唐 琳，郝夢菲，李 敢，丁豐澤，李 巧，王恩舉

（海南師范大學 化學與化工學院，海南 ?？?571158）

甲醛廣泛存在于裝潢材料中（如木材、涂料），在紡織品、化妝品、消毒劑等日常生活用品中也常常檢出甲醛，許多食品（如：香菇、海鮮干貨）在貯藏、加工過程中也會產(chǎn)生甲醛[1，2]，總之，在現(xiàn)代生活中甲醛污染幾乎是不可避免的。同時，甲醛還是一種人體內(nèi)源性物質(zhì)，許多生化過程能產(chǎn)生甲醛（如一碳代謝、脫甲基反應）[3]。甲醛能通過交聯(lián)反應使DNA受損，引起肝腎功能障礙，并最終導致致命的惡性腫瘤[4]，被世界衛(wèi)生組織確定為一類致癌物。甲醛還會影響人的認知功能，較高濃度的內(nèi)源性甲醛可能是導致散發(fā)性老年癡呆的原因之一[5]。為了更好地預防甲醛污染，了解甲醛的生理和病理作用，非常有必要開發(fā)能快速、方便、實時檢測甲醛的方法與工具。

熒光探針的靈敏度高，選擇性好，操作方便，被廣泛應用于各種離子和分子的檢測，尤其適合細胞內(nèi)分子的觀察和成像研究。與傳統(tǒng)熒光探針相比，基于聚集誘導發(fā)光（AIE）的熒光探針具有許多優(yōu)異的性能[6]：環(huán)境因素對發(fā)射的影響小，通常為水相檢測，常常能觀測到發(fā)射紅移現(xiàn)象，更重要的是聚集過程使探針分子與底物的可逆結(jié)合變?yōu)椴豢赡?，從而提高了探針的靈敏性，縮短了熒光響應時間[7]?；诖?，本研究合成了一個含氨基AIE分子（簡寫為PAN，合成路線見圖1）[8]，在乙腈/水體系中，氨基與甲醛發(fā)生胺醛縮合生成溶解性更小的亞胺類物質(zhì)，亞胺產(chǎn)物發(fā)生聚集并產(chǎn)生聚集熒光，可以高選擇、高靈敏地檢測甲醛。

圖1 探針PAN的合成Figure 1 Synthesis of the probe PAN

1材料與方法

1.1 儀器與試劑

Bruker-400型核磁共振波譜儀和Bruker esquire HCT型質(zhì)譜儀，德國Bruker公司；HitachiF-7000型熒光光譜儀，日本Hitachi公司。

4-二苯胺基苯甲醛和對硝基苯乙腈，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其它常用試劑和溶劑（分析純）均購自廣州化學試劑廠；熒光測試溶劑用水為去離子水。待測甲醛樣品儲備液為其水溶液（10mmol），探針分子儲備液為其乙腈溶液（10mmol），進行熒光測試時用適當比例的乙腈/水稀釋至所需濃度。

1.2 探針PAN的合成

將4-二苯氨基苯甲醛（0.546 g，2mmol）和4-硝基苯乙腈（0.324 g，2mmol）溶于15mL乙醇中，加入催化量的哌啶，于75℃下攪拌反應，5 h后薄板檢測反應結(jié)束，冷卻，有紅色固體析出，抽濾，用少量乙醇洗滌得化合物1，產(chǎn)量0.762 g，產(chǎn)率91.3%。化合物1沒有進行進一步的純化和檢測，直接投入下一步合成。

將SnCl2·2H2O（1.131 g，5mmol）和10mL乙醇加入50mL圓底燒瓶中，攪拌溶解后加入化合物1（0.417 g，1mmol），75℃下攪拌反應3 h，蒸出部分乙醇，加入少量水，用KOH調(diào)節(jié)pH為8～9，抽濾，少量水洗滌、干燥，得黃色固體0.284 g，產(chǎn)率73.4%。1H NMR（400MHz，DMSO-d6），δ（ppm）:7.76（d，2H，J=8.8Hz），7.56（s，1H），7.35～7.40（m，6H），7.10～7.16（m，6H），6.94（d，2H，J=8.8Hz），6.63（d，2H，J=8.8Hz），5.54（s，2H）。13C NMR（100MHz，DMSO-d6），δ（ppm）：150.2，148.9，146.8，136.8，130.5，130.3，127.9，126.9，125.6，124.7，121.7，121.3，119.3，114.4，108.2。ESI-MS，m/z：calcd.for C27H22N3[M+H]+388.18，found 388.2。

2結(jié)果與討論

2.1 探針分子PAN的設(shè)計與合成

與伯氨類化合物相比，西佛堿類化合物在水或醇中的溶解度通常顯著降低，因此，可以利用胺醛縮合反應設(shè)計基于聚集誘導發(fā)光的甲醛熒光探針。探針PAN是一個二芳基取代的丙烯腈類化合物，此類結(jié)構(gòu)通常都具有聚集誘導發(fā)光特性[8]，三苯胺部分具有螺旋槳狀扭曲結(jié)構(gòu)，進一步增強了PAN的聚集誘導發(fā)光性能。探針PAN含有親水的腈基和氨基，具有一定的水溶性，氨基與甲醛縮合后溶解度顯著降低，發(fā)生聚集現(xiàn)象并產(chǎn)生聚集熒光。另外，反應產(chǎn)物發(fā)生聚集使原本可逆的胺醛縮合反應可以持續(xù)進行，大大提高了探針的靈敏度?；诎啡┛s合反應的AIE類甲醛熒光探針研究才剛剛起步，目前只有1篇類似研究的報道[7]，本研究將為甲醛熒光探針研究開辟新的方向。

