离子探针也很常见, 而且其作用机理中涉及进一步的成环反应.例如, 宋相志等^[87]将化合物60引入TBDMS后, 再与丙二腈反应缩合, 合成了F^-荧光探针61 (Scheme 19).在HEPES缓冲液(含30% CH₃CN)中加入NaF, Si-O键断裂, 随后发生分子内环合, 转变为亚氨基香豆素结构.这一结构的转变, 引起其紫外吸收峰蓝移, 而616 nm处产生一个强的荧光发射峰.基于以上光谱变化, 该探针可实现对F^-的检测, 检测限为5.4×10^-6 mol/L, 响应时间小于10 min.此外, 探针61还可应用于细胞成像.

叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMS-Cl)是常见的OH保护试剂, 因此其常常以叔丁基二甲基硅基(TBDMS)的形式引入到氟离子荧光探针中去.例如, Weiss等^[79]以5-甲基-4-羟基-2-(2-吡啶)噻唑和TBDMS-Cl为原料, 合成了可用于检测F^-的荧光探针47 (Eq. 27).在47的DMSO溶液中加入F^-, 418 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 602 nm处产生新的发射峰并逐渐增强.这是因为F^-的加入引发了Si-O键的断裂, 促使化合物转变为烯醇式构型, 导致荧光性质发生改变, 从而实现对F^-的检测, 检测限可低至1×10^-7 mol/L.

图图式 18 探针59的合成与作用机理

图式 18. Synthesis of probe 59 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

其实, 以非稠环结构的水杨醛衍生物64为原料, 也可利用类似的原理构建氟离子检测探针, 但需要对用于缩合的腈类化合物进行结构改造, 以利于亚氨基香豆素结构更好地形成离域π键, 如彭羽等^[89]以2-苯并噻唑乙腈进行缩合而合成的荧光探针65 (Scheme 21), 其可实现对F^-的高选择性检测, 检测限为1.18×10^-7 mol/L.不仅如此, 65也可对NaF实现检测.

类似地, 王静云等^[88]以含稠环结构的水杨醛衍生物62为原料, 合成了探针63 (Scheme 20).在探针63的CH₃CN溶液中加入F^-, 紫外吸收峰发生蓝移, 在485 nm处荧光发射峰显著增强, 其对F^-的检测限为1.69×10^-7 mol/L.

图图式 14 探针49的合成

图式 14. Synthesis of probe 49

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 16 探针54的合成及其作用机理

图式 16. Synthesis of probe 54 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

2.1.2    叔丁基二苯基硅基类

当然, 也可在引入TBDPS基团后进一步衍生化.例如, 冯国强等^[96]将对羟基苯甲醛与TBDPS-Cl反应, 再引入氮杂环作为发色团, 由此合成了比色型F^-荧光传感器71 (Scheme 23), 其几分钟内就能与NaF发生响应, 检测限达6.6×10^-6 mol/L.

除荧光素类化合物外, 其他酚类化合物与TBDPS-Cl反应, 也能成功构建氟离子荧光探针, 如最近Venka-tasubbaiah等^[95]合成的F^-荧光探针70 (Eq. 32).在探针70的DMSO溶液中加入F^-, 其302 nm处的紫外吸收峰减弱, 327 nm处产生新的吸收峰; 而392 nm处的荧光发射峰发生猝灭, 448 nm处产生新的发射峰.这是因为F^-的加入引起了Si-O键断裂, 激活了咪唑基团上的ESIPT过程, 导致光谱发生变化, 故70能实现对F^-的检测.

图图式 24 探针72的合成

图式 24. ynthesis of probe 72

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

图图式 26 探针76的合成和探针77的结构

图式 26. Synthesis of probe 76 and structure of probe 77

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

很明显, 也可先衍生化后再引入TBDPS基团.例如, 汤新景等^[97]以化合物48为原料, 先与三甲基乙基氯化铵缩合, 再与TBDPS-Cl反应, 合成了荧光探针72 (Scheme 24), 其响应时间小于2 min, 检测限达1.4× 10^-5 mol/L.

图图式 25 传感器73的合成及其作用机理

图式 25. Synthesis of sensor 73 and its mechanism

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

异硫氰基荧光素先与甲氧基聚乙二醇胺反应, 再与TBDPS-Cl反应, 可合成聚合物型F^-传感器69 (Eq. 31), 其能在100%水溶液中实现对NaF的检测, 对F^-的检测限可达4.5×10^-7 mol/L, 响应时间小于10 min, 且在细胞成像方面有所应用^[94].

生物性资源水杨醛类化合物在氟离子探针合成中, 一直受到青睐.例如, 吴淑褓等^[98]将水杨醛衍生物64与TBDPS-Cl反应, 再与2-苯并噻唑乙腈反应, 合成了进一步成环反应型传感器73 (Scheme 25). F^-的加入使紫外吸收峰从465 nm红移到483 nm处; 521 nm处产生一个荧光发射峰, 溶液颜色由黄色变为绿色.这是由于F^-的加入, 诱导了Si-O键断裂, 释放出香豆素衍生物74, 发出绿色荧光.基于此, 传感器73可实现对F^-的检测, 检测限可达1.45×10^-6 mol/L.此外, 其还可应用于活细胞成像.

