氟硼吡咯-罗丹明与香豆素-卟啉能量传递体系的合成及光谱研究

摘要

荧光检测法因其灵敏度高、操作简单等优点,已经广泛应用于各个领域。因此,荧光探针分子的研究在当下已成为了一个热门的课题。而在荧光染料分子的设计中,荧光共振能量转移机理起着举足轻重的作用。本论文利用荧光共振能量转移(FRET)的原理,分别设计了基于氟硼吡咯(BODIPY)-罗丹明能量传递体系的金离子(Au3+)荧光比值探针和基于香豆素-卟啉能量传递体系的过渡金属离子(Ni2+\Co2+)荧光比值探针。
　　 基于氟硼吡咯-罗丹明能量传递体系,我们设计并合成了一个金离子荧光比值探针Ratio-Au。据我们所知,这是报道的第一例基于荧光共振能量转移机理的金离子荧光比值探针,也是第一个报道的应用于金纳米检测的小分子荧光探针。我们初步研究了该探针对金离子识别的信号响应机制,并且得出了一个可能性的结论:在测试体系中金离子能催化诱导探针分子中硫酰胺基团与炔健成环反应,使探针分子经历了一个FRET由“关(off)”到“开(on)”的过程,因此探针分子的光谱也发生了相应的变化即BODIPY的荧光强度(514 nm)逐渐降低而出现了罗丹明B的荧光(594 nm)。据了解,这种反应机理在之前报道的金离子探针中没有涉及过,或许这也为金离子荧光探针的设计开创了一个新的方法。通过对Ratio-Au的光谱研究我们发现,该荧光探针对金离子的检测具有良好的选择性和较高的灵敏度。通过初步应用实验,如山泉水中金离子的检测、化妆品中纳米金的检测等,分析发现该探针能有效的应用于环境与生活中金离子及纳米金的定量检测。
　　 实验室之前的研究工作表明,香豆素的发射光谱与卟啉的吸收光谱较为匹配,而且两者之间的能量转移效率较高。到目前为止,文献中报道的过渡金属离子Ni2+\Co2+的荧光增强型探针还很少,这是由于顺磁性的Co2+/Ni2+等常常会导致荧光猝灭,所以设计Ni2+\Co2+的荧光增强和比值型探针仍然是一项非常具有挑战性的工作。本文基于香豆素-卟啉能量传递体系,成功设计并合成了一个过渡金属离子(Ni2+\Co2+)荧光增强/比值型探针化合物C。滴定实验表明,此探针对N2+,Co2+,Ni2+有响应。该探针在对金属离子的检测过程中,能量受体即卟啉部分荧光(656 nm)强度增强而能量供体即香豆素部分荧光(458 nm)强度几乎不变。该探针有一定的水溶性,可直接检测Co2+,而且可能对将来设计具有更好选择性和灵敏度的Ni2+\Co2+荧光增强/比值型探针有启发。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 荧光共振能量转移的简单介绍

1.2.1 荧光发射原理

1.2.2 荧光共振能量转移(FRET)基本原理

1.2.3 共振能量转移的计算

1.2.4 共振能量转移在各领域中的应用

1.3 氟硼吡略(BODIPY)的简单介绍

1.3.1 BODIPY的合成

1.4 罗丹明的简单介绍

1.4.1 罗丹明的合成

1.5 香豆素的简单介绍

1.5.1 香豆素的合成方法

1.6 卟啉

1.6.1 卟啉的合成方法

1.7 本课题的研究内容

第2章 氟硼吡咯-罗丹明能量传递体系的合成及光谱研究

2.1 引言

2.2 探针分子的设计思路

2.3 合成路线

2.4 原料和仪器

2.5 目标探针及相关产物的合成

2.5.1 化合物1的合成

2.5.2 化合物2的合成

2.5.3 化合物3的和合成

2.5.4 化合物Ratio-Au的合成

2.5.5 化合物5的合成

2.5.6 化合物6的合成

2.5.7 化合物7的合成

2.6 探针分子的光谱性质研究

2.6.1 测试溶液的配制

2.6.2 水样中金离子的检测

2.6.3 眼霜精华液中金纳米的检测

2.7 结果与讨论

2.7.1 目标化合物及中间体的合成

2.7.2 滴定实验

2.7.3 时间曲线

2.7.4 选择性与竞争性实验

2.7.5 可逆性实验

2.7.6 产物的结构确定

2.7.7 初步分析应用

2.8 小结

第3章 香豆素-卟啉能量传递体系的合成及光谱研究

3.1 引言

3.2 荧光探针的设计思路

3.3 合成路线

3.4 试剂和仪器

3.4.1 仪器

3.4.2 试剂

3.5 实验部分

3.5.1 N-(2-氨基乙基)氨基甲酸叔丁酯的合成

3.5.2 2-[二(2-吡啶甲基)氨基]乙基氨基甲酸叔丁酯的合成

3.5.3 N,N-二(2-吡啶甲基)乙二胺的合成

3.5.4 7-乙酸酯基-3-(4-甲基)苯基香豆素的合成

3.5.5 7-正丁氧基-3-(4-甲基)苯基香豆素的合成

3.5.6 7-正丁氧基-3-(4-甲酰基)苯基香豆素的合成

3.5.7 化合物3的合成

3.5.8 化合物4的合成

3.5.9 化合物5与化合物A的合成

3.5.10 化合物7与探针分子C的合成

3.6 探针分子的光谱性质研究

3.6.1 测试溶液的配制

3.7 结果与讨论

3.7.1 目标化合物及中间体的设计与合成

3.7.2 不同水的比例对化合物C的荧光强度的影响

3.7.3 滴定实验

3.7.4 化合物C对金属离子的选择性研究

3.7.5 络合物中探针C与金属离子化学计量比的研究

3.7.6 控制实验

3.8 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