（应用化学专业论文）18萘酐类水溶性荧光染料的合成与表征.pdf

摘要 荧光化合物具有高灵敏性、选择性、分辨时间短、实时原位检测等突出优点， 因而广范地用作探针化合物，对微量物质进行检测。针对荧光化合物在生命科学、 环境科学等方面的应用，进行了以下三方面的工作： 1 在生命科学中，要求探针化合物具有一定的水溶性，因此本论文对1 ，8 一萘酐的水溶性进行改造，合成了水溶性荧光染料。通过在1 ，8 一萘酐4 一 位的烷基链上形成季铵盐亲水基团，合成了三个以1 ，8 一萘酐为母体的水 溶性荧光染料。以4 一g r 一1 ，8 - 萘酐为原料，经取代、酰胺化、季铵盐化三 步反应，合成了季铵盐型4 一( n ，n 一二甲基- 1 - 哌嗪基) 一n 一烷基一l ，8 一 萘酰亚胺，总收率达到7 0 2 以上。目标化合物在水溶液中的量子产率达 到0 6 以上。对实验路线进行了改进，使反应的时间缩短，产率提高。 2 小分子探针化合物对待测对象的检测，一般是和待测体系形成均相体系， 这样会污染检测物，不易清除，而且探针化合物很难提取出来，不能重复 使用。通过形成高分子材料，制成器件，和待测体系形成非均相体系，能 克服上述弊端，实现检测的自动化等。因此设计了高分子荧光化合物化合 物：将可聚合的荧光单体和水溶性单体丙稀酰胺，以d b p 为引发剂进行 自由基共聚，得到水溶性荧光高分子。对其在水溶液中的荧光光谱进行了 测试。 3 锌离子在酶的活性、神经传输中有着很重要的作用，除了在中枢神经系统 ( c n s ) 中的作用和参与神经变性的紊乱过程，锌离子还是众多细胞作用 的关键性辅助因子，对基因表达和凋亡很关键。因此设计了能够在生理条 件下检测锌离子的荧光探针，对合成路线进行了探索。 关键词：水溶性荧光染料，1 , 8 一萘酐，季铵盐，水溶性荧光高分子，锌离子荧光 探针。 a b s t r a c t f i u o r e s c e n tc o m p o u n d sh a v eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g h s e n s i t i v i t ya n d s e l e c t i v e t y , s h o r t r e a c t i o nt i m e ，r e a lt i m ea n dr e a ls p a c es e n s i n g ，a n dt h e y a r e g e n e r a l l yu s e da sp r o b e so n r a c ed e t e c t i o n c o n s i d e r i n gi t sa p p l i c a t i o ni nl i f es c i e n c e a n de n v i r o n m e n ts c i e n c e m yw o r k c a nb es u m m e r i z e da sf o l l o w i n g ： 1 i nl i f es c i e n c e ，i t si m p o r t a n tf o rt h ep r o b et ob ew a t e r - s o l u b l e u s i n g4 - b r - 1 ， 8 - n a p h t h a l i ca n h y d r i d e a sas t a r t i n gm a t e r i a l ，v ar e p l a c e m e n t ，a m i d a t i o n ， q u a t e r i s a t i o no f t h ea m i n e 。g a v e4 - ( n ，n - d i m e t h y l - p i p e r a z i n i - y 1 ) 一n a l k y l 一 1 , 8 n a p h t h a l i m i d ei o d i d e s ，b yf o r m i n gq u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l t i na l k y l c h a i na t4 - p o s i t i o no f1 , 8 一n a p h t h a l i ea n h y d r i d e 2 i nd e t e c t i o no ft r a c em a t e r i a l s ，f o rs m a l lm o l e c u l a rp r o b e s ，i t sn e c e s s a r yt o f o r mh o m o g e n e o u ss o l u t i o n t h a tw i l lp o l l u t et h es o l u t i o n ，a tt h es a n l et i