基于氟硼二吡咯的荧光探针的合成与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

在过去几十年中，荧光染料被用于生物图像、化学传感器、太阳能电池敏化剂、荧光开关等领域中。设计和合成新型的荧光染料依然是一个非常活跃的研究领域。近二十年来，硼的三配位化合物引起了广泛的关注。特别是，作为卟啉的妹妹，氟硼二吡咯染料是应用最为广泛的荧光染料之一。由于它们显著的光学特性，例如高的摩尔吸光系数、窄的吸收和发射半峰宽、高的荧光量子产率、高的光稳定性，因而在生物标签和离子传感等领域中具有广泛的应用。荧光化合物能够发出光信号,而且对生物体无伤害作用，所以荧光化合物的研究一直是人们关注的焦点,它伴随着生命科学的发展发挥着越来越重要的作用。荧光探针一分子有较为突出的特点和优越性,例如检测灵敏度高以及检测简便等。基于以上优点,荧光探针技术随着光化学和光物理等器件的发展而迅速地发展起来,并且广泛地应用到各个领域。

2. 课题关键问题和重难点

第一点，荧光探针对分析物可特征识别并且不受其它千扰物的影响（例如，当其它干扰物存在时，探针同样可以检测到分析物的光谱变化）。第二点，指示剂识别分析物可以通过化学或者光谱的变化表现出来。第三点，荧光应尽可能的强，要求激发波长的摩尔消光系数应尽量大和荧光量子产率应该很高。第四点，如果随分析物浓度的变化瞬时清晰度可以观察到，那么探针和分析物之间的结合和分离应该是可逆的并且反应速度很快，只有这样才能使得探针能够贿分析物浓度变化在时间上是稳定的并且可视化成为可能。第五点，荧光信号为（也就是荧光増强）或者激发光谱/发射光谱发生移动的探针都优于荧光信号为（也就是荧光减弱）探针，这是由于伴随着低的信噪比比率的原因。对于定量测试方法中，荧光探针与分析物发生激发光谱/发射光谱位移的探针会更好。第六点，探针的吸收光谱和荧光发射光谱应尽量在可见或近红外区（650－900nm），与紫外激发光谱相比，有以下优点：1）可见与近红外的激光器造价更低，效率更高；2）可见与近红外的荧光发射光谱的检测器更容易制造；3）不再需要昂贵的石英比色皿；4）更少的散射。

3. 国内外研究现状（文献综述）

荧光分子探针由三个部分组成，即报告器部分、桥联部分和接受器部分（或称分子识别部分），接受器部分识别目标物种，通过桥联部分将目标物种的信息传递到报告器部分，报告器部分以某种形式（如荧光增强）将目标物种信息表示出来。

荧光探针具有单分子检测的高灵敏度、可以进行开关操作、对亚微粒具有可视的亚纳米空间分辨能力和亚毫秒时间分辨能力、可以进行原位检测(荧光成像技术)以及可以利用光纤进行远距离检测等众多优点,因而受到了广泛的关注。同时，由于具有种类丰富、性质多样以及应用广泛的特点，有机发光材料已经成为近年来的研究热点。在光致发光和电致发光以及染料敏化太阳能电池研究中，有机发光材料发挥着重要的作用。在荧光传感器中，作为传感信号的输出单元，荧光染料光物理以及光化学性质会直接影响传感器的质量。在为数众多的荧光染料之中，氟硼二吡咯(一般简写为 bodipy)类染料在过去的二十年中受到了广泛的关注。氟硼二吡咯染料显示了优异的光物理及光化学性质，例如，(l)窄的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱半峰宽,使之成为良好的荧光标签候选分子；(2)高的摩尔吸光系数，意味着高的吸收效率；(3）相对较高的荧光量子产率，有些氟硼二吡咯染料的荧光量子产率可以达到 100%；(4) 良好的抗光漂白和化学漂白能力。基于上述优异的光物理及光化学性质，氟硼二吡咯染料在化学传感器、生物标签、有机太阳能电池等领域都有良好的应用潜力。

