近年来荧光识别在核酸的研究中被广泛应用,其中荧光探针发挥着重要作用。荧光光谱法检测的可靠性和灵敏度主要取决于荧光探针的特性,因此制备毒性低、量子产率高及灵敏度高的核苷类荧光探针成为人们的研究热点。核苷是DNA和RNA的组成部分,可以作为荧光探针的良好骨架。经过结构修饰的荧光核苷类似物不仅具备良好的发射性,还对周围微环境变化非常敏感;更重要的是,因其结构与天然核苷极为相似,具有很好的生物兼容性,插入核酸序列后可代替天然核苷发挥正常的生物功能。本文探索在尿嘧啶的5位连接含有不同取代基的苯环、噻吩以及苯并芳(杂)环等结构,并在6位引入电负性较强的N原子以进一步增强“推-拉”电子极化效应,合成了一系列发射峰位于可见光区的荧光尿苷类似物。以芳基酮与盐酸氨基脲为原料,经过两步反应得到5-芳基-6-氮杂尿嘧啶。该碱基与1-乙酰氧基-2,3,5-三苯甲酰氧基-1-β-D-呋喃核糖反应并醇解后,得到一系列5位含有芳(杂)环取代的6-氮杂尿苷类似物,结构经过1H NMR、13C NMR和MS表征。利用紫外和荧光光谱法研究了荧光尿苷类似物在不同极性、pH及粘度条件下的光物理性质以及5-(4-氟苯基)-6-氮杂尿苷3c对金属离子的识别能力。在水溶液中,四种苯环修饰的尿苷类似物发射峰在419~464 nm之间,发射光谱对极性和pH的改变敏感,而苯环上含供电子基团有利于发射波长向可见光区移动。5-苯基-6-氮杂尿苷3a、3c与5-(4-溴苯基)-6-氮杂尿苷3d对粘度变化敏感,有作为黏度荧光探针的潜力。3c在水中的量子产率高达0.81,可选择性识别Pd2+,在5.0×10-7mol/L~5.0×10-6 mol/L的浓度范围内能定量检测Pd2+,检出限为2.0×10-7 mol/L。5-(3-噻吩)-6-氮杂尿苷6的最大发射波长随极性增大发生红移,在水溶液中达到432nm。与苯基修饰的尿苷类似物相比,其斯托克斯位移与极性经验参数ET(30)具有更好的线性关系,表明杂原子有利于极性敏感度的提高。此外,化合物6对pH和粘度的变化都有较好的敏感性,且荧光强度基本不受天然核苷影响。与5-(2-噻吩)-6-氮杂尿苷相比,化合物6的发射峰蓝移且荧光量子产率下降,但对黏度变化的敏感性显著提高。苯并芳(杂)环修饰的尿苷类似物具有更大的共轭结构,其最大发射波长进一步红移至470~480 nm。5-(2-苯并噻吩)-6-氮杂尿苷9b与5-(2-苯并呋喃)-6-氮杂尿苷9c对极性变化敏感,其中9c的荧光量子产率随极性减小而大幅增加,在水中仅为0.04,而在二氧六环中则高达0.78。此外,9b和9c的荧光强度与pH值、粘度均有很好的线性关系。而5-(2-萘)-6-氮杂尿苷9a因结构中缺少杂原子,仅对pH有一定的线性关系。综上所述,8种荧光尿苷类似物的光物理性质与环境变化存在不同的相关性,且受天然核苷影响较小,插入寡聚核酸后能够保持原有的荧光特性,符合荧光探针的要求。