《Dyes and Pigments》：Thiosemicarbazones as Ion Chelators: Unveiling Their Coordination and Multifaceted Applications
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Thiosemicarbazones (TSCs) are versatile ligands for ion recognition and coordination chemistry, showing dual selectivity for cations/anions and forming stable metal complexes with applications in sensing, materials science, and bioimaging.摘要
阿鲁普·塔莱（Arup Tarai）| 巴斯卡尔·纳特（Bhaskar Nath）| 斯瓦鲁普·库马尔·塔莱（Swarup Kumar Tarai）| 桑卡尔·乔伊（Sankar Ch. Moi）
印度瓦拉纳西（Varanasi）221005，巴纳拉斯印度教大学（Banaras Hindu University, BHU）化学系
摘要
硫代半卡巴宗（Thiosemicarbazones, TSCs）是一类独特的席夫碱配体，因其识别离子的潜力而广受认可。它们能够通过形成稳定的金属配合物与阳离子选择性结合，并通过硫脲（–N–C=S）基团与阴离子发生氢键和静电相互作用，从而在分子识别中表现出极高的效率。某些TSC衍生物还能同时识别阳离子和阴离子，从而提高了传感应用的选择性和灵敏度。除了传感能力外，TSCs的多功能性配位化学特性使其能够与过渡金属和主族金属离子形成稳定的配合物，从而实现结构多样性和可调的电子性质。这些特点不仅扩展了它们在超分子化学和功能材料设计中的应用范围，也为生物医学应用开辟了新的途径。特别是基于TSC的配合物在生物成像领域显示出巨大潜力，其配位驱动的特性增强了活性和特异性。尽管之前的综述主要关注了TSCs的个别方面，但综合探讨离子传感、配位化学和生物成像的综合性研究仍较为缺乏。本综述旨在提供这样的视角，突出TSCs作为离子螯合剂的多重作用及其在先进应用中的功能潜力。
章节摘录
硫代半卡巴宗衍生物的一般特性
硫代半卡巴宗在化学中起着重要作用，既是有机合成中的关键前体[1]和有机催化剂[3]，也是无机化学中用于金属离子提取和配位的优良螯合剂[4][5][6]。它们的螯合性质被应用于分析化学中，用于检测金属离子和阴离子[7][8][9]。硫代半卡巴宗衍生物的结构中含有硫脲基团，该基团以其功能特性而闻名。
硫代半卡巴宗衍生物在金属离子识别中的应用
金属离子对生物功能和工业过程至关重要[35][36]，但当其浓度失衡时可能导致水污染和健康问题。因此，准确检测金属离子对于健康和安全至关重要。化学传感器由结合单元和信号转导单元组成[38]，结合单元与目标分析物相互作用，信号转导单元随之改变其光学性质。
硫代半卡巴宗衍生物在阴离子识别中的应用
阴离子在许多化学、生物和环境过程中起着关键作用，从代谢功能到工业应用和环境可持续性都受到影响[11]。然而，特定阴离子的过量存在可能导致严重健康问题，例如氟化物引起的氟中毒、氯化物引起的肾脏疾病、溴化物引起的皮肤问题等[67]。为了降低这些风险，开发灵敏且选择性的阴离子传感器已成为研究重点。
硫代半卡巴宗衍生物在金属离子和阴离子的同时识别
金属离子和阴离子对生物过程至关重要，必须严格控制其浓度，因为不平衡（尤其是过高浓度）可能引发紊乱和健康问题[91]。在前面的章节中，我们分别讨论了使用硫代半卡巴宗衍生物检测金属离子和阴离子的方法。现在，我们将重点放在它们同时识别的能力上，这为更广泛的应用带来了巨大潜力。
硫代半卡巴宗衍生物在配位化学中的应用
由于硫代半卡巴宗衍生物具有强大的螯合性质，它们在配位化学中起着核心作用，能够与多种金属形成稳定的配合物，应用于催化（提高反应速率和选择性[108][109]、材料科学（制备分子磁体[110][111]）以及生物医学领域（改善抗癌和抗菌疗法[112][113]）。作为基于肼的配体，硫代半卡巴宗衍生物在成像中的应用
在过去几十年中，硫代半卡巴宗及其金属类似物因广泛的药理特性而在药物化学中受到关注[113][138][139]。硫代半卡巴宗衍生物具有显著的抗炎、抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗疟疾和抗真菌作用[140]。在引言部分，我们简要介绍了基于硫代半卡巴宗的药物分子的药理活性（图3）。结论与未来展望
硫代半卡巴宗（TSCs）是一类多功能螯合剂，相比传统系统具有多种优势。其结构框架提供了多个供体位点（N和S），能够与金属离子形成强而选择性的结合；硫脲（–N–C=S）基团则有助于与阴离子发生氢键和静电相互作用。这种双重识别能力在其他螯合剂中较为罕见，赋予了它们更高的选择性。
CRediT作者贡献声明
桑卡尔·乔伊（Sankar Ch. Moi）：撰写——综述与编辑、可视化。阿鲁普·塔莱（ARUP TARAI）：撰写——综述与编辑、初稿撰写、可视化、指导。斯瓦鲁普·库马尔·塔莱（Swarup Kumar Tarai）：撰写——综述与编辑、可视化。巴斯卡尔·纳特（Bhaskar Nath）：撰写——综述与编辑、初稿撰写、指导
致谢
AT感谢巴纳拉斯印度教大学（Banaras Hindu University, BHU）提供的基础设施支持以及种子基金（BHU-IoE）的支持。BN感谢UGC-BSR[授权号F.30-458/2019(BSR)]和阿萨姆邦霍贾伊（Hojai）的罗宾德拉纳特·泰戈尔大学（Rabindranath Tagore University, Assam-782435）化学系的财政支持。ST和SCM感谢杜尔加普尔国立理工学院（NIT Durgapur）提供的基础设施支持。