m e ， i t sd i f f i c u l tt 0p i c kt h ep r o b eo u ta n dt ou s ei ta g a i n p o l y m e rc a no f f e rr o b u s t a n dr e u s a b l eo p t o d es y s t e m sf o rm o n i t o r i n gl a r g e rs c a l et a r g e t se n c o u n t e r e di n m e d i c a l ，c h e m i c a l a n de n v i r o n m e n t a ls c i e n c e w e s y n t h e s i s s o m e w a t e r - s o l u a b l ef l u o r e s c e mp o l y m e r 3 i na d d i t i o nt oi t sr o l ei nc n sa n di n v o l v e m e n ti nn e u r o d e g e n e t a t i v ed i s o r d e r s ， z i n ci sac r i t i c a lc o f a c t o rf o rn u m e r o u sc e l l u l a rf u n c t i o n s ，a n di sc r i t i c a lf o r g e n ee x p r e s s i o na n da p o p t o s i s w i t l ls u c ha w i d er a n g eo fc o n c e n t r a t i o n sa n d f u n c t i o n s ，t h e r e i san e e df o rp r o b e sf o ri n v e s t i n gz n 2 + a n dw ed os o m e a t t e m p t i nd e s i g n i n gs u c h p r o b e k e y w o r d s ：w a t e r - s o l u b l e f l u o r e s c e n t d y e ，1 , 8 一n a p h t h a l i ca n h y d r i d e ，q u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l t ，w a t e r s o l u b l ef l u o r e s c e n tp o l y m e r , z 七+ f l u o r e s c e n t p r o b e 盔堡垄三查堂堡主生望、业堡奎 一 一 第一章：文献综述 1 1 概述 光染料作为功能性色素在科学技术的各个领域得到广泛应用。尤其作为 分子探针在生命科学”。1 、超分子光化学”。”等方面的研究在全世界范围内备受 瞩目，足目前热门的研究方向。众所周知，化学，生物学里最关键的过程是 分子识别和组装，对这些分子水平的微观过程的监测与研究对人类认识整个 世界有极其重要的意义。经过特殊设计的荧光探针具有高度灵敏度，高特异 选择性，可以进行实时单分子检测，安全方便等特点可将微环境的变化信息 转变为光信号，从而使人一分子对话成为可能，架起宏观世界与微观世界的桥 梁。除了作为强大的分析检测工具外，荧光分子的另一个重要应用是作为分 子开关中的光信号单元，由于能够对环境刺激做出荧光发射的“开”或“关” 的控制，因此可能被应用为未来分子计算机的信息处理逻辑开关。“1 ”1 荧光团( 荧光染料母体) 上引入活性基团，如瑚珀酰亚胺，异硫氰酸酯， 马来酰亚胺等，可以与生物分子上的胺基，巯基等基团通过共价键特异性结 合，从而对生物分子进行荧光标记。标记后的生物分子的各种变化，比如蛋 白质在细胞内的扩散和分布，构象变化等，可以通过荧光很灵敏地反映出来。 二十世纪九十年代中期重要的科技成果，基因芯片的关键技术之一就是核苷 酸的荧光标记。” 除了标记用荧光探针外，研究更多的是分子识别用荧光探针，这类探针 结构中含有荧光团和受体单元。“”客体分予与受体单元结合，并影响荧光团 的光物理性质，通过荧光的变化直观地体现客体的存在。客体与受体的结合 作用多数情况下是分子的弱键作用，如氢键，范德华力，库仑力，“一n 作用 等。由于小分子对生物大分子机能具有非常重要的调控作用，因此利用荧光 探针对小分子客体进行识别的研究具有非常重要的理论和实用价值。 当光子与分子发生作用时分子处于激发态时，一个常见的现象就是激发 态分子辐射衰变而发出分子荧光。这种荧光的发射是实时地( r e a lt i m e ) ， 1 大连理工大学硕士生毕业论文 同时也是原位地( r e a lp l a c e ) ，实时是因为分子荧光的寿命一般处于n s 级， 几乎与光照引起的f r a n c k c o n d o n 跃迁建立激发态的时间相当，原位是探针分 子可进a 至u n m 级空间，可在分子水平上对环境进行微观的监测。