基于吡喃腈和菁染料衍生物的分子逻辑门和荧光探针

发布时间：2023-03-02 19:38

　　化学传感器是超分子化学领域最活跃的研究领域之一,特别是化学传感器在生物方面的应用日益受到研究者的重视。自de Silva报道了第一个分子型AND逻辑门以来,分子逻辑门的研究取得了巨大的进展。传统的半导体硅材料通过电压变化实现逻辑运算,超分子化学则通过客体与主体的相互作用过程及对应的光谱信号变化,与逻辑计算过程的输入及输出一一对应。相对于传统半导体,在分子水平上构建逻辑操作最大的优势在于尺度小、可重构性好。故基于化学传感器构建分子逻辑门有着非常巨大的应用前景。 分子荧光的优势在于灵敏度高、响应快、可在单分子水平上远距离监测及易于实现人与分子之间的联系等。本论文主要设计合成了以吡喃腈和菁染料为受体的系列衍生物,在分子结构中引入了不同的受体基团以及对吡喃腈母体的结构进行了修饰。根据典型的D-π-A体系中的受体基团对不同客体的识别作用,调控分子体系内的电荷转移(ICT)过程,利用在光谱上表现出不同的响应信号,成功地构建了具有序列响应、逻辑存储功能的分子键盘和具有比较功能的半减法器等组合逻辑门及荧光传感器。本论文的主要研究内容概括如下： 第一章重点介绍了化学传感器的基本原理,以及对分子逻辑门的重...

