比率荧光探针的分子设计合成研究(附件)【字数：13141】
摘 要摘 要作为连接微观世界与宏观世界的桥梁，荧光分子探针可以把它所确认的信息表现为荧光信号的形式传达给宏观世界，具有诸多优点，譬如灵敏度很高，可以达到单分子级别；选择性良好；使用起来很方便，可开可关等。荧光分子探针通常由三部分组成识别基团，荧光团，以及连接体部分。顾名思义，识别基团影响着探针分子的选择性和特异性；荧光团影响着灵敏度；连接体部分负责连接、传输信息。根据本组的相关经验，若荧光团具有强的推-拉电子共轭体系，当共轭氮原子的共轭能力发生改变时，所发出的荧光波长就会发生移动。正是基于这一机理，我们设计了分子1-(1，2，3，4-四氢苯并[f]喹喔啉-8-基)乙酮，并以1-(6-甲氧基萘-2-基)乙酮作为起始原料，合成了一系列的中间体，采用1H-NMR，MS等现代波谱学方法鉴定了一部分化合物。主要研究内容及结果如下合成了11个中间体，如1-(6-羟基萘-2-基)乙酮，1-(6-氨基萘-2-基)乙酮等。合成了最终产物1-(1，2，3，4-四氢苯并[f]喹喔啉-8-基)乙酮，并通过1H-NMR， 13C-NMR， MS等现代波谱技术鉴别了部分中间体，以及最终产物，其中部分为新化合物。以上化合物为下一步测试斯托克斯位移奠定了坚实的基础。关键词比率荧光探针，特异性，共轭，苯并喹喔啉，斯托克斯位移
目 录
1. 文献综述 1
1.1绪论 1
1.2 基于ICT机理的荧光分子探针设计原理 2
1.2.1 键合信号输出法 2
1.2.2 基于置换法设计的探针 3
1.3 荧光信号[12] 5
1.3.1 “开关”模式 7
1.3.2 “或或”模式 8
1.4 本研究工作的主要内容 9
2. 实验部分 11
2.1 仪器与试剂 11
2.2 中间体8b的合成 11
2.2.1 化合物2的的合成 11
2.2.2 化合物3的合成[26] 12
2.2.3 化合物5的合成[27] 13
2.2.4 化合物6的合成[27] 14
2.2.5 化合物7的合成 14
2.2.6 化合物8a的合成 15
2.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
目标化合物10的合成 16
2.3.1 化合物9的合成 16
2.3.2 化合物9的合成 17
2.4 化合物10的合成(路线1) 19
2.4.1 化合物8b的合成[28] 19
2.4.2 化合物9b的合成 19
2.4.3 化合物10b的合成 20
2.5 化合物10的合成(路线2) 20
2.5.1 化合物8的合成 20
2.5.2 化合物8c的合成 21
2.5.3 化合物10c的合成 21
2.5.4 化合物10的合成[29,30] 24
3. 结果与讨论 25
4. 结论部分 27
致 谢 28
参考文献 29
附录 A 典型化合物的1HNMR谱图 31
附录 B 典型化合物的液质联用谱图 38
附录 C 典型化合物的13CNMR谱图 41
1. 文献综述
1.1绪论
分子识别在人的生命中起了重要的作用，同时这也是超分子领域的基石[1]。在1987年，Nobel化学奖授予了C.J.Pedersen、D.J.Cram和J.M.Lehn，这代表着化学发展又取得了空前的进步。人们不再只着眼于分子化学，而是把分子作为最小合成单位，进一步探索具有全新功能和性质的新型材料。正是这样，分子识别领域引起了众多科学家的关注。
分子识别不是靠传统的共价键力，而是靠称为非共价键的分子间作用力，如范德华力(van der Waals)(包含离子偶极、偶极偶极还有偶极诱导偶极相互作用)，氢键，疏水作用等。在现实中也有诸多实例，譬如说，抗体与抗原的结合，酶对底物的特异性选择，tRNA以mRNA为模版，在mRNA的指导下合成蛋白质等。从近些年来看，关于分子识别的原理，分子自组装，分子识别模式的研究，分子识别模型的建立等领域引起了很多有机化学家和生物化学家的广泛关注[2]。但是，我们不得不克服的一个问题是如何去了解在这种微观环境下发生的事件。要知道，一点离子浓度的变化，温度的变化都会对这种识别要产生影响。进而导致了判断难度的骤增。所以我们需要借助一种工具来达到对这种微观事件的高度识别。由于我们获取信息最便捷的方法就是观看，因此，最有可能满足以上这些条件的就是光信号，以荧光信号最为重要。分子荧光作为传感信号具有以下优点:灵敏度很高，可以达到单分子级别；选择性良好；使用起来很方便，可开可关，借助光纤来达到远距离鉴别等[3]。荧光探针是建立在光谱化学和化学波导与测量技术基础上，选择性的将分析对象转换成荧光信号传递给外界的一种工具。当外界环境发生变化后，荧光发射也会随之改变，这样，人们就可以获知周围环境的情况，这就是所谓的荧光分子探针。