而且探针分 子有可能被引入到动态或“活”的体系中，从而町对他们的性质以及变化进 行详细的研究。由于荧光的高灵敏可检测性，可在低浓度水平进行检测“。 1 2 荧光分子探针识别及设计原理 i 2 1 光诱导电子转移p e t “( p h o t o i n d u c e de 1 e c t r o nt r a n s f e r ) 典型的p e t 体系是有包含电子给体的受体部分r ( r e c e p t o r ) 通过一问隔 基s ( 如一c h 。一) 和荧光团f ( f l u o n o f o r ) 相连而构建的。其中荧光团部分是光能 吸收和荧光发射的场所，受体部分则用于结合客体，这两部分被间隔基隔开， 又靠间隔基相连而成一个分子，构成了一个在选择性识别客体的同时又给出 光信号变化的超分子体系。p e t 荧光探针中，荧光团与受体单元之间存在着光 诱导电子转移，对荧光有非常强的淬灭作用。因此在未结合客体之前，探针 分子不发射荧光，或荧光很弱。一旦受体与客体相结合，光诱导电子转移受 到抑制，甚至被完全阻断，荧光团就会发射出强荧光。p e t 荧光探针的作用机 制可由前线轨道能量来说明。由于客体结合前后，荧光强度差别非常大，有 明显的“开”，“关”状态，这类探针又被称作荧光分子开关。 s c h e m e1 1t h e p r i n c i p l eo f p e tf l u o r e s c e n ts w i t c h e s 式1 1p e t 荧光开关一般原理图 2 大连理工大学硕士生毕业论文 e s c h e m e1 2f r o n t i e ro r b i t a le n e r g yd i a g r a me l a b o r a t i n gt h em e c h a n i s mo f p e ts w i t c h e s 式1 2p e t 机制的前线轨道理论示意图 己报道的p e t 荧光分子开关中，多数是以脂肪氨基，或氮杂冠醚作为受体 单元。a p d es i l v a 研究小组“”利用多种荧光团，设计了大量的该类p e t 荧 光分子探针，用于质子、碱金属阳离子的识别。化合物1 “”是一个简单的p e t 荧光分子探针，在甲醇中和钾离子络合后，荧光量子产率从0 0 0 3 增加至0 1 4 。 钱旭红“”等合成的以4 一氨基一l ，8 一萘酰亚胺为荧光团的p e t 荧光探针( 化合物 2 ) ，对氢离子有很好的识别作用，已被m o l e c u l a rp r o b e 公司推广为细胞内酸 性内酯质探针。d es i l v a 研究小组还利用类似于e d t a 结构的氨羧酸基团设 计了化合物3 ，化合物3 “”是螯合型的p e t 荧光分子探针，识别基氨羧酸基团 形成一个小的空穴，可以有效的螯合碱土金属c a ”和m g “。 s h c e m e1 3 t h r e e p e t f l u o r e s c e n t p r o b e s 式1 3 三种p e t 荧光探针 大多数p e t 荧光分子探针的设计是基于受体与客体的结合，使光诱导电子 转移作用受到抑制，荧光团发射出强荧光的原理设计的。但是当与过渡金属 3 罂0埘 虬一 一 唧：| f 熹 壬一 啦 4 f 大连理工大学硕士生毕业论文 作用时，结果有时发生变化。由于过渡金属的3 d 电子的氧化还原行为，可以 发生从荧光团到键合的过渡金属的电子转移，或者从过渡金属到荧光团的电 子转移，因此可以通过无辐射能量转移导致荧光淬灭。 1 2 2 分子内共轭电荷转移i c t ”( i n t r a m o l e c u l a rc h a r g et r a n s f e r ) 典型的i c t 荧光分子探针是荧光团上分别连接有强的推电子基和吸电子 基，或是在和离子结合后形成一个强的推一拉电子体系。推电子基、吸电子基 和荧光团共轭相连，在光激发下会产生从电子给体向电子受体的屯荷转移。 i c t 荧光探针的受体单元往往是推一拉电子体系整体中的一部分，当受体单元 与客体结合时，会对荧光团的推一拉电子作用产生影响，或是减弱了分子内电 荷转移，或是强化了电荷转移，从而导致荧光光谱的变化，如荧光发生兰移 或红移。 化合物4 2 0 1 为典型的i c t 荧光探针，氮杂冠醚既是受体，同时也是推拉电 子体系的电子供给体。当冠醚与碱土金属离：p 如c a 2 + 络合时，由于金属离子的 拉电子效应，降低了冠醚氮原子的供电子能力，因此发生荧光兰移，且荧光 增强。受体单元为电子受体的典型i c t 荧光探针化合物5 1 ，二甲胺基为推电 子基，当冠谜受体与碱土金属c a 2 + 结合后，拉电子能力增强，故荧光发生红移。 