文档介绍：湖南大学
硕士学位论文
几种新型荧光分子探针的合成及性能研究
姓名:顾峥
申请学位级别:硕士
专业:有机化学
指导教师:向建南
2010-03
博士学位论文
摘要
本论文研究分为两个阶段。第一阶段是在湖南大学“985”专项基金项目平台
下重点研究了有机荧光分子探针的设计合成及性能研究;第二阶段是在大学研究生联合培养项目平台下重点研究了纳米荧光探针的合成、
性能研究及在生物医学上的应用。
第一部分:几种基于 DPA 基团的有机荧光分子探针的设计、合成及性能研究
在第一部分中,首先概述了荧光探针研究的历史、现状和最新进展,探讨了
这类电子转移反应的实际应用。分子荧光具有许多特殊性质,比如灵敏度高、响
应快、可以在单分子水平上和远距离监测、易于实现人-分子之间的联系等等。同
其它材料相比,有机分子有更好的可设计性和可裁接性,因此新型有机分子荧光
探针的开发研究已成为人们关注的热点,设计、合成性能优异的有机分子是开发
研究中的重要组成部分。我们不仅充分探讨了设计荧光分子探针时所遵循的原则
性,而且更进一步强调了合成的简便性和易于向多种领域衍生的可能性。鉴于目
前人们生活中对金属离子检测的迫切需要,由此本论文确定的研究目标是发展高
量子产率的荧光分子探针并探讨它在多个领域的应用。本部分主要通过有机偶联
的方法设计合成了几种化学荧光探针,研究了它们对不同金属离子检测的选择性
以及检测的灵敏度。
(1) 芘是一种具有强荧光活性的芳香烃有机物,荧光特性和光敏感性在光化学
反应中起着重要作用。同时它易于合成多种衍生物,通过胺化还原反应连接 DPA
基团,有助于整个荧光分子探针的亲水性质。对于一个荧光分子探针而言,DPA
基团的链状敞开式结构使它能够快速与金属离子络合,保证检测的实时性。不仅
便于分子在水溶液中的应用,而且为分子探针的进一步衍生和固载提供了反应活
性基团,将有可能固载于聚酯、聚醚、烯烃共聚物上做成传感器器件。设计合成
了一种基于 PET 过程作用原理的芘型 DPA 荧光分子探针。作为表征介质极性的荧
光探针,能够快速与金属离子络合,保证检测的实时性。在 300 nM 的检测水平上,
对于荧光探针分子 Zn2+和 Cd2+明显要优于其它金属离子溶液,在 Zn2+为 0~
µM 范围内的检测限达到 µg/L,并对 Zn2+拥有良好的单一选择性响应。同时
该荧光分子探针对 pH 值的不敏感性,可避免生物体受到外界刺激后引起 pH 值变
化,有应用于生物体系的发展前景。
II
几种新型荧光分子探针的合成及性能研究
(2) 二苯乙烯由于具有较好的平面性、共轭性而成为常见的共轭桥,根据其特
点设计的荧光分子探针将具备分子相对较小,既有亲脂性又有亲水性,有在各种
不同环境检测中进行测定的可能。通过设计期望这种探针分子能够克服传统有机
荧光分子探针水溶性不好、工作光谱不在可见光区、选择性不高的缺点。设计合
成了一种基于ICT过程的二苯乙烯型DPA荧光探针分子。斯托克斯位移较大(74~
130 nm),可避免吸收光谱干扰发射光谱,从而提高测试的灵敏度与准确性。在
2+ +
DMSO/H2O (10/90, v/v)/H2O (10/90, v/v)体系中Cu 和Cu 表现了对该荧光
探针分子优良的灵敏度,在Cu2+为0~ µM范围检测限达到25 nM,并对铜离子
拥有良好的单一选择性响应,使荧光分子传感与检测真正成为一类常规的水质检
测技术。
(3) 含有杂原子的苯并噻唑作为一类电致发光材料显示了独特的优势,同时其
结构易于调整,可以通过引入双键、苯环等不饱和基团、以及各种生色团来改变
共轭程度。改变材料的发光波长,其发光波长可以覆盖整个可见光范围,从而能
衍生出更多的荧光分子探针结构来。设计合成了一种基于 ICT 过程的苯并噻唑型
2+ 3+
DPA 荧光探针分子。在/H2O (10/90, v/v)体系中 Sn 和 Fe 表现了对该荧光
探针分子优良的荧光猝灭效果,在 Sn2+为 0~ µM 范围内检测限达到 134 nM,
并对 Sn2+拥有良好的单一选择性响应。这种荧光分子探针的开发具有较好的应用
价值和发展前景。
(4) 异维A酸是一种含芳香环的单双键交替的π共轭体系药物分子,存在着单双
键交替结构的异变性,但是该分子的缺点是共轭的萜烯链结构末端缺少荧光团的
存在,同时分子的共平面性和共轭程度也不甚理想。另外,传统的炔键形成往往
要涉及到羧基保护与脱保护步骤,而研究出一种新型无铜Sonogashira偶联方法用