根据有机分子的电子结构，电子在受特定波长的光激发后，会以发光的形式跃迁回基态。可能的跃迁类型有：δ→δ＊、δ→π＊、π→π＊、π→δ＊、n→π＊、n→δ＊。这些荧光大部分都是可见的，这代表着光与物质之间的一种转换。早在19世纪中期，斯托克斯就发现了荧光的发射波长大于激发波长，因此两者之间的波长差被定义为Stokes位移。并且，Stokes还提及了荧光强度和荧光团浓度之间的密切联系，譬如荧光团的浓度过大会淬灭自身的荧光，当然，其他外来条件亦可。然而以上两种情况在吸收光谱中却不存在。因此，Stokes在1852年预测，可以用荧光来鉴别有机物[4]。
1.2 基于ICT机理的荧光分子探针设计原理
荧光分子探针通常由三部分组成：识别基团(receptor)，荧光团(fluorophore)，以及连接体部分(spacer)。顾名思义，识别基团影响着探针分子的选择性和特异性；荧光团影响着灵敏度；连接体部分则是负责传输信息的纽带。
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图 1.1 荧光分子探针的组成
ICT荧光探针的荧光团与受体直接共轭连接，形成DπA型分子。当受光诱导时，会发生电子从电子供体到电子受体的电荷转移。典型的ICT探针是荧光团两端分别连接着电子供体和电子受体，这是一个强的推拉电子体系。并且斥电子部分或吸电子部分也是受体的一部分。当识别基团和被分析物结合后，整个推拉电子体系中的π电子发生了重新分布，从而导致发射光谱的红移或者是蓝移[58]。
根据以上的介绍，我们将根据受体和荧光团的作用方式进行分类。在当前发展条件下，荧光分子探针主要有以下两类。
1.2.1 键合信号输出法
作为化学传感器，它的一个突显特征就是当连接体和被分析物结合后会发出信息。而被分析物是不能够发射信号的，因此，如何让连接体发出信号就显得尤为重要了。较为普遍的一种方法就是，让荧光团和连接体通过共价键的方式连接，如图 1.2 所示。当然，由于很早便已被设计出来，所以有着很明显的缺点，荧光团的光性能会发生变化。这是因为连接体与被分析物结合会影响周围环境。
目 录
1. 文献综述 1
1.1绪论 1
1.2 基于ICT机理的荧光分子探针设计原理 2
1.2.1 键合信号输出法 2
1.2.2 基于置换法设计的探针 3
1.3 荧光信号[12] 5
1.3.1 “开关”模式 7
1.3.2 “或或”模式 8
1.4 本研究工作的主要内容 9
2. 实验部分 11
2.1 仪器与试剂 11
2.2 中间体8b的合成 11
2.2.1 化合物2的的合成 11
2.2.2 化合物3的合成[26] 12
2.2.3 化合物5的合成[27] 13
2.2.4 化合物6的合成[27] 14
2.2.5 化合物7的合成 14
2.2.6 化合物8a的合成 15
2.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
目标化合物10的合成 16
2.3.1 化合物9的合成 16
2.3.2 化合物9的合成 17
2.4 化合物10的合成(路线1) 19
2.4.1 化合物8b的合成[28] 19
2.4.2 化合物9b的合成 19
2.4.3 化合物10b的合成 20
2.5 化合物10的合成(路线2) 20
2.5.1 化合物8的合成 20
2.5.2 化合物8c的合成 21
2.5.3 化合物10c的合成 21
2.5.4 化合物10的合成[29,30] 24
3. 结果与讨论 25
4. 结论部分 27
致 谢 28
参考文献 29
