新型罗丹明肼酰衍生物荧光探针的合成与研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景

重金属和过渡金属广泛地存在于自然界中, 其中的一些元素在生命过程中扮演非常重要的角色, 如铜对肿瘤血管生长因子起重要的调节作用, 锌广泛参与细胞生长发育、基因转录、神经传递等各种重要生命过程;另外一些元素则在较低浓度时对生物具有极强的毒性, 如铅能引起消化系统、神经系统及心脏的病变;环境中无机的汞离子可被沉积物中的细菌转化为有机汞,通过食物链的累积与传递,最终传输到食物链顶端的人类, 从而威胁 人类的健康。因此,建立快速、高效的重金属和过渡金属检测方法在生命科学、环境科学、医学科学以及农业生产等方面都具有重要的意义。在众多金属检测方法中，荧光探针是一类重要的分子识别试剂，它通过与目标物质选择性的键合，将微观领域的作用通过荧光信号表现出来，达到某些离子或分子的特效识别。而罗丹明类荧光分子因具有良好的光稳定性、对pH不敏感、长波长发射和高量子产率等优点成为该方法最重要的荧光母体之一。

罗丹明内酰胺衍生物一般由顶部的氧杂蒽环和底部的苯环组成，其对离子的响应性来源于其独有的螺环关-开机理。罗丹明原关环状态是无荧光效应的，而在与特定的离子结合后则形成具有强烈荧光效应的开环状态，因此罗丹明内酰胺成为特定的金属离子的荧光增强传感器，是近年来人们研究的热点。近几年的研究工作者从设计的新型识别基团着手，将这些基团绑定在罗丹明分子上，改变不同的基团就能对不同的金属产生特异性响应，所以具有很好的选择性。并且罗丹明类具有内酰胺螺环结构的荧光染料分子在与特定的离子作用后，往往具有非常高的响应能力，最高的荧光量子效率可以达到85%以上，所以这种罗丹明类分子还具有良好的性能基础。以下是近几年来罗丹明类荧光探针的应用实例：

罗丹明类材料本身还广泛的应用在分析化学、生物化学、环境科学、材料科学、医药等领域，目前的研究焦点多集中于通过不断修饰、优化罗丹明荧光分子探针的结构片段，以实现对小分子及离子的特异性识别，并进一步应用于生物活体及自然环境监测领域。1.2研究目的 通过文献调研，设计并合成一种对某金属离子响应较强的荧光探针，罗丹明内酰胺中引入易氧化还原基团或配位基团，增强对金属离子及氢离子的响应性能，提高荧光识别材料的实用性，并拓宽其应用领域，进行结构表征和性能检测并总结引入基团对识别性能的影响规律。1.3研究意义 作为一种金属离子识别检测材料，罗丹明常常被选作荧光母体用于金属离子荧光探针的设计合成，在环境、生物、医学、化学科学中都有很大的应用，尤其是在环境监测和生物研究领域中占有必不可少的地位，甚至会关系到国计民生。 近些年来，随着重工业的迅速发展，金属污染事件愈演愈烈，著名的云南锡都锡污染事件不但造成城市污染，甚至造成了沿江流域几十年的大面积污染。因此设计并合成便携式地能检测μmol级别的金属离子迫在眉睫。中国金属资源十分丰富，矿区城市210多座，仅金属离子识别检测在这方面的应用，不但具有极大的市场空间，更具有社会价值。随着国家颁布了我国首个十二五专项规划《重金属污染综合防治十二五规划》，重点加强各类金属离子检测探针的研究工作兼具极大的经济和社会意义。 金属离子在生命过程中也占有十分重要的地位，比如过渡金属、重金属离子，在一定浓度范围内是生物合成、辅酶激活、生物运输过程所必须的，但超过一定浓度，则表现出神经毒性、致癌性、氧化还原异常等有害作用。在《生物医药产业发展十二五规划》中则将金属离子荧光探针在内的新型诊断试剂作为重点发展产品，因具有操作简便、速度快、精确度高、成本低等特点,在金属离子检测上有很好的应用前景。此外，罗丹明类荧光探针的水溶性与它的实际应用密切相关，其不应仅局限于活体生物中重金属离子过渡金属离子的荧光成像上，如何引入具有水溶性细胞兼容性等特点的氨基酸小肽等分子，把罗丹明类探针真正应用到生物体系中，对生物检测有重大意义。 尽管已经报道的材料在荧光识别性能上往往具有优异性能，但多数新材料由于存在非水溶性、稳定性差、响应能力不足与功能单一等原因，在实际应用上遇到一定的困难。本课题旨在对尚存在缺陷的金属离子识别材料进行单体化，设计并合成对金属离子和氢离子响应较强的的荧光探针，提高其非水溶性、稳定性及响应能力，进一步深化以适应多样化的应用要求，符合今后罗丹明类的金属离子探针研究的发展趋势，具有巨大的市场前景和社会意义！

2. 研究内容和预期目标

2.1研究内容

具有易氧化还原基团或配位基团结构的罗丹明内酰胺化合物能够对金属离子、氢离子产生较好的荧光相应功能。本论文中设计的结构是将具有配位能力的酰肼结构连接在罗丹明底部苯环上，再连接上具有酚羟基结构的苯环基团。这种小分子探针能够对金属离子产生荧光响应。通过表征荧光响应性能和罗丹明结构变化的性能可以研究罗丹明内酰胺对金属离子荧光响应的机理。

2.1.1 设计合成可聚合双键的罗丹明单体以及测试表征

3. 研究的方法与步骤

3.1罗丹明b酰肼的合成1、罗丹明b，加入适量乙醇做溶剂，再加原料水合肼，78℃回流2h。2、配制1 mol/l hcl（1ml hcl 49ml h2o）和0.5 mol/l naoh (1.4g naoh 70 ml h2o)溶液（均用蒸馏水配置）。3、蒸馏去乙醇，将剩余固体溶于配好的1 mol/l hcl中（溶液变成深红色），向其中加入0.5 mol/l naoh溶液，调ph为7左右，析出大量浅粉红色固体，抽滤，用蒸馏水洗至滤液变无色。4、将浅粉红色固体干燥，即得产物。3.2罗丹明b酰肼水杨醛的合成将第一步合成的罗丹明b酰肼，加入适量甲醇做溶剂，再加入原料水杨醛，66℃回流3 h，出现淡黄色固体。过滤，用甲醇洗至滤液变无色。淡黄色固体即为合成产物。具体合成路线如图1所示

图1 合成实验步骤

4. 参考文献

[1] s.g. schulman, s. chen, f. bai, m.j.p. leiner, l. weis, o.s. wolfbeis,anal. chim.

acta 304 (1995) 165170.

[2] h.r. kermis, y. kostov, g. rao, analyst 128 (2003) 11811186.

5. 计划与进度安排

1月15日3月1日：汇总资料、开题报告、准备实验。

3月1日4月1日：探针的合成、制备和性能表征。

4月1日4月15日：性能测试、完成毕业论文的初稿，接受中期检查。