氟离子水溶性荧光探针的合成与性能研究

论文摘要

氟离子是离子半径最小的阴离子，其具有与众不同的自身性质，对人体骨骼方面的健康起着举足轻重的作用，在治愈龋齿和骨质疏松症等方面具有重要作用，但是过量的摄入又会引起牙齿或者骨质‘氟中毒’。近年来，能够高效、灵敏的识别氟离子的荧光探针逐渐成为科学家们研究的热点。含有机硼基团的化合物与氟离子之间具有路易斯酸碱作用，可以对氟离子实现专一性识别，逐渐引起人们的重视，本文对含有机硼基团的氟离子探针进行了探索。共合成了7种化合物，系统研究了所合成化合物的光物理性质（包括线性吸收、单光子荧光与双光子荧光性质），并重点研究了化合物对氟离子的识别性质。文中第二章介绍了探针化合物的合成与表征；第三章介绍了探针化合物的线性光物理性质；第四章介绍了部分探针化合物的双光子荧光性质；第五章为本文重点，研究了其中6种探针化合物与氟离子之间的响应；第六章系统的总结了各种探针化合物之间性质的对比。文章中化合物按照有机硼基团的不同分为两类：（1）二米基硼类化合物1-51、合成与表征本文合成了两类共7种不同的有机硼化合物，对其进行了系统表征，所有化合物都能够在固态或在普通溶剂中保持长期稳定。2、线性光物理性质的研究系统研究了探针化合物的线性光物理性质，包括线性吸收和单光子荧光性质，研究表明有机硼基团是荧光很好的基团，所有探针化合物都具有较强的荧光发射；溶剂极性对化合物的吸收光谱表现出较小的影响，而由于分子极性不同，荧光光谱表现出不同的溶剂依赖性，化合物2是A-π-A’型分子，荧光光谱表现出较弱的溶剂效应，在溶剂中普遍具有较强的荧光发射。而化合物1，3-5表现出较强的溶剂效应，随溶剂极性增加，荧光光谱红移。3、双光子吸收与荧光性质本文研究了化合物1-5的双光子荧光性质，研究表明在一定范围内，双光子荧光强度与入射光的能量的平方成正比。对于这些化合物而言，在最大单光子吸收波长的两倍处附近观察到最大的双光子吸收。实验结果确定了这些具有双光子荧光性质的上转换荧光的双光子激发机制。将化合物3和它的反应前体做对比，研究发现有机硼基团的引入大大提高了化合物的双光子荧光强度。化合物4和与其对应的单枝化合物的对比研究发现，双枝化合物4的双枝之间存在耦合作用，有效提高了化合物的双光子荧光强度。4、化合物与氟离子之间的响应二米基硼基团和硼酸基团都是能够对氟离子专一性识别的基团，但两者之间识别机理不同，文中对其中6种化合物与氟离子之间的响应做了详细的研究，特别是在含水条件下对氟离子的响应，研究发现，在有机溶剂中这6种化合物都能够快速有效的对氟离子专一识别，而在含水条件下部分化合物表现出较弱的识别性能，例如化合物1，3和4，但是化合物2,6和7在有水条件对氟离子做出很好的响应，尤其是6和7能够在纯水中与氟离子结合，通过吸收光谱表现出光谱变化，取得了很好的效果。研究表明带正电荷吸电子基团的引入，对硼中心具有吸电子效应，增强了它的路易斯酸性，从而增强了它与氟离子之间的结合，因此表现出较好的耐水性。研究同时表明π共轭体系的延长对化合物与氟离子之间的结合有很好的促进作用总之，本文着眼于含硼氟离子化学传感器的研究，合成并表征了7种化合物。研究分析了它们的线性吸收、单光子荧光、双光子荧光以及与氟离子之间的响应，并总结出若干有意义的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氟离子探针的研究
• 1.2.1 氟离子探针识别机理
• 1.2.2 有机硼类氟离子探针
• 1.3 选题依据及意义
• 第二章 氟离子探针的设计、合成与表征
• 2.1 探针化合物的分子设计
• 2.2 探针化合物的合成与表征
• 2.2.1 主要试剂与仪器
• 2.2.2 探针化合物的合成
• 2.3 本章小结
• 第三章 探针化合物的线性光物理性质
• 3.1 原理与方法
• 3.1.1 线性吸收
• 3.1.2 单光子荧光
• 3.1.3 主要仪器
• 3.2 探针化合物的线性吸收与荧光性质
• 3.2.1 化合物 1 和 2 的线性吸收与荧光性质
• 3.2.2 化合物 3 的线性吸收与荧光性质
• 3.2.3 化合物 4 的线性吸收与荧光性质
• 3.2.4 化合物 5 的线性吸收与荧光性质
• 3.2.5 化合物 6 的线性吸收与荧光性质
• 3.2.6 化合物 7 的线性吸收与荧光性质
• 3.3 本章小结
• 第四章 探针化合物的双光子吸收与荧光性质
• 4.1 引言
• 4.2 探针化合物的双光子荧光性质
• 4.2.1 化合物 1 和 2 的双光子荧光性质
• 4.2.2 化合物 3 的双光子荧光性质
• 4.2.3 化合物 4 的双光子荧光性质
• 4.2.4 化合物 5 的双光子荧光性质
• 4.3 本章小结
• 第五章 探针化合物对氟离子的识别性质
• 5.1 引言
• 5.2 探针分子对氟离子的识别性质
• 5.2.1 化合物 1 对氟离子的识别性质
• 5.2.2 化合物 2 对氟离子的识别性质
• 5.2.3 化合物 3 对氟离子的识别性质
• 5.2.4 化合物 4 对氟离子的识别性质
• 5.2.5 化合物 6 对氟离子的识别性质
• 5.2.6 化合物 7 对氟离子的识别性质
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录