芳香族氮阳离子骨架菁类染料的合成及其光学性能研究

发布时间：2020-04-09 13:07

【摘要】：荧光成像由于具有高灵敏度、高分辨率、方便的操作条件、非破坏性实验和实时监测等优点,在生物应用领域得到了广泛的应用。利用荧光染料检测生物微环境中的物种是荧光成像的重要组成部分。小分子荧光探针已成为分子成像研究中的有力工具。但是在众多的荧光探针和生物标记物中,只有有限的传统荧光染料被利用在荧光成像设计中,因此,设计新型荧光染料来扩大其应用范围是非常重要的。芳香氮阳离子杂环是芳香族氮杂环化合物中的重要组成部分,这些以氮阳离子为基本骨架的化合物广泛存在于自然界中,它们形成了芳香氮阳离子生物碱,如小檗碱等化合物。同时,芳香氮阳离子杂环化合物在作为荧光化合物,DNA结合染料、离子流体和有机材料中具有广泛的潜在应用。根据氮阳离子杂环化合物的生物活性和结构的平面性,基于这些芳香氮阳离子来设计新型的功能染料是一个合理的想法。硫化氢(H2S)在生物系统中扮演者一个关键的角色。近年来的研究表明,在NO和CO后它已被公认为第三个基本的内源性信号分子。H2S在心血管系统中具有多种生物学效应,如血管舒张,抑制血管平滑肌细胞增殖,显示心肌负性肌力等作用。本论文以芳香氮阳离子杂环为基本结构单元设计合成了一系列芳香族氮阳离子半菁染料,并以此为基础设计合成了几种H2S响应的红外荧光探针,对其光学性能和生物学性能进行了深入研究,具体内容如下:1、基于七甲川菁类染料和2-氨基吡啶衍生物设计合成了一系列芳香族氮阳离子骨架菁类染料(1a-f),其反应机理可能分为四步,分别为亲核取代,迈克尔加成,质子转移和消除。这些染料具有良好的光稳定性和热稳定性,且染料1a-d和If的发射光谱处于红色和近红外光区域,其荧光强度在pH值为4.0-8.0基本保持稳定,这意味着它们可作为荧光探针应用于生物及环境监测。实际上,染料1c在Ges-1正常细胞和HeLa癌细胞中都有溶酶体靶向作用。2、染料1c因其分子内氢键和结构中强给电子的作用,表现出优异的荧光性能,且染料1c在Ges-1正常细胞和HeLa癌细胞中都有溶酶体靶向作用。基于此,两个检测H2S的荧光探针6a和6b被设计且合成出来,两个探针的最大发射都处于红光区域,且它们对H2S都有很好的选择性,探针6a和6b对H2S的检测限分别为121 nM和9.6 nM,且探针6b对H2S响应快速(5 min)。而细胞实验证明两个分子都可以用作检测HeLa癌细胞外源性H2S的溶酶体靶向探针。3、在前一工作的基础上,设计并合成了一个用7-硝基苯并呋喃作为H2S检测部分的近红外荧光探针8,并详细研究了其对H2S的光学响应。探针8对H2S有很好的选择性并且有着较低的检测限178 nM,在pH从7.0到9.0的范围中它同样表现出稳定的荧光性能。细胞成像实验表明探针8是一个线粒体靶向的荧光探针,它可以被用作HeLa癌细胞的外源性H2S检测。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ610.1

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