荧光分子探针因其荧光的简洁、高灵敏和高分辨率而成为环境和生物相关系统分析的强有力工具，其研宄已成为一个活跃的研宄领域，如在、粘度、阴离子、环境中有毒金属离子、生物体和等领域的应用已取得很大的进展。但目前己有的荧光分子探针普遍表现出水溶性差、波长短（光谱范围不在近红外）等缺点，这些缺点的改进是分子探针将来发展的方向之一，使之能更好地用于生物体系等领域的研究。在众多荧光团中，类、吡喃腈类等染料被认为是构筑分子探针有希望的染料之一，类染料是一个性能优良的荧光发色团，与其他荧光团相比表现为荧光量子产率高、吸收峰和荧光峰峰形窄及光化学光物理性稳定。系列荧光染料作用的机理一般是基于分子内电荷转移过程，其荧光波长在以外并具有很高的荧光量子产率，适合在生物体内的实际应用。

4. 研究方案

2-甲基吡咯：在氮气保护下，将 dmf (7.3 g)置于冰水浴中，滴加三氯氧磷(10.3 m l)，除去冰水浴后，继续搅拌 15 分钟。然后加入 1, 2-二氯乙烷 (30 m l)，冷却至 0 ℃。取吡咯(6.7 g, 0.1 mol)用 1, 2-二氯乙烷 (20 m l)稀释，然后缓慢滴加到上述混合体系中。此混合体系加热回流15分钟以后冷却至零度，加入碳酸氢钠溶液至中性，搅拌过夜。分离出有机相，然后用二氯甲烷(2200 m l)萃取水相两次，合并有机相，加入无水硫酸钠干燥。蒸出溶剂后得到黑色油状固体，然后用柱层析分离，得到浅黄色固体为2-吡咯甲醛(7.8 g)。取上述产物与氢氧化钾(16.3 g)溶于乙二醇(200 m l)，加入水合肼(12 m l)，搅拌回流反应混合物得到淡黄色浆状物。搅拌一个小时以后，黄色固体溶解，常压蒸馏得到水和2-甲基吡咯的混合物。分液得到淡黄色液体，加入无水硫酸钠干燥后，加入乙醚过滤得到干燥的2-甲基吡咯。

2.1: 将4-羟基苯甲醛(1.22 g, 10 mmol)和2-甲基吡咯(1.62g, 20 mmol)溶解在二氯甲烷 (500 m l)中，用氮气除气20分钟，加入一滴三氟乙酸，然后在室温下搅拌三个小时。反应结束后，向其中加入四氯苯醌 (2.45 g, 0.01 mol)，于室温下搅拌一小时。然后加入三乙胺 (13.8 m l, 0.1 mol)室温下搅拌30分钟，再加入三氟化硼乙醚络合物(19.4 m l, 0.15 mol），室温下继续搅拌3小时。待反应完全后，向反应混合物中加入1 mol dm-3的碳酸钠溶液(200 m l)，然后室温搅拌半小时后，加入稀盐酸调节p h值略小于7，加入二氯甲烷萃取两次后合并有机相，使用硫酸钠干燥。过滤后蒸出溶剂，柱层析分离，洗脱剂为二氯甲烷。得到橙色固体。

2.2, 2.3: 将 2.1 (312.1 mg, 1 mmol)和4-醛基-氮-苯氮杂-15-冠-5(323.4 mg, 1 mmol)溶于干燥的甲苯(50 m l)中，然后再加入哌啶和乙酸各(0.5 m l)，最后加入少量的分子筛于氮气保护下回流24小时。冷却至室温，减压蒸出溶剂得到产品2.2和2.3的混合物，柱层析分离，洗脱剂为乙酸乙酯/石油醚(3:1 v/v)，得到化合物2.2 和2.3。

5. 工作计划

第一学期17-19周阅读文献，了解和掌握研究背景和研究现状，提出研究问题，制定

研究方法，并熟悉实验室环境； 第二学期1-3周 订购实验药品，开展实验研究尝试，完成开题报告；第二学期4-9周 开展实验研究第二学期10-11周完成毕业论文撰写，并查重。第二学期12周完成论文修改第二学期13周论文答辩