一种基于串联反应构建亚氨基香豆素-苯并噻唑的用于H2S 的近红外荧光探针及其在食品、水、活细胞中的应用外文翻译资料

 2022-08-08 11:11:20

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一种基于串联反应构建亚氨基香豆素-苯并噻唑的用于H2S 的近红外荧光探针及其在食品、水、活细胞中的应用

钟可力，何玉清，龙龙邓，严晓梅，李雪鹏，唐一伟,舒华侯，唐丽君

重点

  • 一种基于串联反应构建的亚氨基香豆素苯并噻唑用于H2S新型的近红外荧光探针。
  • TCF-DNS检测H2S具有较大的斯托克斯位移，高信噪比，低检出限。
  • TCF-DNF可以检测在红酒，天然水域中的H2S和描绘H2S活细胞
  • 制备了TCF-DNs作为试纸条，用于H2S的定性检测

关键词：近红外；荧光探针；硫化氢；食品样品；生物成像

摘要

近红外荧光探针具有无损、高穿透能力和最小自荧光等优点，引起了人们的广泛关注。 本文提出了一种用于H2S的近红外发射荧光开启探针THQ-L通过四氢喹啉-6甲醛衍生物与2-苯并噻唑乙腈之间的克诺维纳格尔缩合反应。 THQ-L可以通过HS—触发的串联反应构建1，4-二乙基哌嗪修饰的亚胺香豆素-苯并噻唑，产生强的红色荧光信号来识别H2S。THQ-L对H2S具有良好的选择性，一个大的斯托克斯位移(126nm)，高信噪比（200倍），在PBS（聚丁二酸丁二醇酯）缓冲液的检测限38.3nm(10mM，pH7.4，30%THF（四氢呋喃）)。应用研究表明，THQ-L能灵敏地检测在红酒、天然水、活细胞中的H2S，可制备为试纸条，用于H2S的定性检测。

1 导言

硫化氢（H2S）被认为是来自工业环境污染物，在长期暴露于高浓度H2S[1,2]后会对身体造成危害。中国工作场所空气中允许的可接受的H2S的上限浓度为10ppm(15毫克/米3)，这是中华人民共和国国家卫生委员会设立的级别(GBZ2.12019)。另一方面，H2S也是一种重要的内源性信号分子，在人类健康中起着至关重要的作用[3-5]。如果是大脑和血液中的H2S水平过高，会引起相关疾病，如高血糖、唐氏综合征和阿尔茨海默病等。[6-8]因此，人们对开发环境和生物标本中的H2S的特定检测方法非常感兴趣。

近年来，H2S的检测方法已被广泛报道。与传统方法相比，荧光法由于其高灵敏度，无渗透性和易于操作成为检测H2S的有力工具[9-14]。到目前为止，在设计H2S的荧光探针时通常使用四种策略，包括还原叠氮化物或亚硝基[15-20]，H2S的亲核加成[21-24]，H2S硫化离开基团 [25-30]，H2S与Cu2 的络合生成CuS [31-33]。各种荧光团已被用于开发荧光探针，其中亚氨基香豆素苯并噻唑(ICBT)荧光团因其的高光稳定性还有高荧光量子产率引起了人们的广泛关注[34]。自第一个基于ICBT支架的探针被Ghosh等人于2011年开发以来[35],各种基于ICBT开发的探针已被开发用于识别包括F—[36]，onoo— [37,38]，Hg2 [39]，CO[40]，生物醇[41],碱性磷酸酶[42],肼[43]，氯磷酸二乙酯[44]，F—和Cu2 [45]在内的不同物种。在我们认知中，只有两个探针被开发来使用ICBT框架识别H2S。在2015年，Sun等人报道了第一种对基于二乙基氨基-ICBT支架的H2S 具有高特异性的荧光探针利用H2S含有还原、消除和环化的诱导串联反应(方案1)[46]。尽管探针对H2S和H2S在活细胞中图像具有良好的传感性能，较短的发射波长仍然是一个明显的缺陷，这也是用ICBT框架构建荧光探针的一个常见问题。众所周知，近红外(NIR)荧光探针由于深度组织穿透、低自荧光背景和对生物样品的光损伤较小而更有利[47-53]。因此，具有近红外发射的H2S荧光探针的发展一直是我们关注的焦点[54]。

在2019年，冯等人报道了基于1，4-二乙基哌嗪修饰的ICBT偏光，利用对亚氨基的保护和去保护策略的H2S近红外荧光探针[55]。此工作为通过嵌入1，4-二乙基哌嗪段实现近红外发射提供了一个很好的思路。然而，这种方法仍然存在一些局限性，如探针的不理想变异性受到亚胺基团反应活性的限制。不利于充分利用NIR结构开发更多的探针来满足多个检测对象的需求。由于大量的反应识别基团可以通过醚化或酯化在酚羟基上开发荧光探针，如烯丙基、叔丁基二甲基硅基，(4-叠氮苯基）亚甲基，2,4-二硝基苯磺酰基，2,4-二硝基苯基，4-（溴甲基）苯硼酸皮纳可酯，二乙基氯磷酸酯等。 如果预先在酚羟基上加入反应识别基团，目标物种引起的串联反应可导致ICBT偏光的产生，该策略将非常有利于ICBT基荧光团的深入利用。

