1、安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）目 录摘 要 1关键词 1Abstract 1Key Words 11 绪论1.1 锌离子的作用及检测方法 21.2 荧光基团的选择 31.3 离子载体的选择 3安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）1.4 实验设想 42 实验2.1 实验准备 52.2 N-8-喹啉基-2-氯-乙酰胺（R 1）的合成 62.3 1-(N-8-喹啉基)乙酰胺基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷（L 1）的合成 73 结论3.1 回顾 83.2 展望 8参考文献 9安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）致 谢 11安徽师范大学应用化学专业本科学生
2、毕业论文（设计）1喹啉类锌离子荧光探针的设计与合成摘 要：锌作为人体中的微量元素，在许多生理过程中都起着重要作用，锌离子的紊乱将会引发多种疾病，例如中风、帕金森病、癫痫病等，因此开发有效的锌离子检测方法对于生命科学、医学和环境等领域的相关研究有重大意义,而荧光探针法具有选择性好、灵敏度高及简便快捷等优点。具有生物应用的理想荧光探针应该满足:(1)较好的水溶性；（2）能够定量测定金属离子浓度；（3）较长的激发波长以免造成细胞损害；（4）稳定性高；(5)对金属离子有很高的选择性和灵敏度；（6）易于制备。基于这些要求，本文主要设计、合成了以 8-氨基喹啉为荧光团，以 cyclen 为离子载体的小分子
3、荧光探针，用于检测人体内的微量元素锌。关键词：锌离子，荧光探针；8-氨基喹啉；Cyclen Design and Synthesis of Quinoline Zn2+ Fluorescence Probe Abstract: Zinc plays an important role in many physiological processes as the trace element in human body, Zinc ions disorder will cause many diseases, such as stroke, Parkinsons disease, epilepsy
4、, etc. Therefore, to develop the zinc ion detection method effectively is of great significance 安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）2to research in life sciences, medical and environmental fields. Fluorescent probe method has good selectivity,high sensitivity and the ideal Zn2+probe which has a biological appli
5、cation should acco-rd with the following terms: (1) good water solubility; (2) to measure the concentration of zinc ion quantitative; (3) longer excitation wavelengths so as not to cause cell damage; (4) high stability; (5) high sensitivity and selectivity to Zn2+; (6) to be prepared easily.So based
6、 on these conditions, this thesis mainly design and synthesis a small molecule fluorescent probe which take 8 - amino sinensis as fluorophore, cyclen as ion carrierexplore used to detect zinc that is part of the trace elements in the body.Key words:zinc ions; fluorescent probe;8-aminoquinoline;cycle
7、n1 绪论1.1 锌离子的作用及检测方法锌离子属于过渡金属元素，有着特殊的满壳层价电子构型 3d104s0，作为人体内含量仅次于铁的微量元素 1，对人体健康起着重要作用 2。锌离子是组成三百多种生物酶活性催化中心的重要金属离子之一，人体中含锌的酶（如输氧的碳酸酐酶、骨骼生长所需的碱性磷酸酶）和被锌激活的酶达 70 多种，它可在金属蛋白中作为结构因子，通过金属调整参与表达。锌参与核酸蛋白质的代谢过程，能促进皮肤、骨骼的正常发育，维持消化和代谢活动，在DNA 的复制、基因转录、酶的调控、神经信号传递和调节方面锌离子也起着至关重要的作用 3,4。人体内锌离子的新陈代谢一旦发生紊乱将会引发多种疾病，比
