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化学所在BODIPY发色团超快可逆反应的控制及其在荧光检测应用方面取得重要研究进展

  

  硼原子由于具有空的P轨道从而呈现出强烈的缺电子性能, 当硼原子与π电子体系结合后, 可构成具有特殊分子内电荷转移性质的含硼π-共轭体系,进而表现出一系列非常特异的光物理、光化学性质。其中原子可以采用sp2杂化的方式形成三配位的有机硼化合物,亦可以采用sp3杂化的方式形成四配位的有机硼化合物。中国科学院化学研究所光化学重点实验室杨国强研究员课题组近年来一直致力于对含硼有机化合物的研究,提出了三芳基硼化合物特异荧光性质的发光机理(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8072-8076 Chem. Commun. 2014, 50, 2778-2780),设计制备了一系列特殊超分子结构荧光探针,应用于对细胞和生物体内的温度、酸碱性等微环境变化和多个活性物种的荧光检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7809-7813Anal. Chem. 2015, 87, 3694-3698Anal. Chim. Acta 2015, 869, 81-88Anal. Chem. 2016, 88, 1052-1057)。  

    最近,在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,该课题组通过对meso-位无取代的BODIPY 2,6-位取代基的选择性修饰,首次实现了在碱诱导下的BODIPY的快速可逆二聚反应,二聚产物由于共轭结构的改变使得BODIPY的强发光性质发生猝灭;当遇到可以与诱导剂碱发生反应的物种时,二聚体又可以快速解离,进而恢复BODIPY的强发光性质。利用这一快速可逆反应过程,设计了甲醛的高效灵度探针,该探针体系可在10s内完成对0.1ppb甲醛的检测,对5当量甲醛的荧光响应可达120000倍,为新型荧光探针的设计和应用提供了新的体系和理论依据。相关工作于近期发表在Nature Commun. 2018, 9: 362(DOI: 10.1038/s41467-017-02270-0上。  

 

    图A:碱诱导meso-位无取代的BODIPY二聚反应机理及反应示意图; 

  图B:BODIPY二聚反应体系对甲醛(B)的光谱响应;图C和D:BODIPY二聚反应体系对温度的荧光响应。