化合物6 “”为螯合型的i c t 荧光分子探针，可以选择地与m g z + 络合。 s c h e m e1 4 t h r e e i c t f l u o r e s c e n t p r o b e s 式1 4 三种i c 碳光探针 4 严惹窀 大连理工大学硕士生毕业论文 t i c t 实际是i c t 的特例。在具有推一拉电子共轭体系的荧光分子中，如果 推电子基( 如二甲氨基) 通过可旋转的单键与荧光团相连，当荧光团被光子 激发时，由于强烈的分子内光诱导电子转移，连接电子给体与荧光团的单键 会发生扭转，使原来与芳环共平面的电子供给体与芳环平面处于正交状态， 原米的共轭系统被破坏，部分电荷转移变为完全的电子转移，形成t i c t 激发 态，原有的i c t 荧光则被淬灭。t i c t 态往往是无荧光或者发射非常弱的长波荧 光，少数情况下出现t i c t 与i c t 双重荧光现象”。“1 。 化合物7 “”是典型的t i c t 荧光分子探针。化合物8 。”出现双荧光，短波发 射带为局部激发态产生的，而长波发射带来源于t i c t 态，与阳离子结合后， 由于氮杂冠醚与阳离子的相互作用，长波吸收带强度下降。 7 8 s c h e m e1 5t w ot i c tf l u o r e s c e n tp r o b e s 式1 5 两种t i c t 荧光探针 l _ 2 3 激基缔合物“”( e x c i m e r ) 当两个相同的荧光团如多环芳烃蒽或芘等连接到一个受体分子的合适位 置时，其中一个被激发的荧光团( 单体) 会和另一个处于基态的荧光团形成 分子内激基缔合物。它的发射光谱不同于单体，表现为一个新的、强而宽、 长波、无结构发射峰。由于形成这种激基缔合物需要激发态分子与基态分子 达到“碰撞”距离( 3 5 l o 。1 。m ) ，因此两个同种荧光团之间的距离成为激基 缔合物形成和破坏的关键。所以可利用各种超分子作用力改变两个荧光团之 叫入y 八 查丝垄三查堂堡主兰兰些笙兰一 间的距离，从而利用结合客体前后单体激基缔合物的荧光光谱变化识别金属 离子。 芘、蒽等荧光团由于具有较长的激发单线态寿命，常常用于单体激基缔 合物体系中。化合物9 ，通过酰胺基团连接了4 个萘分子，金属离子z n ”进 入分子空腔，受体的腔体收缩，改变了4 个萘荧光团的位置，导致单体和激 基缔合物荧光发生改变。化合物1 0 。”具有双芘荧光发色团，氮杂冠醚空腔络 合金属离子k 或b a ”后，改变了两侧芘基团之间的距离，使单体荧光发射增强， 同时单体激基缔合物的荧光强度比变化。 9 1 0 s h c e m e1 6t w o p r o b e sb a s e do ne x c i t a n tm e c h a n i s m 式1 6基于激基缔合物原理的荧光探针 1 2 4 荧光共振能量转移。6 f r e t ( f l u o r e s c e n c er e s o n a n c e e n e r g y t r a n s f e r ) 当能量给体荧光团d ，与能量受体a ，相隔的距离远大于d - a 的碰撞直径 时，只要d 与a 的基态和第一激发态二者的能级间能量差相当，或者说d 的 发射光谱与a 的吸收光谱能有效重叠，可以发生从d 到a 的非辐射能量转移， 这称为长距离能量转移。实际上，d a 发生能量转移的条件是很苛刻的，两 者除了光谱重叠外，还必须以适当的方式排列，距离足够近。 化合物1 l “”，萘酰砸胺与葸通过烷基链相连，两者距离较远，f r e t 效率 6 p b 爰 l 旷。义 。 毁 移 低，当用4 1 0 n m 激发时，只能观察到d 萘酰亚胺在5 5 0 n m 发射的荧光。当用短 波3 6 7 n m 激发时，可以同时观察到蒽在4 0 0 5 0 0 n m 和萘酰亚胺在5 5 0 n m n 陔 光发射峰，随着p h 值的增加，葸发射峰的强度急剧降低，而萘酰亚胺发射峰 的强度变化很小，町以用丁氢质子的识别。 1 1 s c h e m e1 7o n e f r e t f l u o r e s c e n tp r o b e w i t h t w ok i n d s o f f l u o r e s c e n tg r o u p s 式l ，7由蒽与萘酰亚胺构成的f r e t 荧光探针 胁一内9 f 3 。 a 1 2 d s c h e m e1 8af r e tf l u o r e s c e n tp r o b ew i t ht w ok i n d so fc o u m a r i n 式1 8 香豆素构成的f r e t 荧光探针 两种香豆素分子通过醚键连接的化合物1 2 。“，香豆素荧光发色团距离较 远，能量共振转移效率低，当用短波激发时，只能观察到作为d ( d o n o r ，给 体) 香豆素荧光，当加入p b ”时，p b 2 + 与开链聚醚形成形成络合物，拉近d a ( d o n o r a c c e p t o r ，给体一受休) 距离，f r e t 效率得以提高，激发d 时，能够观察 到较强的a 的荧光发射。 