摘 要

基于FRET机理的荧光探针在探针分子设计上的要求更高，需要两个荧光团的吸收光谱和发射光谱有所重叠。在表现出高选择性结合汞离子的同时，还要能够高灵敏地显示出光化学信号。罗丹明类荧光染料在被金属离子激发从而开环后体现出强的荧光和颜色变化是非常有用的传感平台。本文以罗丹明B、乙二胺、水合肼、Lawesson试剂及1，8-萘二甲酸酐，其中罗丹明B作为“受体”，萘二甲酰亚胺作为FRET系统建设中的“捐助者”，设计和合成选择性好、灵敏度高、抗干扰能力强、基于FRET机理的罗丹明–萘酰亚胺汞离子探针R1和R2。对合成目标的结构进行了确证。最终得到了高产率的R1与R2，经验证后检测Hg² 能力良好。

关键词：荧光探针；FRET机理；罗丹明B；1，8-萘二甲酸酐；Lawesson试剂；

Abstract

Fluorescence probes based on FRET mechanism are more demanding on probe molecular design and require that the absorption spectra and emission spectra of the two fluorophores overlap. It is possible to display the photochemical signal with high sensitivity while exhibiting a high selectivity to combine the mercury ions. Rhodamine-type fluorescent dye is excited by metal ions to open the ring after the strong fluorescence and color changes is a very useful sensing platform. In this paper, rhodamine B, ethylenediamine, hydrazine hydrate, Lawesson reagent and 1,8-naphthalene dicarboxylic anhydride, in which rhodamine B as a "receptor", naphthalimide as FRET system construction in the "donor "Design and synthesis Selectivity is good, high sensitivity, strong anti-interference ability, based on FRET mechanism of rhodamine- naphthalimide mercury ion probe R1 and R2. The structure of the synthetic target is confirmed. And finally get a high yield of R1 and R2, after verification of Hg² good ability to detect.

Key Words: Fluorescent probe; FRET mechanism; Rhodamine B; 1,8-naphthalenedicarboxylic anhydride; Lawesson’s reagent;

目 录

摘 要 ………………………………………………………………I

ABSTRACT …………………………………………………………II

第一章 前 言 ………………………………………………………1

1.1传统汞元素及其衍生物的检测方法 ……………………………………1

1.2荧光分子探针分析法 ……………………………………………………1

1.2.1荧光探针的组成 …………………………………………………1

1.2.2荧光探针的特点 …………………………………………………2

1.2.3荧光探针的设计原理 ………………………………………2

1.3基于罗丹明类染料的荧光探针的概述 ………………………………5

1.3.1罗丹明类化合物结构 ……………………………………………5

1.3.2罗丹明类FRET型汞离子荧光探针 ……………………………6

1.4本课题的提出 …………………………………………………………8

第二章 实验部分 …………………………………………………………9

2.1 仪器与试剂 ……………………………………………………………9

2.1.1实验仪器 …………………………………………………………9

2.1.2实验试剂 …………………………………………………………9

2.2 实验部分 ………………………………………………………………11

2.2.1罗丹明–萘酰亚胺探针R1（RSNA）合成步骤 ………………11

2.2.1罗丹明–萘酰亚胺探针R2合成步骤 …………………………12

第三章 结果与讨论 ………………………………………………14

3.1目标产物结构表征 ………………………………………………………14

3.1.1 RHBS的¹H-NMR图谱 …………………………………………14

3.1.2 R的¹H-NMR图谱 ………………………………………………15

3.1.3 R的¹³C-NMR图谱 ………………………………………………16

3.1.4 R’的¹H-NMR图谱 ………………………………………………16

3.2 RSNA的对Hg² 的响应机理 …………………………………………17

3.3 纯化方法讨论 …………………………………………………………17

第四章 结论与展望 ………………………………………………18

4.1结 论 …………………………………………………………………18

4.2展 望 …………………………………………………………………18

参考文献 ……………………………………………………………19

致 谢 ……………………………………………………………21

前 言

• 1. 传统汞元素及其衍生物的检测方法

近年来，Cr³ ，Pb² ，Cu² 和Hg² 等环境中过渡金属离子的感测和识别化学传感器的研制引起了当前研究人员的广泛关注。目前，关于汞元素及其衍生物的检测方法中，原子吸收光谱法、原子发射光谱法是最常用的定量检测方法。还有其他一些方法，如中子活化分析法、阳极溶出伏安法^[1]、X射线荧光光谱法、等离子体感应光谱法、双硫腙比色法和用悬液计测量悬液法等^[2]。但是，这些方法一般都成本比较高，需要复杂的仪器和较高操作技术的人员。具有测试费用高，步骤复杂，耗时长的缺点。正因为这样，这些检测手段都必须在实验室中进行，即采样后离线分析，不满足在线跟踪环境污染检测的要求。所以探究快速、易操作的汞元素及其衍生物的痕量检测新方法就有十分的必要性。

• 1. 荧光分子探针分析法

当用紫外或可见光照射某些物质时，某些特殊物质吸收某种波长的光后会发射出波长和强度与之前各不相同的光，当停止照射后，这种光也随之消失，这种光即被称为荧光^[3]。

1.2.1荧光探针的组成

荧光分子探针一般由三个部分组成，包括连接基团、识别基团和荧光基团。大多数荧光分子探针都包含共轭双键体系，激发波长大部分位于近紫外区和可见光区，发射波长多处于可见光区和近红外区^[5]。所以通常使用的荧光基团为芳香族化合物：如稠环芳烃，以萘^[6]、蒽^[7]、芘^[8]为主要代表的稠环芳烃类都具有强而稳定的荧光。常见的荧光物质还有卟啉^[9]、荧光素^[10]、罗丹明^[11]、香豆素^[12]等。

1.2.2荧光探针的特点

荧光分子探针应该具有以下特点：1）探针的荧光必须与生物样品的背景荧光易于区别；2）探针必须不干扰研究的主体；3）探针主要用于生物活体或在天然生物条件下的体外样品的研究，所以荧光分子探针的毒性、使用的pH范围，生物相容性等方面都有严格的要求^[4]。荧光分子探针分析法通常具有如下特征：1）具有较大的斯托克斯位移，即在荧光光谱中所观察到的荧光波长总是大于激发光的波长；2）荧光发射光谱的形状与激发波长无关；3）灵敏度高、选择性好；4）方法简捷，取样量少，仪器设备简单，且重现性好^[13]。

1.2.3荧光探针的设计原理

荧光分子探针的设计原理主要包括以下几类：光诱导电子转移（PET）^[8]、分子内电荷转移（ICT）^[10]、单体-激基缔合物^[12]、荧光共振能量转移（FRET）^[16]。除了上述三种信号转导机制，在最近十年，其他类型的分子荧光探针的设计中的信号转导机制已被广泛使用,但大多数分子荧光传感器都是基于FRET，PET，ICT机理设计合成的。

1）光诱导电子转移（PET）^[8]

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