基于香豆素和喹啉母体的小分子荧光化学传感器的研究

发布时间：2017-04-12 06:22

  本文关键词：基于香豆素和喹啉母体的小分子荧光化学传感器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：荧光化学探针是一种用于检测生物体内金属离子、小分子的浓度的重要工具。近年来,荧光探针获得了越来越多的关注,由于具有灵敏度高、高选择性、实现简单、价格便宜、实时检测和好的生物应用前景等诸多优点,荧光化学探针成为了一种有效的检测工具被广泛应用于许多领域,比如材料科学、环境科学以及生命科学等。现如今,随着双光子显微镜(TPM)在生物医学等领域的研究中得到重要应用,双光子荧光探针获得了越来越多人的青睐。相比于传统的单光子荧光探针来说,双光子荧光探针不仅具有好的空间定位能力,更低的光致毒性和光漂白,而且穿透力更强,能够应用到深层组织的成像中。硫化氢是一种重要的信号小分子,但同时硫化氢也是世界公认的有毒气体,生物中的硫化氢通常产生于哺乳动物细胞质基质和线粒体,H2S对心血管系统和神经系统表现出重要的影响,它参与了生命体各种各样的生理过程,因此,检测生物体系中的H2S对于理解硫化氢的生理学和病理学功能具有相当大的意义。肼作为火箭燃料和低功率单元燃料同时肼是一种重要的工业用品,N2H4及其衍生物是一个高活性基础和强还原剂,作为一种重要的反应物广泛应用于制药、农药、摄影化学品、乳化剂和燃料在各种各样的化学工业中,工业上化学起泡剂和加热系统的防腐剂通常也有N2HH4的存在。然而,水合肼具有相当大的毒性作用,能够对肝、肺、肾脏等带来严重的损伤,甚至能够引起基因突变和癌症等疾病。虽然没有内生的水合肼在活细胞中,但是它容易通过口试、皮肤接触或吸入途径的暴露被吸收从而对活细胞造成伤害。因此,对水合肼进行更快速有效的检测同样具有十分重要的研究意义。本文在研究了大量文献和本课题组工作的基础上,分别基于香豆素母体和喹啉母体设计出了一个选择性识别H2S和N2H4的荧光探针CNHS和TNQ,并且通过了核磁氢谱(1HNMR)、核磁碳谱(’3CNMR)和ESI质谱等众多方式成功表征了探针分子。其中,TNQ是基于分子内电荷转移(ICT)机理的双光子荧光化学探针,不仅可以检测液态水合肼,还能够很好地应用于环境中水合肼蒸汽的检测和生物成像中。TNQ的结构基于6-取代的喹啉,是我们组开发的一个很好的用于细胞成像的双光子荧光结构。我们基于ICT机理,我们在喹啉6号位接上对羟基苯乙炔,这样不仅增大了整个探针分子的共轭体系,增加了探针分子的双光子吸收能力,还由于羟基的供电子能力,实现了探针的ICT过程。为了进一步增大这个结构的双光子吸收截面,我们增大了6-取代喹啉的共轭体系,在分子醛基官能团与邻氨基苯硫酚反应,形成一个更大的刚性共轭平面,同时将醛基保护起来也提高了探针的选择专一性。利用水合肼的脱保护反应,相应的含有羟基的化合物De-TNQ可以与乙酰丙酸发生酯化反应,生成产物的酯键刚好被水合肼选择性切断。我们认为水合肼的这种脱保护过程会增大探针的分子内电荷转移(ICT),这将导致荧光光谱发生红移,并且通过理论计算验证了这一假设。由此,我们就设计出了TNQ这样一个具有较大双光子吸收截面的比率计量型荧光探针,并且对TNQ的光物理性质和识别机理进行了研究,更初步成功的应用到了环境中水合肼蒸汽的检测和生物细胞成像中。
【关键词】：双光子荧光探针 香豆素 喹啉 H_2S N_2H_4 生物成像
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3;TP212
