改进的罗丹明类钯离子荧光分子探针

2+ 重金属离子及其它铂族金属离子均不变 （ 图 2 ） 。说明 RPd5 对 Pd 有良好的选择识别性能。 2． 4 Pd2 + 的检测 －5 2+ －5 在浓度为 1. 0 × 10 mol / L RPd5 的 50% 乙醇水溶液中， 加入 Pd 使其浓度为 1. 0 × 10 mol / L， 以 16 min 后基本达到平衡 （ 图 3 A ） 。 λ ex = 535 nm 光激发， 测得 λ em = 584 nm 处荧光强度随时间逐渐增强， ［13 ］ RPd4［14］和 RPd5 的响应平衡时间（ ＞ 50 min） 显著缩短。 相对于 RPd1 、 2+ －5 在 RPd5 的 50% 乙醇水溶液中， 随着 Pd （ 0 ～ 5. 0 × 10 mol / L） 浓度的增加， 体系荧光强度逐渐增 2+ －5 强， 在 Pd 浓度 2. 0 × 10 mol / L 处达到最大值 （ 图 3 B ） 。经拟合得到线性回归方程 Y = 7. 45 + 1. 32 X ， 2+ －6 R = 0. 986 ， X = lg ［ Pd2 + ］ 。 式中 Y = （ I min － I） / （ I min － I max ） ， 计算得到探针对 Pd 的检出限为 2. 31 × 10 2+ mol / L（ 图 3 C ） ， 说明 RPd5 是一种对 Pd 具有高灵敏度的荧光探针。
大连 116024 ）
2+
要
用罗丹明 B 与水合肼反应生成的中间体与溴丙炔反应合成了荧光增强型 Pd
检测用探针 RPd5 。与
RPd5 的吸收及荧光强度明显增强 ， 结合后， 其荧光强度增强约 40 倍， 并使检测时间缩短至约 16 min。探
2+
2+ －6 针 RPd5 对 Pd 的响应灵敏， 最低检出限为 2. 31 × 10 mol / L， 可以在较宽 pH 值范围内特别是近中性 pH 值
DNA 及其它生物大分子 （ 维生素 B6 ） 结合 可与含巯基的氨基酸、 蛋白质（ 酪蛋白， 蚕丝蛋白和部分酶 ） 、 ［4 ］ 2+ 而影响它们在体内的正常生理功能 。因此， 对 Pd 的高灵敏度和高选择性检测十分重要。传统的原 子吸收光谱法（ 包括 FAAS 法和 GFAAS 法） 和电化学分析法等， 往往需要复杂的样品预处理和高成本的 ［56 ］ 。荧光探针检测法具有灵敏度高、 仪器， 使其应用受到一定限制 选择性好、 分析时间短及易于可视化 Pd 检测用分子探针多数是基于比色法 等优点， 已受到越来越多的关注。目前， 和荧光淬灭法 2+ ［1113 ］ 。作者曾通过在罗丹明荧光染料分子的螺环上引入烯丙 等。关于荧光增强型的 Pd 探针报道尚少
2
2． 1
结果与讨论
分子设计与合成
罗丹明类荧光染料具有摩尔消光系数大 、 荧光量子产率高、 光稳定性良好以及独特的可开合的螺环 ［2123 ］ 。罗丹明环闭环时， 结构， 使其成为设计合成荧光增强型探针分子理想的母体化合物 氧杂蒽环上没 探针分子基本无荧光； 当螺环打开时， 氧杂蒽环的共轭结构恢复， 探针分子的荧光 有形成大的共轭结构， 及吸收显著增强。 对原报道的探针 RPd1 进行结构改造， 在 RPd5 中引入炔丙基， 增强探针分子配体部分的刚性， 使 2+ 2+ RPd5 在 Pd 存在下更易开环， 。 Pd ： 以期缩短响应时间 推断探针分子对 的识别过程是 探针分子螺环
第 28 卷 第 11 期 2011 年 11 月
应用化学 CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY
Vol． 28 Iss． 11 Nov． 2011
改进的罗丹明类钯离子荧光分子探针
樊江莉
*
芦
静
李宏林
刘晓健
朱
浩
彭孝军
（ 大连理工大学精细化工国家重点实验室 摘 Pd
2+
conditions： c（ RPd5 ） = c（ Pd2 + ） = 1． 0 × 10 － 5 mol / L，λ ex = 535 nm， 25 ℃
