本文關(guān)鍵詞：基于萘酰亞胺和吩噻嗪的分子熒光探針在ROS和微環(huán)境檢測中的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：有機(jī)小分子熒光探針是一類基于熒光染料信號單元的熒光檢測材料。大部分有機(jī)小分子熒光探針具有優(yōu)異的熒光發(fā)光性質(zhì)、并且易于修飾、可以在紫外-可見-近紅外光區(qū)域通過合理的設(shè)計(jì)調(diào)控發(fā)光波長與量子效率。另外,相對于納米材料,有機(jī)小分子探針具有較低的毒性,較好的生物代謝性質(zhì),這些優(yōu)點(diǎn)使得其在環(huán)境監(jiān)測、生物活檢等許多方向發(fā)展出了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。本論文以分子量較小的吩噻嗪、萘酰亞胺等芳雜環(huán)熒光染料為母體,通過簡單的分子設(shè)計(jì),獲得在不同波段發(fā)光的熒光材料,并通過新的共軛體系構(gòu)建,提高熒光團(tuán)在聚集狀態(tài)下的發(fā)光強(qiáng)度。主要內(nèi)容和結(jié)果包括以下幾個(gè)方面:第一章簡介小分子熒光探針的產(chǎn)生、發(fā)展以及分子識別機(jī)理,通過對研究前沿的評述,提出本論文的基本設(shè)計(jì)思路與研究方法。第二章簡介了吩噻嗪熒光團(tuán)在聚集發(fā)光材料中的研究進(jìn)展,根據(jù)吩噻嗪的熒光發(fā)光特點(diǎn),提出了通過位阻基團(tuán)硼酸酯的引入實(shí)現(xiàn)新型吩噻嗪聚集發(fā)光材料的設(shè)計(jì),并根據(jù)吩噻嗪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了以位于吩噻嗪染料中心的硫原子作為次氯酸識別位點(diǎn)的比率型熒光探針(QC1)。合成并通過核磁、質(zhì)譜等手段表征了染料及其中間體,通過紫外和穩(wěn)態(tài)熒光光譜研究了材料的光物理性質(zhì)和聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)。在HEPES溶液體系下,探針QC1對次氯酸根離子具有高度的選擇性、靈敏度和較短的響應(yīng)速度。通過對相似的吩噻嗪染料母核與次氯酸的核磁、質(zhì)譜滴定,并通過二者的反應(yīng)純化出了次氯酸反應(yīng)后的產(chǎn)物,從而確定了QC1的探針工作原理。第三章設(shè)計(jì)并合成了基于4位偶聯(lián)的雙萘酰亞胺熒光染料BNAP,其中兩個(gè)萘酰亞胺部分是通過在4-溴-1,8-萘酰亞胺在鈀催化條件下與聯(lián)硼酸頻那醇酯的一步偶聯(lián)反應(yīng)高收率地合成出來的。萘酰亞胺單元是一個(gè)高效的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移單元,其自身在1,8位的內(nèi)酰亞胺結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)的吸電子作用,本章在其對位的4位上,通過引入共軛單元構(gòu)建了一個(gè)共軛體系可調(diào)節(jié)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移熒光轉(zhuǎn)子。在一般有機(jī)溶劑中,BNAP呈現(xiàn)分子狀態(tài),并通過分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)消耗激發(fā)態(tài)能量,其量子效率隨著溶劑的極性增加而快速降低。在高粘度環(huán)境中,由于轉(zhuǎn)子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用受到抑制,bnap在長波端的表現(xiàn)出強(qiáng)的熒光發(fā)射。另一方面,在水溶液當(dāng)中,bnap具有一般分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料所不具備的較強(qiáng)熒光,這是由于轉(zhuǎn)子型共軛單元在聚集時(shí)分子平面性較差,不會產(chǎn)生pp堆積,從而顯示出一定的聚集發(fā)光性質(zhì)。這一聚集發(fā)光性質(zhì)也通過對不同溶劑的熒光壽命實(shí)驗(yàn)得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。因此,bnap作為分子轉(zhuǎn)子,可以在發(fā)射波長和強(qiáng)度的這兩個(gè)參數(shù)上發(fā)生明顯的變化,這較普通的轉(zhuǎn)子型熒光黏度探針的單通道猝滅響應(yīng)更具優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上,通過對固定黏度體系的溫度變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),bnap顯示出對粘度相關(guān)的溫度變化的高靈敏性。