近日，中国科学技术大学张国庆教授团队报道了一种三级胺和阿片类药物的快速荧光变色传感方法。该工作于4月14日以“Rapid Fluorochromic Sensing of Tertiary Amines and Opioids via Dual-Emissive Ground and Excited Charge-Transfer States”为题发表于Journal of the American Chemical Society。
有机胺的识别和区分在药物分析、食品腐败、生物医学检测和临床诊断等领域的应用至关重要。现有的基于发光的胺识别方法主要依赖于荧光淬灭，这限制了灵敏性和选择性检测的范围（图1a, b）。最近，张国庆教授团队提出了一种荧光变色方法，用于快速区分不同的有机胺。在光照条件下，三级胺分子和被光激活的萘酰亚胺分子首先形成激基复合物（exciplex），并构象调整为稳定的光致电荷转移络合物（PCTC）。三级胺和萘酰亚胺分子在光照下的独特结合方式为高度类似的三级胺分子取代基结构的区分提供了条件（图1c）。
图1：传统的三级胺检测方法和通过光致电荷转移络合物来检测的机理示意图
实验通过三种类型（含有甲基的、柔性链胺以及刚性胺，图2a-c）的三级胺分子和萘酰亚胺进行光照实验，结果表明，光致发光量子产率和发射颜色受三级胺的取代基和分子柔韧性的显著影响；含有甲基的三级胺分子会快速呈现绿色，而不含甲基的柔性胺表现为显著的黄色（图2d-e）。
图2：可区分20种结构类似的三级胺的便携式装置
实验通过进一步的光谱表征发现，在365nm紫外光激发下，含有甲基的三级胺在短时间内即可表现为绿色，而柔性胺需要经历黄色荧光的过渡态之后逐渐变为绿色，并通过24种胺的光谱测试表明了该现象的普适性（图3a, g）。这表明含有甲基的三级胺位阻较小，有利于和萘酰亚胺分子进行相互作用和电子转移。这个解释得到了DFT计算以及瞬态荧光光谱的佐证（图3b-f）。
图3：三级胺和萘酰亚胺分子的光照动力学光谱、DFT计算以及瞬态荧光数据
基于对三级胺的响应性，实验开发了一种用于视觉识别天然和合成阿片类药物（包括海洛因、芬太尼、甲基苯丙胺和美托尼秦）的定性方法，与Marquis试剂盒等现有方法相比，该方法更加简便快捷，并且可以促进现场测试、实时监控并简化实验室和现场环境中的工作流程（图4）。
图4：传统的毒品检测方法和本工作的毒品检测新方法对比
总结来说，这个工作是继课题组发现光照电荷转移络合物（G. Zhang*,Chem,2024, 10,9,2829-2843）之后的又一重要突破，也是异分子光致基态电荷转移络合物的重要支持证据。该工作为三级胺的痕量检测以及阿片类药物的快速识别提供了新思路。
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心黄文环博士和张国庆教授共为论文通讯作者；中国科学技术大学博士生程奥远，中国科学技术大学本科生辜雪文为论文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、量子通信与量子计算机重大项目、云南省教育厅科研基金等项目的支持以及云南警官学院的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c00425
（合肥微尺度物质科学国家研究中心、合肥国家实验室科研部）