changes of RPd5 before and after addition of Pd2 + （ B）
1294
应用化学
第 28 卷
2． 3
图1 Fig． 1
Pd2 + 诱导 RPd5 内酯环开环反应（ A） 及 RPd5 在加入 Pd2 + 前后吸收及荧光光谱的变化 （ B）
The open reaction of the spirolactam ring of RPd5 induced by Pd2 + （ A） and absorption and fluorescence spectral
环境下有效检测 Pd 关键词Leabharlann Baidu
。RPd5 可以实现对 Pd2 + 以比色及荧光 2 种途径的可视化识别， 并可应用于土壤、 池塘
2+
水等实际样品中痕量 Pd 中图分类号： O655
的检测。RPd5 还可制成试纸用于纯净水中 Pd 文献标识码： A
2+
检测。
荧光探针， 罗丹明， 荧光增强， 钯离子， 炔丙基 0518 （ 2011 ） 11129206 文章编号： 1000-
2+
导致
图2 Fig． 2 RPd5 对常见阳离子的选择性 The selective detection of RPd5 for common cations
探针溶液的荧光强度增强 40 倍 以 上， Pt2 + 和 Fe3 + 增 强 5 倍左右， 而其它常见碱 金属、 碱土金属、 过渡金属、
conditions： c（ RPd5 ） = c（ metal ions ） = 1． 0 × 10 － 5 mol / L，λ ex = 535 nm，λ em = 584 nm； fluorescence measurement was done after the balance time at 25 ℃
对阳离子的选择性 2+ K+、 Na + 、 Ca2 + 、 Mg2 + 、 Zn2 + 、 Cd2 + 、 Ba2 + 、 Fe3 + 、 Cr3 + 、 Pb2 + 、 Cu2 + 、 Hg2 + 、 Ag + 、 Mn2 + 、 Ni2 + 、 在分别含 Pd 、
3+
Co2 + 、 La3 + 、 NH4+ 、 Rh3 + 、 Pt2 + 和 Ru 等阳离子的 50% 的 乙醇水溶液中， 考察了探针 RPd5 对阳离子的的选择识 别 能 力。 无 金 属 离 子 时 RPd5 的荧光强度 为 I0 ， 加 入上 述 离 子 后 RPd5 的 荧 光强 度 为 I， 用 I / I0 表 示 选 Pd 择性。结果表明，
（ 400 MHz） 核磁共振仪（ 美国 Varian 公司 ） ， TMS 为内标， HP1100 APIESLC / MS 型质谱仪 （ 美国 HP 公
20101203 收稿， 20110321 修回 国家自然科学基金资助项目 （ 21076032 ） ， 中央高等基本科研业务专项资金项目（ DUT10LK05 ） 84986306 ； Email： fanjl@ dlut． edu． cn； 研究方向： 荧光染料， 通讯联系人： 樊江莉， 副教授； Tel / Fax： 0411荧光探针
Pd2 + 后， RPd5 与 Pd2 + 配合作用导致分子内部螺环打开 （ 图 1 A ） ， 使得探针溶液从无色变成紫色， 在 568 nm处吸收增强； 同时探针溶液发出强烈的橙红色荧光 ， 在 584 nm 处产生新的发射峰（ 图 1 B ） 。检测 过程中探针溶液的颜色及荧光的明显变化可直接观测到 。
2+ 部分的羰基、 亚氨基以及炔基的碳碳三键结构与 Pd 配合， 导致罗丹明螺环打开， 使得原本无色及荧 。 光的探针溶液呈现紫色并发出明显的橙红色荧光
RPd5 以工业品罗丹明 B 为原料， 通过 2 步反应即可得到。合成简便， 收率高。 2． 2 光谱变化及识别机理 探针 RPd5 处于闭环状态时， 在可见光区既无明显的吸收峰也无明显的发射峰 。加入等化学计量的
