《Talanta》：An effective dihydroxanthene-based fluorescent probe for phosgene visual detection in solution and gaseous phases
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实时监测光气对公共健康和环境安全至关重要。本研究设计并合成基于二氢苯乙烯骨架的荧光探针DHX-Phos-Pyr和DHX-Phos-BZT，通过引入不同电子 withdrawal 能力的受体调控内禀电荷转移(ICT)，构建长激发/发射波长、高荧光量子产率(7.91%)的探针体系。DHX-Phos-Pyr表现出最优性能：溶液检测限32 nM、气相检测限0.31 ppm、响应时间<50 s，并具有黄-粉红可见光变色及宏观红色预警特性。通过制备DHX-Phos-Pyr负载试纸，结合智能手机APP分析RGB值实现半定量检测，为现场快速检测提供新策略。
作者：田琴琴、宋泽宇、何伟
第四军医大学药学院化学系，中国西安长乐西路169号，710032
摘要
实时监测光气对公共卫生和环境安全具有重要意义。为实现这一目标，我们提出了一种策略：通过引入具有不同电子抽取能力的受体来调节分子内电荷转移（ICT），从而构建具有长激发/发射波长和高荧光量子产率的探针结构。基于此，设计并合成了一类基于二羟基蒽染料的荧光探针（DHX-Phos-Pyr（量子产率=7.91%），DHX-Phos-BZT（量子产率=4.70%），用于光气的可视化及荧光分析检测。对比实验表明，DHX-Phos-Pyr表现出高选择性和灵敏度，检测时间小于50秒，溶液中的检测限为32 nM，气体光气的检测限为0.31 ppm。其强烈的颜色差异和明显的红色可以刺激人们的感官和情绪。DHX-Phos-Pyr在遇到光气时颜色从黄色变为粉色，便于肉眼识别和分析；在365 nm光线下，它会对光气产生明亮的红色反应，起到强烈的警示作用。此外，还制备了装载DHX-Phos-Pyr的试纸条，证明了其在光气敏感荧光检测中的实际应用价值。
引言
光气是一种关键的化学中间体，在农药、药品和染料的合成中发挥着不可替代的作用[1]。然而，由于其高毒性和潜在的安全风险，需要持续关注[2]。作为一种强效的窒息性气体，光气能迅速穿过肺泡屏障，导致严重的呼吸系统损伤（包括肺水肿和肺炎），甚至可能危及生命[3][4][5]。尽管《化学武器公约》对其进行了管制，但其广泛的工业应用仍给储存、运输和使用过程中带来了显著的安全隐患[6]。近年来，局部冲突和工业事故进一步凸显了光气泄漏或恶意使用对公共卫生和安全的威胁。因此，开发快速、灵敏且可靠的光气检测技术具有紧迫的实际需求，以便实现早期预警、保护人员安全并降低化学风险。
与传统的光气检测方法（如紫外分光光度法[7,8]、色谱法[9,10]和电化学方法[11]相比，基于荧光探针的检测方法近年来受到了广泛关注，因为它操作简便、选择性高，并能进行实时现场分析[12]。特别是那些能引起明显颜色或荧光变化的可视化分析方法，在现场检测和快速预警场景中具有不可替代的应用潜力，因为它们不需要复杂的仪器设备，可以立即得出结果[13][14][15]。从感知角度来看，强烈的颜色对比（例如从非荧光变为亮红色）能够迅速吸引注意力并传递明确的危险信号，这对应急响应和公共安全至关重要[16][17][18]。为了实现高效可靠的视觉检测，通常需要协同优化以下关键参数[19]：（1）探针分子的荧光量子产率（Φ）在与目标分析物相互作用前后应发生显著变化，以确保足够的检测灵敏度和对比度[20]；（2）适当的发射波长（最好在长波长区域），以减少背景干扰并提高穿透能力[21][22][23]；（3）与固态基质或设备的良好兼容性，便于制造便携式传感器或试纸条[24][25][26][27][28]。目前，已有报道指出，从传统荧光团（如BODIPY[29][30][31]、香豆素[32]、罗丹明[33][34][35][36]、萘酰亚胺[25,37]和吩噻嗪[38]）修饰的光气荧光探针。但研究发现，这些探针的性能受到多种因素的限制，包括内在量子产率低、与光气反应后Φ变化小以及短发射波长引起的背景荧光干扰（见表S1）。因此，设计和合成具有高量子产率、与光气反应后Φ显著增加以及长波长发射的新荧光探针分子，对于提高光气视觉检测的灵敏度、可靠性和实用性至关重要。
基于我们研究小组之前的工作[39][40][41]以及相关文献[42][43][44]，二羟基蒽（DHX）化合物具有扩展的共轭结构和多个可修饰位点，可以方便地构建具有高量子产率和长发射波长的“D-π-A”结构分子，并调节分子内电荷转移（ICT）。因此，我们采用二羟基蒽作为荧光团骨架，结合不同电子抽取能力的受体（基于吡咯和苯并噻唑的基团），设计并合成了DHX-Phos-Pyr和DHX-Phos-BZT（见图1）。通过测试其传感性能，发现DHX-Phos-Pyr在光气检测方面表现出更高的灵敏度和更低的荧光背景，优于DHX-Phos-BZT。此外，还制备了一种含有DHX-Phos-Pyr的便携式试纸条，可用于光气的视觉颜色和荧光分析，具有广泛的应用前景。值得注意的是，通过智能手机APP分析荧光图案的RGB（红/绿/蓝）值，建立了一个可靠且可现场使用的定量评估系统，克服了人眼的感知误差和局限性。
DHX-Phos-Pyr和DHX-Phos-BZT的合成
DHX-Phos-Pyr的合成：将化合物1（141.6 mg，0.5 mmol）和2-吡咯烷基肼（62.6 mg，0.5 mmol）混合在10 mL无水乙醇中，于70°C下氩气保护下搅拌并回流3小时。随后将反应体系冷却至室温，通过旋转蒸发去除溶剂，再用硅胶柱层析（PE: EA = 50:1）纯化粗产物，得到橙色固体DHX-Phos-Pyr（产率40%）。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ 11.62
探针的设计与合成
为了解决光气检测探针可视化不足的问题，选择经典的二羟基蒽骨架作为荧光团来构建探针分子，因为它具有易于修饰的長共轭结构，并能调节荧光性质。图1展示了DHX-Phos-Pyr和DHX-Phos-BZT的设计和合成过程。化合物1按照已发表的程序合成[45]。DHX-Phos-Pyr和DHX-Phos-BZT的获得方法如下
结论
总之，通过用2-吡咯烷基肼通过酰胺键修饰二羟基蒽，开发出了荧光探针DHX-Phos-Pyr，用于检测液态和气态光气。该探针表现出优异的灵敏度（<50秒）、高荧光量子产率（量子产率=7.91%）和选择性（检测限=32 nM）。重要的是，成功制备了装载DHX-Phos-Pyr的试纸条，可用于气态光气的选择性半定量检测
CRediT作者贡献声明
田琴琴：撰写初稿、项目管理、方法学设计、实验研究、数据分析。宋泽宇：数据可视化、方法学设计、数据管理。何伟：撰写修改、方法学设计、资金争取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突。
致谢
本研究得到了陕西省重点科技计划（2024SF-YBXM-094、2024SF-YBXM-477、2025SF-YBXM-354、2025SF-YBXM-330）、军事与航空医学关键挑战研究项目（资助编号2023JSYX15）、西京创新研究院联合基金（资助编号LHJJ2023-YX04）、合作实验室（资助编号2024HB019）以及国家自然科学基金（编号21272272）的支持。
