阴离子探针性质及应用的最新研究进展

点， 已被广 泛应 用 于 阴离子受体 的设 计和合 成 中． 荧光基 团键联 于这类 受体 的超 分 子识别 体 系， 将 既具 有选
择性的识别阴离子性能， 又具有在识别过程 中灵敏的荧光响应和传感特性 ， 对开发以阴离子识别为基础的 在环境 阴 离子 污染物监 控 、有 害 阴 离子 的 医疗诊 断和微 量分析 等 方 面的 灵敏 的 荧光传感 器 具有 重要 意义
Ａｕ ． ｇ ２０１ ０
阴离子探针性质及应 用 的最新研究进展
刘 阁，高 玲 ，秦 巧玲
０４０） ２００ （ 学院 化 学系，内蒙古 赤峰 赤峰
摘 要：由于阴离子在化学和生命过程 中的重要作用， 设计和合成生物学、 医学和环境 中重要 阴离子 的受体分子是 当前超分子化学中迅速发展的研究领域之一 ， 如酰胺 、 胺基 、 脲、 酚羟基等氢键供体作为识别
和广 阔 的应 用前 景． 文对 不 同结构 的 阴 离子 受体 脲 、 本 硫脲 、 基 、 胺 酰胺 等及 它们对 阴离子选 择性 识 别和 光
化 学传 感 的研 究进展做 了较详 细的 综述 ．
关键词 ：阴离子识别 ； 氢键 ； 光化学传感
中图分 类号 ： ６３４ ０ １．１
１ 前 言
给体与金属离子配位能形成金属配合物 ，事实上，
基 金 项 目： 内蒙 古 自治 区 高等 学校 自然 科 学研 究 项 目基 金 资 助（ Ｏ １８ ＮＧ ９６ ）
当金属离子是硬的路易斯酸 ，比如 Ｍ 或 Ｃ ２ ａ 离 ＋ 子时 ， 磷酸根更容易与它们形成金属配合物． 检测水 中磷酸根的浓度 ， 在水质量控制上是很重要的， 因为 就超营养作用而言 ， 磷酸根是基本的营养之一． 水体 中磷酸根浓度的增加会导致浮游生物生长 的加速． 这样的话 ， 就导致这些水不适合饮用了－ 因此就很需 要一个迅速 ， 灵敏的检测水 中磷酸根的方法． ， 目前 已有 大量的磷酸根离子 的探针被设计 和报道 ． 总之， 由于 阴离 子在 医学 领域 ， 化领 域 ， 催 环境 科学领域 ， 生命科学领域以及化学过程 中都有着举 足 轻重 的作用 ， 因此设 计 和合 成能 够选 择性 识别 阴 离子并能显示其识别过程的人工受体 ， 引起 了人们 的广泛 关 注． 生 物 学上 和 环境 中重 要 阴离 子 具有 对 选 择性 识别 的人 工 受体 在 工业 生 产（ 如监 测追 踪 例 化学过程 的污染） 、 疾病诊断和治疗医学（ 监测电解 、 应急医学鉴定分析 、 光化学治疗法）环境治理（ 、 各种 各样的环境监测） 等方面有着广泛的应用前景． １ 阴离子与受体分子的作用类型 ． ２ 近年来 ， 阴离子受体的设计与合成工作取得 了 很大的进展 ， 阴离子与受体分子之间的相互络合识 别的作用形式也是多种多样 ， 但无论是生物体内的 受体还是人工合成的受体 ， 它们与阴离子之问的相 互 作用类 型不 外乎 以下几 种 ： １ ． 氢 键作 用 ．１ ２ 氢键 是 一种有 方 向的 ，有 饱 和度 的作 用力 ， 所 以就有 可能利 用这 一特性 ， 计 出具有 特定 几 何构 设 型 的受体 分 子来 识 别 不 同空 间构 型及 氢键 接 受 能 力的阴离子 ． 一般地 ， 这类 阴离子受体含有氢键供 体基团 ， 如酰胺 、 胺基 、 脲 、 （ 硫） 酚羟基等 ， 通过氢键 作 用与 阴离子 结合 形成稳 定 的配合 物． １ ． 静 电引力作 用 ．２ ２ 静 电引力 作 用 是 基于 主 客体 分 子 间 的 电荷 性 质不 同而 产生 的 ． 类受 体 分 子多 为环 状 多胺 ， 此 在 定 的酸度 条件下 ，受体 分 子质 子化 而带 正 电荷 ， 与带 负电荷 的阴离 子（ 为 卤素离 子） 静 电作 主要 通过 用并辅 以空问尺寸效应而达到专一识别的 目的． 例 如 ，．ｈｓ 及其合作者设计［ 合 成了笼状化合物 ＰＧ ｏ ｈ ２ １ ， ４ 该 受体 与 ４ ％Ｈ ｒ 液（ 中含 有小 于 ００ ％的 ， ８ Ｂ溶 其 ． ５ 氯 离 子 ） 将 生 成 质 子 化 的六 溴盐 ４ ． 结 构 反应 ’晶体 结果表明这个质子化的溴盐 ４ 空腔 中并没有包结 ’ 任何阴离子客体 ， 但在含有 Ｃ一 ｒ混合离子和 Ｆ， Ｉ Ｂ－ ， 一 Ｂ－ ｒ混合离子的溶液中分别培养 出包结 ｃ－ Ｆ 阴 ｌ和 一 离子的主客体络合物． 进一步研究发现将包结 ｃ－ ｌ 的主客体络合物用氟阴离子处理后 ，ｌ离子被置 Ｃ一 换出来 ， Ｆ 离子却被包结到 ４ 的空腔中， 而 一 ’ 并得到 上述含有 Ｆ 主客体络合物的晶体结构． 一 这些结果说 明了， 受体 ４ 在酸性条件下质子化后 ， 表现出选择 性包结 Ｆ 离子的能力． 一
