摘要
近年来，由于有机小分子荧光探针在分子传感、细胞成像、人体内生物酶的动态监测等方面有着重要的用途，已经成为化学、材料学以及生物学领域的研究热点。目前，荧光探针按照其母体分类，常见的有香豆素类、罗丹明类、荧光素类、萘酰亚胺类、花菁类、二氰基异佛尔酮和苯并噻唑类等。其中，二氰基异佛尔酮类探针往往具有易修饰、量子产率高、合成简单、近红外的荧光发射和超快的分子内电荷转移等优点而备受青睐；苯并噻唑是一种具有N、S杂原子且具有大平面结构的分子，由于其良好的刚性平面结构和较大的离域键而广泛应用于农药、医疗诊断及荧光探针领域。在荧光探针领域，二氰基异佛尔酮和苯并噻唑作为受体类荧光母体，往往被开发用于ICT荧光探针。由于二氰基异佛尔酮和苯并噻唑类化合物在荧光探针领域具有卓越的性能，本论文以二氰基异佛尔酮和苯并噻唑类化合物为研究对象，分别设计合成了新型的荧光探针分子，通过取代基的引入调节其性质，探索了探针分子的性能及其在离子识别中的应用。 本论文主要研究工作包括以下具体内容。 第一部分：基于二氰基异佛尔酮母体可视化检测铜离子的近红外荧光探针。含有TSAA结构的荧光探针往往具有对铜离子专一识别的能力，但是其往往发射波长短、Stokes位移小等缺点。因此，在本章节，作者以二氰基异佛尔酮为母体，设计合成了包含TSAA结构且具有近红外荧光发射的探针W1，探针W1在DMF中拥有668 nm的近红外发射波长和252 nm的大Stokes位移，表明其具有良好的生物兼容性和低的背景干扰；TSAA结构也使其对铜离子表现荧光猝灭且不受其他离子的干扰、拥有低的检测限，同时能够肉眼可视化识别铜离子。通过引入二乙氨基调节发射波长，合成了具有更大发射波长（692 nm）和更大Stokes位移（276 nm）的探针W2。光谱性能的研究表明，探针W2引入了二乙氨基后依然能够高效、专一识别铜离子，且具有低的检测限。因此，作者实现了将TSAA结构和二氰基异佛尔酮相结合，合成了探针W1和W2。探针W1和W2具有低的检测限、超大的Stokes位移、近红外的发射波长以及快速可视化检测铜离子的能力，并将其开发设计为滤纸条用于便捷高效检测铜离子。 第二部分：含有苯并噻唑结构单元的硫化氢荧光探针的制备及其性能研究。间二硝基苯醚为识别位点的硫化氢荧光探针具有专一响应的特点，但是其响应时间往往过长。在本章节，以苯并噻唑为荧光母体，利用硫化氢促进间二硝基苯醚硫解的响应机制，建立分子内D--A结构，设计合成了探针W3。探针W3虽对H2S有着专一的识别，但是响应时间过长（＞120 min）。因此，利用邻基参与机理，在醚键邻位引入醛基设计合成了探针W4。对比之下，探针W4由于引入了醛基，极大地提高了分子内亲核反应速率，使得探针W4对H2S的识别响应时间显著提升（3.5 min）。醛基的引入却对探针W4专一识别硫化氢的性能无任何影响，此外，探针W4还具有良好的可视化识别硫化氢的能力。 第三部分：几种以缩硫醛为识别位点的汞离子荧光探针的合成。在本章节，分别以苯并噻二唑、二氰基异佛尔酮和苯并噻唑为母体，引入缩硫醛为汞离子识别位点，合成了能够比色识别汞离子的探针W5、W6以及W7。
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