图图式 22 探针68的合成

图式 22. Synthesis of probe 68

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

除了叔丁基二甲基硅基(TBDMS), 还可利用叔丁基二苯基氯硅烷(TBDPS-Cl)引入叔丁基二苯基硅基(TBDPS), 合成氟离子荧光探针^[92].例如, 李振等^[93]从荧光素出发, 在荧光素衍生物67上引入TBDPS, 以55%的总产率合成了“turn-on”型F^-荧光探针68 (Scheme 22).在68的HEPES缓冲溶液(含10% THF)中加入NaF, 探针分子中的Si-O键断裂, 导致520 nm处的荧光发射峰显著增强, 紫外灯下溶液发出绿色荧光, 故能实现对F^-的检测, 检测限可达1.8×10^-5 mol/L.此外, 探针68还被成功应用于HeLa细胞中F^-的检测.

图图式 23 传感器71的合成

图式 23. Synthesis of sensor 71

图选项

下载全尺寸图像

下载幻灯片

水杨醛衍生物75含有2个羟基, 可与2分子的TBDPS-Cl反应, 进一步与罗丹明腙反应, 可合成双作用位点的F^-荧光探针76 (Scheme 26).在探针的CH₃CN溶液中加入F^-, 395 nm处出现新的紫外吸收峰, 352 nm处出现等吸收点, 裸眼可见溶液由无色变为黄色; 而其荧光发射峰由490 nm红移到540 nm处并显著增强.其他离子没有引起类似的变化, 故探针76可用于检测F^-.与单作用位点的探针77相比, 76的检测效果更好, 检测限可达3.4×10^-9 mol/L.此外, 探针76还可实现牙膏中F^-的检测^[99].

3    结束语

关于氟离子荧光探针的研究, 无论是去质子化型还是反应型, 近年来发展都十分迅速, 它们涉及到了PET、ICT、ESIPT等不同的荧光检测机制, 所用的合成原料与反应类型也五花八门.但是, 从绿色化学的角度看, 目前利用易得原料与绿色反应的报道仍然有限.同时, 现在许多氟离子荧光探针的设计目标, 往往只是局限于追求氟离子检测的高灵敏性与选择性.