【文章页数】：240 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 基于荧光的化学传感器及分子逻辑门的研究进展
    1.1 荧光化学传感器概述
    1.2 分子逻辑门概述
    1.3 荧光传感器的传感原理
        1.3.1 分子荧光的基本原理
        1.3.2 光致电子转移
        1.3.3 分子内电荷转移
        1.3.4 激基缔/复合物
        1.3.5 荧光共振能量转移
        1.3.6 化学反应体系
    1.4 基于化学传感器的分子逻辑门
        1.4.1 AND门
        1.4.2 INHBIT门
        1.4.3 XOR门
        1.4.4 半加法器
        1.4.5 半减法器
        1.4.6 基于单分子构建半加法器和半加法器
        1.4.7 全加法器和全减法器
        1.4.8 开关选择器和反开关选择器
        1.4.9 译码器和解码器
        1.4.10 Keypad分子键盘
        1.4.11 器件化的分子逻辑门之间信号传导
    1.5 课题的提出
第二章 基于吡喃腈红色荧光染料的合成及其对汞离子和铜离子的识别:构建具有序列响应、逻辑存储功能的分子键盘
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂及仪器
        2.2.2 中间体及目标化合物的合成路线
        2.2.3 中间体和目标化合物的制备
            2.2.3.1 2-(6-甲基-2-异丙基-4H-吡喃-4-烯基)丙二腈
            2.2.3.3 2-6-二溴甲基吡啶
            2.2.3.4 4-哌嗪基苯甲醛
            2.2.3.5 DCMP的合成
            2.2.3.6 目标化合物DCPP的合成
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 分子设计与合成讨论
        2.3.2 目标化合物的核磁和质谱表征
        2.3.3 目标化合物的光谱性能研究
        2.3.4 目标化合物DCPP的离子识别性能研究
            2.3.4.1 金属离子溶液配制
            2.3.4.2 测试方法
            2.3.4.3 DCPP对Cu²⁺和Hg²⁺的紫外光谱的测定
            2.3.4.4 DCPP与Cu²⁺和Hg²⁺的工作曲线和络合常数以及检测极限的测定
            2.3.4.5 DCPP对金属离子选择性的测定
            2.3.4.6 DCPP对与Cu²⁺和Hg²⁺的识别机理
            2.3.4.7 DCPP与Cu²⁺和Hg²⁺的竞争性实验
            2.3.4.8 具有序列响应(Sequence dependence)的分子键盘构建
    2.4 本章小结
第三章 基于ICT过程构建含有比较功能的半减法器
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂及仪器
        3.2.2 中间体及目标化合物的合成路线
            3.2.2.1 2-(6-甲基-2-叔丁基-4H-吡喃-4-烯基)丙二腈
            3.2.2.2 N,N-二甲基吡啶基苯胺
            3.2.2.3 N,N-二甲基吡啶基苯甲醛
            3.2.2.4 目标产物DCTP的合成
            3.2.2.5 参比化合物DAP的合成
            3.2.2.6 化合物DCPM的合成
            3.2.2.7 化合物DDPP的合成
            3.2.2.8 化合物DADPP的合成
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 分子设计与合成
        3.3.2 目标化合物的核磁和质谱表征
        3.3.3 pH值对DADPP光谱影响的研究
            3.3.3.1 测试方法
            3.3.3.2 pH值对光谱影响的测定
        3.3.4 目标化合物对的离子识别性能研究
            3.3.4.1 化合物DCTP对Zn²⁺和Cu²⁺的识别
            3.3.4.2 化合物DADPP对Zn²⁺的识别
        3.3.5 DADPP在酸、碱状态下与Zn²⁺的识别机理研究
        3.3.6 具有比较功能的半减法器的模拟
    3.4 本章小结
第四章 基于N-异丙基甲基丙烯酰胺和吡喃腈衍生物的荧光共聚物构建温度响应的组合逻辑门
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂及仪器
        4.2.2 中间体及目标化合物的合成路线
            4.2.2.1 化合物DDPA的合成
            4.2.2.2 化合物DCPDP的合成
            4.2.2.3 化合物MDCPDP的合成
            4.2.2.4 聚合物Poly(NIPMAM-co-MDCPDP)的合成
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 分子设计与合成
        4.3.2 目标化合物的光谱性能研究
            4.3.3.1 测试方法
            4.3.3.2 聚合物Poly(NIPMAM-co-MDCPDP)中单体比例
            4.3.3.3 聚合物Poly(NIPMAM-co-MDCPDP)的离子识别
        4.3.4 聚合物Poly(NIPMAM-co-MDCPDP)的温度敏感性能
            4.3.4.1 吸收光谱中LCST(Lower Critical Solution Temperature)的测定
            4.3.4.2 荧光光谱中LCST(Lower Critical Solution Temperature)的测定
        4.3.5 INHIBIT逻辑门的模拟
        4.3.6 三输入组合逻辑门的模拟
    4.4 本章小节
第五章 基于吡喃腈衍生物的亲水型共聚物:铜离子和焦磷酸根阴离子的薄膜荧光探针
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 试剂及仪器
        5.2.2 中间体及目标化合物的合成路线
            5.2.2.1 中间体的合成
            5.2.2.2 聚合物poly(HEMA-co-DCPDP)的合成
            5.2.2.3 聚合物poly(HEMA-co-DCPDP)-Cu²⁺的合成
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 分子合成与设计
        5.3.2 目标化合物的结构表征
        5.3.3 聚合物poly(HEMA-co-DCPDP)的光谱性能研究
            5.3.3.1 测试方法
            5.3.3.2 Poly(HEMA-co-DCPDP)中单体含量计算
            5.3.3.3 Poly(HEMA-co-DCPDP)对金属离子的识别
        5.3.4 聚合物的薄膜性能研究
    5.4 本章小节
第六章 细胞可渗透的近红外七甲川菁类荧光染料作为反应型的汞离子探针的合成和性能研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 试剂及仪器
        6.2.2 中间体及目标产物的合成路线
            6.2.2.1 3-乙基-1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚碘盐
            6.2.2.2 2-氯-1-甲酰基-3-羟甲基环己烯
            6.2.2.3 IR-735的合成
            6.2.2.4 1-(2-氨乙基)-3-苯基硫脲
            6.2.2.5 1-(2-氨乙基)-3-苄基硫脲
            6.2.2.6 1-(2-氨乙基)-3-丁基硫脲
            6.2.2.7 IR-877的合成
            6.2.2.8 IR-897的合成
            6.2.2.9 IR-925的合成
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 分子合成与设计
        6.3.2 目标化合物的核磁和质谱表征
        6.3.3 IR-739的光谱性能研究
        6.3.4 目标化合物的离子识别性能研究
            6.3.4.1 IR-897对Hg²⁺的吸收光谱变化
            6.3.4.2 IR-877对Hg²⁺的吸收光谱变化
            6.3.4.3 IR-925对Hg²⁺的吸收光谱变化
            6.3.4.4 目标化合物的荧光光谱研究
            6.3.4.5 检测最低限的测定
        6.3.5 甲基汞的检测
        6.3.6 目标化合物在细胞中的荧光成像
    6.4 本章小节
第七章 基于喹啉为受体的荧光分子及其AIE性能的初步研究
    7.1 引言
    7.2 实验部分
        7.2.1 试剂及仪器
        7.2.2 中间体及目标产物的合成路线
            7.2.2.1 1-(2-羟基苯基)-1,3-丁二酮
            7.2.2.2 2-甲基苯并吡喃酮
            7.2.2.3 2-甲基苯并吡喃腈
            7.2.2.4 1-乙基-2-甲基喹啉碘盐
            7.2.2.5 1-乙基-2-甲基-4-(α,α-二氰基)亚甲基-1,4-二氢喹啉
            7.2.2.6 1-碘代十二烷(1-iodododacane)的合成
            7.2.2.7 1-十二烷基-4-(α,α-二氰基甲基)-1,4二氢喹啉
            7.2.2.8 1-十二烷基-4-(α,α-二氰基甲基)-1,4二氢喹啉
            7.2.2.9 DCMM的合成
            7.2.2.10 DCMP的合成
            7.2.2.11 DECM的合成
            7.2.2.12 DECP的合成
            7.2.2.13 DDCM的合成
            7.2.2.14 DDCP的合成
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 分子结构的设计
        7.3.2 目标化合物的核磁和质谱表征
        7.3.3 聚集诱导发光性质
    7.4 本章小节
第八章 以吡喃腈为受体的其它合成研究工作
    8.1 铜试剂作为受体的探针设计
        8.1.1 4-(双-2-氯乙氨基)苯甲醛
        8.1.2 DCMC的合成
        8.1.3 DCMS的合成
    8.2 多酰胺臂受体的设计
        8.2.1 SEE的合成
        8.2.2 QSEE的合成
        8.2.3 DCME的合成
        8.2.4 DCMA的合成
    8.3 多吡啶受体的设计
        8.3.1 DPA的合成
        8.3.2 TA1、TA2、TA3的合成
    8.4 含有二茂铁单元的萘酰亚胺衍生物
        8.4.1 氨甲基二茂铁的合成
        8.4.2 N-甲基二茂铁-4-吗琳-1,8-蔡酞亚胺
        8.4.3 胆固醇酰氯
        8.4.4
第九章 结论
参考文献
附录
致谢
卷内备考表



本文编号：3752507