刘 雁，郑晓丽，杨本寿，汪 帆，成飞翔

(1.曲靖医学高等专科学校 公共课部，云南 曲靖 655011；2.曲靖师范学院 化学与环境科学学院，云南 曲靖 655011)

金属离子在生命科学、环境科学、医药科学和化学过程中起着重要作用，同时金属离子在环境污染和对人体健康方面的双重影响日益受到人们的重视.寻找一种简单、便携、灵敏的重金属传感器成为化学工作者研究的重点[1-3]，这些金属传感器在化学、生物、环境等方面有着广泛的用途[4-8].荧光探针是一种优良的金属离子传感器，它具有高选择性、高灵敏度、实时原位检测等突出优点，因而被广泛应用于临床诊断、生物分析、环境监测等领域[9-13].

汞具有很高的毒性，汞单质及汞离子可通过各种途径进入环境，并通过微生物的作用转变为甲基汞被鱼类吸收.甲基汞还能引起神经系统的损害，使末梢神经中感觉神经元出现强烈的变性，出现感觉障碍、向心性视野缩小、语言障碍、听力减退和共济失调等典型症状.由于汞的高毒性，开发新型、高效、选择性识别汞的荧光传感器引起了广大科研工作者的关注.罗丹明是1种性能优越的染料，其系列衍生物通常具有较大的摩尔吸光系数以及较高的量子产率.由于罗丹明具有特殊的结构性质，因此它是1种设计荧光分子开关的理想模型，由它制成的荧光探针可用于测定许多金属离子、生物活性物质及生物分子.作为荧光标记物，罗丹明在荧光探针方面的研究中得到了广泛应用.已有一些罗丹明衍生物作为高灵敏、高选择性的Hg2+荧光探针被报道出来[14-32].黄春晖课题组构建的罗丹明B可以作为荧光探针在细胞中检测Hg2+[33].Shiraishi课题组合成的荧光探针与Hg2+形成络合比为1∶2的络合物，导致该探针罗丹明部分开环，发出橙色荧光[34].虽然以往关于罗丹明B酰肼衍生物的荧光探针报道较多，但三足罗丹明B酰肼衍生物类探针却鲜有报道.因此，本文以罗丹明B酰肼与均苯三甲醛为原料通过Schiff反应合成了1个三足罗丹明B酰肼席夫碱化合物，研究了该物质的光谱性质在金属离子加入前后的变化.

1 实验部分

1.1 试剂及测试仪器

试剂：罗丹明B(分析纯)，成都科龙化工试剂厂；AgNO3(分析纯)，上海旭达精细化工厂；水合肼(98%)、POCl3、金属高氯酸盐均为北京百灵威科技有限公司购买；柱层析硅胶(200～300目)，青岛海洋化工厂；CH2Cl2、DMF、无水乙醇、石油醚、冰醋酸、乙腈、乙酸乙酯均为分析纯，产地均为天津市风船化学试剂科技有限公司.罗丹明B酰肼和均苯三甲醛按照文献[35-36]合成.

测试仪器：Mercury Plus 400型核磁共振波谱仪(以四甲基硅烷为内标)；Bruker amaZon SL型质谱仪(ESI-MS)；Thermo Nicolet AVATAR 360 FT/IR红外光谱仪；Varian Cary-100型紫外-可见分光光度计；Hitachi F-4600型荧光分光光度计.

1.2 探针席夫碱化合物1的合成与表征

将罗丹明B 酰肼(844 mg, 1.85 mmoL)、均苯三甲醛(50 mg, 0.31 mmoL)和50 mL乙醇在85℃油浴中加热回流24 h，反应过程中生成黄色不溶固体.冷却至室温，抽滤，固体经乙醇洗涤干燥后得粗产物.将粗产物用硅胶柱分离，以V(CH2Cl2)∶V(乙酸乙酯)=10∶1为淋洗剂得淡黄色固体产物324 mg，产率71%.1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ= 1.16 (t,J= 6.8 Hz, 36H), 3.25～3.38 (m, 24H), 6.16 (d,J= 8.8 Hz, 6H), 6.49 (s, 3H), 6.54 (s, 9H), 7.05 (d,J=7.6 Hz, 3H), 7.36～7.44 (m, 6H), 7.69 (s, 3H), 7.87 (s, 3H), 7.96 (d,J=7.2 Hz, 3H). ESI-MS(m/z):1477.92 (M + H)+. IRνmax(KBr, cm-1): 3447 s (br), 1690 m, 1634 s, 1615 s, 1545 m, 1515 s, 1466 w, 1425 w, 1381 w, 1305 m, 1265 m, 1220 m, 1119 s, 1079 w, 1020 w, 821 w, 786 w, 757 w, 702 w, 620 w, 537 w, 414 w. 化合物1的合成线路见图1

