牛津大学Paul D. Beer教授课题组：卤素键主体用于识别和检测氢硫化物（HS-）

通讯作者：Paul D. Beer

通讯单位：牛津大学

硫化氢(H2S)在环境中对人类健康是具有毒性的。此外，H2S被认为是与CO和NO一起的第三种气体递质，在心血管、免疫、内分泌和神经系统的调节中发挥着重要的信号生理功能。在生理pH值下以硫氢化物阴离子(HS-)的形式存在。但是检测这些分析物的方法主要限于不可逆化学剂量计方法。

近日，牛津大学Paul D. Beer教授课题组报告了第一个使用光学荧光化学传感的方法利用XB受体识别及可逆检测纯水中的HS-。相关工作以“Hydrosulfide (HS-) Recognition and Sensing in Water by Halogen Bonding Hosts”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图1. 目标水溶性卤素键合宿主设计。

研究人员主要开发了三种目标XB宿主，每一种都包含两个香豆素荧光团，素荧光团是结合到XB双碘三唑吡啶、吡啶鎓或仲胺无环宿主结构框架中，其水溶性是通过香豆素基团与多个三甘醇(TEG)取代基的官能化实现的。

将卤素键(XB)对水中阴离子识别的效力与无环宿主结构设计中的香豆素荧光团结合，证明了第一个XB受体以可逆化学传感方式结合检测纯水中的HS-。

XB受体在与HS-结合后表现出特征性的荧光选择性猝灭。重要的是，XB1对HS-表现出独特的化学传感行为，表现出对HS-的强烈和选择性识别。XB2也显示了HS-的选择性结合。

DFT和分子动力学模拟研究证实了实验性阴离子结合的观察结果，揭示了XB受体识别HS-的模式和性质。进一步推进和突出了基于卤素键的传感器系统在检测水介质中阴离子的潜力。

图2. (a)在pH7.4 10 mM HEPES缓冲溶液中加入NaHS后，10 µM XB1的荧光发射变化。(b)在含有受体XB1的pH 7.4 10 mM HEPES缓冲溶液中加入NaCl、NaBr、NaI和NaHS后荧光滴定数据监测λmax(400–420 nm)的结合等温线和结合拟合分析。

图3. XB1Et和XB2Et模型受体卤素键合到HS-和I-阴离子的DFT优化结构。XB交互以紫色虚线表示。

图4. 与XB2相关的HS-和I-的MD模拟快照，显示被水分子包围的阴离子和TEG柔性链的随机取向。为了清楚起见，大多数氢原子被隐藏了。

参考文献：

Paul D. Beer, Edward J. Mitchell, Adam J. Beecroft, Jonathan Martin, Sally Thompson, Igor Marques, Vítor Félix, Hydrosulfide (HS-) Recognition and Sensing in Water by Halogen Bonding Hosts, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110442.

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