华玉胜，赵志刚，石治川

(西南民族大学 化学与环境保护工程学院，四川 成都 610041)

铝主要存在于铝土矿中约占地球质量的8%，是现代文明不可缺少的材料[1]。随着工业化进程的发展，大量含重金属污染物未经处理的废水、废渣排放，对环境和人类健康危害越来越大。根据世界卫生组织(WHO)报道，铝离子通过消化系统等生命过程停留在人体的细胞组织中，人类每天平均摄入的铝含量是3～10mg[2]，当人体内积累较高浓度的铝离子会引起阿尔茨海默症、帕金森症、骨骼萎缩、贫血等多种慢性疾病威胁人类健康[3-4]。因此，开发出高效、便捷检测铝离子方法备受人们的关注。荧光法由于操作简便，可实时监测受到人们的青睐[5-7]。

图1 目标探针TZ的合成路线Fig.1 The synthesis route of target probe TZ

含有独特活性亚结构-N=CH-单元的席夫碱，因其N原子杂化轨道上含有孤电子对，容易获得电子，使得席夫碱类化合物可以与金属离子形成稳定的配合物。同时由于席夫碱因为其C=N双键的存在还具有很好的生物活性和相容性[8]。金属离子与C=N结合后，引起了特定的螯合作用从而产生荧光增强[9-10]。本文合成的新型吲哚三唑席夫碱化合物结构中含有吲哚和席夫碱两个结构能极大提升生物相容性，同时吲哚和三唑均具有较大的共轭体系，更易于产生n-π*和π-π*的电子跃迁，产生荧光增强的特效具有很好的研究价值。其合成路线如下图1所示。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：所有化学原料、金属盐为醋酸盐或硝酸盐均为分析纯，购于上海毕得医药科技有限公司，无需进一步纯化。实验用水为去离子水。中间体2和3的合成法参考本实验室之前的操作[11]。

仪器：Agilent 400 MHz核磁共振仪；赛默飞FINNIGAN- LCQ DECA型质谱仪；赛默飞IR-200型傅里叶变换红外光谱仪；ElementarVario MICRO 型自动元素分析仪；WRS-1B型数字熔点仪；美普达UV-6100型双光束紫外-可见光分光光度计；HORIBADual-FL型荧光光谱仪。

1.2 探针TZ的合成及表征

1.2.1 荧光探针(TZ)的合成及表征

在圆底烧瓶依次加入乙醇(10 mL)，中间体(3)(2 mmol)，2-羟基-6-溴苯甲醛(4)(1.9 mmol)和1滴冰醋酸，80℃下回流反应10min，TLC监测，冷却后得粗产品用乙醇重结晶得到674 mg黄色固体TZ，收率81.6%，m.p.213-214 ℃。IR (KBr)，v，cm-1：3289，3071，1632， 1608，1521，1449，1235，1143，757，731，640。1H NMR (DMSO-d6,400 MHz)，δ：14.00 (s,1H,SH),11.80 (s,1H,indol-NH),10.86 (s,1H,OH),10.07 (s,1H,N=CH),8.14(d,J=7.2 Hz,1H,ArH),8.08 (d,J = 2.4 Hz,1H,ArH),8.01 (d,J = 2.8 Hz,1H,ArH),7.62 (dd,J = 2.8 Hz,1H,ArH),7.52 (dd,J=1.2 Hz,1H,ArH),7.27-7.17 (m,2H,ArH),7.01 (d,J=8.8 Hz,1H,ArH)。13C NMR (DMSO-d6,100 MHz)，δ 161.18；160.63；158.16；146.88；136.97；136.26；129.24；128.75；125.20；123.11；121.22；121.18；121.14；119.57；112.55；111.42；100.75。ESI-MS,m/z:414.36[M+1]+。元素分析，C17H12BrN5OS，实测值(计算值)，%：C 49.29(49.38)；H2.92(2.91)；N 16.91(16.89)。

1.3 溶液的配制及光谱性质的检测方法

1.3.1 探针TZ储备溶液及各种金属离子储备液

413 mg探针TZ，用100 mL DMSO溶解完全后，加入缓冲溶液(pH值=7.0)溶液定容得浓度1 mmol/L的探针TZ储备液。金属离子溶液(Ag+、Al3+、Ca2+、Co2+、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+)均采用其醋酸盐或硝酸盐用去离子水溶液定容至刻度线制成浓度为1 mmol/L溶液。

1.3.2 光谱检测参数

荧光实验：最佳激发波长(λex)为386nm，最佳发射波长(λem)为446nm，狭缝宽度5 nm，灵敏度为2。

2 结果与讨论

2.1 探针TZ对不同金属阳离子的选择性

图2 探针TZ在缓冲溶液(pH值=7.0)中加入不同金属离子后的荧光光谱(λex=386 nm)Fig.2 Fluorescence spectra of probe TZin pH buffer solution (pH7.0)upon addition of various metal cations(λex=386 nm)

