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摘 要

荧光分析法是利用物质的荧光特性，对目标物进行定性和定量分析的方法。荧光探针是一类有机荧光功能染料。荧光探针与荧光光谱相结合，检测灵敏度高，不破坏目标分子且样品用量少，对样品环境依赖性小。这些优点使荧光分析法成为现代生物、化学分析和生命科学中的重要研究方式。与其它荧光染料相比，罗丹明具有良好的光稳定性，吸收和发射波长可达到550nm以上，样品背景干扰小和较高的荧光量子产率等优点，并且水溶性好，无毒，低成本，因此，在单分子检测、荧光标记、分子生物学、细胞生物学、环境化学和信息科学等方面都有广泛的应用，在分析化学方面也有广泛的应用，是生物分析及医药科学等生物技术领域中非常常用的荧光染料。

本课题以3-二甲基氨基苯酚和4-溴邻苯二甲酸酐为原料合成罗丹明类衍生物，经硅胶柱色谱法分离异构体，再与水合肼在乙醇中反应得到目标产物溴代罗丹明酰肼Br-RHBN。由核磁共振氢谱（¹H-NMR）和核磁共振碳谱（¹³C-NMR）确定Br-RHBN的结构。通过Br-RHBN对不同金属离子选择性检测和对不同浓度Cu² 的紫外-可见吸收光谱、荧光光谱来测试Br-RHBN性能。实验表明Br-RHBN对Cu² 具特异性，对其他金属离子基本没有反应。随着Cu² 浓度的不断增加，在Cu² 浓度为0-60μmol/L和80-160μmol/L范围内与吸光度和荧光强度体现出良好的线性相关。且Br-RHBN可在样品中检测极低浓度的Cu² ，具有高灵敏度。所以Br-RHBN是一种灵敏度选择性俱佳的Cu² 荧光探针平台。本课题合成的溴代罗丹明衍生物在四甲基罗丹明荧光团上具有活泼的含溴基团，可以通过催化偶联，氨基取代等方法结合多种化学基团从而制得基于罗丹明为母体的对Cu² 有特异性光学响应的多功能荧光探针平台，大大扩展Cu² 探针使用范围和检测条件，因此溴代罗丹明类探针平台具有广阔的研究前景。

关键词 荧光探针 罗丹明 铜离子

ABSTRACT

Fluorescence analysis is the use of substances qualitative and quantitative analysis of fluorescent substance properties. Fluorescent probes for the detection are of high sensitivity, without destroying the target molecule and the small amount of sample, less dependence on the environment. These advantages make fluorescence analysis has become an important research method in the modern chemical analysis and life sciences. Compared with other fluorescent dyes, rhodamine has good light stability, absorption and emission wavelengths up to 550nm or more, small sample background interference and high fluorescence quantum yield, and a water-soluble, non-toxic, low-cost, etc. Thus, rhodamine in single molecule detection, fluorescent labels, molecular biology, cell biology, environmental chemistry and information science and other fields has a wide range of applications.

The subject synthesizes brominated rhodamine derivatives with 3-methyl-aminophenol and 4-bromo-phthalic anhydride. Isomers were separated by silica gel column chromatography. Then, it reacts with hydrazine hydrate in ethanol to get the desired product Br-RHBN. ¹H-NMR and ¹³C-NMR determine the structure of Br-RHBN. Testing chemical properties of Br-RHBN by selective detection of different metal ions and the response of fluorescence intensity and absorption after addition of Cu² . Experiments show that Br-RHBN of Cu² with high specificity, but for other metal ions substantially no reaction. With increasing concentration of Cu² , absorbance and fluorescence intensity reflects the good linear correlation within the range of Cu² concentration in 0-60μmol / L and 80-160μmol / L. And Br-RHBN can detect extremely low concentrations of Cu² in the sample. So Br-RHBN is an excellent fluorescent probe platform for Cu² . This paper intends to synthesize brominated rhodamine derivatives, which refers to having an active bromine-containing group on the tetramethylrhodamine fluorophore, through catalyzed coupling, an amino-substituted and other methods to prepare rhodamine-based multifunctional fluorescent probe platform, which has specific optical response to Cu² . It greatly expands the scope of Cu² probes and testing conditions, so bromo rhodamine probe platform has broad prospects.

Keywords : fluorescence probe, rhodamine, Cu²

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

目 录 IV

第一章 综述 1

1.1荧光探针的概述 1

1.1.1荧光的产生 1

1.1.2荧光探针的结构 2

1.1.3 荧光探针的传感机理 2

1.2罗丹明及其衍生物的概述 4

1.2.1罗丹明类化合物 4

1.2.2罗丹明荧光探针的结构和设计 5

1.2.3 罗丹明OFF-ON型荧光探针 6

1.2.4 罗丹明类荧光探针及其衍生物在Cu² 的应用 9

1.3 本论文的研究内容及意义 11

第二章 实验部分 12

2.1实验仪器与试剂 12

2.1.1 实验仪器 12

2.1.2实验试剂 12

2.2溴代罗丹明酰肼的合成以及性能测试 14

2.2.1 合成步骤 14

第三章 结果与讨论 17

3.1溴代罗丹明同分异构体的分离纯化 17

3.2目标产物Br-RHBN结构表征 17

3.3 Br-RHBN的对Cu² 的响应机理 19

3.4 Br-RHBN对不同金属离子选择性检测 20

3.5目标产物Br-RHBN的紫外-可见吸收光谱 20

3.6目标产物Br-RHBN的荧光吸收光谱 21

第四章 结论与展望 23

4.1结论 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 综述

1.1荧光探针的概述

荧光分析法是根据不同物质的荧光性质的不同，对待检测物质进行定性或者定量分析的方法。荧光探针是一类有机荧光功能染料。探针与目标作用使目标物的荧光特征和强度变化，从而检测到目标物。有机小分子荧光探针一般由荧光团通过连接基与配体（反应位点）相连接而成，其中配体高专一性和高亲和力的与受体结合。荧光探针的设计方法有三种：键合信号输出法、化学测量法和置换法。荧光探针与荧光光谱相结合，检测灵敏度高，不破坏目标分子且样品用量少，对样品环境依赖性小。这些优点使荧光分析法针成为现代生物、化学分析和生命科学中的重要研究方式。

1.1.1荧光的产生

荧光是一种光致发光的冷发光现象（如图1-1）。当荧光物质接受了合适的激发能量如光、电和化学能等，电子将被处于基态的荧光分子释放，跃迁到激发态。激发态分子不稳定，释放能量到第一电子激发单重态再跃迁回基态，伴随的发光现象即荧光产生。

图1-1雅布隆斯基分子能级图

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