能够在纯水中连续识别铜离子及组氨酸的新型多吡啶钌/铱配合物的设计与合成

A major challenge in achieving reliable histidine sensing is to design and synthesize small molecule-based luminescent probes that can selectively respond to histidine in pure aqueous solution, especially in complicated biological systems. Therefore, on the basis of solubility，photo-stability，long stokes shift and absorption and emission wavelength in visible region of polypyridyl ruthenium complexes or Iridium complexes，this research proposal is devoted to the synthesis of those ruthenium and Iridium complexes probes for sequentially detection of Cu2+ and histidine. To obtain the probes with good properties，we tune the binding ability between complexes and Cu2+ by modifying the structure of binding site (DPA) with the increase both in the number and electronic density of coordination atoms. Subsequently, the sequential recognization properties of complexes to Cu2+ and hisditine will be carried out by spectroscopy, NMR, mass and EPR spectrometry, and consequently, the molecular design rationality and the relationship between structure and selectivity were investigated. These investigations are of importance to the design and synthesis of new probes and the promoting selectivity of the probes.

实现组氨酸的可靠检测所面临的主要挑战是设计和合成基于小分子的发光探针，其可以在纯水溶液中及复杂的生物系统中高选择性地识别组氨酸。为此，本项目基于多吡啶钌（铱）配合物具有水溶性好、光稳定性好、stokes位移大，吸收发射光谱在可见区等特点，拟设计合成一系列能够连续识别Cu2+及his的钌(铱)配合物类磷光探针。通过增加多齿配体配位数，调节配位原子电子云密度等方式对识别位点（DPA）进行结构修饰，达到对配合物与Cu2+之间键和力的合理调控，以获得性能优良的Cu2+及his探针。采用光谱法、核磁共振氢谱、质谱及EPR等方法对Cu2+及his识别特性进行研究，探讨分子设计的合理性以及分子结构与对Cu2+、his选择性的关系，为今后设计新型his探针和进一步提高探针的选择性奠定基础。

实现组氨酸的可靠检测所面临的主要挑战是设计和合成基于小分子的发光探针，其可以在纯水溶液中及复杂的生物系统中高选择性地识别组氨酸。为此，本项目基于多吡啶钌（铱）配合物具有水溶性好、光稳定性好、stokes位移大，吸收发射光谱在可见区等特点，设计并合成了识别位点为三齿配体和四齿配体的四种基于此类配合物的新型磷光探针。首先，以DPA为识别位点的钌配合物Ru-DPA能够在纯水溶液中高灵敏度、高选择性地连续识别Cu2+及His/Cys，而且该识别特性被应用于活细胞和斑马鱼体内磷光成像。另外，该探针还可以检测自来水中Cu2+含量，这使Ru-DPA在环境系统、生物系统中Cu2+及His/Cys的检测具有潜在的应用价值。半胱氨酸（Cys）作为生物体系中一种重要的生物硫醇，在细胞解毒、信号转导、蛋白质合成和代谢等多种生理过程中发挥着重要作用。Cys的异常水与许多疾病有关。因此，设计合成一种新型Cys荧光探针将有利于了解Cys的生理功能和临床诊断应用。另外，如上所述，原位产生的Ru-DPA-Cu复合物识别His过程中，Cys有干扰。基于以上两点，我们设计合成了一种基于由不饱和酮共轭三联吡啶合钌的新型水溶性Cys磷光探针Ru-E。磷光成像实验表明该探针可以有效地识别细胞内及斑马鱼体内的硫醇。该探针可以成功的测量血清中硫醇的含量，显示其在临床诊断方面有潜在的应用价值。最后，在本项目支持下，我们设计合成了分别在主配体Dppz上由噻吩、苯并噻吩、呋喃及苯并呋喃取代的四种多吡啶钌衍生物，有望开发出新型DNA探针。