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第一章 前言10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 荧光化学传感器11-12
• 1.3 荧光化学传感器的构造12
• 1.4 荧光化学传感器的基本原理12-18
• 1.4.1 光诱导电子转移(PET)12-14
• 1.4.2 分子内电荷转移(ICT)14-15
• 1.4.3 荧光共振能量转移(FRET)15-17
• 1.4.4 激发态分子内质子转移(ESIPT)17-18
• 1.5 单光子荧光18-19
• 1.6 双光子吸收和荧光定义19-20
• 1.7 水合肼荧光探针的研究进展20-24
• 1.7.1 与丙二腈及其衍生物形成腙20-21
• 1.7.3 切断酯键脱保护类探针21-22
• 1.7.4 Gabriel机理下的肼解类探针22-24
• 第二章 硫化氢荧光探针的设计、合成24-31
• 2.1 引言24-25
• 2.2 探针CNHS的设计思路25
• 2.3 仪器与试剂25-27
• 2.4 目标化合物CNHS的合成以及结构表征27-29
• 2.4.1 传感器CNHS的合成步骤27
• 2.4.2 探针CNHS的合成及表征27-29
• 2.5 目标化合物CNHS的紫外吸收和荧光发射光谱变29-30
• 2.6 本章小结与展望30-31
• 第三章 水合肼双光子荧光探针的设计、合成及其光学性质的研究31-54
• 3.1 引言31-32
• 3.2 双光子荧光探针TNQ的设计思路32
• 3.3 仪器与试剂32-34
• 3.4 光谱测试条件34-37
• 3.4.1 测试溶液的配制34
• 3.4.2 探针的荧光滴定实验34
• 3.4.3 离子选择性和竞争性实验34-35
• 3.4.4 pH对探针TNQ和TNQ+N_2H_4稳定性的影响实验35
• 3.4.5 荧光量子产率的测试35
• 3.4.6 双光子吸收截面的计算35-36
• 3.4.7 高效液相色谱的检测36
• 3.4.8 细胞毒性和细胞成像实验36-37
• 3.5 目标化合物TNQ的合成以及结构表征37-40
• 3.5.1 传感器TNQ的合成步骤37
• 3.5.2 探针TNQ的合成及表征37-40
• 3.6 结果与讨论40-53
• 3.6.1 紫外吸收和荧光光谱的研究40-41
• 3.6.2 离子和有机胺小分子选择性和竞争性实验41-44
• 3.6.3 pH对探针TNQ和TNQ+N_2H_4的荧光影响实验44-45
• 3.6.4 探针TNQ和TNQ+N_2H_4的双光子吸收截面45-46
• 3.6.5 探针TNQ与水合肼的反应机理研究46-49
• 3.6.6 理论计算49-50
• 3.6.7 探针TNQ用于气态水合肼检测的应用50-51
• 3.6.8 探针TNQ的细胞毒性测试51
• 3.6.9 双光子荧光细胞成像实验51-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 总结54-56
• 参考文献56-71
• 硕士期间的成果和发表的论文71-72
• 致谢72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;第十一届全国化学传感器学术会议(第二轮通知)[J];分析化学;2011年07期

