新型DHP-NH2荧光探针的分子设计及其在有机溶剂与药品水分检测中的应用与机制研究

针对传统水分检测方法成本高、操作复杂等问题，研究人员开发了基于氨基二氢吡啶衍生物（DHP-NH2）的新型荧光探针。通过DFT/TDDFT计算揭示了其激发态氢键稳定化淬灭机制，实现了THF（LOD 0.036%wt）和MeCN（LOD 0.014%wt）中痕量水分的高灵敏度检测，并成功应用于阿司匹林和大米等固体样品。该研究为现场快速检测提供了智能手机成像和纸质试纸条两种便携方案。

　　

水分检测在化学合成、制药和食品工业中至关重要，但传统方法如卡尔费休滴定法需要有毒试剂，近红外光谱仪价格昂贵。尤其对于易受水分影响的格氏反应、有机锂反应等无水体系，现有技术难以满足快速、便携的检测需求。针对这一挑战，朱拉隆功大学（Chulalongkorn University）化学系的研究团队设计了一种结构独特的氨基二氢吡啶荧光探针DHP-NH₂，通过巧妙的分子工程使其荧光特性与水分含量形成定量关系，相关成果发表在《Sensors International》上。

研究采用三甲基丙炔酸酯串联环三聚反应合成DHP-NH₂，通过紫外-可见光谱和荧光光谱分析其在18种溶剂中的光物理性质。关键实验技术包括：1）智能手机成像结合ImageJ软件构建RGB定量模型；2）基于CHARMM力场的分子动力学模拟研究溶剂化效应；3）B3LYP/6-311G(d,p)水平的DFT/TDDFT计算阐明激发态氢键作用机制；4）纤维素纸共价固定化制备试纸条。

在结果部分，3.1章节显示合成路线收率达73-98%，核磁与高分辨质谱验证了结构。3.2章节发现探针在质子性溶剂中荧光显著淬灭，Lippert-Mataga绘图显示激发态偶极矩变化达12.5 D。3.3章节建立的THF和MeCN检测线性范围分别为0-18%wt和0-5.5%wt。3.4章节通过C3W/C5W水分子簇模型证实，氨基与3个水分子形成的氢键使激发态能量降低0.8 eV，导致非辐射跃迁。3.5章节显示智能手机检测大米水分的误差仅0.22%wt，与重量法结果高度一致。3.6章节开发的试纸条可肉眼识别50%v/v的MeCN含水量。

该研究的突破性在于：1）首次阐明DHP类化合物通过激发态氢键稳定化实现荧光淬灭的机制；2）创造性地将C3W显性溶剂化模型应用于水分传感器设计；3）提供从实验室精密检测（LOD 0.014%wt）到现场快速筛查（试纸条）的全套解决方案。对于制药行业，该方法可监测阿司匹林等易水解药物的8.0-8.5%wt最佳含水量；在农业领域，10%wt的检测精度能满足大米储运标准。特别是将计算结果与智能手机检测相结合的研究策略，为开发新一代智能传感设备提供了范式。论文作者Kittiporn Nakprasit等通过多学科交叉研究，展示了理论计算指导功能性分子设计的成功案例。