以离子识别和生物学作用为导向的强双光子效应嘧啶衍生物的设计合成

论文摘要

双光子诱导荧光材料的研究已经涉及到化学、物理学、生物学等诸多学科,.引起了人们极大的兴趣,是当前非线性领域应用范围最广的材料之一。本论文在全面调研国内外嘧啶类双光子荧光材料的研究历史和现状的基础上,选择2-碘-4,6-二甲基嘧啶为中心吸电子基团,设计、合成了八种弯曲型共轭嘧啶衍生物,从理论和实验上研究了所得材料的单、双光子光学性质,进行了此类双光子材料的应用探索,并结合理论计算进行验证,得到了一系列有科学价值的结果。主要研究内容如下：一、系列弯曲型嘧啶衍生物的合成、结构及光物理性质通过多步有机反应,高产率合成了8种弯曲型嘧啶衍生物,并用红外、质谱、核磁、元素分析等手段对中间体和目标化合物进行了表征,并通过单晶X-射线衍射解析了其中两种嘧啶衍生物的结构,解析结果表明,此类分子具有高度共轭的结构特征,有利于电子交流。系统的光物理性质研究表明,它们的单光子荧光和双光子荧光具有相同的趋势,双光子吸收截面随着顶端取代基吸电子能力的增加产生规律性变化。二、2-氯甲基嘧啶衍生物对金属离子的识别特性系统研究嘧啶与多种金属离子作用的单光子荧光性质发现,2-氯甲基嘧啶衍生物对Fe3+有特殊的光学效应,可以作为光化学传感器。利用密度泛函计算方法对传感器与金属离子结合的机理进行了模拟,结果表明增强金属离子诱导作用所引起的电子给体与受体之间的相互作用是影响光化学传感器单光子光物理性质变化的重要因素。三、2-咪唑基嘧啶衍生物对DNA识别特性以2-咪唑基嘧啶衍生物为研究对象,研究了它与DNA结合的性能,发现该嘧啶衍生物与DNA结合速度慢,主要靠静电引力与DNA分子发生作用；配位环境的微小变化能极大地影响化合物与DNA的结合性能,弱的位阻效应有利于嘧啶分子嵌入DNA结构,影响其结合模式。这些特性表明该嘧啶衍生物可以作为识别DNA的荧光探针。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1. 非线性光学材料的产生与发展概述
• §1.2 双光子吸收的理论基础
• §1.3 双光子材料的应用
• §1.3.1 双光子聚合加工材料
• §1.3.2 光存储
• §1.3.3 金属离子探针
• §1.3.4 核酸的荧光标记
• §1.4. 本文的设计思想和研究内容
• §1.4.1 本文设计思想
• §1.4.2 论文研究内容和意义
• 参考文献
• 第二章 嘧啶类衍生物的合成与表征
• §2.1 嘧啶衍生物的合成与谱学表征
• §2.1.1 试剂与仪器
• §2.1.2 合成与表征
• §2.2 部分嘧啶衍生物的晶体结构分析
• §2.2.1 单晶的培养与解析
• 参考文献
• 第三章 嘧啶衍生物的光学性质研究
• §3.1 嘧啶衍生物的单光子和和双光子光学性质
• §3.1.1 紫外可见吸收与荧光
• §3.1.2 双光子吸收与荧光性质
• 参考文献
• 第四章 嘧啶衍生物单光子识别金属离子研究
• §4.1. 嘧啶衍生物紫外可见吸收和荧光识别金属离子研究
• §4.1.1 实验仪器和试剂
• §4.1.2 嘧啶衍生物紫外可见吸收识别金属离子研究
• §4.1.3 嘧啶衍生物单光子荧光识别金属离子研究
• §4.2. 嘧啶衍生物荧光识别金属离子机理研究
• §4.2.1 理论计算模拟识别机理
• §4.3. 本章小结
• 参考文献
• 第五章 嘧啶衍生物DNA结合性能研究
• §5.1. 嘧啶衍生物与DNA结合性能研究
• §5.1.1 实验仪器和试剂
• §5.1.2 DNA结合性能的光谱研究
• §5.1.3 Z9的合成
• §5.2 结果与讨论
• §5.2.1 DNA结合性能的光谱研究
• §5.2.2 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