因此可以用于產(chǎn)生黏度變化的溫度檢測領(lǐng)域,比如潤滑油質(zhì)量檢測和體液黏度炎癥檢測行業(yè)。第四章在前一章基礎(chǔ)上,通過?體系拓展的設(shè)計(jì)策略,設(shè)計(jì)并合成了三種具有不同推拉電子能力的萘酰亞胺的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料napb、napfb、nap-tba。通過核磁、質(zhì)譜對三個(gè)化合物及其中間體進(jìn)行了表征。通過吸收和穩(wěn)態(tài)熒光光譜研究了化合物在固體狀態(tài)和不同的溶液的光物理性質(zhì)。另外,通過對化合物在黏度、ph等微環(huán)境中的變化研究,比較了三個(gè)化合物與bnap在微環(huán)境監(jiān)測中的性質(zhì)差異。第五章通過相同的單鍵偶合設(shè)計(jì)策略,以給電子性質(zhì)的三苯胺為母核,通過suzuki偶聯(lián)反應(yīng),設(shè)計(jì)合成了d-?-a結(jié)構(gòu)的二吡啶三苯胺熒光染料。并進(jìn)一步通過knoevenagal縮合引入強(qiáng)吸電子的硝基乙烯單元,設(shè)計(jì)合成了一類對亞硫酸鹽具有顯著同步熒光響應(yīng)的熒光探針(dptpa2)。通過初步的光物理性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn),dptpa2在水溶液中可以輸出超過600nm的紅色熒光,這一現(xiàn)象也在粉末狀態(tài)時(shí)被我們發(fā)現(xiàn)。這一紅色熒光較dptpa2在普通有機(jī)溶液中的發(fā)射紅移很多,并且顯示出明顯的聚集發(fā)光現(xiàn)象。基于同步熒光光譜技術(shù),dptpa2的光譜顯示出對亞硫酸根陰離子的選擇性比率響應(yīng)。在加入了亞硫酸鹽后,同步熒光信號從474nm藍(lán)移到362nm,說明分子共軛體系縮小,這與亞硫酸根對?,?-不飽和體系的加成反應(yīng)結(jié)果相吻合。該加成反應(yīng)機(jī)理我們采用dptpa2的二甲胺基類似物與亞硫酸鈉反應(yīng),并采用了核磁與質(zhì)譜滴定來驗(yàn)證。與普通的熒光的方法相比,同步熒光方法具有完全獨(dú)立的雙重發(fā)射信號,更適合構(gòu)建比率型熒光探針體系。第六章由于半胱氨酸在生物體內(nèi)的重要作用,我們設(shè)計(jì)并研究了基于吩嗪的半胱氨酸熒光分子探針(phs)。選擇了吩噻嗪的類似物吩嗪作為熒光團(tuán),避免了吩噻嗪結(jié)構(gòu)中硫原子的氧化活性對半胱氨酸巰基的競爭。通過與上一章類似的親核反應(yīng)設(shè)計(jì),在吩嗪上引入氰基丙烯酸結(jié)構(gòu),通過氰基與羧基的強(qiáng)吸電子作用,增強(qiáng)?位碳原子的正電性,利于巰基化合物的親核進(jìn)攻效率。通過對羧基的活化,增加其捕獲氨基的能力。通過對PHS在緩沖液中的吸收、發(fā)射、激發(fā)光譜的研究發(fā)現(xiàn),PHS對半胱氨酸具有特異性響應(yīng),通過核磁和質(zhì)譜滴定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PHS對半胱氨酸的識別機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步將PHS應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)生物硫醇的檢測成像,獲得了Hela細(xì)胞中的硫醇分布成像圖,并通過NEM清除硫醇后驗(yàn)證了成像信號來自于PHS與半胱氨酸的反應(yīng)產(chǎn)物。第七章基于BODIPY熒光團(tuán)設(shè)計(jì)了一系列從可見光區(qū)到近紅外光區(qū)的熒光探針分子。通過以吲哚替代吡咯合成了半吲哚BODIPY紅光化合物BNB-1,BNB-2,并通過吸收、熒光光譜、熒光壽命光譜以及循環(huán)伏安測試研究了化合物的結(jié)構(gòu)、光譜性質(zhì)與溶劑極性的關(guān)系;通過引入對二甲氨基苯甲醛增加BODIPY的共軛,合成出了近紅外發(fā)射的BODIPY-PhOSi和BODIPY-DMA等化合物,并對其進(jìn)行了氟離子檢測方向的研究。第八章總結(jié)。
【關(guān)鍵詞】：熒光分子探針 聚集發(fā)光 吩噻嗪 萘酰亞胺 次氯酸 黏度溫度響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.3
【目錄】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 緒論17-56
• 1.1 引言17
• 1.2 熒光分子傳感器17-20
• 1.2.1 熒光分子傳感器的基本模型17-18
• 1.2.2 熒光分子傳感器的特點(diǎn)與發(fā)展18-20
• 1.3 近紅外熒光傳感器20-22
• 1.4 熒光分子傳感器的基本設(shè)計(jì)原理22-28
• 1.4.1 光致電子轉(zhuǎn)移（Photo-induced electron transfer, PET）22-24