2 结果与讨论

2.1 化合物1对金属离子响应的荧光光谱

为进一步检验传感器1对Hg2+检测的灵敏度，以及与Hg2+之间的线性关系，开展了化合物1与不同浓度Hg2+响应的荧光滴化合物定实验.把Hg2+逐渐滴加到化合物1(10-4mol/L)的乙醇-DMF (V/V=4∶1)溶液中，如图4所示，配合物的荧光强度随着Hg2+浓度的增加而增强，当Hg2+的浓度达到200当量时，作用基本完全，化合物1的荧光发射峰红移至615 nm.荧光滴定实验可以用公式log[(I-Imax)/(Imin-I)]=nlog[Hg2+]+ logKs来分析[37]，Imax和I分别是加入Hg2+前后的荧光强度，Imin是最终荧光强度，n是结合系数，Ks是结合常数.以log[(I-Imax)/(Imin-I)]对log[Hg2+]作图得到一条直线(R=0.948 8)，如图 5所示，从该直线计算得到Hg2+与化合物1的结合常数logKs为6.22，结合系数n为3.0.由结合系数n说明化合物1与Hg2+是1∶3结合.逐渐降低化合物1与Hg2+的浓度，测定两者浓度变化时的荧光强度，得到化合物1(10-7mol/L)对Hg2+的检测限为3×10-7mol/L，这个检测限使得化合物1可以检测环境中很微量存在的汞离子.

2.2 阳离子竞争实验

为了检验共存金属离子对化合物1专一选择性的影响，开展了阳离子竞争实验.在化合物1(10-4mol/L)的乙醇-DMF (V/V=4∶1)溶液中，分别加入200当量的各种金属离子，然后再继续加入200当量的Hg2+，测试各试样的荧光光谱变化情况.如图 6所示，在没有加入Hg2+时，其它金属离子使化合物1的荧光强度增强幅度较小或者基本不会引起荧光强度的变化(红色柱形图)；当向上述溶液中加入Hg2+后，各溶液的荧光强度均有显著增强，增强的幅度与单独加入200当量的Hg2+基本相同(绿色柱形图).这说明只有Hg2+才能引起配合物的荧光强度显著增强，其它金属离子对Hg2+的识别没有干扰.

2.3 化合物1对Hg2+响应的紫外可见吸收光谱

Hg2+对化合物1性质的影响还可以通过紫外-可见光谱滴定来研究.如图7所示.当把Hg2+(0～1.8×10-3mol/L)加入到1(10-5mol/L)的V(乙醇)∶V(DMF)=4∶1溶液中，化合物1的紫外-可见吸收光谱吸收强度随着Hg2+浓度的增加而增大.化合物1在563 nm处的吸收峰显著增强，在315 nm处的吸收峰蓝移到310 nm并增色19%；255和246 nm处的吸收峰分别蓝移到242和233 nm；同时352、423、525 nm左右出现了3个新的吸收峰(肩峰).

3 结语

本文以罗丹明B、水合肼、均苯三甲醛为原料，合成了1种高灵敏、高选择性的新型Hg2+荧光探针化合物1.该化合物可在室温下检测Hg2+，使溶液由无色变为粉红色，而在该条件下，加入Na+、Ag+、Li+、Cu2+、Ni2+、Cd2+、Co2+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Pb2+、Mn2+、Cr3+、Fe3+没有观察到明显的荧光和吸收响应，只有Zn2+有较弱的响应.在有多种金属离子共存时，化合物1对于Hg2+的响应同样具有较高的选择性.因此，有可能在不需要仪器的情况下，很方便的用“肉眼”检测 Hg2+.化合物1在生物、药物、环境等系统中Hg2+污染、浓度变化等方面有潜在的应用价值.