环糊精衍生物及包合物构建荧光探针的研究进展

doi:10.6023/cjoc202108024

摘要/Abstract

环糊精是超分子化学中的一类重要主体化合物, 在药物缓释、化学传感、对映体分离以及新型材料等众多领域都得到了广泛的应用. 由于环糊精具有外亲水内疏水的桶形结构, 其空腔内可以插入具有识别功能的受体分子或荧光染料,可通过螯合或置换方式实现对目标分子的识别, 因此基于环糊精衍生物及包合物构建荧光探针也受到了人们的极大关注. 总结了基于环糊精设计合成的荧光探针在检测金属离子、阴离子和分子等方面的应用, 重点描述了识别性能和识别机制, 为环糊精衍生物及包合物在荧光检测领域的应用提供理论依据.

关键词: 环糊精, 包合物, 荧光探针, 识别, 进展

Cyclodextrins are a kind of the most important host compounds in supramolecular chemistry, and have been widely used in many fields such as drug release, chemical sensing, enantiomer separation and new materials. Because cyclodextrins have a barrel-shaped structure that is hydrophilic on the outside and hydrophobic on the inside, receptors with recognition functions or fluorescent dyes can be inserted into the cavity of cyclodextrins, which can realize the recognition of target molecules by chelation or displacement. Therefore, construction of fluorescent probes based on cyclodextrins derivatives and inclusion complexes has been received great attention. In this paper, the applications of fluorescent probes that designed and synthesized based on cyclodextrins in the detection of metal ions, anions and molecules are summarized, the recognition performance and mechanisms are described, and it is expected to provide theoretical basis for the application of cyclodextrin derivatives and inclusion complexes in the field of fluorescence detection.

Key words: cyclodextrins, inclusion, fluorescent probe, recognition, progress

引用此文

何雨晴, 陈琳, 贺瑞丽, 钟克利, 汤立军. 环糊精衍生物及包合物构建荧光探针的研究进展[J]. 有机化学, 2022, 42(3): 785-795.

