以离子识别和生物学作用为导向的强双光子效应嘧啶衍生物的设计合成

摘要

双光子诱导荧光材料的研究已经涉及到化学、物理学、生物学等诸多学科，引起了人们极大的兴趣，是当前非线性领域应用范围最广的材料之一。本论文在全面调研国内外嘧啶类双光子荧光材料的研究历史和现状的基础上，选择2-碘-4，6-二甲基嘧啶为中心吸电子基团，设计、合成了八种弯曲型共轭嘧啶衍生物，从理论和实验上研究了所得材料的单、双光子光学性质，进行了此类双光子材料的应用探索，并结合理论计算进行验证，得到了一系列有科学价值的结果。主要研究内容如下：
　　 一、系列弯曲型嘧啶衍生物的合成、结构及光物理性质
　　 通过多步有机反应，高产率合成了8种弯曲型嘧啶衍生物，并用红外、质谱、核磁、元素分析等手段对中间体和目标化合物进行了表征，并通过单晶X-射线衍射解析了其中两种嘧啶衍生物的结构，解析结果表明，此类分子具有高度共轭的结构特征，有利于电子交流。系统的光物理性质研究表明，它们的单光子荧光和双光子荧光具有相同的趋势，双光子吸收截面随着项端取代基吸电子能力的增加产生规律性变化。
　　 二、2-氯甲基嘧啶衍生物对金属离子的识别特性
　　 系统研究嘧啶与多种金属离子作用的单光子荧光性质发现，2-氯甲基嘧啶衍生物对Fe3+有特殊的光学效应，可以作为光化学传感器。利用密度泛函计算方法对传感器与金属离子结合的机理进行了模拟，结果表明增强金属离子诱导作用所引起的电子给体与受体之间的相互作用是影响光化学传感器单光子光物理性质变化的重要因素。
　　 三、2-咪唑基嘧啶衍生物对DNA识别特性
　　 以2-咪唑基嘧啶衍生物为研究对象，研究了它与DNA结合的性能，发现该嘧啶衍生物与DNA结合速度慢，主要靠静电引力与DNA分子发生作用；配位环境的微小变化能极大地影响化合物与DNA的结合性能，弱的位阻效应有利于嘧啶分子嵌入DNA结构，影响其结合模式。这些特性表明该嘧啶衍生物可以作为识别DNA的荧光探针。