香豆素类染料的设计、合成及作为离子光学探针的应用

摘要

分子识别是超分子体系的三大基本功能(分子识别、分子输运、化学反应)之一,其中心任务是在分子水平上设计和合成能对特定目标物种进行选择性识别的化学传感器。过渡金属离子和常见阴离子由于它们在化学,环境,生物,医学等领域起着的重要作用,利用光学探针对它们进行检测已成为目前国际前沿性研究的热点之一。香豆素是一种性能优越的染料,其系列衍生物通常具有较大的摩尔吸光系数及较高的量子产率,作为荧光标记物,分子生物学和医学领域己有广泛的应用。本文在前人的工作基础和本实验室已有的条件上,利用ICT原理,以香豆素为信号团发展了几种过渡金属离子和常见阴离子传感体系,光谱特性优越,具有良好的理论价值和应用前景。本论文共分四章,分别包括以下主要内容:
　　 第一章为绪论。首先简单介绍了光学分子探针的基本概念和设计原理,然后重点介绍了基于ICT原理设计的分子光学传感器的研究现状和香豆素类化合物作为过渡金属离子和常见阴离子的光学探针研究进展:最后,对这些相关研究进行分析总结,结合本实验室的条件和工作基础,提出本论文的研究设想。
　　 第二章发展了一种新的策略来增强化学计量器的比值荧光,通过修饰信号团的电子结构来调节分子内的ICT过程,进而达到与待测物发生作用前后荧光比值大的变化。为了证明上述策略的有效性,本章中以香豆素为母体对其结构进行修饰,设计合成了化合物1。研究了化合物1与Fe3+离子作用的光谱性质,并对其机理进行了初步的探讨,最后证明了上述方法的有效性,具有广泛应用性。
　　 第三章合理设计并合成了香豆素吡啶酮作为过渡金属离子比色探针,其与金属离子作用后,光谱发生了大的变化,波长红移到了可见光范围,可以用肉眼直接观测。本章中对香豆素吡啶酮与Cu2+离子,Ni2+离子,Cd2+离子相互作用的机理进行初步的探讨,发现吡啶上的N原子,羰基参加离子有配位,而香豆素环上的羰基没有参加对金属离子的配位。通过吡啶N原子和羰基金属离子作用后,增强了香豆素吡啶酮的7位二乙胺基到3位吡啶酮络合物的ICT过程,使得最大吸收波长红移。
　　 第四章设计合成了对碘离子荧光增强的探针。碘离子由于其重原子效应,能够淬灭荧光物质的荧光,利用直接的络合方式很难达到荧光增强的目的。本章利用碘离子与Cu2+离子氧化还原反应原理,结合第三章的工作基础,成功达到了对碘离子荧光增强的目的,加入4当量的碘离子(I-),荧光增强了20倍,且不受其它阴离子干扰,适合在环境检测中应用。