一个基于FRET效应选择性检测BO3-的比值荧光探针的合成及表征

摘要

荧光探针具有高选择性、高灵敏度和可用裸眼识别等优点，越来越广泛的应用在各个领域之中，特别是选择性检测各种阴阳离子、小分子等。目前一般应用的荧光探针属于“off-on”构型，检测时比较方便快捷，但实际应用于环境、生物体中等检测时，荧光探针的荧光强度常常会受到激发光强度、光渗漏、光漂白、探针的浓度等影响。因此，单一波长的荧光测量在实际应用中常常会产生假信号，从而常常对测量结果产生误差。为了消除这种因单一波长测量时所产生的假信号，目前使用是荧光探针与被分析物作用后在不同波长处改变荧光的强度，然后通过计算荧光强度比值，消除环境等因素等产生假信号的影响，即比值荧光比值探针。本论文基于荧光能量共振转移(FRET)的原理设计了一种荧光素-香豆素的BO3-荧光比值探针;基于光诱导电子转移(PET)的原理设计了一种罗丹明-萘酰亚胺的Zn2+的荧光比值探针。
　　我们初步设计合成一个同时含有荧光素和香豆素母体结构的分子，期望能够同时含有两者的优点，利用在常温条件下BO3-能够催化脱去芳香族化合物的乙酸酯基基团的原理，来达到改变分子的共轭结构的效果，从而发生荧光能量共振转移(FRET)效应，基于此我们成功的合成了一种特异性检测BO3-的荧光素-香豆素荧光比值探针。在合成探针分子的过程中，首先通过对N，N-二乙基苯酚的氧化、成环得到香豆素衍生物，再进行还原和重氮化反应得到中间体化合物1;另一方面，通过溴代邻苯二酸酐与间苯二酚的成环得到含荧光素母体结构的衍生物，再通过Sonogashira反应，连接上一个末端炔键，得到中间体化合物2;最后将两个中间体化合物通过Sharpless反应合成最终的目标探针分子，结果进行了1H NMR、13C NMR和MS表征，并得到了结构确认。
　　通过对探针分子进行光谱的检测和分析，证实了将BO3-加入到探针溶液中后，能够使得探针分子脱去乙酸酯基，发生FRET效应，从而荧光最大发射波长红移，荧光显色改变。此外荧光素-香豆素荧光探针对BO3-具有很高的选择性，并且不会受到其他离子的影响，到目前还几乎没有BO3-荧光比值探针的文献报道，此外我们得出探针具有较好的检测下限和线性检测范围，因此，通过FRET效应设计这样一个荧光比值探针还是非常有意义的，具有一定的市场应用前景。
　　目前基于PET效应的萘酰亚胺探针已经广泛被人们所重视和研究，但对Zn2+的荧光比值探针的报道还几乎没有报道，基于此设计并合成了一种罗丹明-萘酰亚胺Zn2+比值荧光探针，结果进行了1H NMR、13C NMR和MS表征，并得到了结构确认。期望能达到选择性识别和检测Zn2+的结果，最终的实验结果虽不算特别理想，但在一定程度上为这类探针分子的合成提供了一个可能的途径。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 荧光

1．1．1 荧光的发光原理

1．1．2 分子结构对荧光强度的影响

1．1．3 荧光参数

1．2 荧光探针

1．2．1 分子内电荷转移

1．2．2 激基缔合物

1．2．3 光诱导电子转移

1．2．4 荧光共振能量转移

1．3 荧光探针的分类及应用

1．3．1 香豆素类荧光探针

1．3．2 荧光素、罗丹明类荧光探针

1．3．3 菁染料类荧光探针

1．3．4 BODIPY类荧光探针

1．3．5 萘酰亚胺类荧光探针

1．4 课题的引入及研究内容

第2章 荧光素-香豆素类探针分子的合成与表征

2．1 前言

2．2 化合物A的设计与合成

2．2．1 中间体化合物1的合成设计

2．2．2 中间体化合物2的合成设计

2．2．3 目标物分子荧光探针A的合成路线设计

2．3 结果与讨论

2．3．1 重氮化反应的合成研究

2．3．2 Sonogashira反应的合成研究

2．3．3 点击化学的相关研究

2．3．4 化合物谱图分析

2．4 实验部分

2．4．1 仪器和试剂

2．4．2 实验步骤

2．5 本章小结

第3章 化合物A对过硼酸根离子的检测

3．1 仪器和试剂

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验试剂

3．2 实验部分

3．2．1 实验溶剂的处理

3．2．2 实验缓冲液的配制

3．2．3 荧光素-香豆素A溶液和过硼酸钠溶液的配制

3．2．4 检测溶剂和缓冲液的选择

3．2．5 化合物A体系以及加完BO3-后的紫光和荧光吸收光谱

3．2．6 其他常见阴离子对化合物A体系紫外及荧光发射光谱的影响

3．2．7 化合物A体系对BO3-的检测范围和检出限

3．2．8 化合物A体系对BO3-响应机理的探讨

3．3 小结

第4章 罗丹明-萘酰亚胺探针分子的合成与表征

4．1 前言

4．2 罗丹明-萘酰亚胺的合成路线设计

4．3 实验部分

4．3．1 实验仪器和试剂

4．3．2 实验步骤

4．3．3 结果与讨论

4．4 检测结果

4．5 本章小结

结论

参考文献

附录A 化合物一览表

附录B 化合物谱图

致谢