新型3H吲哚荧光菁染料的合成与性能研究

论文摘要

菁染料由于摩尔消光系数大,吸收波长范围宽,光谱可调等优点,在现代生物分子荧光分析领域中应用十分广泛,近年来,菁染料作为光敏染料用于太阳能电池的开发也越来越受到学者们的关注。但染料存在的最大缺陷是光稳定性差,光照下易产生光漂白,不利于存储。因而研究染料光稳定性对染料在生物分析等领域具有重要的实际意义。 本文为了研究取代基效应对染料光分解速率的影响,设计合成了7种在3H吲哚环的N位具有不同供吸电取代基的系列近红外七甲川荧光菁染料。用500W的碘钨灯进行光照对比实验,通过紫外一可见吸收光谱最大值的实时跟踪,考察了不同取代基染料的光分解过程。实验结果发现:在3H吲哚环的N位引入供电子取代基,可以明显减小染料的光分解速率,提高了染料的光稳定性;引入吸电子取代基明显增大染料的光分解速率,降低染料的光稳定性;取代基供、吸电能力和染料的光稳定性具有很好的相关性。通过染料光分解实验定量得到了羧苄基取代染料和羧戊基取代染料光分解速率对比结果,对于引入羧戊基的染料,它的光分解速率是引入羧苄基染料光分解速率的2倍多。利用循环伏安实验对染料发生光分解过程的差别进行了解释,结果表明,给电子基取代染料,失去一个电子的氧化反应是可逆的,染料母体的破坏发生在染料失去两个电子后。吸电子基取代染料,失去一个电子的氧化反应是不可逆的,染料母体在失去一个电子后即被破坏。为了研究该类染料的光降解机理,将染料在甲醇及氘代甲醇中进行光照降解实验对比,结果表明:在氘代甲醇中的光降解速率常数与甲醇中光降解速率常数之比为6.2,远远小于单线态氧在氘代甲醇中的寿命与甲醇中寿命的比值20,因而染料的光降解路线不但按照单线态氧作用机理进行,同时也遵循超氧化物降解机理。根据文献报导的类似染料光降解路线及对其中三个染料光分解产物分别做HPLC-MS分析,推测了该类染料可能的光降解路线。 设计合成了5种新型含有羧苄基取代的高光稳定性的五甲川系列水溶性及非水溶性荧光菁染料。对染料的结构和纯化进行了改进及优化,采用正相硅胶柱色谱分离,水重结晶,获得了克级量的含有单个羧基的染料纯品,经过N—羟基琥珀酰亚胺活化后,有望用于核酸、蛋白质等生物分子的标记。对所合成的3H吲哚环N位含有对称及不对称

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 菁染料的特征及分类
• 1.3 菁染料的合成
• 1.4 菁染料的光稳定性研究
• 1.5 菁染料的自聚集
• 1.5.1 自聚的理论
• 1.5.2 自聚的抑制
• 1.6 菁染料的应用
• 1.6.1 DNA分子荧光探针
• 1.6.1.1 花菁染料的特点
• 1.6.1.2 染料的标记（标记试剂的生成）
• 1.6.1.3 DNA分子荧光探针的应用
• 1.6.2 蛋白质荧光检测
• 1.6.3 TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂
• 1.6.3.1 染料敏化纳米晶太阳能电池
• 2太阳能电池的结构'>1.6.3.2 染料敏化纳米晶TiO₂太阳能电池的结构
• 1.6.3.3 电池的工作原理
• 1.6.3.4 光电池的重要参数
• 1.6.3.5 影响染料敏化太阳能电池性能的因素
• 2太阳能电池的研究进展'>1.6.3.6 菁染料敏化纳米晶TiO₂太阳能电池的研究进展
• 1.6.3.7 前景展望
• 1.7 论文的选题依据及染料分子结构设计
• 参考文献
• 第二章 七甲川（Cy7）菁染料的合成及光稳定性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验仪器
• 2.2.1 染料的表征
• 2.2.2 光降解实验
• 2.3 染料的合成
• 2.3.1 中间体的合成
• 2.3.2 染料的合成
• 2.3.2.1 染料3a的合成
• 2.3.2.2 染料3b的合成
• 2.3.2.3 染料3c的合成
• 2.3.2.4 染料3d的合成
• 2.3.2.5 染料3e的合成
• 2.3.2.6 染料3g的合成
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 染料的合成
• 2.4.1.1 缩合剂的影响
• 2.4.1.2 吲哚啉季铵盐中间体合成的影响因素
• 2.4.2 染料的结构表征
• 2.4.3 染料的单晶结构讨论
• 2.4.3.1 单晶的培养
• 2.4.3.2 染料3g的晶体结构
• 2.4.4 染料在无水甲醇中的光谱性质
• 2.4.5 染料的光分解
• 2.4.6 染料的光降解速率常数和Hammett常数的关系
• 2.4.7 染料的循环伏安图
• 2.4.8 光降解反应机理的讨论
• 2.4.9 光降解路线的讨论
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 五甲川（Cy5）菁染料的合成、光谱性质及光稳定性研究
• 3.1 引言
• 3.2 五甲川菁染料的设计与合成研究
• 3.2.1 实验仪器及试剂
• 3.2.1.1.染料及中间体的合成表征
• 3.2.2 染料及中间体的合成
• 3.2.2.1 中间体的合成
• 3.2.2.2 染料的合成
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 染料的合成设计
• 3.2.3.2 染料的水溶性
• 3.2.3.3 染料的结构表征
• 3.2.3.4 染料的光谱性质
• 3.3 五甲川菁染料的取代基效应研究
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 结果及讨论
• 3.4 小结
• 参考文献
• 2太阳能电池方面的研究'>第四章 三甲川（Cy3）菁染料及方酸（Sq）菁染料的合成及在敏化纳米晶TiO₂太阳能电池方面的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器及试剂
• 2纳米粒子胶体溶液及工作电极的制备'>4.2.1.1 TiO₂纳米粒子胶体溶液及工作电极的制备
• 4.2.1.2 光电化学实验
• 4.2.1.3 染料的合成及光谱表征
• 4.2.1.4 菁染料在水中的聚集实验
• 4.2.2 染料的合成
• 4.2.2.1 中间体的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 染料的设计
• 4.3.2 染料的结构表征
• 4.3.3 染料的光谱性质
• 4.3.4 染料的循环伏安曲线及能级图
• 2电极的吸收光谱'>4.3.5 染料敏化TiO₂电极的吸收光谱
• 2表面的聚集方式'>4.3.6 染料在TiO₂表面的聚集方式
• 4.3.7 光电池的光电化学性质
• 4.3.7.1 光电流作用谱
• 4.3.7.2 光电流—光电压特性曲线及光电池的性能参数
• 2电极的光电性能之间的关系'>4.3.8 敏化剂分子结构与相应敏化纳米晶TiO₂电极的光电性能之间的关系
• 4.3.9 染料聚集现象的研究
• 4.3.9.1 染料的光谱性质
• 4.3.9.2 染料在DMF—水混合溶剂中的聚集
• 4.3.9.3 染料在不同溶剂中的聚集
• 4.3.9.4 染料在不同固体介质中的聚集
• 4.3.9.5 电解质对染料聚集的影响
• 4.3.9.6 染料结构对聚集的影响
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 总结论
• 创新点摘要
• 博士期间发表和待发表的论文
• 致谢
• 附录：染料3g的晶体学数据
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书