实际上, 氟离子的检测本身是绿色化学中“在线检测”的一部分^[128].因此, 在开发检测灵敏度高、选择性好的氟离子探针过程中^[129], 进一步利用生物性资源(如各种水杨醛类^{[56~58, 70~74, 87~89, 98, 99, 122]}、吲哚类^{[34, 35]}、香豆素类^[66]化合物和氨基己糖^[80]等), 以各种原子经济性反应与绿色化学技术手段^[130]进行合成, 并加强在生物体内与水相介质中的应用研究, 从而全面实现氟离子荧光探针研究的绿色化, 这很有必要, 也是氟离子荧光探针未来的发展方向.
1. [1]
  Kaur, K.; Mittal, S. K.; Kumar, S. K. A.; Kumar, A.; Kumar, S. Anal. Methods 2013, 5, 5565. doi: 10.1039/c3ay40912k
2. [2]
  Brugnara, A.; Topic, F.; Rissanen, K.; de La Lande, A.; Colasson, B.; Reinaud, O. Chem. Sci. 2014, 5, 3897. doi: 10.1039/C4SC01457J
3. [3]
  Langton, M. J.; Serpell, C. J.; Beer, P. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 55, 1974.
4. [4]
  Wu, S.-Z.; Han, T.-Y.; Guo, J.-J.; Cheng, Y.-S. Sens. Actuators, B 2015, 220, 1305. doi: 10.1016/j.snb.2015.07.054
5. [5]
  Mani, V.; Li, W.-Y.; Gu, J.-A.; Lin, C.-M.; Huang, S.-T. Talanta 2015, 131, 121. doi: 10.1016/j.talanta.2014.07.074
6. [6]
  Cametti, M; Rissanen, K. Chem. Commun. 2009, 2809.
7. [7]
  Cametti, M.; Rissanen, K. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2016. doi: 10.1039/C2CS35439J
8. [8]
  Manjare, S. T; Kim, Y; Churchill, D. G. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 2985. doi: 10.1021/ar500187v
9. [9]
  Zhou, Y.; Zhang, J. F.; Yoon, J. Chem. Rev. 2014, 114, 5511. doi: 10.1021/cr400352m
10. [10]
  Jiao, Y.; Zhu, B.-C.; Chen, J.-H.; Duan, X.-H. Theranostics 2015, 5, 173. doi: 10.7150/thno.9860
11. [11]
  吴振, 周应, 任君, 化学传感器, 2012, 32, 41. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXCH201201022.htmZhen, W.; Ying, Z.; Jun, R. Chem. Sens. 2012, 32, 41 (in Chi-nese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXCH201201022.htm
12. [12]
  Li, Y.-J.; Xie, D.-Y.; Pang, X.-L.; Yu, X.-D.; Yu, T.; Ge, X.-T. Sens. Actuators, B 2016, 227, 660. doi: 10.1016/j.snb.2016.01.047
13. [13]
  Sun, J.-Q.; Ye, B.-F.; Xia, G.-M.; Zhang, X.-H.; Wang, H.-M. Sens. Actuators, B 2016, 233, 76. doi: 10.1016/j.snb.2016.04.052
14. [14]
  Bhoi, A. K.; Das, S. K.; Majhi, D.; Sahu, P. K.; Nijamudheen, A.; Anoop, N.; Rahaman, A.; Sarkar, M. J. Phys. Chem. B 2014, 118, 9926. doi: 10.1021/jp504631n
15. [15]
  Hu, J.-M.; Li, C.-H.; Cui, Y.; Liu, S.-Y. Macromol. Rapid Commun. 2011, 32, 610. doi: 10.1002/marc.v32.7
16. [16]
  Saravanan, C.; Easwaramoorthi, S.; Hsiow, C. Y.; Wang, K.; Hayashi, M.; Wang, L. Org. Lett. 2014, 16, 354. doi: 10.1021/ol403082p
17. [17]
  Sivaraman, G.; Chellappa, D. J. Mater. Chem. B 2013, 1, 5768. doi: 10.1039/c3tb21041c
18. [18]
  吴彦城, 尤嘉宜, 关丽涛, 石杰, 曹梁, 汪朝阳, 有机化学, 2015, 35, 2465. doi: 10.6023/cjoc201507022Wu, Y.-C.; You, J.-Y.; Guan, L.-T. Shi, J.; Cao, L.; Wang, Z.-Y. Chin. J. Org. Chem. 2015, 35, 2465 (in Chinese). doi: 10.6023/cjoc201507022
19. [19]
  Batista, R. M. F.; Costa, S. P. G.; Raposo, M. M. M. J. Photo-chem. Photobiol. A 2013, 259, 33. doi: 10.1016/j.jphotochem.2013.03.001
20. [20]
  Ali, R.; Razi, S. S.; Gupta, R. C.; Dwivedi, S. K.; Misra, A. New J. Chem. 2016, 40, 162. doi: 10.1039/C5NJ01920F
21. [21]
  Hu, J.-Y.; Liu, R.; Zhu, X.-L.; Cai, X.; Zhu, H.-J. Chin. Chem. Lett. 2015, 26, 339. doi: 10.1016/j.cclet.2014.10.028
22. [22]
  Xiong, J.; Cui, L.; Liu, W.; Beves, J. E.; Li, Y.-Y.; Zuo, J.-L. Tetrahedron Lett. 2013, 54, 1998. doi: 10.1016/j.tetlet.2013.02.005
23. [23]
  Yang, C.-L.; Xu, J.; Li, J.-Y.; Lu, M.-G.; Li, Y.-B.; Wang, X.-L. Sens. Actuators, B 2014, 196, 133. doi: 10.1016/j.snb.2014.01.123
24. [24]
  Liu, T.; Nonat, A.; Beyler, M.; Regueiro-Figueroa, M.; Nono, K. N.; Jeannin, O.; Camerel, F.; Debaene, F.; Cianferani-Sanglier, S.; Tripier, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7259. doi: 10.1002/anie.201404847