基于这一观点，我们合成了一种新型的非荧光化合物THQ-L，并采用了由HS— 触发两步串联反应（硫解和环化）建立1，4-二乙基哌嗪修饰的ICBT荧光载体(方案1下)，显示出明显的荧光增强。这个探针检测H2S不仅具有荧光开启响应、近红外发射(652nm)、大斯托克斯位移(126nm)和高信噪比（200倍），而且还能有效地检测水中，葡萄酒样品中，以及H2S在活细胞中的可视化的H2S。我们认为通过串联反应构建NIR荧光团的策略更具有普遍性，通过取代保护基团，可以开发出更多不同的NIR荧光探针[56]

2 实验

2.1化合物THQ-2的合成

将化合物THQ-1(234mg，1.0mmol)溶于DMF(20mL)中，加入1-氟-2,4-二硝基苯(186mg，1mmol)，然后加入碳酸钾(207mg，1.5mmol)。 所得混合物在70度搅拌4h，冷却至室温，然后将冷水(50mL)倒入混合物中。将混合物提取，有机层在无水Na2SO4上干燥所。在减压除去溶剂后，原料经柱层析法纯化硅胶基质（石油醚/乙酸乙酯=3/1），使化合物THQ-2成为棕色固体(398mg，74.5%)。1H NMR(400MHz,CDCl3）delta;9.83(s,1H)，8.86(d,J=2.7Hz,1H)，8.28(dd,J=9.3,2.7Hz,1H)，7.04(d,J= 9.3Hz,1H)，6.99(s,1H)，6.14(s,1H)，3.56-3.52(m,2H)，3.43-3.33(m,4H)，3.31-3.27(m,2H)，1.21(t,J=7.1Hz,3H)，1.17(t,J=7.1Hz,3H)。

2.2探针THQ-L的合成

化合物THQ-2(200mg，0.5mmol)、苯并噻唑-2乙腈(88mg，0.5mmol)和哌啶(0.1mL)加入含有乙醇(16mL)和二氯甲烷(4mL)的混合溶剂中。将混合溶液在室温下搅拌4h，然后过滤，得到的固体用柱纯化色谱（石油醚/二氯甲烷1/1)，得到棕红色固体THQ-L(97.3mg，35%)。MP195.0-197.0摄氏度。1H NMR(400MHz,CDCl3）delta;8.86(d,J=2.7Hz,1H)，8.30(dd,J=9.3,2.7Hz,1H)，8.11(s,1H)，7.98(d,J=7.9Hz,1H)，7.80(d,J=7.9Hz,1H)，7.78(s,1H)，7.38-7.29(m,1H)，7.05(d,J=9.3Hz,1H)，6.22(s,1H)，3.57(t,J=7.1Hz,2H)，3.47(q,J=7.1Hz,2H)，3.42-3.31(m,4H),1.30(t,J=7.1Hz,3H)，1.18(t,J=7.1Hz,3H)。 13C NMR(101MHz,CDCl3)delta;164.5，157.0，153.7，147.3，141.3，141.2，138.69，134.4, 133.1, 129.0, 126.5, 125.5, 123.3, 122.1, 121.3, 117.8，117.6, 112.4，107.8, 101.2, 99.9, 47.4, 45.8, 45.7, 44.7, 10.7, 9.9。HRMS(ESI )计算C29H28N6O6S[M CH3OH] = 588.1791；结果：588.4309。lambda;abs：526nm。

frac14;

2.3 THQ-L在红酒样品中的应用程序

来自不同制造商的不同种类的红酒是在锦州（中国)的一家超市购买的）。 将红酒稀释100倍，然后制备用于THF/Wine(3/7，v/v)混合溶剂。 用THF/Wine混合溶剂制备了10mu;MTHQ-L溶液。当不同浓度的NaHS(相当于H2S)加入THQ-L溶液中时，记录THQ-L溶液的荧光信号(652nm2S)。测定的HS—/HSO3—的浓度和回收率用于标准曲线和标准加法计算。

2.4 细胞成像

将培养的MCF-7细胞置于共聚焦培养皿中，然后将10mu;MTHQ-L转移到每个培养皿中，培养30min。随后，THQ-L处理的MCF-7细胞用PBS缓冲液洗涤两次，加入HS—后进一步培养30min（0，10，50和100mu;M）。用PBS溶液洗涤两次后，细胞用于荧光成像。

3 结果和讨论

3.1 探针THQ-L的设计与合成

本工作采用7-羟基四氢喹恶啉-6-甲醛(THQ-1)和2-苯并噻唑乙腈构建D-p-A体系，目的是延长其发射波长[57]。 引入2，4-二硝基苯基(DNP)不仅作为H2S的反应位点，同时，DNP也具有较强的吸电子效应，可通过供体激发的光诱导电子转移（d-PET）过程引起THQ-L荧光猝熄[58]。H2S触发THQ-L的C-O键裂解，随后产生的酚酸盐通过分子内环化攻击alpha;,beta;-不饱和腈基，产生1，4-二乙基哌嗪修饰的ICBT荧光团。荧光团的结构高度共轭，限制了CC双键的旋转，因此荧光团产生强烈的红色荧光信号[55]。所设计的THQ-L很容易通过7-羟基四氢喹啉-6-甲醛与2，4-二硝基苯氟化物的游离酚羟基的醚化反应和随后的克诺维纳格尔与苯并噻唑2-乙腈的缩合反应准备好(方案2)。用NMR和HRMS(ESI.Figs.S1-S4)对THQ-L的结构进行了表征。

3.2THQ-L对H2S的光学响应

为测试THQ-L对H2S的选择性。THQ-L(10mM)的感知能力在PBS(10mM，pH7.4，30%THF)中考察。紫外可见光谱表明THQ-L不能识别H2S(Fig.S5)。随后，荧光实验完成，THQ-L本身本质上是非荧光的，这是由于d-PET过程和通过内

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