2 ;第十一届全国化学传感器学术会议(第二轮通知)[J];分析化学;2011年08期

3 苏渝生;殷晋尧;;对“八五”期间我国化学传感器发展规划的几点设想[J];化学传感器;1990年03期

4 ;化学传感器 1991年总目录[J];化学传感器;1991年04期

5 程介克;;评“光化学传感器理论与方法”专著[J];分析科学学报;1996年01期

6 仲敬荣,刘妙根,敖冰云,羊小海,王柯敏,肖丹;基于荧光内滤效应的锂离子荧光化学传感器研究[J];高等学校化学学报;2001年02期

7 姜绍通,杨俊,潘丽军,张悠金;尼古丁针型化学传感器的研制[J];食品科学;2002年01期

8 ;化学传感器2002年总目录[J];化学传感器;2002年04期

9 周南;第9届化学传感器国际会议[J];分析试验室;2004年01期

10 许胜;刘斌;田禾;;阴离子荧光化学传感器新进展[J];化学进展;2006年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李占先;于明明;魏柳荷;;小分子金属离子化学传感器研究[A];中国化学会第26届学术年会应用化学分会场论文集[C];2008年

2 王栩;林金明;;基于新型功能高分子的荧光猝灭型2,6-二硝基酚光化学传感器[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年

3 钱惠锋;李良;仇昕;任吉存;;一种新型铅(Ⅱ)离子化学传感器[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年

4 范薇;;基于分子内电子转移机理的荧光化学传感器研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

5 李林;孔林;杨家祥;周虹屏;吴杰颖;田玉鹏;;金属离子光化学传感器的构效关系研究[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008年

6 程铸洪;李钢;;基于多级孔道分子筛载体的固载型汞离子化学传感器的设计合成[A];第十七届全国分子筛学术大会会议论文集[C];2013年

7 洪彦若;;β-氧化铝系电解质陶瓷及其化学传感器的进展[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年

8 李扬;冯继昌;杨慕杰;;含有吡啶和三苯胺单元的超支化共轭聚合物:钯离子荧光化学传感器[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2009年

9 张丽昆;佟庆笑;;一种基于多吡啶铂(Ⅱ)配合物的锌离子磷光化学传感器[A];中国化学会第28届学术年会第6分会场摘要集[C];2012年

10 东宇;邢志涛;杨侠;成义祥;;基于手性分子化学传感器的设计与性质研究[A];中国化学会第七届有机化学学术会议图文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 王小龙;微型手机化学传感器在美问世[N];科技日报;2010年

2 记者 李晓明;我大洋探测高温高压化学传感器研制成功[N];地质勘查导报;2006年

3 本报记者 薛冬 王光荣;巾帼不让须眉[N];光明日报;2001年

4 本报驻华盛顿记者 吴伟农;美国反恐技术招招鲜[N];经济参考报;2001年

5 易蓉蓉;任咏华：我是个离不开化学品的人[N];人民日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 姜慧娥;基于喹啉和萘酰亚胺的离子荧光化学传感器的合成及性质研究[D];兰州大学;2015年

2 王懋祥;基于香豆素的重金属离子荧光化学传感器的研究[D];中国科学技术大学;2008年

3 黄晓梅;基于苯并吡喃腈的阴离子化学传感器及萘酰亚胺功能材料的研究[D];华东理工大学;2011年

4 孟祥明;荧光素基重金属离子荧光化学传感器的研究[D];中国科学技术大学;2007年

5 张灯青;基于离子和氨基酸识别的光化学传感器的研究[D];复旦大学;2007年

6 周治国;光化学传感器的设计、合成与应用研究[D];复旦大学;2007年

7 刘卫敏;光化学传感器的设计、合成及其识别性质研究[D];中国科学院研究生院（理化技术研究所）;2008年

8 焦晨旭;光共聚新型荧光指示剂的光化学传感器的研制[D];湖南大学;2005年

9 潘依雯;海底热液探测的电化学传感器制备与海上试验应用研究[D];浙江大学;2012年

10 王连连;阴离子光化学传感器的制备及其逻辑功能的研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 代鑫;苯并咪（噻）唑及VA二唑类光化学传感器的合成及离子识别研究[D];渤海大学;2015年

2 乌迪;基于咔唑和萘酚衍生物的化学传感器的合成及离子识别研究[D];渤海大学;2015年

3 董辉;新型化学传感器的构建及其在疾病标志物与金属离子检测中的应用研究[D];郑州大学;2015年

4 王召璐;多肽基重金属离子化学传感器的研究[D];聊城大学;2015年

5 郭崇伟;含咔唑和间苯二甲酸单元荧光化学传感器的合成及其在金属离子检测中的应用[D];北京工业大学;2015年

6 李茜;基于吖啶的手性荧光化学传感器的合成及其性能研究[D];河南大学;2015年

7 韦新洁;基于喹啉和罗丹明为母体的荧光化学传感器的设计、合成以及性能研究[D];安徽大学;2016年

8 余升龙;基于香豆素和喹啉母体的小分子荧光化学传感器的研究[D];安徽大学;2016年

9 李春芳;新型应光化学传感器的合成及性能研究[D];青岛科技大学;2008年

10 杨旭东;新型荧光化学传感器的合成及性能研究[D];青岛科技大学;2009年

  本文关键词：基于香豆素和喹啉母体的小分子荧光化学传感器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：300906