在5μL 探针TZ储备液(1 mmol/L)，然后依次加入5μL各种金属离子(Ag+、Al3+、Ca2+、Co2+、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+)储备液(1 mmol/L)，分别检测各自的荧光性质(图2)。在探针TZ分子席夫碱结构中的N原子含有孤对电子容易获得Al3+的电子发生配位，从而抑制了C=N双键的异构化引起荧光增强光。在紫外灯365 nm照射下，探针TZ本身有很微弱的荧光，当加入Al3+后，探针TZ溶液发出亮蓝色强荧光。而加入其他金属离子(Ag+、Ca2+、Co2+、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+)时，荧光强度很微弱。表明探针TZ可以与Al3+结合使荧光增强，从而实现对Al3+的专一识别检测。

2.2 探针TZ识别Al3+的抗干扰性及pH值影响

图3 其他金属离子和Al3+共存时对探针TZ荧光强度的影响Fig.3 Fluorescence response of probe TZ

图4 不同pH值对探针TZ响应Al3+的荧光强度影响Fig.4 Fluorescence spectra of TZ with Al3+in different pH buffer solution

为探究TZ能否在复杂条件下对Al3+的识别，在5μL 探针TZ储备液(1 mmol/L)中依次加入5μLAl3+储备液(1 mmol/L)，同时分别加入相同浓度和体积的其他金属离子各种金属离子(Ag+、Ca2+、Co2+、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+)测试其荧光光谱(图3)。当加入Fe3+、Ni2+时，因其因为原子结构原因与探针TZ存在一定的结合，从而降低配体体系TZ- Al3+的浓度，导致荧光强度降低但降低幅度不大，在紫外灯下仍然能看到清晰的荧光。这表明探针TZ对Al3+的识别具有良好的抗干扰能力。由图4可见，在pH值3～11之间探针TZ的荧光强度基本上没有变化。当pH值<7时，由于席夫碱结构在强酸性条件下容易发生分解探针TZ- Al3+体系荧光强度急速增加；当pH值>7以后，体系当中的Al3+会形成Al(OH)3，使得探针TZ- Al3+体系的荧光强度继续增加，然后逐渐降低。因此，探针TZ可有效识别Al3+的pH值适用范围为6～9。

2.3 探针TZ对Al3+的荧光滴定及检测限

图5 不同浓度Al3+存在时荧光探针TZ的荧光光谱及线性拟合Fig.5 Fluorescence spectraof probe TZin the presence of different concentrations of Al3+

图6 不同浓度Al3+存在时荧光探针TZ的荧光线性拟合Fig.6 Fluorescence linear fit of probe TZ in the presence of different concentrations of Al3+

在TZ浓度为5μmol/L的缓冲溶液(pH值=7.0)中，逐渐滴加Al3+，测定不同Al3+浓度下的荧光光谱(图5)。随着Al3+浓度从0逐渐增大到5 μmol/L时，体系TZ-Al3+的荧光强度也随之逐渐增强。当Al3+浓度增加到6、7μmol/L时，荧光强度出现小幅度下降。将446 nm处的荧光强度绘制工作曲线(图6)，结果表明在0～5.0μmol/L范围内体系TZ-Al3+荧光强度成良好的线性关系。根据检测限的计算公式(3σ/S)[12]，计算该方法的检测限为26.7 nmol/L。

2.4 探针TZ与Al3+络合探究

利用等物质的量连续变换法研究探针TZ的络合模型。通过Job’s plot作图(图7)可知，TZ-Al3+的荧光强度随着Al3+浓度的不断增加先增后降，最大摩尔分数对应数0.49，可推测出探针TZ与Al3+所形成的是1∶1配合物。

图7 探针TZ与Al3+(pH值= 7.0)的络合比测定曲线Fig.7 Job’s plot of TZ and Al3+ (pH 7.0)

图8 探针TZ和TZ-Al3+的核磁滴定Fig.8 1H-NMR spectra of probe TZ and TZ-Al3+

运用核磁滴定法进一步确证TZ-Al3+的结合模式(见图8)。随着Al3+的加入，荧光探针分子OH和SH消失；而芳香环上的H和N=CH则因为Al3+与化合物结合产生结构的变化不同程度向发生了偏移。由此可见，探针TZ中-N，羟基-O，巯基-S参与了与Al3+的络合配位。综上所述，推断TZ与Al3+络合模式如图9所示。

图9 探针TZ与Al3+的络合模型Fig.9 The proposed binding mode of TZ-Al3+ system

3 结论

本文以吲哚-3-甲酸甲酯为母体，合成了用于检测Al3+荧光增强型、具有较大共轭体系的新型席夫碱探针TZ。在中性或弱碱性条件下(pH值=6～10)，探针TZ能够特异性识别Al3+，生成1∶1型配合物(TZ -Al3+)，有较强的稳定性、良好的抗干扰性和反应活性，检测限为26.7 nmol/L。在365 nm紫外灯照射下，由无色变成亮蓝色强荧光，具有潜在的应用价值。