Design of Ratiometric Fluorescent Probes Based on Arene–Metal‐Ion Interactions and Their Application to Cd II and Hydrogen Sulfide Imaging in Living Cells

荧光团 荧光 水溶液中的金属离子 金属 化学 离子 光化学 含时密度泛函理论 分子 有机化学 物理 量子力学
作者
Ippei Takashima,Miyuki Kinoshita,Ryosuke Kawagoe,Saika Nakagawa,Manabu Sugimoto,Itaru Hamachi,Akio Ojida
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:20 (8): 2184-2192 被引量:37
标识
DOI:10.1002/chem.201304181
摘要

Non-coordinative interactions between a metal ion and the aromatic ring of a fluorophore can act as a versatile sensing mechanism for the detection of metal ions with a large emission change of fluorophores. We report the design of fluorescent probes based on arene-metal-ion interactions and their biological applications. This study found that various probes having different fluorophores and metal binding units displayed significant emission redshift upon complexation with metal ions, such as Ag(I), Cd(II), Hg(II), and Pb(II). X-ray crystallography of the complexes confirmed that the metal ions were held in close proximity to the fluorophore to form an arene-metal-ion interaction. Electronic structure calculations based on TDDFT offered a theoretical basis for the sensing mechanism, thus showing that metal ions electrostatically modulate the energy levels of the molecular orbitals of the fluorophore. A fluorescent probe was successfully applied to the ratiometric detection of the uptake of Cd(II) ions and hydrogen sulfide (H2S) in living cells. These results highlight the utility of interactions between arene groups and metal ions in biological analyses.

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