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花菁素、长沙染料和菲咪唑衍生物的合成及光谱性质研究

作　者: 李卫领
导　师: 林伟英
学　校: 湖南大学
专　业: 有机化学
关键词: 荧光探针花菁素 pH 近红外长沙染料菲咪唑
分类号: O657.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

荧光探针是是一种极好的生物分子传感器,具备灵敏度高，反应时间迅速等特点。近年来，随着生命科学的快速发展，荧光探针在核酸、蛋白质、细胞及免疫分析等方面发挥了重要很大作用。随着有机荧光探针的合成及应用技术的持续改进，人们对有机荧光化合物的认识和研究也不断深入，有机荧光探针的发展前景将越来越广阔。花菁素染料具有光谱范围广、摩尔消光系数高等良好的特性，在荧光探针方面具有得天独厚的优势。长沙染料是一类具有罗丹明类化合物性质的近红外染料，具有荧光性能好，稳定性高等优点,能有效避开生物样品的自吸收及自发荧光所造成的背景干扰，是一种用于设计荧光探针的优异的荧光团。菲咪唑类化合物具有stoke位移大，荧光强等优点，近年来广泛用于荧光探针的设计中。第一章，简单介绍了光诱导电子转移（PET）过程探针的设计原理，然后介绍了花菁染料在pH荧光探针方面的应用和长沙染料及菲咪唑类化合物在荧光探针方面的研究进展。第二章，我们基于花菁素染料和PET过程合成了2个氮取代花菁素衍生物以及2个异构化产物，还研究了它们之间的转化机理，测试比较了它们的光谱性质，并通过核磁氢谱碳谱以及质谱对它们的结构进行了确认。四个氮取代染料的斯托克斯位移均比较大，都大于100nm，吸收发射光谱均变宽而且荧光信号弱，分子内确实发生了PET现象，并进一步研究了花菁素衍生物对pH响应的光谱性质，发现其中三种对pH均有很好的响应效果，均是荧光信号增强探针，紫外吸收波长都有很大红移，结果表明这三种pH探针有望用于生物分析应用研究中。第三章，根据汞离子的亲硫亲炔性，以及长沙近红外染料的开关环性质设计了一个高选择性荧光增强的化学计量型荧光探针。此探针对汞离子的响应具有选择性和灵敏度高，荧光增强倍数大，检测下限低，抗干扰能力强及响应时间短等优点，并进行了生物细胞成像。还通过核磁滴定和质谱分析研究了汞离子的响应机理，结果表明汞离子具有催化成环作用。第四章，基于置换型探针设计原理，以菲咪唑染料为平台，8-羟基喹啉为铜离子配体设计出了一个硫化氢荧光增强探针。此探针表现出了对硫化氢的高选择性响应，还具有反应时间短，应用pH值范围广等优点。这种利用铜离子淬灭荧光和硫阴离子恢复荧光的置换策略将能够广泛应用在其它阴离子探针的设计中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-22
  1.1 光诱导电子转移（PET）介绍  11-13
  1.2 荧光探针的设计原理  13-15
  1.3 花菁素染料  15-18
    1.3.1 花菁染料简介  15-16
    1.3.2 花菁素染料在 pH 探针方面的应用  16-18
  1.4 长沙染料简介  18-20
    1.4.1 长沙染料在生物探针方面的应用  19-20
  1.5 咪唑类化合物  20-21
  1.6 本论文的研究工作  21-22
第2章基于花菁素染料的 pH 探针合成及光谱研究  22-49
  2.1 引言  22-23
  2.2 仪器和试剂  23
    2.2.1 仪器  23
    2.2.2 试剂  23
  2.3 目标化合物及中间体的合成  23-33
    2.3.1 花菁素染料母体合成  23-25
    2.3.2 中间体的合成  25-30
    2.3.3 目标化合物的合成  30-33
  2.4 花菁素染料的光谱性质的测定  33
  2.5 结果与讨论  33-48
    2.5.1 目标化合物的合成  33-34
    2.5.2 花菁素染料本身光谱性能的研究  34-38
    2.5.3 化合物 5 作为 pH 探针的光谱性质  38-42
    2.5.4 化合物 8 作为 pH 探针的光谱性质  42-45
    2.5.5 pH 对化合物 6,9 的影响的光谱性质  45-47
    2.5.6 花菁素染料作为 pH 探针的反应机理研究  47-48
  2.6 小结  48-49
第3章基于长沙染料 Hg2+荧光增强探针的合成及成像  49-63
  3.1 前言  49
  3.2 设计思路  49-50
  3.3 仪器与试剂  50
  3.4 目标探针的合成与表征  50-52
    3.4.1 长沙染料炔丙胺(3a)的合成  50-51
    3.4.2 探针 CS-Hg 的合成  51-52
  3.5 探针 CS-HG 对汞离子识别的荧光光谱检测  52-54
    3.5.1 汞离子的浓度对探针光谱变化的检测  52
    3.5.2 探针对不同金属离子的选择性光谱检测  52-53
    3.5.3 共存离子对探针选择性影响的光谱检测  53
    3.5.4 探针 CS-Hg 对汞离子随时间响应关系的光谱检测  53
    3.5.5 探针 CS-Hg 对汞离子响应受 pH 值影响的光谱检测  53
    3.5.6 检测下限的计算  53
    3.5.7 细胞培养和成像  53-54
  3.6 结果与讨论  54-62
    3.6.1 探针 CS-Hg 识别汞离子的光谱性质  54
    3.6.2 探针 CS-Hg 对汞离子定量检测的依据  54-55
    3.6.3 探针 CS-Hg 对汞离子的选择性和竞争性实验  55-57
    3.6.4 时间对探针 CS-Hg 与汞离子作用的影响  57
    3.6.5 pH 值的影响  57-58
    3.6.6 探针 CS-Hg 对汞离子识别的机理研究  58-60
    3.6.7 探针 CS-Hg 对汞离子响应行为的理论解释  60-61
    3.6.8 细胞中汞离子生物成像  61
    3.6.9 目标化合物的合成  61-62
  3.7 小结  62-63
第4章高选择性硫化氢荧光增强传感器  63-75
  4.1 前言  63-64
  4.2 设计思路  64
  4.3 仪器与试剂  64
  4.4 目标产物及其中间体的合成和表征  64-65
    4.4.1 反应中间体 8-羟基喹啉二甲醛（4a）的合成  64-65
    4.4.2 目标化合物菲咪唑-8-羟基喹啉（L）的合成  65
  4.5 探针对硫阴离子识别的光谱检测  65-66
    4.5.1 铜离子浓度对化合物 L 光谱变化的检测  65-66
    4.5.2 L-Cu 配合物对不同物质选择性的光谱检测  66
    4.5.3 密度泛函理论计算  66
  4.6 结果与讨论  66-74
    4.6.1 化合物 L 对铜离子滴定的紫外和荧光光谱  66-68
    4.6.2 L-Cu 配合物对 S2 响应的荧光光谱  68-69
    4.6.3 L-Cu 配合物对各种阴离子的选择性响应  69-70
    4.6.4 L-Cu 配合物对硫阴离子响应时共存离子的影响  70-71
    4.6.5 pH 对 L-Cu 配合物检测硫阴离子的影响  71
    4.6.6 L-Cu 配合物对硫阴离子识别的机理探讨  71-73
    4.6.7 H_2S 荧光探针之间的对比  73-74
  4.7 小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-85
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  85-86
附录 B 合成化合物一览表  86-87
附录 C 部分化合物核磁和质谱图  87-96
致谢  96

花菁素、长沙染料和菲咪唑衍生物的合成及光谱性质研究

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