25. [25]
  Sarkar, A.; Bhattacharyya, S.; Mukherjee, A. Dalton Trans. 2016, 45, 1166. doi: 10.1039/C5DT03209A
26. [26]
  Parthiban, C.; Ciattini, S.; Chelazzi, L.; Elango, K. P. Sens. Actuators, B 2016, 231, 768. doi: 10.1016/j.snb.2016.03.106
27. [27]
  Parthiban, C.; Elango, K. P. Sens. Actuators, B 2015, 215, 544. doi: 10.1016/j.snb.2015.03.105
28. [28]
  Pazik, A.; Skwierawska, A. Supramol. Chem. 2013, 25, 189. doi: 10.1080/10610278.2012.745546
29. [29]
  Yang, X.-F.; Zhang, G.-G.; Li, Y.-X.; Liu, Z.; Gong, X.-Q.; Gao, B.; Zhang, G.-Y.; Cui, Y.; Sun, G.-X. RSC Adv. 2015, 5, 22455. doi: 10.1039/C4RA14639E
30. [30]
  Uahengo, V.; Xiong, B.; Cai. P.; Daniel, L. S. Rhyman, L.; Ramasami, P. Anal. Chem. Res. 2016, 8, 1. doi: 10.1016/j.ancr.2016.03.001
31. [31]
  Yang, X.-F.; Xie, L.-J.; Ning, R.; Gong, X.-Q.; Liu, Z.; Li, Y.-X.; Zheng, L.-Y.; Zhang, G.-G.; Gao, B.; Cui, Y.; Sun, G.-X.; Zhang, G.-Y. Sens. Actuators, B 2015, 210, 784. doi: 10.1016/j.snb.2015.01.025
32. [32]
  Niu, H.; Shu, Q.-H.; Jin, S.-H.; Li, B.-J.; Zhu, J.-P.; Li, L.-J.; Chen, S.-S. Spectrochim. Acta, Part A 2016, 153, 194. doi: 10.1016/j.saa.2015.08.030
33. [33]
  Chetia, B.; Iyer, P. K. Sens. Actuators, B 2014, 201, 191. doi: 10.1016/j.snb.2014.04.088
34. [34]
  Liu, X.-M.; Zhao, Q.; Li, Y.; Song, W.-C.; Li, Y.-P.; Chang, Z.; Bu, X.-H. Chin. Chem. Lett. 2013, 24, 962. doi: 10.1016/j.cclet.2013.06.032
35. [35]
  Jeyanthi, D.; Iniya, M.; Krishnaveni, K.; Chellappa, D. Spectrochim. Acta, Part A 2015, 136, 1269. doi: 10.1016/j.saa.2014.10.013
36. [36]
  Anand, T.; Sivaramana, G.; Iniya, M.; Siva, A.; Chellappa, D. Anal. Chim. Acta 2015, 876, 1. doi: 10.1016/j.aca.2015.03.035
37. [37]
  Lee, J. Y.; Rao, B. A.; Hwang, J. Y.; Son, Y. A. Sens. Actuators, B 2015, 220, 1070. doi: 10.1016/j.snb.2015.06.041
38. [38]
  Vinithra, G.; Suganya, S.; Velmathi, S. Tetrahedron Lett. 2013, 54, 5612. doi: 10.1016/j.tetlet.2013.08.005
39. [39]
  Satheshkumar, A.; Elango, K. P. Dyes Pigm. 2013, 96, 364. doi: 10.1016/j.dyepig.2012.08.014
40. [40]
  Kumar, S. M.; Dhahagani, K.; Rajesh, J. Nehru, K.; Annaraj, J.; Chakkaravarthi, G.; Rajagopal, G. Polyhedron 2013, 59, 58. doi: 10.1016/j.poly.2013.04.048
41. [41]
  Ashokkumar, P.; Weisshoff, H.; Kraus, W.; Rurack, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 2225. doi: 10.1002/anie.201307848
42. [42]
  晏希泉, 卓继斌, 王吉成, 谢莉莉, 袁耀锋, 有机化学, 2015, 35, 2184.Yan, X.-Q.; Zhuo, J.-B.; Wang, J.-C.; Yuan, Y.-F. Chin. J. Org. Chem. 2015, 35, 2184 (in Chinese).
43. [43]
  Basheer, S. M.; Willis, A. C.; Pace, R. J.; Sreekanth, A. Polyhedron 2016, 109, 7. doi: 10.1016/j.poly.2016.01.021
44. [44]
  Sharma, S.; Hundal, M. S.; Hundal, G. Tetrahedron Lett. 2013, 54, 2423. doi: 10.1016/j.tetlet.2013.03.003
45. [45]
  Yang, X.-F.; Zheng, L.-Y.; Xie, L.-J.; Liu, Z.; Li, Y.-X.; Ning, R.; Zhang, G.-G.; Gong, X.-Q.; Gao, B.; Liu, C.-X.; Cui, Y.; Sun, G.-X.; Zhang, G.-Y. Sens. Actuators, B 2015, 207, 9. doi: 10.1016/j.snb.2014.10.095
46. [46]
  Mahapatra, A. K.; Karmakar, P.; Roy, J.; Manna, S.; Maiti, K.; Sahoo, P.; Mandal, D. RSC Adv. 2015, 5, 37935. doi: 10.1039/C5RA05327G
47. [47]
  Biswas, S.; Gangopadhyay, M.; Barman, S.; Sarkar, J.; Singh, N. D. P. Sens. Actuators, B 2016, 222, 823. doi: 10.1016/j.snb.2015.08.090
48. [48]
  Liu, Y.-W.; Kao, M.-X.; Wu, A.-T. Sens. Actuators, B 2015, 208, 429. doi: 10.1016/j.snb.2014.11.039
49. [49]
  Goswami, S.; Maity, S.; Maity, A. C.; Das, A. K.; Pakhira, B.; Khanra, K.; Bhattacharyya, N.; Sarkar, S. RSC Adv. 2015, 5, 5735. doi: 10.1039/C4RA07838A
50. [50]
