双核铜配合物的合成及对含磷阴离子的检测研究

Phosphorus-containing anions act as crucial roles in chemistry, biology, pharmacy and environment fileds. The development of metal complexes as acceptors for sensing phosphorus-containing anions is significant. In the project, we will use dinuclear copper complexes as acceptors to construct the sensor and exploit their potential in sensing Phosphorus-containing anions. As the fluorescent indicator was coordinated with the copper complex, paramagnetic copper can quench the fluorescence of incaditor. Once the indicator was substitued by phosphorus-containing anion, the quenched fluorescence can be restored. By this mechanism, we can designed the fluorescent "off-on" sensor for sensing phosphorus-containing anions. Inspired by the structures of natural nucleases, in order to enhance the selectivity and affinity of complexes toward phosphorus-containing anions, we will introduce ammonium or guandinium into the copper complex. We expect the ammonium or guandinium will be helpful for enhancing the affinity toward phosphorus-containing anions owing to electrostatic interaction, hydrogen bonding effect and proton transfering effect. The distance between ammonium or guandinium moiety and metallic center can play a key role to control the selectivity and affinity of complexes toward phosphorus-containing anions. Besides, in order to evaluate the potential in sensing phosphorus-containing anions, the copper complexes will be used to detect pyprophosphate, riboflavin derivatives and guanosine 3'-diphosphate-5'-di(tri)phosphate.

含磷阴离子在化学、生物、医药以及环境领域发挥着重要作用，开发金属配合物受体用于相关含磷阴离子光学检测具有重要意义。本项目拟采用双核铜配合物作为含磷阴离子受体，研究其在含磷阴离子探针构建以及对生物含磷阴离子检测方面的应用潜力。由于铜离子的顺磁性能使指示剂荧光团发生荧光淬灭，而当荧光指示剂被含磷阴离子取代后荧光得到恢复，依据此原理能够构建荧光"关-开"型含磷阴离子荧光探针。受天然酶结构的启发，为了提升金属配合物对阴离子的结合能力与选择性，本项目拟在金属离子中心附近引入氨基以及胍基，希望通过引入基团的静电效应、氢键作用以及质子转移等作用来提高配合物与含磷阴离子的结合力，并通过调控基团与金属离子之间的空间距离达到协同结合及选择性识别含磷阴离子的目的。同时，为了检验双核铜配合物在含磷阴离子识别方面的作用，本项目拟使用所构建的双核铜配合物用于焦磷酸根离子、核黄素衍生物以及鸟苷四（五）磷酸的检测。

含磷阴离子在各种生物过程中起着关键作用，如参与代谢酶催化反应与生理过程中的能量转导。因此，选择性识别含磷阴离子对于认知各种生物过程非常重要。由于阴离子强烈的水合作用，通常在水溶液中识别阴离子比阳离子更具挑战性。构建含磷阴离子探针需要了解阴离子与受体的结合位点之间的联系、信号传导机制等，最重要的是对含磷阴离子相对于其他相关阴离子需要具有好的选择性。基于上述考虑，金属离子络合物是水溶液中含磷阴离子识别的理想受体。在以往的研究中，基于双核金属配合物的含磷系列阴离子探针大多使用金属锌离子作为络合中心离子，其中大多以二甲基吡啶胺(DPA)为配体，通过与锌离子络合，获得接受器-信号器偶联式的含磷阴离子探针。而之相比，铜离子很少被报导作为配合物受体的中心离子应用于阴离子传感器的识别。事实上，采用铜离子作为中心金属离子的配合物接受体具有以下几点优势：铜离子特有的顺磁性具有淬灭荧光团的作用，当铜配合物与荧光指示剂结合后，荧光团处于淬灭状态，而当加入含磷阴离子之后，置换出荧光团，游离状态的荧光团发出荧光信号。基于此原理，项目组构建了系列金属配合物作为含磷阴离子受体，所涉及产物及中间体均通过1H NMR、13C NMR、HR-MS等手段进行表征；结合邻苯二酚紫作为比色指示剂以及七叶亭作为荧光指示剂，研究其对含磷阴离子进行识别的选择性、灵敏度等光谱性质，通过紫外吸收与荧光滴定实验获得含磷阴离子与探针受体的结合常数，比较配合物中辅助基团的引入及取代位置对结合常数的影响；利用所获得的探针受体实现了焦磷酸根离子的检测；并以此为基础，利用所构建的金属配合物-指示剂体系对磷酸酶、聚合酶等生物酶催化下的反应动力学进行了研究。项目在研期间，在国内外学术期刊发表论文29篇，其中SCI外文期刊发表论文28篇，影响因子5以上论文14篇，三篇论文入选ESI高被引论文，获授权专利4项，培养博士后1名，硕士生10名。在项目研究基础上，获自然科学基金优秀青年项目资助。