【摘要】：羅丹明染料具有摩爾吸光系數(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性好、生物兼容性好等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于各種熒光探針的設(shè)計(jì)研究中。由于大部分羅丹明類染料的吸收和發(fā)射波長處于不適合用于活體成像的可見光區(qū)域(500-600 nm),因此采用新的設(shè)計(jì)合成策略來發(fā)展吸收和發(fā)射波長延長到深紅至近紅外區(qū)域的氧雜蒽熒光染料,并使其滿足于生物熒光標(biāo)記或者活體動(dòng)物熒光成像檢測(cè)是至關(guān)重要的。本論文在系統(tǒng)總結(jié)現(xiàn)有文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,利用增大羅丹明π-共軛體系的方法,采用全新設(shè)計(jì)合成策略,設(shè)計(jì)合成了一系列吸收和發(fā)射波長位于深紅至近紅外區(qū)域的新型氧雜蒽熒光染料,并系統(tǒng)研究它們的光譜性質(zhì)、生物相容性及在熒光探針設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。通過兩步連續(xù)的Friedel Crafts�；磻�(yīng),成功合成了具有雙螺環(huán)控制吸收和熒光信號(hào)的熒光染料S1和S2。S1和S2具有以萘為橋聯(lián)基,并融合了羅丹明和二羥基熒烷結(jié)構(gòu)屬性的特點(diǎn)。在甲醇溶液中,利用加入外界刺激物如酸、堿、金屬離子后,染料的兩個(gè)螺環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)可以選擇性的“開-關(guān)”這一特性,可以成功地調(diào)控染料的吸收和熒光光譜性質(zhì)。相反,在中性和堿性水溶液中,染料S1和S2的兩個(gè)螺環(huán)結(jié)構(gòu)完全打開,最大發(fā)射波長610 nm,較傳統(tǒng)羅丹明染料有很顯著的紅移。利用S1和S2在甲醇溶液中對(duì)酸和堿刺激所引起紫外/可見吸收光譜的變化,成功構(gòu)建了兩個(gè)可以進(jìn)行二進(jìn)制減法運(yùn)算的半減器分子器件。由于染料在水相中的雙螺環(huán)開環(huán)特性,以及良好的細(xì)胞膜透性,S1和S2可以選擇性定位于細(xì)胞的線粒體中,因此S1和S2可以作為線粒體的靶向定位探針。利用分子內(nèi)芳香氫的親核取代反應(yīng)(S_NAr~H)的設(shè)計(jì)策略,成功地合成了以羅丹明為模板融合苯并VA嗪的熒光染料RO1。該設(shè)計(jì)策略所使用的S_NAr~H反應(yīng)無需使用昂貴的金屬催化劑、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑,并且反應(yīng)溫度低。為探索供電子基團(tuán)、吸電子基團(tuán)和進(jìn)一步增大π-共軛體系對(duì)分子內(nèi)芳香氫的親核取代反應(yīng)(S_NAr~H)的影響和對(duì)合成染料光譜性質(zhì)的影響,我們分別設(shè)計(jì)并成功合成了吡啶VA嗪替代苯并VA嗪的RO2,具有供電子基團(tuán)甲氧基的RO3和RO4,以及六個(gè)芳香環(huán)共軛的稠合羅丹明染料RO5,該結(jié)果表明我們采用的S_NAr~H策略在合成大共軛氧雜蒽染料方面具有一定的普適性。氧雜蒽染料RO1-RO5的最大熒光發(fā)射波長均650 nm,較羅丹明有顯著的紅移。以RO1和RO2為例,詳細(xì)開展了這類染料的光穩(wěn)定性、生物相容性、溶酶體靶向定位能力等研究工作;并以RO1為原料,通過在其螺環(huán)內(nèi)酯位置進(jìn)行修飾,合成了四個(gè)能夠分別檢測(cè)Hg~(2+)和Cu~(2+)的探針,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)離子高選擇性和靈敏性的識(shí)別;通過在VA嗪氮原子上引入嗎啉基團(tuán),成功地合成了能夠?qū)θ苊阁w進(jìn)行定位的染料RO1-MPL。在利用S_NAr~H策略成功設(shè)計(jì)合成氧雜蒽染料RO1-RO5的基礎(chǔ)上,我們利用該策略將芳香噻嗪結(jié)構(gòu)引入氧雜蒽染料中,并利用硫原子對(duì)次氯酸響應(yīng)的特性,成功獲得了次氯酸熒光探針RS1和RS2。由于硫原子的引入,RS1和RS2發(fā)射波長進(jìn)一步紅移(700 nm)。當(dāng)探針和次氯酸作用后,其熒光發(fā)射波長發(fā)生藍(lán)移(~590nm)。因此,RS1和RS2可作為檢測(cè)次氯酸的比率熒光探針;而且探針具有很好的光穩(wěn)定性和對(duì)溶酶體的靶向定位功能,可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)溶酶體中次氯酸的比率熒光成像檢測(cè)。利用2-氨基苯酚被ClO~-氧化為鄰-醌亞胺原理,以在合成近紅外熒光染料過程中得到的中間體4X作為熒光探針,成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)ClO~-的高的選擇性檢測(cè),同時(shí)探針4X可用于細(xì)胞內(nèi)ClO~-的熒光成像檢測(cè)。受探針4X的啟發(fā),我們將探針4X上2-氨基苯酚的氧原子用氮原子替代,設(shè)計(jì)合成了以鄰苯二胺為反應(yīng)位點(diǎn)的NO熒光探針ROPD。該探針對(duì)NO具有選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),探針可以在不同細(xì)胞系中實(shí)現(xiàn)外源和內(nèi)源性NO的熒光成像檢測(cè)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O657.3
【圖文】：

波長位于近紅外區(qū)域的熒光染料一直是研究的熱點(diǎn)。羅丹明類熒光染料是一類氧雜蒽染料，主要是由 3 和 6 位氨基取代的氧雜蒽環(huán)和9位所連接的芳環(huán)兩個(gè)部分組成，最常用的幾種羅丹明染料結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，染料主要區(qū)別在于氧雜蒽上氨基的取代基不同。羅丹明分子中有較大的 π-共軛體系，并且具有剛性共平面結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)的熱運(yùn)動(dòng)較少，激發(fā)態(tài)的能量損耗較低，因此具有較高的熒光量子效率。羅丹明于 1905 年由 Noelting 和 Dziewonsky 首次合成[42]，目前該染料已被廣泛的用于許多研究領(lǐng)域，如用作染料激光器中的激光介質(zhì)及生物研究中的熒光標(biāo)記物等[43-44]，并且因其具有摩爾吸光系數(shù)大，熒光量

及生物兼容性好等優(yōu)勢(shì)[34]，羅丹明已羅丹明染料的另一個(gè)重要特征是它們的分子轉(zhuǎn)換。以羅丹明 B 為例，如圖 1-3 所示，羅被破壞，因此在可見光區(qū)是沒有吸收和熒光生強(qiáng)烈的吸收和熒光發(fā)射，因此通過控制羅丹料的熒光信號(hào)。利用此種熒光信號(hào)的轉(zhuǎn)變，領(lǐng)域。圖 1-2 氧雜蒽和經(jīng)典羅丹明染料結(jié)構(gòu)圖[45] Molecular structures of xanthene and classic rhodamine

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉鳳喜;李志東;李娜;張洪林;劉丹;酒井裕司;;Fenton法中的羥基自由基的測(cè)定技術(shù)簡介[J];廣東化工;2007年11期

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1 袁林;新型氧雜蒽類熒光染料與熒光探針的設(shè)計(jì)、合成與成像應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2726303