邓 佳，周 烨，潘雪涛，吴 州，胡胜利

(湖北师范大学 化学化工学院，污染物分析与资源化技术湖北省重点实验室，湖北 黄石 435002)

Zn2+具有良好的配位作用，是人体内第二丰富的过渡金属离子，广泛分布于人体细胞和体液中。Zn2+在神经生物学领域非常受关注，其在生物体系中的酶促反应、神经信号传递、DNA合成[1～3]等生命过程中起到了重要作用。不过，过量的Zn2+会引起癫痫、帕金森病、缺血性中风与婴幼儿腹泻[4～6]等神经系统疾病。因此，考虑到与Zn2+中毒有关的疾病的诊断和环境中Zn2+污染的监测，快速、高效地检测各种样品中的Zn2+具有重要意义。与大多数传统分析方法相比较，荧光分析法具有光稳定性强，反馈速度快，可实时监测等优点，因此广受关注。目前为止，已经报道各种Zn2+荧光探针[7～10]，但是，大多数Zn2+荧光探针的分子量一般较大，合成步骤多，结构复杂，有的水溶性差，影响实际应用价值。因此通过简单的反应制备出水溶性好的小分子Zn2+荧光探针仍然具有重要意义。

本文通过水杨酸和水杨酰胺一步反应得到一个简单的小分子荧光分子探针1(图1)，探针1能够在含水乙腈溶液中选择性地与Zn2+作用并使体系溶液产生较强的绿色荧光，而其他金属离子的加入并没有使探针1溶液发生荧光改变，因此探针1是一种选择性高的Zn2+荧光探针。

图1 探针1的合成路线

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

Bruker Advance Ⅲ 300NMR核磁共振仪(CDCl3为溶剂，为内标)；Finnigan Trace MS质谱仪；X-4数字显微熔点测定仪；F-4500荧光光谱仪(日本日立公司); 所用试剂均为国产市售分析纯。

1.2 探针1的合成与表征

在100 mL圆底烧瓶中加入水杨酸(6.2g, 0.065 mol)，水杨酰胺(5.15g, 0.0375 mol)，0.35 g吡啶和20 mL二甲苯。搅拌下将6 mL二氯亚砜在4 h内缓慢滴加到上述混合溶液中，冷凝回流。滴加完毕后，有固体析出，继续搅拌30 min，减压蒸馏出二甲苯。将剩余固体倒入到15 mL乙醇和0.5 mL乙酸中加热，然后冷却到室温。将粗产品过滤，在二甲氧基乙醇重结晶，过滤干燥得6.8g纯化合物1，产率76%.M.p. ∶188-190°C.1H NMR(CDCl3, 300 MHz): δ 6.98-7.03 (t, 1H), 7.08-7.11 (d, 1H), 7.50-7.57 (m, 3H), 7.78-7.80 (t, 1H), 8.11-8.13 (d, 1H), 8.21-8.23 (d, 1H); 12.72 (s, 1H),13C NMR (CDCl3, 75MHz): 111.2, 116.9, 118.2, 118.8, 119.3, 127.1, 127.9, 128.6, 135.6, 136.7, 154.1, 163.1, 163.9, 165.1. ESI- MS∶m/z 240[M+H]+.

1.3 荧光光谱法测定方法

探针1在乙腈/ HEPES (95∶5，v/v，pH 7.0)溶液中配成10 μM，将所需的各种金属离子分别使用乙腈溶液配成3.0×10-3M.通过微量进样器向装有3mL探针1溶液(10 μM)的比色皿中分别加入各种金属离子(3×10-3M) 来研究各种金属离子对探针1的影响，荧光检测的激发波长为410nm.

2 结果与讨论

2.1 探针1对Zn2+选择性子识别

将各种常见的金属离子(10 eqiv)加入到含有探针1(10 μM)的乙腈/ HEPES (95∶5，v/v，pH 7.0)溶液中，并测得其发射光谱(如图2)。探针1溶液在505nm处无明显荧光强度，但随着Zn2+加入，探针1的荧光明显增强；而其它金属离子的加入并没有使探针1的荧光增强，这些结果说明探针1对Zn2+具有专一选择性。

图2 化合物1(10 μM)中加入不同金属离子(10 eqiv)时的荧光光谱

为了确定其他金属离子会不会影响探针分子对Zn2+识别，向装有探针分子1的溶液中首先依次加入10 倍的其他金属离子，然后再加入10倍Zn2+，分别检测荧光强度。如图3所示，除了铜离子使荧光强度略微下降了一点，加入了其他金属离子并没有使探针1加入Zn2+后的荧光强度发生明显改变，说明探针1对Zn2+的识别不受这些干扰物的影响。

图3 不同金属离子对探针1检测Zn2+的干扰分析

2.2 探针1对 Zn2+的荧光响应能力

为了进一步评估探针1 对 Zn2+的荧光响应性能，室温下，将探针1的浓度控制为10 μM，向其中逐渐加入不同浓度Zn2+离子，研究其荧光光谱变化。从图 4(a)可以看出，随着Zn2+浓度的不断增加，在505 nm处的荧光发射强度逐渐增强直至荧光不变。而且如图4(b)所示，在 Zn2+浓度从10 μM到60 μM 之间，荧光发射强度((F-F0)改变和锌离子浓度[Zn2+]之间显示出良好的线性关系(R= 0.99)。根据图中所示由 Zn2+浓度引起的荧光强度变化关系计算出结合常数为1.43×105M-1.以10次空白样品的发射荧光强度改变作为标准差，以3倍标准差计算[9]得到探针1 对Zn2+的检测限为3.2 ×10-6M.上述结果表明，探针分子1对可以定量检测Zn2+浓度。

图4 a)水溶液中探针 1(10μM)在不同浓度的Zn2+加入后的荧光发射光谱

b) 探针分子1的荧光强度变化随Zn2+浓度的变化线性关系图

2.3 探针1与Zn2+的结合研究

依据Job’s Plot[11]方法，我们配制了探针1与Zn2+的总浓度为1×10-5mol/L(浓度比分别为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1)的一系列溶液，通过发射光谱在其最大发射波长处取值。如图5所示，探针1的荧光强度改变值在Zn2+与探针1溶液浓度比为2∶1 的时候达到最大，说明Zn2+与探针1是以1∶2的比例相结合的。

图5 探针1与的Zn2+作用的Job’s plot曲线图

进一步地我们通过核磁滴定研究了探针分子1与Zn2+的作用，如图6所示, 随着Zn2+的逐渐增加，探针分子中在化学位移值为12.72ppm 的-OH氢峰值逐渐减弱并消失，表明探针分子中-OH参与配位作用。

图6 探针1中加入Zn2+的核磁滴定图

综合上述结果，我们推测探针1与Zn2+作用可能的键合模式如图7所示。化合物1中存在富电子的N和O原子，Zn2+离子与探针1发生键合导致光电子转移引起荧光增强。

图7 探针1与Zn2+可能的识别模式

3 结论

本文通过水杨酸和水杨酰胺为原料一步反应得到新的锌离子荧光探针1, 探针1能够在含水乙腈溶液中选择性地与Zn2+作用，该探针与Zn2+之间的结合比为2∶1，Zn2+检测限为3.2 ×10-6M，该探针是一种高选择性的Zn2+荧光探针，具有潜在的分析应用价值。