摘要
普遍存在于环境和生物体内的多种离子以及活性物质对于维持生态系统平衡和生物体的正常生命活动至关重要，因此对这些物质的检测具有重要意义。因具有制备方便、高灵敏度、良好的选择性、检测速度快和很好的时空分辨率等优点，荧光探针已逐渐成为检测各种离子和活性物质的重要工具。作为一类重要的荧光探针，反应型荧光探针是利用待测物与荧光探针之间发生的特异性化学反应来实现待测物的定量检测。反应型荧光探针在选择性和灵敏度等方面较其他类型的荧光探针具有显著优势，并在实时监测和荧光成像等方面得到广泛应用，已逐渐发展成为荧光传感领域的一个重要分支。基于此，在本论文中，设计合成了可用于检测硫化氢（H2S）、半胱氨酸（Cys）、钯（Pd0）、汞离子（Hg2+）和肼（N2H4）的六种反应型氧杂蒽类荧光探针，具体研究内容如下： （1）设计并合成出两种基于不同反应机制的氧杂蒽类有机小分子H2S荧光探针LFA和RCHO。探针LFA具有良好的水溶性，可在99%水溶液中进行H2S的检测。该探针通过H2S诱导Michael加成-分子内环化-消除反应实现对H2S的特异性检测，响应迅速（20min），灵敏度高，检测限为167nM。探针RCHO则是利用醛基辅助硫解反应，实现对H2S的快速检测，响应时间为12min。该探针具有更低的检测限（97nM），并且与H2S反应后，探针测试溶液的颜色发生显著变化，由原来的无色变为粉红色，因此可以达到裸眼检测H2S的目的。此外，上述两种探针均已成功地应用于实际水样和细胞中H2S的检测。 （2）利用Knoevenagel缩合反应，在醛基罗丹明类似物上引入二腈基异佛尔酮（Isophorone）基团，合成出具有“D-π-A”结构的新型氧杂蒽类近红外荧光基团RHI-OH，并且该荧光基团具有很大的Stokes位移（155nm）。利用此荧光基团，开发出两种荧光探针RHI和RHS，分别用来检测Cys和Pd0。探针RHI的响应机理是基于Cys诱导的Michael加成分子内环化反应，选择性脱除探针结构中的丙烯酸酯，从而实现对Cys的荧光增强型响应。探针RHI具有较高的选择性和灵敏度，对Cys的检出限为173nM，并可用于环境水样和牛奶样品中Cys的定量检测以及活体细胞中Cys的荧光成像。基于Pd0介导的Tsuji-Trost反应策略，以碳酸烯丙酯为Pd0的特异性反应位点，构建出荧光探针RHS。探针RHS具有高选择性、高灵敏度和快速响应（20min）等特点，其对Pd0的检出限为140nM，并可应用于环境水样和活体细胞中Pd0的检测。 （3）设计并合成出一种具有近红外发射的氧杂蒽类Hg2+荧光探针RANS。探针RANS以氨基硫脲基团作为Hg2+的识别位点，利用汞诱导脱硫反应，实现对Hg2+的选择性检测。探针RANS接触Hg2+后，迅速发生Hg2+诱导氨基硫脲环化反应，生成1,3,4-恶二唑，从而将探针RANS结构中的螺环打开，荧光强度显著增加，并且伴随着溶液的颜色由无色快速变为浅绿色，因此可以实现对Hg2+的裸眼检测。该探针可对Hg2+进行超快响应（120s），检测限低至19nM。此外，又利用探针RANS完成了实际水样中Hg2+的定量检测和活细胞中Hg2+的荧光成像。 （4）利用N2H4所具有的双亲核特性，以乙酰丙酸酯作为N2H4的特异性反应位点，设计并合成出一种具有长波长发射的新型氧杂蒽类N2H4荧光探针RHAF。在多种胺类存在条件下，该探针可以实现高灵敏度和特异性检测N2H4，检测限低至51nM。与N2H4反应后，探针溶液的颜色由无色变为淡紫色，表明该探针可以用于N2H4的裸眼检测。此外，探针RHAF可用于环境水样中N2H4的定量检测以及细胞中N2H4的荧光成像。
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