• 1.4.2 分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（Intramolecular charge transfer, ICT）24-26
• 1.4.3 F?rst共振能量轉(zhuǎn)移(Fdrst resonance energy transfer, FRET)26-27
• 1.4.4 基于激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移體系的熒光探針(excited state intramolecular protontransfer, ESIPT)27-28
• 1.5 納米熒光探針28-33
• 1.5.1 量子點(diǎn)(Quantum dots)29
• 1.5.2 聚合物點(diǎn)(P-dots）29-31
• 1.5.3 AIE點(diǎn)(AIE-dots）31-32
• 1.5.4 上轉(zhuǎn)換的粒子(Upconversion Particles)32-33
• 1.6 AIE型熒光探針33-39
• 1.6.1 聚集誘導(dǎo)發(fā)光現(xiàn)象33-35
• 1.6.2 AIE型熒光探針的應(yīng)用35-39
• 1.6.2.1 在化學(xué)熒光傳感器上的應(yīng)用35-37
• 1.6.2.2 在生物探針上的應(yīng)用37-39
• 1.7 生物相關(guān)活性物質(zhì)、參數(shù)檢測39-54
• 1.7.1 活性氧(ROS)39-46
• 1.7.2 溫度和粘度46-48
• 1.7.3 亞硫酸根離子48
• 1.7.4 生物硫醇48-52
• 1.7.5 氟離子52-54
• 1.8 課題的提出54-56
• 第二章 基于吩噻嗪聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的次氯酸響應(yīng)性熒光比率探針56-78
• 2.1 引言56-58
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分58-60
• 2.2.1 化學(xué)試劑及儀器58
• 2.2.2 合成路線58-59
• 2.2.3 合成步驟59-60
• 2.2.3.1 化合物QC1-2 的合成59
• 2.2.3.2 化合物QC1的合成59-60
• 2.2.3.3 化合物3的合成60
• 2.3 結(jié)果與討論60-67
• 2.3.1 中間體與目標(biāo)化合物60-61
• 2.3.2 核磁及質(zhì)譜表征61-66
• 2.3.3 QC1及其前體的表征分析66-67
• 2.4 QC1的性質(zhì)67-76
• 2.4.1 QC1在固態(tài)和不同溶劑中的光物理性質(zhì)67-68
• 2.4.2 QC1的聚集態(tài)誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)（AIE）68-70
• 2.4.3 QC1對次氯酸根的檢測70-76
• 2.4.3.1 QC1的靈敏度70-72
• 2.4.3.2 QC1與次氯酸根的反應(yīng)機(jī)理研究72-74
• 2.4.3.3 QC1的選擇性74-75
• 2.4.3.4 對QC1傳感器工作原理的進(jìn)一步研究75-76
• 2.5 QC1的熒光量子效率76-77
• 2.6 本章小結(jié)77-78
• 第三章 基于雙聯(lián)萘酰亞胺的傳感器對環(huán)境粘度和溫度的檢測78-100
• 3.1 引言78-80
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分80-82
• 3.2.1 試劑及測試儀器80-81
• 3.2.2 合成路線81
• 3.2.3 合成步驟81-82
• 3.2.3.1 化合物NAP1的合成81-82
• 3.2.3.2 化合物BNAP的合成82
• 3.3 結(jié)果與討論82-99
• 3.3.1 設(shè)計(jì)、合成及特點(diǎn)82-84
• 3.3.2 核磁及質(zhì)譜表征84-89
• 3.3.3 BNAP的光物理性質(zhì)89-94
• 3.3.3.1 紫外可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜研究89-91
• 3.3.2.2 BNAP的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)91-94
• 3.3.4 BNAP的黏度響應(yīng)94-96
• 3.3.5 溫度誘導(dǎo)的粘度響應(yīng)探針96-99
• 3.4 本章小結(jié)99-100
• 第四章 基于萘酰亞胺的強(qiáng)熒光多色固體發(fā)光材料的合成與應(yīng)用研究100-127
• 4.1 引言100-101
• 4.2 材料合成與制備101-112
• 4.2.1 試劑及測試儀器101-102
• 4.2.2 材料合成制備步驟102-105
• 4.2.2.1 化合物NAPB的合成103