2.2 聚集熒光性能

為了找到合適溶劑體系，首先研究了探針PAN自身的聚集誘導熒光性能。圖2（A）為探針PAN在乙腈/水體系中的發(fā)射光譜，在純乙腈中，探針PAN發(fā)射弱熒光（λex=400 nm），增加乙腈/水體系中水的百分含量（10%～70%），熒光稍有減弱，最大發(fā)射波長由505 nm紅移至約520 nm。熒光減弱說明溶劑含水對分子熒光是不利的，而溶劑極性增加引起分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移增強，導致探針的紅移現(xiàn)象。當水含量達到80%時，開始發(fā)生聚集現(xiàn)象，熒光迅速增強，隨著含水量的增加，聚集熒光進一步增強。因此，本研究選擇含水70%的乙腈/水為探針PAN檢測甲醛的溶劑體系，預期在此溶劑體系下，探針分子與甲醛縮合后會發(fā)生聚集，產(chǎn)生聚集誘導熒光增強現(xiàn)象。圖2（B）為在含水體積分數(shù)為70%的乙腈/水中，隨著加入甲醛的增加，探針PAN（10 μmol/L）在520 nm的發(fā)射強度，非常清晰地呈現(xiàn)出熒光強度隨甲醛濃度變化的動態(tài)過程。在甲醛濃度為0～100μmol/L范圍內(nèi)，發(fā)射強度快速增加，以后增加速度逐漸減慢，當甲醛濃度達到探針分子的50倍時，熒光達到最大值，探針對甲醛具有較好的靈敏度。圖2（B）插圖為在紫外暗箱中、365 nm波長的紫外光激發(fā)下加甲醛前與加甲醛后的熒光照片，如圖所示，探針分子本身的熒光很弱，加甲醛后呈現(xiàn)明亮的綠色熒光。對于探針PAN而言，1個氨基與甲醛縮合生成亞胺對溶解度的影響有限，如果能引入多個氨基，預期會有更高的靈敏度和更好的熒光性能。

圖2（A）探針PAN在不同含水量的乙腈/水混合溶劑中的熒光光譜；（B）探針PAN對不同濃度甲醛的熒光響應，插圖為探針PAN加甲醛前后的熒光照片（a：無甲醛;b：加入200μmol甲醛）Figure 2 (A)Fluorescence em ission spectra of PAN in acetonitrile/waterm ixtures w ith differentwater fractions，(B)fluorescence response of the probe PAN to different concentrations of formaldehyde，inset:fluorescence photographs of PAN in the absence(a)and presence(b)of200μmol formaldehyde

2.3 對甲醛的選擇性研究

在實際檢測過程中，樣品中除了含有甲醛外，還可能含有其它活性羰基化合物。為此，我們選擇了7種具有代表性的活性羰基類物質(zhì)，研究它們對PAN聚集誘導熒光增強的影響及探針對甲醛的選擇性。這7種活性羰基化合物包括乙醛、乙二醛、丙酮醛、甲酸以及苯甲醛、水楊醛和糠醛三個常見的芳香族醛。與這些醛相比，甲醛的活性相對較高，但乙二醛和丙酮醛的醛基活性也很高，能與絕大多數(shù)氨基快速反應。三個芳香族醛的活性相對較小，但芳香醛與胺縮合生成的西佛堿更穩(wěn)定，反應平衡對胺醛縮合是有利的，因此，它們也可能與探針PAN縮合引起聚集誘導熒光增強現(xiàn)象。圖3為在含水70%的乙腈/水中探針PAN（10μmol/L）對所選活性羰基化合物（100μmol/L）的熒光響應，可以看出，只有甲醛能使探針PAN的熒光發(fā)生顯著增強，加入其他含活性羰基化合物引起的熒光變化很微弱，熒光亮度用裸眼根本無法區(qū)別。因此，該探針PAN對甲醛具有高選擇性熒光增強響應。

圖3 探針PAN（10μmol/L）對各種常見活性羰基化合物（100μmol/L）的選擇性熒光響應Figure3 Selectivity of PAN（10μmol/L）toward different relevantspecies(100μmol/L)

3結(jié)論

通過縮合對硝基苯乙腈與4-二苯胺基苯甲醛，再還原硝基成氨基合成了一個基于聚集誘導發(fā)光增強的甲醛熒光探針。在乙腈/水中，當含水體積分數(shù)達到80%以上時，能觀察到明顯的聚集誘導熒光增強現(xiàn)象。當含水體積分數(shù)小于70%時熒光很弱，此時加入甲醛能快速發(fā)生胺醛縮合，并產(chǎn)生聚集誘導發(fā)光增強現(xiàn)象，這是由于PAN與甲醛反應生成了溶解度更低的席夫堿。為了研究PAN的選擇性，本研究測試了另外7種含活性羰基的化合物對PAN熒光的影響，發(fā)現(xiàn)它們在相同條件下都不能使探針發(fā)生聚集誘導熒光增強現(xiàn)象?？傊?，該探針具有較好的靈敏性、選擇性，且具有一定的實用價值。