罗丹明染料的合成及作为离子探针的应用研究

论文摘要

罗丹明类荧光染料是以氧杂葸为母体的碱性咕吨染料,由于其特殊的结构及相应的荧光特性,使之广泛应用于化学和生物分析领域。目前,通过修饰后的罗丹明荧光染料对小分子及离子的荧光分析正朝着高选择性、高灵敏度、生物活体内检测的方向不断的发展。本论文总结现有的研究成果,设计合成了一系列含有活性取代基团的、方便应用于生物标记的罗丹明类荧光染料和高选择性识别金属离子的罗丹明类荧光分子探针。利用对位含有不同取代基的苯甲醛为原料,设计合成了六个苯环对位取代基不同的罗丹明荧光染料。通过改变合成方法,避免了异构体的产生,获得了单一产物。光谱性能的测定结果发现醛代替酸酐合成的染料在质子和非质子性溶剂中的摩尔消光系数变化不大,避免了传统罗丹明B染料在非质子溶剂中形成内酯结构所导致的光谱性能变化。光稳定性实验显示:合成得到的染料与传统染料一样有好的稳定性。利用“关-开”荧光分子开关原理,设计合成了三个Cr3+荧光分子探针。吸收和荧光光谱的测试结果表明,探针RhoCr1在Tris-HCI中性缓冲溶液中能高选择性的识别Cr3+并产生了荧光增强,通过对探针光谱性能的测试和TEPN滴定实验表明,探针RhoCr1与Cr3+的络合是一个可逆的过程。此外,用化学模拟的方法将K2Cr2O7中的Cr6+还原成Cr3+,与探针结合后荧光增强,进一步说明了RhoCr1对Cr3+的识别。活体细胞PC12细胞中RhoCr1对铬离子识别的荧光成像结果表明,RhoCr1能够进入细胞并能络合Cr3+后出现荧光增强。通过乙二胺柔性链将不同的醛与罗丹明B共价相连,设计合成了五个金属阳离子荧光探针,在水相和有机相中对金属离子选择性的紫外吸收、荧光光谱表明,含不同取代基的醛不同,对Fe3+和Cr3+识别的选择性也有很大差别,其中,吡啶环和氨基对Cr3+离子可能有较高的选择性,而噻酚环和羟基决定了配体对Fe3+的络合。设计合成了以罗丹明6G为荧光母体的Fe3+荧光探针Rh6GFe1、Rh6GFe2、Rh6GFe3和Rh6GFe4。其中Rh6GFe1在Tris-HCI中性缓冲溶液中能够高选择性地络合Fe3+并促进了荧光增强。加入Fe3+后,Rh6GFe1的荧光强度增大70倍。活细胞Hele细胞和PC12细胞的荧光显微成像结果表明该探针能够穿透细胞并能识别细胞内的Fe3+。以噻酚醛、吡啶醛和水扬醛为识别基团的荧光分子探针Rh6GFe2、3、4,在pH 5-9的范围内对氢质子不敏感,pKa分别为3.76,3.82,3.77。通过对探针对Fe3+的线性滴定和络合常数计算,表明这三个荧光分子探能够检测微摩尔浓度范围内的Fe3+。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 荧光分子探针技术
• 1.1.1 荧光的产生
• 1.1.2 荧光分子探针识别原理
• 1.1.3 常见的识别基团
• 1.2 有机荧光染料的性质及特点
• 1.2.1 有机荧光染料的分类
• 1.2.2 结构与荧光的关系
• 1.2.3 取代基的影响
• 1.3 罗丹明类荧光染料的性质及合成进展
• 1.3.1 罗丹明的结构与命名
• 1.3.2 罗丹明的物理化学性质
• 1.3.3 罗丹明荧光染料的光谱性质
• 1.3.4 罗丹明荧光染料的合成进展
• 1.4 罗丹明类荧光分子探针应用的研究进展
• 1.4.1 小分子及离子的检测
• 1.4.2 酶、蛋白、多肽的分析和监测
• 1.4.3 遗传物质（DNA,RNA,PNA）的分析和测定
• 1.4.4 荧光共振能量转移探针
• 1.4.5 其他应用
• 1.5 本论文研究工作的主要内容
• 2 罗丹明衍生物Rh系列染料的合成、表征与光谱性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器与试剂
• 2.2.2 罗丹明染料的合成
• 2.2.3 染料的吸收和荧光光谱测定
• 2.2.4 染料的光稳定性测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 染料的合成与纯化
• 2.3.2 染料光谱性能的研究
• 2.3.3 染料的光稳定性测试
• 2.3.4 染料光降解的机理探讨
• 2.4 本章小结
• 3+离子荧光探针的设计、合成与应用研究'>3 Cr³⁺离子荧光探针的设计、合成与应用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 配体的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 配体的合成
• 3.3.2 RhoCr1和RhoCr2的晶体结构分析
• 3.3.3 RhoCr1的光谱性能
• 3.3.4 探针RhoCr1在活细胞中识别三价铬离子的荧光显微成像
• 3.3.5 配体RhoCr2的光谱性能
• 3.3.6 配体RhoCr3的光谱性能
• 3.4 本章小结
• 4 以罗丹明B为荧光母体的阳离子荧光探针的设计、合成与光谱研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器、试剂及测试方法
• 4.2.2 配体的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 中间体的合成
• 4.3.2 配体的合成
• 4.3.3 化合物的晶体结构
• 4.3.4 配体RhB1-RhB5的光谱性能
• 4.4 本章小结
• 3+离子荧光探针的设计、合成与应用研究'>5 Fe³⁺离子荧光探针的设计、合成与应用研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器、试剂与测试方法
• 5.2.2 配体的合成
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 配体的合成与提纯
• 5.3.2 化合物的晶体结构
• 5.3.4 配体Rh6GFe系列的光谱性能
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