1 3 水溶性荧光化合物 对于离子或者分子的荧光检测，最有意义的是在生物环境条件下进行， 因此要求化合物有一定的水溶性。这样能够保证探针化合物能够均匀地分散 在被测试的体系中，做出准确的响应。增加荧光化合物的水溶性，就具有一 查垄里三查兰堡主竺望些笙兰 定的现实意义。荧光化合物在水溶液中，由于水的强极性，使处于激发态的 荧光化合物容易和溶剂交换能量，导致荧光的减弱甚至淬灭。因此，对荧光 化合物的水溶性改造，不仅要实现荧光化合物的水溶性，也要保证化合物在 水溶液中的荧光性质不要比在有机溶剂中的相差太多。有的化台物，在有机 溶剂中，荧光很强，荧光量子产率也很高，但是在水溶液中时，则荧光量子 产率很低，荧光很微弱。 荧光探针的应用，有很多需要在有机溶剂中进行，举例如下： s c h e m e1 9af l u o f e s c c n tp r o b ef o ra g + 式i9a g + 荧光探针 1 4 s c h e m e l1 0 a f l u o r c s c c m p r o b e f o r z n 2 + 式11 0z n 2 + 荧光探针 化合物1 3 ”在二氯甲烷丙酮体积比为8 2 的混合溶液中进行测试。这是 一个和a g + 结合后导致荧光淬灭的探针。两个毗唑成双键的氮原子和银离子络 合，缺电子的银离子和葸环距离很近，发生从荧光团到金属离子的光致电子 转移，也就是从荧光团到金属离子的p e t 过程，使荧光淬灭。 化合物1 4 啪3 在甲醇水混合溶液中进行荧光测试，甲醇水的体积比为 9 1 。化台物1 4 中，酚羟基在溶液中离解成离子状态，发生p e t ( 光诱导电子 转移) 作用，导致荧光淬灭，同时由于单键的转动，使激发态的能量更容易 以非辐射的形式回复的基态，也使荧光减弱。加入锌离子后，锌离子和氮原 予，氧负离子发生络合作用，p e t 作用被抑制，荧光增强，同时，锌离子络台 后形成六元环，把单键的转动固定住，也使荧光增强。 8 萨 大连理工大学硕士生毕业论文 化合物1 5 。4 1 是钱旭红等发表的可以在水溶液中直接对汞离子进行检测的 以1 ，8 一萘酐为母体的荧光化合物。 h 0 0 h 0 0 一潞 虹1 一艏 1 5 s c h e m e1 1 1o n e f l u o r e s c e n t p r o b e f o r h 矿i n a q u e o ss o l u t i o n 式1 1 1 水溶液中h 9 2 + 的荧光探针 。叫霰 u x = n h c 0 n h 2 1 6 s h e m e1 1 2o n ef l u o r e s c n e t p r o b eb a s e do nf r e t 式1 1 2 基于f r e t 的荧光探针 化合物1 5 。”是通过在萘酰亚胺的侧链来增加其水溶性，而化合物1 6 则是 通过在萘环上引入水溶性的基团，磺酸基。化合物1 6 “1 是另一个水溶性荧光 化合物的例子。 1 4 水溶性荧光高分子化合物 荧光探针技术在高分子科学中的应用这一命题自1 9 8 5 年在意大利s a n mi n i a t o 召开讨论会以来已有了长足的发展，这是荧光探针技术在对生物大分子 多年研究基础上的合理扩展小分子探针一般都是加入到待测溶液中，形成 q 八z 八z 查堡堡三查堂堡主生望、业堡壅 均相体系，这有一定的局限性：首先，探针分子融入待测体系中，将其污染， 不能再作它用；第二，探针溶解后，不易提取出来，因此探针不具有重复多 次实用性；第三，操作不方便，不能制作为光学器械，不可以和光学仪器一 起完成自动化检测。而高分子聚合物因为其良好的机械性能，易成膜，加工 方便，可以克服上述缺点。把荧光化合物和高分子化台物制作成膜，作为非 均相探针，解决了对待测体系的污染和重复使用的问题，同时也可以事先操 作的自动化，进行远程检测等等。 自1 9 7 3 年以来，e m a r e c h a l 等对含染料的聚合物一一高分子染料进行 了系统研究，才真正实现无色高分子材料与有色的染料分子的化学键合o 。 在此之前，要么是染料( 颜料) 与高分子聚合物的机械混合，要么则是染料 在纤维表面的物理吸附。这种机械混合的产物必须借助多种添加剂才能达到 一定的效果，如均匀性等。然而有些要求却极难满足，如耐迁移性、抗血凝 性、耐热性、耐溶剂性和可加工性以及有机染料的对光的强吸收性和多彩性。 在链上形成的一类新的有色高分子聚合物，这种结合赋予高分子染料双重的 优越特性，即高分子的高强度，易成膜性，耐溶剂，耐热性和可加工型以及 有机染料的对光的强吸收性和多彩性。高分子染料进行染色，由于高分子的 染色，其用量大为减少，且又与聚合物连为1 体，不会因掺杂而改变聚合物 的特性，可获得商度均匀的具有耐热，耐迁移等特性的有色聚合物。