8、如阿尔茨海默氏病，帕金森病、肌萎缩性（脊髓）侧索硬化症、癫痫病等 5,6。由于锌离子外层电子结构的特殊性，常用的分析手段比如紫外可见光谱、核磁共振等都无法很好的适用于锌离子的检测 7,8。对于生物传感器，它在选择性、水溶性以及检测条件（中性 PH 值或生理条件下）等方面具有优点，但是由于其识别过程比较复杂，识别机理不清楚，严重阻碍了该类探针分子的进一步发展；在灵敏性、选择性方面具有优势的等离子发射光谱和原子吸收光谱因分析费用高，性价比低不利于广泛的应用；而纳米粒子在稳定性和检测的重现性等方面的缺陷制约了纳米传感器的应用。荧光探针技术是利用荧光化合物的荧光发射强度随其环境变化的现象来研究探针化合
9、物所处环境特性的一种探针技术 9,10，探针分子和锌离子绑定后就成了锌离子荧光探针 11,12。这种方法基于一个探针分子和锌离子结合后发生荧光的原理从而实现识别检测锌离子的目的，安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）3这是一种对生物体细胞中锌离子 13进行时间和空间成像实时检测切实可行的方法，并且不损伤细胞 14。由于是对人体细胞中的锌离子进行检测，所以对探针的设计要求比较苛刻，此类探针需有较好的选择性和水溶性，PH 要求在 7 左右，与人体类生物环境尽可能相近，激发波长在可见光范围，将检测时对人体的伤害降到最小，并且荧光发射较强，便于观察 15。综上，荧光探针法是一个更为优越的选择
10、 16,17，基于上述原因，本论文主要是进行对此类探针的设计、合成的相关探究工作。1.2 荧光基团的选择一直以来，喹啉及其衍生物都经常被用作锌离子和其它金属离子量化分析 18,19的荧光试剂，其中8- 氨基喹啉(1)和 8-羟基喹啉(2)在这类研究中最具代表性 20。 安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）4根据相关报道，探针分子 HQ 能顺利地穿透细胞膜被细胞吸收，并成功检测活体细胞内 Cu2+,对 Cu2+具有非常好的选择性 21，而 Zn2+对于探针 HQ 在荧光光谱 384nm 处的荧光强度并不能产生明显的影响 22。另外，8-羟基喹啉类探针最显著的不足之处就是它们与锌离子以
11、 2:1 的比例配位，不仅能与自由锌离子作用还能与配位未饱和的锌离子作用，影响检测结果的准确性，而通过在 8-氨基喹啉上引入多个协同配位点形成离子螯合基团，可以获得与锌离子以 1:1 比例作用的荧光探针，避免共配位现象的发生 23。相对而言，对于生物体内锌离子的检测 8-氨基喹啉类荧光探针应用的更为广泛。1.3 离子载体的选择：3 4安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）5许多研究发现大环多胺对于某些金属离子是一个很好的离子载体，并且其与过渡金属离子形成的配合物可以很好的识别羧酸根、磷酸根的主体分子，可以对核酸进行有效的切割，主要应用在于探究主体分子对氨基酸、多肽、核苷酸等的识别，进
12、而研究它对多肽、核酸的催化水解反应，如配合物 424。其中 cyclen（3）及其衍生物是一个很好的锌离子荧光探针，不仅具有良好的水溶性而且和锌离子具有适中的结合常数，在碱性溶液中其荧光将有 10 倍的加强，但是在酸性条件下，由于质子化作用，阻止了 PET 过程，所以即使在没有锌离子的情况下也将会导致很强的荧光发射 25。1.4 实验设想将未连有任何取代基团的 8-氨基喹啉荧光基团通过一步取代的方法修饰到 cyclen 环氮原子端的侧臂上，合成了一个 cyclen 单取代衍生物的配体 1-（N-8- 喹啉基）乙酰氨基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷，检测其在中性条件下对不同离子的荧光识别，去
13、定量的检测某些离子或分子。结构如图所示：NNH2 +Cl ClO CH2Cl2-101h252h NClONH + NH HNNH HNCs2CO3，CH3CNreflux NONH N HNNH HN1-（N-8-喹啉基）乙酰胺基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷(L 1)安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）62 实验2.1 实验准备（1）试剂：8-氨基喹啉、氯乙酰氯、cyclen、高氯酸锌、 HEPES （4-（2-Hydroxyethyl)piperazine -1-ethanesulfonic acid)、三乙胺、碳酸铯、浓盐酸、氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硝酸钾、二氯甲烷
14、、丙酮、氯仿、无水甲醇、乙腈、氨水、柱层析硅胶（300-400 目）、常见金属离子氯盐、二次水。（2）仪器：核磁仪(500Hz) ；紫外可见分光光度计；荧光分光光度计；pH 计。（3）配体 L1 的合成路线如图：安徽师范大学应用化学专业本科学生毕业论文（设计）7NNH2 +Cl ClO CH2Cl2-101h252h NClONH + NH HNNH HNCs2CO3，CH3CNreflux NONH N HNNH HN2.2 N-8-喹啉基 -2-氯-乙酰胺（R 1）的合成取 8-氨基喹啉 0.2884 g（2 mmol）和三乙胺 280 L （2 mmol）一起溶于 30 mL 二氯甲烷中，并将此溶液冷却到-10。再取氯乙酰氯 180L（2 mmol）溶于 20 mL 二氯甲烷中，并在 20 分钟内用恒压滴液漏斗缓慢加入上述溶液中，-10下反应 1 h，再在室温下反应 2 h。反应结束后将产物中三乙胺盐过滤除去，有机层用 3 mL 1 mol/L 盐酸洗涤，用二氯甲烷
