新型小分子荧光探针的设计、合成光学性质及应用研究

摘要

pH作为细胞健康的一个重要指标，在细胞生长，扩散，凋亡，自噬，离子运输，以及其他细胞过程中起着重要作用。其微小变化便可能导致细胞功能紊乱和严重疾病，如大肠癌，乳腺癌，囊性纤维化，神经退行性疾病甚至阿尔茨海默氏症。尽管酸性细胞器对生命活动发挥着至关重要的作用，但是目前对于酸性细胞器内pH的研究还不够深入。为此，开发理想的酸性pH探针，检测细胞内H+的浓度以及分布对研究细胞的生理、病理过程具有极为重要的意义。
　　汞离子在工业生产，药物制备以及化妆品研发过程中发挥着极其重要的作用。同时，作为环境污染物之一，汞离子污染主要源于汞合金，燃煤电厂，垃圾焚烧以及商业化生产过程中排放的粉尘等等。鉴于汞离子的广泛应用和对身体、环境的危害，选择合适的方法检测和回收汞离子已经迫在眉睫。
　　肼可用于制备多种药物和高分子聚合物，也是航天航空事业中常用的高能燃料，但同时作为一种极毒的化学品，肼很容易被人体吸收而引发肾、肺以及中枢神经系统疾病。因此研发一种灵敏性高的方法实现对肼的选择性检测对研究细胞的生理病理过程意义重大。
　　结合被检测物质本身的性质和常见荧光团的结构以及发光特点，本文分别以罗丹明、丹磺酰和香豆素荧光团为母体设计合成了用于检测pH、Hg2+和小分子肼的荧光探针，对其光学性质做了进一步探究，并致力于研究探针在细胞或水样中的实际应用。具体内容包括以下三部分:
　　1.基于罗丹明B荧光团的pH探针的合成、光学性质及应用研究
　　我们利用酸性条件诱导罗丹明的螺环打开，恢复其共轭结构从而发出荧光的特点设计合成了两个基于罗丹明B荧光团的弱酸性pH探针。首先，我们在探针中引入饶丹宁结构，以减弱碱性效应对检测结果的影响，得到了一个pKa=4.85的pH探针。该探针的荧光强度对pH变化极其灵敏，并且在pH=4.2-5.2范围内具有很好的线性关系。为了增强探针的水溶性和探针在酸性条件下开环的灵敏性，我们在探针中引入正电荷，合成了一个季铵盐形式的pH探针，很大程度上提升了探针的性能。两个pH探针的荧光成像显示二者均具有较好的细胞膜渗透性，可以真实的反映出活细胞中溶酶体pH值的变化，具有潜在应用价值。
　　2.基于丹磺酰类荧光团的Hg2+探针和肼探针的合成、光学性质及应用研究
　　我们首先以丹磺酰荧光团为母体，结合氮原子和氧原子对Hg2+的强螯合能力合成了Hg2+荧光探针，并成功用于黄河水样中Hg2+的检测。又利用丹磺酰荧光团的光学优势和Gabriel反应机理设计了肼荧光探针，该探针肼解产生具有强荧光的丹磺酰胺，并伴随荧光发射波长由475 nm红移至512 nm，溶液颜色由黄色变成无色，实现了比色法检测肼。为了推广探针的实际应用，我们利用薄层色谱法成功实现了对气态肼的检测。除此之外我们还考察了水样和HeLa细胞中肼的含量，均得到了理想的效果。
　　3.基于香豆素类荧光团的肼探针的合成、光学性质及应用研究
　　我们利用乙酰基香豆素与三氟乙酸乙酯反应得到了一个新型的肼荧光探针，弱酸性条件下，探针可以选择性的检测溶液中的肼和气态肼的存在，而不受环境中其他共存物质的干扰，具有极高的灵敏性和选择性。检测限为8.32 ppb(2.6×10-7 M)，满足美国环保署对饮用水中肼含量的要求(＜10 ppb)。加入肼以后，探针溶液的颜色由裸眼可见的浅绿色变为浅蓝色，实现比色法检测肼。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 荧光探针的结构及识别机理

1．2．1 光诱导电子转移(PET)机理

1．2．2 分子内电荷转移(ICT)机理

1．2．3 荧光共振能量转移（FRET）机理

1．2．4 跨键能量转移(TBET)机理

1．2．5 荧光探针的其他识别机理

1．3 基于常见荧光团的小分子荧光探针的研究进展

1．3．1 基于罗丹明类荧光团的小分子荧光探针

1．3．2 基于丹磺酰类荧光团的小分子荧光探针

1．3．3 基于香豆素类荧光团的小分子荧光探针

1．3．4 基于BODIPY类荧光团的小分子荧光探针

1．3．5 基于川菁类荧光团的小分子荧光探针

1．3．6 1，8-萘甲酰亚胺类生物硫醇荧光探针

1．3．7 基于吡唑啉类荧光团的小分子荧光探针

参考文献

第二章 基于罗丹明B类荧光团的pH荧光探针的合成、光学性质及应用研究

2．1 引言

2．2 基于罗丹明和饶丹宁型pH探针的合成、光学性质及应用研究

2．2．1 合成路线

2．2．2 实验部分

2．2．3 结果与讨论

2．2．4 小结

2．3 基于罗丹明和季铵盐型pH探针的合成、光学性质及应用研究

2．3．1 合成路线

2．3．2 实验部分

2．3．3 结果与讨论

2．3．4 小结

参考文献

第三章 基于丹磺酰类荧光团的H92+荧光探针和肼荧光探针的合成、光学性质及应用研究

3．1 引言

3．2 基于丹磺酰类荧光团的H92+探针的合成、光学性质及应用研究

3．2．1 合成路线

3．2．2 实验部分

3．2．3 实验结果与讨论

3．2．4 小结

3．3 基于丹磺酰类荧光团的肼探针的合成、光学性质及应用研究

3．3．1 合成路线

3．3．2 实验部分

3．3．3 结果与讨论

3．3．4 小结

参考文献

第四章 基于香豆素类荧光团的肼荧光探针的合成、光学性质及应用研究

4．1 引言

4．2 合成路线

4．3 实验部分

4．3．1 实验试剂及仪器

4．3．2 气态肼的检测

4．3．3 荧光探针CF的合成与结构表征

4．4 结果与讨论

4．5 小结

参考文献

附录

硕士期间发表的学术论文

致谢