这些优 越性可以借鉴引入到荧光探针分子。 1 9 9 8 年，d e s i i r a 首次设计了聚合物型非均相p e t 荧光探针m 1 ：将荧光 探针化合物机械混入聚氯乙烯之中，制作成膜，荧光化合物的结构如下 ( s c h e m e l 1 3 ) a 这样做有一定的局限性，首先，由于化合物的性质和高分子 化合物不一样，可能导致荧光化合物的分散不均匀，在分布区荧光化合物自 聚集，导致荧光淬灭等；其次，在使j ； j 过程中，荧光化合物耐迁移性不够， 可能被所用的溶液抽提出来，从而将被测溶液污染。解决的办法是，将荧光 化合物通过共价键连到高分子化合物上。 i 0 大连理工大学硕士生毕业论文 s c h e m e i 1 3 f l u o r e s c e n t p r o b e s m i x e d i n p o l y m e r 式1 1 3 两种和高分子物理混合的荧光探针 将荧光探针化合物通过共价键连接到高分子化合物上，有以下几种方法： 加聚，缩合，配位聚合，接枝等方法，还有通过其他一些有机反应将无色高 分子化合物和有色有机化合物发生消去反应而制得。 1 4 1 加聚法” 这种方法是高分子染料合成的重要方法，原则上，凡染料单体中带有一o - - c h z - - c h 2 c h 。、一n h c h = c h z 、- - s o 。- - c h = c h ：等不饱和基团，都可采用此发 来制各。如下图： d v e 一 一c = = = c h h h r n 如 吁可 s c h e m e1 1 4a d d i t i o n a lp o l y m e z a t i o n r o u t e s 式1 1 4 加聚高分子化方法 染料单体参与共聚反应的程度取决于染料单体的反应活性及单体染料 事、邵 ，、 盔堕望三查堂堡主尘兰些丝茎 发后生成自由基的活性，并影响到最终产物的分子量和色度。共聚物的组分 分析己表明染料单体与和其共聚的活性单体相比，其反虑活性是相当低的。 采用加聚法的染料分子中若含有强阻聚基团，如- - n o z 、一o h 等，会使聚 合活性下降，自身均聚物分子量极低，与其它不饱和单体共聚则得到分子量 远低于后者均聚体的聚合物。聚合物收率随色素结构差异及用量不同也呈现 较大差异。 1 4 2 缩聚反应法”1 这一方法适用于带有两个或两个以上的一n h 。、一o h 、一c o o h 的染料分子， 其缩聚反应的实施，通常采用界面缩聚或熔融本体缩聚法，而较少采用溶液 聚合。其聚合物的分子量通常随色素的性质和用量不同而有所变化，且随色 素浓度的增加，分子量有一个最大值。 9o oo h 2 n d y e n h 2 + c j l l r j l c j 一+ 矧一划让r j 【七 r ：烷烃或芳烃 s c h e m e1 1 5p o l y c o n d e m t i o nr o u t e s 式1 1 5 缩聚反应法 界面缩聚法是将染料溶解在弱或中等碱性的溶液中，然后在强烈搅拌下， 将此溶液慢慢倒入酰氯化的碳氢化台物溶液中。聚合产物可通过离心分离得 到。 1 4 3 垂挂色素法1 制备垂挂色素的聚合物是为了满足某些特殊需要，如为了增加溶解度， 这种方法主要是利用聚合物本身内在的特性。聚合物骨架上或多或少具有亲 电基团或亲核基团，具有亲电基团的聚合物称为亲电聚合物( e l e c t r o p h i l i c p o l y e r ，记为p o l y e ) ；具有亲核基团的聚合物称为亲核聚合物 ( n u c l e o p h i li cp o l y e r ，记为p o l y n ) 。它们分别和亲核性或亲电性染料分 子反应，就合成了垂挂色素的聚合物。 大连理工大学硕士生毕业论文 p o l y - - e ，+ i d y e - - n m 舢m 岍p o l y _ n + d y e - - e j s c h e m e1 1 6p o l y m e r i z a t i o nb y c o u p i n gr o u t e s 式1 1 6 垂挂色素法 1 4 4 配位聚合法“ 配位聚合法是制备一系列有机金属络合物的有效方法之一，它是通过金 属原子配位键将有机化合物交联的。如下例： s c h e m e1 1 7 0 n ec o o r d i n a t i o n r e a c t i o n f o r p o l y m e r i z a t i o n 式1 1 7 配位聚合法 1 5 z n 2 + 离子荧光探针： 到2 0 世纪末，经过5 0 多年的研究，金属离子在生物中的重要基础作用 关系，已经清楚地建立了起来。神经系统是连接着各种机能部件的一台复杂 的电化学计算机。包围着细胞的胞间物质和充满细胞的细胞质，和无机离子 一起，帮助产生运动、感觉、反射、学习、记忆等需要的电流信号。