  Singh, J.; Yadav, M.; Singh, A.; Singh, N. Dalton Trans. 2015, 44, 12589. doi: 10.1039/C5DT01063B
51. [51]
  Mori, H.; Takahashi, E.; Ishizuki, A.; Nakabayashi, K. Macromolecules 2013, 46, 6451. doi: 10.1021/ma400596r
52. [52]
  Erdemir, S.; Kocyigit, O.; Alici, O.; Malkondu, S. Tetrahedron Lett. 2013, 54, 613. doi: 10.1016/j.tetlet.2012.11.138
53. [53]
  Sharma, R.; Mittal, S. K.; Chhibber, M. J. Electrochem. Soc. 2015, 162, B248.
54. [54]
  Maiti, D. K.; Roy, S.; Datta, A.; Banerjee, A. Chem. Phys. Lett. 2013, 588, 76. doi: 10.1016/j.cplett.2013.09.056
55. [55]
  Khanmohammadi, H.; Rezaeian, K. RSC Adv. 2014, 4, 1032. doi: 10.1039/C3RA42709A
56. [56]
  Alam, P.; Kachwal, V.; Laskar, I. R. Sens. Actuators, B 2016, 228, 539. doi: 10.1016/j.snb.2016.01.024
57. [57]
  Suganya, S.; Velmathi, S. J. Mol. Recognit. 2013, 26, 259. doi: 10.1002/jmr.v26.6
58. [58]
  Na, Y. J.; Choi, Y. W.; Yun, J. Y.; Park, K. M.; Chang, P. S.; Kim, C. Spectrochim. Acta, Part A 2015, 136, 1649. doi: 10.1016/j.saa.2014.10.060
59. [59]
  Song, E. J.; Kim, H.; Hwang, I. H.; Kim, K. B.; Kim, A. R.; Noh, I.; Kim, C. Sens. Actuators, B 2014, 195, 36. doi: 10.1016/j.snb.2014.01.009
60. [60]
  Lin, Q.; Yang, Q.-P.; Sun, B.; Lou, J.-C.; Wei, T.-B.; Zhang, Y.-M. RSC Adv. 2015, 5, 11786. doi: 10.1039/C4RA09624J
61. [61]
  Yan, G.-T.; Wu, G.-Y.; Qu, W.-J.; Shi, B.-B.; Lin, Q.; Yao, H.; Zhang, Y.-M.; Wei, T.-B. Supramol. Chem. 2016, 27, 552.
62. [62]
  Liu, R.-Y.; Gao, Y.; Zhang, Q.-B.; Yang, X.-D.; Lu, X.-W.; Ke, Z.-Y.; Zhou, W.-Q.; Qu, J.-Q. New J. Chem. 2014, 38, 2941. doi: 10.1039/c4nj00018h
63. [63]
  Zheng, X.-J.; Zhu, W.-C.; Liu, D.; Ai, H.; Huang, Y.; Lu, Z.-Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 7996. doi: 10.1021/am501546h
64. [64]
  Ghosh, D.; Rhodes, S.; Hawkins, K.; Winder, D.; Atkinson, A.; Ming, W. H.; Padgett, C.; Orvis, J.; Aiken, K.; Landge, S. New J. Chem. 2015, 39, 295. doi: 10.1039/C4NJ01411A
65. [65]
  Balamurugan, A; Lee, H. I. Sens. Actuators, B 2015, 216, 80. doi: 10.1016/j.snb.2015.04.026
66. [66]
  Mahapatra, A. K.; Maiti, K.; Sahoo, P.; Nandi, P. K. J. Lumin. 2013, 143, 349. doi: 10.1016/j.jlumin.2013.05.002
67. [67]
  Liu, C.-X.; Xu, -J.; Yang, F.; Zhou, W.; Li, Z.-X.; Wei, L.-H.; Yu, M.-M. Sens. Actuators, B 2015, 212, 364. doi: 10.1016/j.snb.2015.02.010
68. [68]
  Ghosh, P.; Kumar, N.; Mukhopadhyay, S. K.; Banerjee, P. Sens. Actuators, B 2016, 224, 899. doi: 10.1016/j.snb.2015.11.022
69. [69]
  Kumar, D.; Thomas, K. R. J. RSC Adv. 2014, 4, 56466. doi: 10.1039/C4RA10482J
70. [70]
  Xu, S.-Y.; Sun, X.-L.; Ge, H.-B.; Arrowsmith, R. L.; Fossey, J. S.; Pascu, S. I.; Jiang, Y.-B.; James, T. D. Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 4143. doi: 10.1039/C4OB02267J
71. [71]
  Iniya, M.; Jeyanthi, D.; Krishnaveni, K.; Chellappa, D. J. Lumin. 2015, 157, 383. doi: 10.1016/j.jlumin.2014.09.018
72. [72]
  Kanagaraj, K.; Pitchumani, K. Chem. Asian J. 2014, 9, 146. doi: 10.1002/asia.201300816
73. [73]
  Sen Gupta, A.; Paul, K.; Luxami, V. Spectrochim. Acta, Part A 2015, 138, 67. doi: 10.1016/j.saa.2014.11.026
74. [74]
  Wang, Y.; Zhao, Q.; Zang, L.-B.; Liang, C.-S.; Jiang, S.-M. Dyes Pigm. 2015, 123, 166. doi: 10.1016/j.dyepig.2015.07.039
75. [75]
  Ponnuvel, K.; Padmini, V. J. Lumin. 2016, 169, 289. doi: 10.1016/j.jlumin.2015.09.027
76. [76]
  Zou, C.-Y.; Qiao, Q.-L.; Zhao, M.; Mao, D.-Q.; Wang, D.-F.; Feng, L.; Cui, J.-N.; Xu, Z.-C. RSC Adv. 2014, 4, 43746. doi: 10.1039/C4RA06062H
77. [77]
  Li, Y.-H.; Duan, Y.; Zheng, J.; Li, J.-S.; Zhao, W.-J.; Yang, S.; Yang, R.-H. Anal. Chem. 2013, 85, 11456. doi: 10.1021/ac402592c
78. [78]
