基于香豆素—罗丹明的多发色团FRET体系的设计、合成及应用研究

摘要

荧光共振能量转移(FRET)是指能量供体和受体之间由于远程偶极-偶极相互作用，在激发状态下能量从供体荧光团向受体荧光团转移的非辐射过程。FRET在有机荧光染料，小分子荧光探针以及光捕获天线分子的设计中起着举足轻重的作用。在FRET体系的设计中，选择合适的能量供体和能量受体是最核心的部分。本文基于香豆素、氟硼吡咯和罗丹明荧光团优异的光物理和光化学性能，采用其衍生物作为能量供体和受体设计合成了多种FRET体系，并通过实验测试初步评估了其实际应用价值。具体内容包括以下几个方面：
　　(1)设计合成了4，5-羧基罗丹明B异构体二酸，该类罗丹明酸的底环上连有两个羧基，为基于罗丹明衍生物的FRET体系的设计提供了一个优越的平台。通过向罗丹明上引入能量供体和分析物响应位点来设计成荧光探针，或者设计成多发色团结构的光捕获天线分子，应用于太阳能转换装置。
　　(2)设计并合成了两个基于FRET机理的异构体光捕获天线分子CRB1和CRB2。将4，5-羧基罗丹明B与香豆素荧光团和氟硼吡咯荧光团连接起来所形成的组合分子，首次实现了罗丹明类荧光染料在光捕获天线分子上的应用。CRB1和CRB2分别采用4-羧基罗丹明B和5-羧基罗丹明B作为能量受体，通过哌嗪环将不同吸收波长的香豆素和氟硼吡咯供体荧光团连接起来，使分子不仅具有香豆素、氟硼吡咯以及罗丹明的强吸收性质，而且很好的弥补了单个荧光团吸收光谱带狭窄的缺陷，使得CRB1和CRB2的吸收光谱覆盖了300 nm到650 nm这一太阳光的强辐射区域。该天线在有机相中的溶解性非常好，在整个吸收范围内有较大的摩尔消光系数，对太阳光的捕获能力非常强，从供体蓝色香豆素和绿色氟硼吡咯到受体红色罗丹明的激发能量转移效率几乎都为100％。这些优点表明用香豆素-氟硼吡咯-罗丹明能量传递体系来设设计的光捕获天线分子具有非常大的实际应用价值。
　　(3)基于香豆素-罗丹明能量传递体系构建了一个新颖的荧光硫醇探针。利用过渡金属Cu2+对探针荧光的强淬灭性和强嗜硫性实现了探针对小分子硫醇的识别。探针与Cu2+配位后荧光被完全淬灭掉，加成产物与硫醇作用后将自由的探针释放出来，探针重新恢复香豆素的强蓝色荧光。在正常生理条件下，探针能选择性检测GSH、Cys和Hcy三种生物硫醇。通过控制加入的Cu2+浓度，探针能够测定不同浓度范围的生物硫醇。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 荧光

1.2.1 荧光产生的机理

1.2.2 分子结构对荧光的影响

1.3 荧光共振能量转移(FRET)的介绍

1.3.1 荧光共振能量转移的基本原理

1.3.2 荧光共振能量转移的计算

1.4 荧光共振能量转移在各个领域的应用

1.4.1 FRET在光捕获天线分子上的应用

1.4.2 FRET在分子识别领域的应用

1.5 罗丹明类荧光染料的研究进展

1.5.1 罗丹明类荧光染料的合成与应用

1.6 硫醇荧光探针的研究进展

1.6.1 利用巯基的强亲核性来设计的硫醇荧光探针

1.6.2 利用巯基的氧化还原性来设计的硫醇荧光探针

1.6.3 利用巯基与氨基和醛基的共作用来设计的硫醇荧光探针

1.7 本论文的设计思想及主要研究内容

第2章 光捕获天线分子的设计、合成及光谱性能研究

2.1 引言

2.2 异构体天线分子CRB1和CRB2的全合成路线图

2.3 实验部分

2.3.1 仪器与试剂

2.3.2 各化合物的合成与分离

2.4 化合物的合成与分离方法的讨论

2.4.14，5-羧基罗丹明B异构体的合成方法选择

2.4.2 能量传递体系3a和3b的合成与分离方法的选择

2.5 光捕获天线分子CRB1和CRB2的光谱性能研究

2.5.1 光谱测试液的配制

2.5.2 荧光量子产率的测定

2.5.3 天线分子CRB1和CRB2的紫外吸收光谱的研究

2.5.4 天线分子CRB1和CRB2的荧光激发光谱的研究

2.5.5 天线分子CRB1的荧光发射光谱的研究

2.5.6 天线分子CRB2的荧光发射光谱的研究

2.6 本章小结

第3章 硫醇荧光探针的设计、合成与应用研究

3.1 引言

3.2 硫醇荧光探针的设计思想

3.3 硫醇荧光探针的合成路线

3.4 实验部分

3.4.1 仪器与试剂

3.4.2 各化合物的合成与分离

3.5 硫醇荧光探针的光谱性能研究

3.5.1 探针测试液的配制

3.5.2 探针对Cu2+的滴定荧光光谱的研究

3.5.3 探针与Cu2+配位后对GSH的滴定荧光光谱的研究

3.5.4 探针与Cu2+配位后的选择性研究

3.5.5 探针对GSH的动力学调控测定

3.5.6 探针调控测定GSH时的荧光颜色变化

3.6 硫醇荧光探针的反应机理研究

3.7 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

附录B 合成化合物一览图

附录C 部分化合物的谱图

致谢