Scheme 1
The synthetic route of RPd5
1
1． 1
实验部分
仪器和试剂 3罗丹明 B ， 工业品（ 天津市大茂化学试剂厂 ） ， 水合肼 （ 天津市科沃化工有限公司 ） ， 溴丙炔 （ 阿法 X6 型显微熔点测定仪 （ 北京泰克仪器有限公司） ， Varian INOVA 400 埃沙（ 天津） 化学有限公 司 ） ，
2+ ［78 ］ ［910 ］
2+ ［13 ］ ［14 ］ 2+ 基结构， 设计合成了对 Pd 具有高选择性的荧光增强型探针 RPd1 和 RPd4 ， 但其对 Pd 响应时间 2+ ［1519 ］ 较长。鉴于 Pd 与富含 π 电子体系的炔基有较好的亲和力 及炔丙基的刚性结构特点， 本研究在罗 2+ ， Pd RPd5 ， 丹明荧光染料的螺环上引入炔丙基结构 合成了改进的 的荧光增强型探针 有效提高了探针 2+ 2+ 对 Pd 的荧光检测速度， 考察了其对于土壤及天然水体中 Pd 的检测分析性能。RPd5 的合成路线如 Scheme 1 所示。
第 11 期
樊江莉等： 改进的罗丹明类钯离子荧光分子探针
1293
HP8453 型紫外RF5000 型荧光分光光度仪 （ 日本岛津公司 ） ， 司） ， 可见分光光度仪 （ 美国 HP 公司 ） ， PHS3C 型精密 pH 计（ 上海雷磁仪器厂） 。 RPd5 的制备 20］ 中间体 1 按文献［ 报道方法制备。在 50 mL 圆底烧瓶中加入 300. 0 mg（ 0. 66 mmol ） 中间体 1 和 98. 6 mg（ 0. 71 mmol） 碳酸钾及 20 mL 乙酸乙酯。搅拌下加入 1 mL（ 过量） 的 3溴丙炔， 回流 10 h 后， 蒸 1． 2 硅胶柱分离， 得到白色粉末 RPd5 173. 2 mg。收率 55. 3% ， 去溶剂。用二氯甲烷 / 乙酸乙酯作为洗脱液， 1 CDCl3 ） ， 1H， J = 7. 2 Hz， C 6 H4 ） ， 7. 45 （ m， 2H， J= 熔点 185. 5 ～ 186. 8 ℃ ； H NMR（ 400 MHz， δ H ： 7. 91 （ d， C 6 H4 ） ， 7. 09 （ d， 1H， J = 8. 0 Hz， C 6 H4 ） ， 6. 46 （ d， 2H， J = 8. 8 Hz， xantheneH） ， 6. 40 （ s， 2H， J= 4. 0 Hz， 2. 4 Hz， xantheneH） ， 6. 26 （ d， 2H， J = 8. 8 Hz， xantheneH） ， 4. 59 （ t， 1H， J = 6. 0 Hz， NH） ， 3. 33 （ q， 8H， J= 7. 2 Hz， CH2 ） ， 3. 29 （ d， 2H， J = 2. 4 Hz， CH2 ） ， 2. 11 （ t， 1H， J = 2. 4 Hz， CH ） ， 1. 17 （ t， 12H， J = 6. 8 Hz， CH3 ） ； 13 C NMR（ 100 MHz， CDCl3 ） ， 153. 65 ， 151. 77 ， 148. 79 ， 132. 76 ， 129. 83 ， 128. 51 ， 128. 10 ， δ C ： 166. 63 ， 123. 96 ， 122. 86 ， 107. 79 ， 105. 55 ， 97. 91 ， 80. 09 ， 72. 39 ， 68. 86 ， 44. 33 ， 40. 42 ， 14. 12 ； QTOFMS： ［ M + H］+ 495. 276 5 ， 计算值 495. 276 0 。
DOI： 10． 3724 / SP． J． 1095． 2011． 00718
［12 ］ ， 由于钯被广泛用作汽车尾气的催化转化剂和有机合成催化剂 因此钯对环境的影响也已引起关 2+ － 6 ［3 ］ 2+ 注。Pd 在公路附近土壤（ 约 0. 3 × 10 ） 及植物中沉积， 污染水体， 可能对人体健康产生危害； Pd