  Hu, R.; Feng, J.-A.; Hu, D.-H.; Wang, S.-Q.; Li, S.-Y.; Li, Y.; Yang, G.-Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 4915. doi: 10.1002/anie.v49:29
79. [79]
  Calderon-Ortiz, L. K.; Tauscher, E.; Bastos, E. L.; Gorls, H.; Weiss, D.; Beckert, R. Eur. J. Org. Chem. 2012, 2535.
80. [80]
  Ke, B.-W.; Chen, W.-X.; Ni, N.-T.; Cheng, Y.-F.; Dai, C.-F.; Dinh, H.; Wang, B.-H. Chem. Commun. 2013, 49, 2494. doi: 10.1039/C2CC37270C
81. [81]
  Roy, A.; Kand, D.; Saha, T.; Talukdar, P. Chem. Commun. 2014, 50, 5510. doi: 10.1039/c4cc01665c
82. [82]
  Roy, A.; Kand, D.; Saha, T.; Talukdar, P. RSC Adv. 2014, 4, 33890. doi: 10.1039/C4RA06933A
83. [83]
  Roy, A.; Datar, A.; Kand, D.; Saha, T.; Talukdar, P. Org. Biomol. Chem. 2014, 12, 2143. doi: 10.1039/c3ob41886c
84. [84]
  Wu, Z.-S.; Tang, X.-J. Anal. Chem. 2015, 87, 8613. doi: 10.1021/acs.analchem.5b02578
85. [85]
  Turan, I. S.; Akkaya, E. U. Org. Lett. 2014, 16, 1680. doi: 10.1021/ol5003412
86. [86]
  Hou, P.; Chen, S.; Song, X.-Z. Luminescence 2014, 29, 423. doi: 10.1002/bio.v29.5
87. [87]
  Hou, P.; Chen, S.; Wang, H.-B.; Wang, J.-X.; Voitchovsky, K.; Song, X.-Z. Chem. Commun. 2014, 50, 320. doi: 10.1039/C3CC46630B
88. [88]
  Zhang, S.-L.; Fan, J.-L.; Zhang, S.-Z.; Wang, J.-Y.; Wang, X.-W.; Du, J.-J.; Peng, X.-J. Chem. Commun. 2014, 50, 14021. doi: 10.1039/C4CC05094K
89. [89]
  Peng, Y.; Dong, Y.-M.; Dong, M.; Wang, Y.-W. J. Org. Chem. 2012, 77, 9072. doi: 10.1021/jo301548v
90. [90]
  Wang, C.-Y.; Yang, S.; Yi, M.; Liu, C.-H.; Wang, Y.-J.; Li, J.-S.; Li, Y.-H.; Yang, R.-H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 9768. doi: 10.1021/am502142d
91. [91]
  Wu, X.-X.; Niu, Q.-F.; Li, T.-D. Sens. Actuators, B 2016, 222, 714. doi: 10.1016/j.snb.2015.08.097
92. [92]
  Huang, Y.-C.; Chen, C.-P.; Wu, P.-J.; Kuo, S.-Y.; Chan, Y.-H. J. Mater. Chem. B 2014, 2, 6188. doi: 10.1039/C4TB01026D
93. [93]
  Cheng, X.-H.; Jia, H.-Z.; Feng, J.; Qin, J.-G.; Li, Z. Sens. Actuators, B 2014, 199, 54. doi: 10.1016/j.snb.2014.03.054
94. [94]
  Zheng, F.-Y.; Zeng, F.; Yu, C.-M.; Hou, X.-F.; Wu, S.-Z. Chem. Eur. J. 2013, 19, 936. doi: 10.1002/chem.201202732
95. [95]
  Dhanunjayarao, K.; Mukundam, V.; Venkatasubbaiah, K. Sens. Actuators, B 2016, 232, 175. doi: 10.1016/j.snb.2016.03.090
96. [96]
  Yang, S.-J.; Liu, Y.; Feng, G.-Q. RSC Adv. 2013, 3, 20171. doi: 10.1039/c3ra42613k
97. [97]
  Li, L.; Ji, Y.-Z.; Tang, X.-J. Anal. Chem. 2014, 86, 10006. doi: 10.1021/ac503177n
98. [98]
  Yeh, J.-T.; Venkatesan, P.; Wu, S.-P. New J. Chem. 2014, 38, 6198. doi: 10.1039/C4NJ01486C
99. [99]
  Kumari, N; Dey, N; Bhattacharya, S. Analyst 2014, 139, 2370. doi: 10.1039/c3an02020g
100. [100]
  Imsick, B. G.; Acharya, J. R.; Nesterov, E. E. Chem. Commun. 2013, 49, 7043. doi: 10.1039/c3cc43309a
101. [101]
  宁英男, 王斌, 毛国梁, 化学工程师, 2014, (9), 66. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXGC201409023.htmNing, Y.-N.; Wang, B.; Mao, G.-L. Chem. Eng. 2014, (9), 66 (in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXGC201409023.htm
102. [102]
  Xu, J.; Sun, S.-B.; Li, Q.; Yue, Y.; Li, Y.-D.; Shao, S.-J. Anal. Chim. Acta 2014, 849, 36. doi: 10.1016/j.aca.2014.08.014
103. [103]
  Wongsan, W.; Aeungmaitrepirom, W.; Chailapakul, O.; Ngeontae, W.; Tuntulani, T. Electrochim. Acta 2013, 111, 234. doi: 10.1016/j.electacta.2013.08.072
104. [104]
  牟鑫, 刘淑娟, 戴春雷, 马廷春, 赵强, 凌启淡, 黄维, 中国科学:化学, 2010, 40, 979. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JBXK201008002.htmMou, X.; Liu, S.-J.; Dai, C.-L.; Ma, T.-C.; Zhao, Q.; Ling, Q.-D.; Huang, W. Sci. Sin. Chim. 2010, 40, 979 (in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JBXK201008002.htm