• 4.2.2.2 化合物NAPFB的合成103-104
• 4.2.2.3 化合物NAP-TBA的合成104-105
• 4.2.3 材料表征105-112
• 4.2.3.1 分子設(shè)計(jì)、合成及特點(diǎn)105-106
• 4.2.3.2 材料的表征106-112
• 4.3 化合物NAPB的性質(zhì)研究112-116
• 4.3.1 紫外可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜研究112-114
• 4.3.2 NAPB的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)114-116
• 4.4 化合物NAPFB的性質(zhì)研究116-121
• 4.4.1 紫外可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜研究116-118
• 4.4.2 NAPFB的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)118-119
• 4.4.3 NAPFB在不同p H和粘度中的熒光發(fā)射光譜研究119-121
• 4.5 化合物NAP-TBA的性質(zhì)研究121-125
• 4.5.1 紫外可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜研究121-122
• 4.5.2 NAP-TBA的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)122-124
• 4.5.3 NAP-TBA在粘度中的熒光發(fā)射光譜研究124-125
• 4.6 NAP-TBA在雙色淋巴成像方面的研究125-126
• 4.7 本章小結(jié)126-127
• 第五章 基于二吡啶三苯胺的同步熒光分子比率型探針對亞硫酸鹽的研究127-148
• 5.1 引言127-128
• 5.2 材料合成與制備128-138
• 5.2.1 試劑及測試儀器128
• 5.2.2 材料合成制備步驟128-131
• 5.2.2.1 DPTPA-CHO的合成129
• 5.3.2.2 DPTPA-NO2的合成129-130
• 5.2.2.3 DMA-NO2的合成130-131
• 5.2.2.4 DMA-NO2-SO的合成131
• 5.2.3 材料表征131-138
• 5.2.3.1 分子設(shè)計(jì)、合成及特點(diǎn)131-132
• 5.2.3.2 材料的表征132-138
• 5.3 DPTPA2的光物理性質(zhì)研究138-142
• 5.3.1 DPTPA2的普通熒光發(fā)射光譜和同步熒光光譜研究138-141
• 5.3.2 DPTPA2的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性質(zhì)141-142
• 5.4 探針性質(zhì)研究142-147
• 5.4.1 反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)和機(jī)理142-145
• 5.4.2 傳感特性145-147
• 5.5 本章小結(jié)147-148
• 第六章 基于吩嗪的近紅外化學(xué)傳感器對半胱氨酸的研究及應(yīng)用148-160
• 6.1 引言148-149
• 6.2 化學(xué)傳感器PHS的研究性質(zhì)149-151
• 6.2.1 試劑及測試儀器149-150
• 6.2.2 緩沖溶液及儲備液的配置150
• 6.2.3 檢測限150
• 6.2.4 活細(xì)胞成像150
• 6.2.5 細(xì)胞毒性150-151
• 6.3 結(jié)果與討論151-159
• 6.3.1 光物理和動態(tài)性能151-152
• 6.3.2 反應(yīng)機(jī)理的研究152-154
• 6.3.3 傳感特性的研究154-157
• 6.3.4 PHS的生物傳感特性與MTT實(shí)驗(yàn)157-159
• 6.4 本章小結(jié)159-160
• 第七章 氟硼二吡咯及雙氟硼二吡咯結(jié)構(gòu)熒光團(tuán)的研究160-179
• 7.1 引言160
• 7.2 對三種不同BODIPY染料的性質(zhì)研究160-178
• 7.2.1 化合物BNB-1 和BNB-2 的研究160-163
• 7.2.2 基于BODIPY衍生物的氟離子熒光比例探針的研究163-172
• 7.2.3 化合物BODIPY-DMA的研究172-178
• 7.3 本章小結(jié)178-179
• 第八章 總結(jié)179-181
• 參考文獻(xiàn)181-191
• 附錄191-195
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果195-197
• 致謝197-198

  本文關(guān)鍵詞：基于萘酰亞胺和吩噻嗪的分子熒光探針在ROS和微環(huán)境檢測中的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：298140