在细胞 膜上离子的分布的不平衡和由离子泵、离子通道造成的不同离子不同的渗透 1 3 上n 几冷 嚼嚼 8 8 时 够一 旦 一 伽 一 8 7 带等 大连理j 二大学硕士生毕业论文 - _ 一一一 力，这些是细胞膜具有产生神经运动的能力的先决条件“。起产生与调节电 流信号作用的最基本的离子是s 区的碱金属和碱土金属离t n a + ，k + ，m g ”，c a ”。 f e ，z n ，c u 在大脑层中的数量明显低于nn a + 的，但是和m g ”的浓度相近， 大约为0 卜0 5 m m ”。最近的研究证实，氧化还原活泼的金属，其中包括m n ， 产生或者阻止细胞产生能导致神经病的单线态氧和蛋白自由基。过渡金属调 节和产生有害自由基的双重作用，要求严格控制这些过渡金属离了的体内动 态平衡“。”3 。 虽然在神经生物学所要求的氧化还原性活泼性方面，z n ”比不，h 其他的排 在过渡金属第一排的过渡金属如f e ，c u 等，但是z n 3 + 也在中枢神经系统( c n sf o r c e n t r a ln e r v o u ss y s t e m ) 中扮演者重要的作用“”1 。然而，在c n s 中z n 2 + 和蛋 白质、酶紧密在一起，自由的z n ”在海马属苔藓纤维端部有较高的浓度。锌离 子有调节不同离子通道的能力，在神经死亡中起重要作用，参与神经变性的 紊乱，对于神经传递极其重要。 z n ”浓度在c n s 差别很大。在大脑中和身体其它部位的z n ”浓度水平由三 种同源的z n ”传输蛋白和金属硫因调节5 。另外，z n ”能从突触小泡中释放 出来，能通过压强依赖的c a 2 + 离子通道进入突触后细胞”。由于其多种作用， z n ”在神经生物学中一直都是一。个热门的研究对象。 表1 1 细胞中熏要离子的浓度 t a b l e l 1c o n c e n t r a t i o n s ( 心o f i m p o r t a n t i o n si nc e l l s c a t i o n k + n a + c a 2 + m 9 2 + i n t e r n a l 1 5 51 2 3 0 0 。a p c i + m sm z ( ) ：3 6 6 m 。 1 hn g r ( 氘代d m s o ，6 ) ：0 7 2 ( t ，3 h ，n c h 。c h 。c h 。删； l _ 1 1 ( m ，2 h ，n c h 。c h 2 c h f h 3 ) ；1 2 4 ( m ，2 h ，n c h 。c 郴也c h 。) ：3 1 5 ( s ，6 h n c t , ) ；3 ，3 4 ( s ，4 h ，n + c t 。c h 。) ；3 4 6 ( t ，2 h ，n c h ，c h 2 c h 2 c h 3 ) ；3 6 0 ( s 4 h ，n + c h 。) ；6 9 0 6 9 2 ( d ，j = 7 8h z ，1 h ，a r h ) ；7 2 2 - 7 2 6 ( t ， = 7 8h z ，1 h ，a r h ) ；7 6 7 7 6 8 ( d ，= 8 4h z ，1 h ，a r h ) ；7 7 0 7 7 2 ( d j = 8 0h z ，1 h ，a r h ) ；7 8 2 7 8 4 ( d ，j = 8 0h i ，1 h ，a r h ) 。 。一“基、， f i g u r e2 8t h e1 hn m rs p e c t r ao fc o m p o t l n d4 a 图2 8 中间体化合物4 a 的核磁图 鬻gii。，j 辩“i；，i；，l：=”fii；ii 熊冀ml， 巍!ti!l； 毫ie潼喈茹， 嘴写 一囊南 i l冬。一 舞一一一 盔垄堡王盔兰塑! = 竺望些篓兰 一 娥 f 狲 f i g u r e2 9 j 夷2 t h em ss p e c t r ao fc o m p o u n d4 a 9 化合物4 a 的质谱图 2 3 6 化合物( 4 b ) 的合成：与化合物( 4 a ) 相似。收率：3 3 4g ，9 4 3 。m p ：2 8 5 卜2 8 6 2 。c 。 a p c i + m sm z ( ) ：3 5 4 m + 。1 hn m r ( 氘代d m s o ， 6 ) ：3 2 9 ( s ，6 h ，c h 2 n + 鳓；3 6 0 ( s ，4 h ，c h 2 c h i n + c h 。) 3 6 2 ( s ，2 h ，n c h c h 2 0 h ) ；3 7 7 ( s ，4 h 。c h g h 2 n + o h 3 ) 4 1 5 ( s ，2 h ，n c h z c h t o h ) ；7 。4 9 7 5 1 ( d ，：8 0h z i 女虹，。