105. [105]
  Cheng, F.; Bonder, E.M.; Jakle, F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17286. doi: 10.1021/ja409525j
106. [106]
  Liu, X.-L.; Mao, M.; Ren, M.-G.; Tong, Y.; Song, Q.-H. Sens. Actuators, B 2014, 200, 317. doi: 10.1016/j.snb.2014.04.070
107. [107]
  Yuan, M.-S.; Wang, Q.; Wang, W.-J.; Wang, D.-E.; Wang, J.-R.; Wang, J.-Y. Analyst 2014, 139, 1541. doi: 10.1039/c3an02179c
108. [108]
  刘淑娟, 赵强, 许文娟, 黄维, 化学进展, 2008, 20, 1708. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXJZ200811009.htmLiu, S.-J.; Zhao, Q.; Xu, W.-J.; Huang, W. Prog. Chem. 2008, 20, 1708 (in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXJZ200811009.htm
109. [109]
  Zhang, G.-J.; Wang, L.-M.; Cai, X.-F.; Zhang, L.; Yu, J.-J.; Wang, A.-L. Dyes Pigm. 2013, 98, 232. doi: 10.1016/j.dyepig.2013.02.015
110. [110]
  Wu, S.-Y.; Chen, Z.-J.; Zhang, K.-W.; Hong, G.; Zhao, G.-S.; Wang, L.-M. Tetrahedron Lett. 2016, 57, 1390. doi: 10.1016/j.tetlet.2016.02.076
111. [111]
  Wang, L.-Y.; Fang, G.-P.; Cao, D.-R. Sens. Actuators, B 2015, 221, 63. doi: 10.1016/j.snb.2015.06.050
112. [112]
  Misra, R.; Jadhav, T.; Dhokale, B.; Mobin, S. M. Dalton Trans. 2015, 44, 16052. doi: 10.1039/C5DT02356D
113. [113]
  Wang, L.-Y.; Li, L.-Q.; Cao, D.-R. Sens. Actuators, B 2016, 228, 347. doi: 10.1016/j.snb.2016.01.044
114. [114]
  Boxi, S. S.; Paria, S. Dalton Trans. 2015, 45, 811.
115. [115]
  Wang, H.; Hu, T.-Y.; Zhao, Z.-T.; Zhang, X.-Y.; Wang, Y.; Duan, X.-Q.; Liu, D.-W.; Jing, L.; Ma, Q. Talanta 2016, 149, 285. doi: 10.1016/j.talanta.2015.12.001
116. [116]
  Dong, X.-L.; Zhou, Y.-H.; Song, Y.-M.; Qu, J.-P. J. Fluorine Chem. 2015, 178, 61. doi: 10.1016/j.jfluchem.2015.06.025
117. [117]
  Bhalla, V.; Gupta, A.; Kumar, M. Talanta 2013, 105, 152. doi: 10.1016/j.talanta.2012.11.044
118. [118]
  Liu, J.; Xie, Y.-Q.; Lin, Q.; Shi, B.-B.; Zhang, P.; Zhang, Y.-M.; Wei, T.-B. Sens. Actuators, B 2013, 186, 657. doi: 10.1016/j.snb.2013.06.080
119. [119]
  Kar, C.; Samanta, S.; Mukherjee, S.; Datta, B.K.; Ramesh, A.; Das, G. New J. Chem. 2014, 38, 2660. doi: 10.1039/c4nj00239c
120. [120]
  Maity, S. B.; Bharadwaj, P. K. Inorg. Chem. 2013, 52, 1161. doi: 10.1021/ic301915s
121. [121]
  Sen, B.; Mukherjee, M.; Banerjee, S.; Pal, S.; Chattopadhyay, P. Dalton Trans. 2015, 44, 8708. doi: 10.1039/C5DT00315F
122. [122]
  Razi, S. S.; Srivastava, P.; Ali, R.; Gupta, R. C.; Dwivedi, S. K.; Misra, A. Sens. Actuators, B 2015, 209, 162. doi: 10.1016/j.snb.2014.11.082
123. [123]
  Kaur, M.; Cho, M. J.; Choi, D. H. Dyes Pigm. 2014, 103, 154. doi: 10.1016/j.dyepig.2013.12.006
124. [124]
  Hu, J.-Y.; Liu, R.; Cai, X.; Shu, M.-L.; Zhu, H.-J. Tetrahedron 2015, 71, 3838. doi: 10.1016/j.tet.2015.04.016
125. [125]
  Hinterholzinger, F. M.; Ruhle, B.; Wuttke, S.; Karaghiosoff, K.; Bein, T. Sci. Rep. 2013, 3, 2562.
126. [126]
  Bineci, M.; Baglan, M.; Atilgan, S. Sens. Actuators, B 2016, 222, 315. doi: 10.1016/j.snb.2015.08.087
127. [127]
  Kim, H. Y.; Im, H. G.; Chang, S. K. Dyes Pigm. 2015, 112, 170. doi: 10.1016/j.dyepig.2014.06.030
128. [128]
  汪朝阳, 李景宁, 赵耀明, 绿色化学通用教程, 中国纺织出版社, 北京, 2007.Wang, Z.-Y.; Li, J.-N.; Zhao, Y.-M. Green Chemistry General Course, China Textile Press, Beijing, 2007 (in Chinese).
129. [129]
  Wu, Y.-C.; Huo, J.-P.; Cao, L.; Ding, S.; Wang, L.-Y.; Cao, D.-R.; Wang, Z.-Y. Sens. Actuators 2016, 237, 865. doi: 10.1016/j.snb.2016.07.028
130. [130]
  杨凯, 汪朝阳, 傅建花, 谭越河, 化学进展, 2010, 22, 2126. http://www.oalib.com/paper/4686730Yang, K.; Wang, Z.-Y.; Fu, J.-H.; Tan, Y.-H. Prog. Chem. 2010, 22, 2126 (in Chinese). http://www.oalib.com/paper/4686730
图式 1 传感器2的合成

