Development of a Ratiometric Fluorescent Cu(II) Indicator Based on Poly(N-isopropylacrylamide) Thermal Phase Transition and an Aminopyridyl Cu(II) Ligand

化学 荧光 荧光团 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 半色移 配体(生物化学) 分析化学(期刊) 光化学 聚合物 有机化学 共聚物 生物化学 量子力学 物理 受体
作者
Lea Nyiranshuti,Emily R. Andrews,Leonid I. Povolotskiy,Frances M. Gomez,Nathan R. Bartlett,A. Timothy Royappa,Arnold L. Rheingold,W. Rudolf Seitz,Roy P. Planalp
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:28 (20): 7097-7097 被引量:2
标识
DOI:10.3390/molecules28207097
摘要

An aqueous Cu2+ and Zn2+ indicator is reported based on copolymerizing aminopyridine ligands and the environment-sensitive dansyl fluorophore into the responsive polymer poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm). The metal ion binding creates charge and solvation that triggers PNIPAm’s thermal phase transition from hydrophobic globule to hydrophilic open coil. As a basis for sensing the metal-binding, the dansyl fluorescence emission spectra provide a signal at ca. 530 nm and a signal at 500 nm for the hydrophobic and hydrophilic environment, respectively, that are ratiometrically interpreted. The synthesis of the title pyridylethyl-pyridylmethyl-amine ligand (acronym PEPMA) with a 3-carbon linker to the copolymerizable group, aminopropylacrylamide (PEPMA-C3-acrylamide), is reported, along with a nonpolymerizable model ligand derivative. The response of the polymer is validated by increasing temperature from 25 °C to 49 °C, which causes a shift in maximum emission wavelength from 536 nm to 505 nm, along with an increase in the ratio of emission intensity of 505 nm/536 nm from 0.77 to 1.22 (λex = 330 nm) as the polymer releases water. The addition of divalent Cu or Zn to the indicator resulted in a dansyl emission shift of 10 nm to a longer wavelength, accompanied by fluorescence quenching in the case of Cu2+. The addition of EDTA to the Cu2+-loaded indicator reversed the fluorescence shift at 25 °C to 35 °C. The affinities of Cu2+ and Zn2+ for the PEPMA derivatives are log Kf = 11.85 and log Kf = 5.67, respectively, as determined by potentiometric titration. The single-crystal X-ray structure of the Cu2+-PEPMA derivative is five-coordinate, of-geometry intermediate between square-pyramidal and trigonal-bipyramidal, and is comparable to that of Cu2+ complexes with similar formation constants.
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