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图/表 23

图1. 探针1识别Zn2+的机理

Figure 1. Mechanism of probe 1 recognition of Zn2+

图2. 探针2识别Cd2+的机理

Figure 2. Mechanism of probe 2 recognition of Cd2+

图3. 探针3识别Cu2+的机理

Figure 3. Mechanism of probe 3 recognition of Cu2+

图4. 探针4识别Cu2+的机理

Figure 4. Mechanism of probe 4 recognition of Cu2+

图5. 探针5识别Hg2+和Fe3+的机理

Figure 5. Mechanism of probe 5 recognition of Hg2+ and Fe3+

图6. 探针6识别Hg2+的机理

Figure 6. Mechanism of probe 6 recognition of Hg2+

图7. 探针7识别Zr4+的机理

Figure 7. Mechanism of probe 7 recognition of Zr4+

图8. 探针8结构式

Figure 8. Structure of probe 8

图9. 探针9识别Ba2+的机理

Figure 9. Mechanism of probe 9 recognition of Ba2+

图10. 探针10的结构

Figure 10. Structure of probe 10

图11. 探针11识别 $O^{-}_{2}$的机理

Figure 11. Mechanism of probe 11 recognition of $O^{-}_{2}$

图12. 探针12与亚硝酸盐的反应机理

Figure 12. Reaction mechanism of probe 12 with nitrite

图13. 探针13与I–的反应机理

Figure 13. Reaction mechanism of probe 13 with I–

图14. 探针14接力识别Zn2+和CN–的机理

Figure 14. Relay recognition mechanism of 14 with Zn2+ and CN–

图15. 探针15接力识别Cu2+和 $Cr_{2}O^{2-}_{7}$的机理

Figure 15. Relay recognition of 15 with Cu2+ and $Cr_{2}O^{2-}_{7}$

图16. 探针16检测醋酸甲地孕酮的机理

Figure 16. Mechanism of 16 detecting megestrol acetate

图17. 探针17检测H2O2的机理

Figure 17. Mechanism of probe 17 detection of H2O2

图18. 探针18检测胆固醇的机理

Figure 18. Mechanism of probe 18 detection of cholesterol

图19. 探针19检测马拉硫磷的机理

Figure 19. Mechanism of probe 19 detection of malathion

图20. 探针20检测胆酸的机理

Figure 20. Mechanism of probe 20 detection of cholic acid

图21. CA与γ-CDs相互作用机理

Figure 21. Mechanisms of action between CA and γ-CDs

图22. 探针22的合成及检测多巴胺的机理

Figure 22. Synthesis and mechanism of 22 detecting dopamine

检测对象	环糊精种类		应用	E_X/E_M/nm	文献
Zn²⁺	β-CD衍生物	—	细胞	360/506	[25]
Cd²⁺	β-CD衍生物	10	—	330/476	[26]
Cu²⁺	β-CD包合物	2.52	活细胞	350/475	[27]
Cu²⁺	β-CD包合物	17	水样、蔬菜、水果	390/557	[28]
Hg²⁺	α-CD包合物	100	活细胞	335/349 & 427	[29]
Fe³⁺	α-CD包合物	50	活细胞	335/349 & 427	[29]
Hg²⁺	β-CD复合物	5020	水样	430/520	[30]
Zr⁴⁺	γ-CD衍生物	200	水样	334/474	[31]
Pd²⁺	β-CD包合物	1000	—	—/442	[32]
Ba²⁺	β-CD包合物	770	—	273/357	[33]
Cr⁶⁺	β-CD复合物	0.56 mg/L	水样、土壤	370/740	[34]
O₂^–	γ-CD衍生物	—	游离溶液	—	[35]
$NO^{-}_{2}$	β-CD衍生物	0.2	水样、土壤和食品	326/423	[36]
I^–	β-CD复合物	60	牛奶和西地啶含片	430/634	[37]
Zn²⁺和CN^–	β-CD复合物	450 & 770	水溶液	390/485	[38]
Cu²⁺和$Cr_{2}O^{2-}_{7}$	β-CD包合物	10 & 0.8	活细胞	390/562&710	[39]
醋酸甲地孕酮	β-CD复合物	8.3	水样	300/564	[40]
H₂O₂	α-CD包合物	3330	斑马鱼	—/520	[41]
胆固醇	β-CD包合物	700	血清	430/513	[42]
马拉硫磷	β-CD复合物	0.01 μg/mL	水样	—/420	[43]
胆酸	β-CD复合物	2.5	血清和尿液	—	[44]
2-氨基苯并噁唑	γ-CD包合物	10⁴	果汁	400/595	[45]
多巴胺	β-CD复合物	20	血清和注射试剂	370/450	[46]
牛血清白蛋白	β-CD复合物	0.76 μg/mL	血清	278/396	[47]
牛血清白蛋白	β-CD包合物	49.2 μg/mL	血清	527/549	[48]
牛血清白蛋白	β-CD复合物	5.0	血清	267/354	[49]
葡萄糖	γ-CD复合物	—	尿液	376/448	[50]
双酚A	β-CD复合物	70	水样	286/390	[51]
L-酪氨酸	β-CD包合物	0.094 μg/mL	螺旋藻和食品	458/532	[52]
尿素	β-CD包合物	—	—	315/430	[53]
核酸	β-CD衍生物	—	—	289/689	[54]
小牛胸腺DNA	β-CD复合物	0.01 μg/mL	—	—/385&400	[55]
鱼精DNA	β-CD复合物	0.02 μg/mL	—	—/385&400	[55]
cDNA1	β-CD聚合物	3.0	—	345/380&399	[56]
发夹DNA	β-CD聚合物	0.008	—	345/380	[57]
发夹DNA	β-CD聚合物	1.0	—	345/380	[58]
硝基爆炸物	β-CD复合物	0.586 μg/mL	水样	420/550	[59]
硝基爆炸物	β-CD复合物	0.306 μg/mL	—	365/525	[60]