Scheme 1 Synthesis of sensor 2

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 2 探针3的合成及其作用机理

Scheme 2 Synthesis of probe 3 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 3 探针5的合成及其作用机理

Scheme 3 Synthesis of probe 5 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 4 探针7的合成及其作用机理

Scheme 4 Synthesis of probe 7 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 5 探针11的合成

Scheme 5 Synthesis of probe 11

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 6 探针19的合成

Scheme 6 Synthesis of probe 19

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 7 探针20的合成及其作用机理

Scheme 7 Synthesis of probe 20 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 8 传感器21的合成

Scheme 8 Synthesis of sensor 21

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 9 传感器24的合成

Scheme 9 Synthesis of sensor 24

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 10 探针39的合成

Scheme 10 Synthesis of probe 39

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 11 探针42的合成及其作用机理

Scheme 11 Synthesis of probe 42 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 12 传感器43的作用机理

Scheme 12 Mechanism of sensor 43

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 13 探针46的合成及其作用机理

Scheme 13 Synthesis of probe 46 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 14 探针49的合成

Scheme 14 Synthesis of probe 49

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 15 探针51的合成及其作用机理

Scheme 15 Synthesis of probe 51 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 16 探针54的合成及其作用机理

Scheme 16 Synthesis of probe 54 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 17 探针58的作用机理

Scheme 17 Mechanism of probe 58

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 18 探针59的合成与作用机理

Scheme 18 Synthesis of probe 59 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 19 探针61的合成及其作用机理

Scheme 19 Synthesis of probe 61 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 20 探针63的合成及其作用机理

Scheme 20 Synthesis of probe 63 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 21 探针65的合成及其作用机理

Scheme 21 Synthesis of probe 65 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 22 探针68的合成

Scheme 22 Synthesis of probe 68

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 23 传感器71的合成

Scheme 23 Synthesis of sensor 71

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 24 探针72的合成

Scheme 24 ynthesis of probe 72

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 25 传感器73的合成及其作用机理

Scheme 25 Synthesis of sensor 73 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 26 探针76的合成和探针77的结构

Scheme 26 Synthesis of probe 76 and structure of probe 77

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 27 探针78的合成

Scheme 27 Synthesis of probe 78

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 28 探针80的合成及其作用机理

Scheme 28 Synthesis of probe 80 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 29 探针81的合成

Scheme 29 Synthesis of probe 81

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 30 探针83的合成及其作用机理

Scheme 30 Synthesis of probe 83 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 31 探针85的合成及其作用机理

Scheme 31 Synthesis of probe 85 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 32 探针87的合成

Scheme 32 Synthesis of probe 87

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 33 探针88的合成及其作用机理

Scheme 33 Synthesis of probe 88 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 34 传感器89的合成

Scheme 34 Synthesis of sensor 89

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 35 探针90的合成及其作用机理

Scheme 35 Synthesis of probe 90 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 36 探针92的合成

Scheme 36 Synthesis of probe 92

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 37 探针93的合成

Scheme 37 Synthesis of probe 93

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 38 探针95的合成

Scheme 38 Synthesis of probe 95

下载: 全尺寸图片幻灯片

图式 39 探针96的合成及其作用机理

Scheme 39 Synthesis of probe 96 and its mechanism

下载: 全尺寸图片幻灯片