附录 A 典型化合物的1HNMR谱图 31
附录 B 典型化合物的液质联用谱图 38
附录 C 典型化合物的13CNMR谱图 41
1. 文献综述
1.1绪论
分子识别在人的生命中起了重要的作用，同时这也是超分子领域的基石[1]。在1987年，Nobel化学奖授予了C.J.Pedersen、D.J.Cram和J.M.Lehn，这代表着化学发展又取得了空前的进步。人们不再只着眼于分子化学，而是把分子作为最小合成单位，进一步探索具有全新功能和性质的新型材料。正是这样，分子识别领域引起了众多科学家的关注。
分子识别不是靠传统的共价键力，而是靠称为非共价键的分子间作用力，如范德华力(van der Waals)(包含离子偶极、偶极偶极还有偶极诱导偶极相互作用)，氢键，疏水作用等。在现实中也有诸多实例，譬如说，抗体与抗原的结合，酶对底物的特异性选择，tRNA以mRNA为模版，在mRNA的指导下合成蛋白质等。从近些年来看，关于分子识别的原理，分子自组装，分子识别模式的研究，分子识别模型的建立等领域引起了很多有机化学家和生物化学家的广泛关注[2]。但是，我们不得不克服的一个问题是如何去了解在这种微观环境下发生的事件。要知道，一点离子浓度的变化，温度的变化都会对这种识别要产生影响。进而导致了判断难度的骤增。所以我们需要借助一种工具来达到对这种微观事件的高度识别。由于我们获取信息最便捷的方法就是观看，因此，最有可能满足以上这些条件的就是光信号，以荧光信号最为重要。分子荧光作为传感信号具有以下优点:灵敏度很高，可以达到单分子级别；选择性良好；使用起来很方便，可开可关，借助光纤来达到远距离鉴别等[3]。荧光探针是建立在光谱化学和化学波导与测量技术基础上，选择性的将分析对象转换成荧光信号传递给外界的一种工具。当外界环境发生变化后，荧光发射也会随之改变，这样，人们就可以获知周围环境的情况，这就是所谓的荧光分子探针。
根据有机分子的电子结构，电子在受特定波长的光激发后，会以发光的形式跃迁回基态。可能的跃迁类型有：δ→δ＊、δ→π＊、π→π＊、π→δ＊、n→π＊、n→δ＊。这些荧光大部分都是可见的，这代表着光与物质之间的一种转换。早在19世纪中期，斯托克斯就发现了荧光的发射波长大于激发波长，因此两者之间的波长差被定义为Stokes位移。并且，Stokes还提及了荧光强度和荧光团浓度之间的密切联系，譬如荧光团的浓度过大会淬灭自身的荧光，当然，其他外来条件亦可。然而以上两种情况在吸收光谱中却不存在。因此，Stokes在1852年预测，可以用荧光来鉴别有机物[4]。
1.2 基于ICT机理的荧光分子探针设计原理
荧光分子探针通常由三部分组成：识别基团(receptor)，荧光团(fluorophore)，以及连接体部分(spacer)。顾名思义，识别基团影响着探针分子的选择性和特异性；荧光团影响着灵敏度；连接体部分则是负责传输信息的纽带。
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图 1.1 荧光分子探针的组成
ICT荧光探针的荧光团与受体直接共轭连接，形成DπA型分子。当受光诱导时，会发生电子从电子供体到电子受体的电荷转移。典型的ICT探针是荧光团两端分别连接着电子供体和电子受体，这是一个强的推拉电子体系。并且斥电子部分或吸电子部分也是受体的一部分。当识别基团和被分析物结合后，整个推拉电子体系中的π电子发生了重新分布，从而导致发射光谱的红移或者是蓝移[58]。
根据以上的介绍，我们将根据受体和荧光团的作用方式进行分类。在当前发展条件下，荧光分子探针主要有以下两类。
1.2.1 键合信号输出法
作为化学传感器，它的一个突显特征就是当连接体和被分析物结合后会发出信息。而被分析物是不能够发射信号的，因此，如何让连接体发出信号就显得尤为重要了。较为普遍的一种方法就是，让荧光团和连接体通过共价键的方式连接，如图 1.2 所示。当然，由于很早便已被设计出来，所以有着很明显的缺点，荧光团的光性能会发生变化。这是因为连接体与被分析物结合会影响周围环境。
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