Fluorescent chemosensors for gold (Ⅲ), copper (Ⅱ) and zinc (Ⅱ) ion

Abstract

In chapter I, the first “off-on” type fluorescent probe for Au^(3+) is reported, in which rhodamine-alkyne derivative displayed highly selective fluorescence enhancement and “naked-eye” detection upon the addition of Au^(3+) at pH 7.4. This is the first example of Au^(3+) induced conversion of propargylamide to oxazolecarbaldehyde. Finally, probe 1 was successfully applied to the cell imaging of Au^(3+). In chapter II, new rhodamine derivatives bearing binaphthyl group were synthesized as selective fluorescent and colorimetric sensors for Cu^(2+). Highly selective “off-on” type fluorescent changes were observed upon the addition of Cu^(2+). Selective fluorescent enhancement of two rhodamine derivatives was attributed to ring opening from the spirolactam (nonfluorescent) to ring-opened amide (fluorescent). A chemo-sensing based on rhodamine derivative was further applied to the microfluidic system. In chapter III, a new 7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole (NBD) based colorimetric and fluorescence chemosensor for Zn^(2+), an ion involved in many biological processes, was designed and synthesized. The NBD-probe 1 displays a red-to-yellow color change and an enhancement of fluorescent intensity in the presence of an aqueous solution of Zn^(2+) ions (pH 7.2). Internal charge transfer (ICT) and photoinduced electron transfer (PET) mechanisms are responsible for these changes. The practical use of this probe was demonstrated by its application to the biologically relevant detection of Zn^(2+) ions in pancreatic β-cells.;1장에서는 최초로 금 3가 이온을 검출할 수 있는 로다민 유도체를 합성하였다. 본 형광화학센서는 금 3가 이온에 대해 선택적인 형광 증가와 색 변화를 보였다. 이러한 변화가 나타나는 이유는 본 형광화학센서의 프로파질아마이드기가 금 3가 이온과 반응하여 옥사졸카바알데하이드를 생성하기 때문이다. 세포에 본 형광화학센서와 금 3가 이온을 배양해 본 결과 뚜렷한 붉은 색의 형광이 관찰되었다. 2장에서는 구리 2가 이온을 검출 할 수 있는 두 종류의 바이나프틸-로다민 유도체를 합성하였다. 형광화학센서 (S)-1와 (S)-2는 다른 금속 이온들과는 달리 구리 이온에 대해서 선택적인 형광 증가와 색 변화를 보였다. 이러한 현상은 형광을 나타내지 않는 로다민 구조의 스파이로락탐 고리가 열리면서 형광을 나타내는 아마이드 형태로 바뀌기 때문이다. 또한, 본 형광 화학 센서는 이러한 검출 역학을 마이크로 유체소자 시스템에서 구현하기도 하였다. 3장에서는 아연 2가 이온을 선택적으로 검출할 수 있는 NBD 유도체를 합성하였다. 본 형광화학센서는 PET, ICT 메커니즘에 의해 아연 이온과 선택적으로 반응하여 100% 수용액 상태에서 형광 증가와 색 변화를 보였다. 이러한 결과를 응용하여 췌장 베타 세포에 본 형광화학센서를 적용하여 생물학적 응용 가능성을 입증하였다.