一系列小分子潜荧光团的合成及其光谱性能研究

摘要

近年来荧光探针凭借着优良的选择性、较高的灵敏度及易于操作的特性广泛应用于生物和化学领域。然而，传统的荧光探针有一些缺陷，比如荧光探针一旦进入细胞，就丧失了对它们的控制。而需要提供一种可以在时间和空间上可以调控的荧光探针，因为生物分子在生物体内的作用通常是在精确的时间和空间下进行的。同时，由于重金属离子虽然有一定的生理活性，但是一旦过量将会对环境和生物体产生不良的影响，所以，设计并合成能够选择性的检测重金属离子的荧光探针显得异常重要。本实验室基于这两种情况分别设计了光控可释放探针以及可以检测重金属离子的探针。
　　在本论文的第二章，先后合成了两个以香豆素染料为平台和三个以氧杂蒽染料为平台的荧光探针。最经典的光控可释放荧光探针的设计原理是这样的，通过引入光敏保护基，导致染料的荧光淬灭，然后通过光照，释放出光敏保护基，荧光恢复，设计的两个香豆素探针(化合物3和化合物5)都是基于这一机理。同时，还可以利用光控可释放化合物光解之后，供电子能力较光解之前大大增强，可以形成分子内PET过程，从而设计一类on-off型的荧光探针，所以设计了化合物7。这一探针在未光照之前荧光强度较高，但是通过光照，光敏基团被移除，基团的供电子能力大大增强，形成分子内PET过程，导致荧光淬灭。还基于AND逻辑门机理设计了一种新型的荧光探针(化合物9)，这一探针只有在两个信号同时输入的时候才能够输出信号，单一的输入则不能输出信号，即化合物9必须在加入Cu2+条件下又进行光照才能表现出荧光增强，而只加入Cu2+或者只进行光照都无法输出信号。在实验过程中也出现过失败的例子，设计并合成了基于罗丹明B为平台的光控可释放荧光探针(化合物11)，但通过光解后，荧光并没有恢复，原因是，光解之后并没有得到想要的罗丹明酸，而是得到了罗丹明胺，此时染料仍然处于闭环状态，没有恢复大共轭结构，所以荧光也没有恢复。
　　在本论文的第三章，还设计并合成了六个基于氧杂蒽平台的检测重金属离子的探针。在设计这一系列探针时，主要利用重金属离子的螯合作用来检测，通过螯合作用来调节探针开环或闭环的状态，从而调节荧光强度，所以，在设计化合物13和化合物15时，在罗丹明上引入了两个酰胺键，然后通过酰胺键上的三个氧原子来对重金属离子进行螯合。化合物13表现出优良的光谱性质，且在水相中对Fe3+表现出很好的选择性和灵敏度，同时，还利用化合物13检测了细胞内的Fe3+，并且通过细胞成像可以看出，化合物13对细胞内的Fe3+响应良好，预计这种新型的荧光探针将会应用到其它生物领域。相比于化合物13，化合物15对Fe3+的响应效果较差，其他探针的光谱正在测试中。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 荧光染料概述

1.1.1 香豆素类荧光染料的介绍

1.1.2 BODIPY类荧光染料的介绍

1.1.3 萘酰亚胺类荧光染料的介绍

1.1.4 氧杂蒽类荧光染料的介绍

1.1.5 氰类荧光染料的介绍

1.1.6 光控可释放荧光染料的介绍

1.1.7 光敏保护基团的介绍

1.2 本课题研究的目的以及工作内容

第2章 光控释放潜荧光团的合成及光谱性质的研究

2.1 前言

2.2 仪器与药品

2.3 实验部分

2.3.1 香豆素类光控探针的合成

2.3.2 氧杂蒽类光控探针的合成

2.4 结果与讨论

2.4.1 光解方法

2.4.2 紫外光谱的测定

2.4.3 荧光光谱的测定

2.4.4 光谱实验结果

2.4.5 光解机理

2.4.6 目标分子的合成

2.5 本章小结

第3章 氧杂蒽类荧光探针的合成及光谱性质的研究

3.1 前言

3.2 仪器与药品

3.3 实验部分

3.3.1 一系列Fe3+荧光探针的合成

3.3.2 一系列新型重金属离子荧光探针的合成

3.4 结果与讨论

3.4.1 染料的紫外和荧光光谱测定

3.4.2 光谱实验结果

3.4.3 细胞实验

3.4.4 目标化合物的合成

3.5 本章小结

结 论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 合成化合物一览图

附录C 部分化合物的谱图

致 谢