检测对象	环糊精种类		应用	E_X/E_M/nm	文献
Zn²⁺	β-CD衍生物	—	细胞	360/506	[25]
Cd²⁺	β-CD衍生物	10	—	330/476	[26]
Cu²⁺	β-CD包合物	2.52	活细胞	350/475	[27]
Cu²⁺	β-CD包合物	17	水样、蔬菜、水果	390/557	[28]
Hg²⁺	α-CD包合物	100	活细胞	335/349 & 427	[29]
Fe³⁺	α-CD包合物	50	活细胞	335/349 & 427	[29]
Hg²⁺	β-CD复合物	5020	水样	430/520	[30]
Zr⁴⁺	γ-CD衍生物	200	水样	334/474	[31]
Pd²⁺	β-CD包合物	1000	—	—/442	[32]
Ba²⁺	β-CD包合物	770	—	273/357	[33]
Cr⁶⁺	β-CD复合物	0.56 mg/L	水样、土壤	370/740	[34]
O₂^–	γ-CD衍生物	—	游离溶液	—	[35]
$NO^{-}_{2}$	β-CD衍生物	0.2	水样、土壤和食品	326/423	[36]
I^–	β-CD复合物	60	牛奶和西地啶含片	430/634	[37]
Zn²⁺和CN^–	β-CD复合物	450 & 770	水溶液	390/485	[38]
Cu²⁺和$Cr_{2}O^{2-}_{7}$	β-CD包合物	10 & 0.8	活细胞	390/562&710	[39]
醋酸甲地孕酮	β-CD复合物	8.3	水样	300/564	[40]
H₂O₂	α-CD包合物	3330	斑马鱼	—/520	[41]
胆固醇	β-CD包合物	700	血清	430/513	[42]
马拉硫磷	β-CD复合物	0.01 μg/mL	水样	—/420	[43]
胆酸	β-CD复合物	2.5	血清和尿液	—	[44]
2-氨基苯并噁唑	γ-CD包合物	10⁴	果汁	400/595	[45]
多巴胺	β-CD复合物	20	血清和注射试剂	370/450	[46]
牛血清白蛋白	β-CD复合物	0.76 μg/mL	血清	278/396	[47]
牛血清白蛋白	β-CD包合物	49.2 μg/mL	血清	527/549	[48]
牛血清白蛋白	β-CD复合物	5.0	血清	267/354	[49]
葡萄糖	γ-CD复合物	—	尿液	376/448	[50]
双酚A	β-CD复合物	70	水样	286/390	[51]
L-酪氨酸	β-CD包合物	0.094 μg/mL	螺旋藻和食品	458/532	[52]
尿素	β-CD包合物	—	—	315/430	[53]
核酸	β-CD衍生物	—	—	289/689	[54]
小牛胸腺DNA	β-CD复合物	0.01 μg/mL	—	—/385&400	[55]
鱼精DNA	β-CD复合物	0.02 μg/mL	—	—/385&400	[55]
cDNA1	β-CD聚合物	3.0	—	345/380&399	[56]
发夹DNA	β-CD聚合物	0.008	—	345/380	[57]
发夹DNA	β-CD聚合物	1.0	—	345/380	[58]
硝基爆炸物	β-CD复合物	0.586 μg/mL	水样	420/550	[59]
硝基爆炸物	β-CD复合物	0.306 μg/mL	—	365/525	[60]

表1. 基于环糊精构建荧光探针的应用总结

Table 1. Application summary of fluorescent probe constructed by cyclodextrin

表1. 基于环糊精构建荧光探针的应用总结

Table 1. Application summary of fluorescent probe constructed by cyclodextrin

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