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ３２ ０ ２ ｌ ）８０ １—５ １７ — ６ｘ（Ｏ Ｏ０ —０ １０
（ｎｏ —ｎ ｕ ｅ ａｔｍｅｉ ） Ａ ｉ ｉｄ ｃ ｄ面 ｎ ｓ 下
阴离子作为与阳离子相对应的离子 ， 它在 自 然 界和生物体 内无所不在． 生物体内 ， 酶和底物、 酶和 辅酶以及蛋白质 、 Ｎ Ｒ Ａ或 Ｄ Ａ与 Ａ Ｐ Ｎ Ｔ 、磷酸肌酸 等生物大分子问的相互作用涉及大量 的阴离子聚 集、 识别过程 ， 这些作用过程对物质合成、 能量转化 等 生物 过程 起着 十分重 要 的作 用 ． 是 一些 离 子 的 但 大量存在又会对环境造成污染 ，对生命 体造成危 害． 因此对阴离子识别和检测的研究就显得尤为重 要 ． 识 别 是 离 子 或分 子 之 间 一 种特 殊 、 一 性 分子 专 的相互作用 ， 是主体对客体的选择性结合并产生某 种特 定功 能 的过程 ． 光分 子（ｌｏｏｈｒ） 生 色基 荧 Ｆｕｒｐ ｏｅ 或 团（ｈｏ ｏｈｒ 经过特殊设计引入到待测体系中 ， Ｃ ｒ ｐｏ ） ｍ ｅ 能够将分子识别的信息转换 成荧光信号或颜色变 化传递给外界 ，从而使人与分子 问的对话成为可 能， 架起 宏 观世 界 和微 观世 界 联 系 的桥 梁 ， 有 这 具 种功能的分子称之为荧光或 比色探针分子（ｌ ｒ Ｆｕ ｏ ｏ— ｇｎ ｒｂ ｒＣ ｒｍｏｅｉ Ｐｏｅ． 别地 ， ｅｉ Ｐｏｅｏ ｈｏ ｇｎｃ ｒｂ） ｃ 特 能与 阴 离子 相互 作 用 产 生荧 光 变化 或 颜 色变 化 的荧 光或 比色 探针 分 子 被 称 为 阴离子 荧 光 比色 探 针 ［ 氢键 ２ １ ， 是生物体 内大量存在的一种作用力 ， 利用氢键作用 已经设计出大量阴离子荧光或比色探针． 在阴离子 氢键识别 中， 如果质子供体的酸性和阴离子的碱性 足够强 ， 就有可能发生从供体到阴离子的分子间质 子转移反应 ， 受体分子继而发生结构变化 ， 这就使 得发展一系列基于 阴离子导致分子结构互变机理
第２ 卷 第 ８ ６ 期
２１ ０ ０年 ８月
赤 峰 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊｕ ａ ｏ ｈ ｅｇ ｎｖｒｉ （ ａ ｒｌ ｃｅｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ｌｆ ｉ ｎ ｉｅｓｙ Ｎ ｔ ａＳ ｉ ｅ ｉｏ ） ｎ Ｃ ｆ Ｕ ｔ ｕ ｎ Ｅ ｉ
Ｖｏ． ６ Ｎｏ ８ １２ ．
就相关 的问题进 行详 细论 述 ．
１ 阴离子在生命体中的重要作用 ． １ 阴离子在广泛 的生化过程 中也扮演着重要的 角色 ， 比如 ： 氟是 人体 内重 要 的微量 元素 之一 ， 化 氟 物是 以氟 离子 的形式 广泛 分 布 于 自然 界 ． 和牙齿 骨 中含有人体 内氟 的大部分 ， 氟化物与人体生命活动 及牙齿 、 骨骼 组 织 代 谢 密切 相 关 ． 是 牙 齿 及 骨骼 氟 不可缺少的成分 ， 少量氟可以促进牙齿珐琅质对细 菌酸性腐蚀 的抵抗力 ， 防止龋齿 ， 因此水处理厂一 般都会在 自来水 、 饮用水 中添加少量的氟． 目前许 多关 于 氟离 子 的选 择 性 荧光 或 比色探 针 已经 被报 道． ， 此外 碘也是人体不可缺少的一种营养素 ， 当摄 入不足时 ， 机体会出现一系列的障碍． 缺乏病是 碘 由于 自然环境缺碘而对人体所造成的损害， 可表现 出各 种 疾病 形成 ． 性 甲状 腺 肿 、 地方 地方 性 克汀 病 、 地方性 亚临床型克汀病及影响生育而 出现的不育 症、 早产儿 、 死产 、 先畸形儿等这些病统称为“ 碘缺 乏病 ” ． 磷元素是生命最重要 的元素之一 ， 磷酸根与杂 环 的碱 基 、脱 氧 核 糖 一起 构 成核 酸 ，从 而组 成 基 因——生命的遗传物质另 外 ， 磷和它的衍生物 ， 尤 其是三磷 酸腺苷——Ａ Ｐ 在各种各样 的生物过程 Ｔ， 中， Ｔ 在能量的利用和信号传导 中扮演着重要的 ＡＰ 角色． 在活体 内， 磷酸根基团通过 氧原子作为 电子