自罐 1 h ，a r h ) ；7 8 4 7 8 8 ( t ，= 8 0h z ，1 h ，a r h ) ；8 4 6 - 8 4 8 ( d ，= 8 0 h z ，1 h ，a r h ) ；8 4 9 8 5 0 ( d ，j = 2 8h z ，1 h ，a r h ) ；8 5 0 8 5 2 ( d ， = 7 8h z ，1 h ，a r h ) 。 薅鬣 迭鬣鎏 查垄垄三奎堂堡主皇望些堡塞一 i ， e 一4 ；f 。j 一：i 一蒜磊j 。 f i g u r e2 1 0t h el hn m rs p e c t r ao fc o m p o u n d4 a 图2 1 0 中间体化合物4 a 的核磁图 2 3 7 化台物( 4 c ) 的合成：与化合物( 4 a ) 相似。 收率：3 ，7 2g ，9 4 9 。m p ：2 8 5 卜2 8 6 2 。a p c i + m sm z ( ) ：3 9 2 m + 。hn m r ( c d c i3 ，6 ) ：1 0 8 2 3 1 ( m ，i o h ，) ；3 2 8 ( s ，6 h ，n + 鳓；3 ，5 8 ( s ，4 h ， n c i i 。n + c h 。) ；3 7 8 ( s ，4 h ，n c h 虻h 。n t c h 。) ；4 9 3 ( t ，i h ，n c h ( c h ：) 。) ；7 4 9 7 5 1 ( d ，= 7 8h z ，l h ，a r 7 8 4 7 8 8 ( t ，= 8 4h z ，1 h ，a r h ) ；8 4 4 8 4 6 ( d ，- 厂= 8 4h z ，l h ，a r h ) 8 4 7 8 4 9 ( d ，= 8 0h z ，i h ，a r h ) ；8 4 9 8 5 0 ( d ，y = 7 2h z ，l h ，a r h ) 。 j - h #_lt ； a， o + 0 * ，+ 瞄峥v，；，；，；，l； ht十j 火连理工大学硕士生毕业论文 f i g u r e2 1 1t h el hm rs p e c t r ao fc o m p o u n d4 c 图2 1 1 中间体化合物4 c 的核磁闰 潮鳓斓辫嘲嘲潮蝴镳鲤幽酾灏睫 礴番够 i碗 卜醺j ： 黎 一。 o 懿k f i g u r e2 1 2t h em ss p e c t r ao fc o m p o u n d 4 c 表2 1 2 化合物4 c 的质谱图 j ， 、 釜i “ d “。j蛾 盔垄墨三奎堂堡主生兰些丝壅 一 2 4 水溶性荧光高分子单体的合成： 3 r 0 乙醇中回流 n 2 保护 a = n - c 4 h 9 b = c h 2 c h 2 0 h s c h e m e2 2t h es y n t h e s i so f p o l y m e r 式2 2 高分子的合成 2 4 1 化合物( 5 a ) 的合成m 3 ：取3 5 1 9 ( 0 o lm 0 1 ) 化合物( 3 a ) 溶于放有3 0 r a l 三 氯甲烷的锥形瓶中，加入烯丙基溴3 6 3g ( 2 6 1r n l ，0 0 3m 0 1 ) ，常温下反应4 - 5h ，逐 渐生成大量的黄色絮状沉淀，减压抽滤，并 用三氯甲烷洗去滤饼中未反应的原料，即得可聚 合型荧光化台物单体5 a 。得3 7 4 9 ，收率：9 5 7 。 2 4 2 化合物( 5 b ) 的合成：取3 4 0 9 ( 0 0 1 m 0 1 ) 化合物( 3 b ) 溶于放有2 0m l 丙 酮的锥形瓶中，加入烯丙基溴3 。6 3g ( 2 6 1 m l 0 0 3 m 0 1 ) ，常温下反应4 5 h ，生成大量 的黄色絮状沉淀，减压抽滤，并用丙酮洗去 滤饼中未反应的原料，即得可聚合型荧光化合物单 p o l y m e r p 嗖 ， ， 邵嗖 人连理= r = 大学硕士生毕业论文 _ _ - - _ - _ - - _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ 一 一 体( 5 b ) 。得3 6 2g ，收率9 5 o 。 2 5 水溶性高分子荧光化合物的合成 2 5 1 化合物( p a ) 的合成的合成”“：取( 5 a ) 2 0l u g 溶于乙醇中，加入单 体丙烯酰胺2 og ，引发剂d b p2 0t u g ，氮气保护下，回流反应5 6h ，析出黄 色的固体。减压蒸馏，除去溶剂乙醇。将所得得固体溶于最少量的水中，然 后向水溶液中加入丙酮，使水溶性化台物固体析出。该反应的两种单体都可 溶于乙醇中，也溶于水中，而聚合物只溶于水中，因此如此反复4 5 次， 可保证未反应的单体被完全除去，而只留下聚合物。 荧光单体是否聚合到所得的高聚物分子链上，可以通过对聚合物进行荧 光测试进行判断。将经过处理后得到的上述聚合物，用紫外灯照射。如果所 得的化合物发出黄绿色的荧光，则说明荧光单体和高分子单体发生了共聚反 应，已经通过共价键的形式连接到了高分子骨架上。 荧光单体和高聚物分子单体丙稀酰胺的摩尔比，通过核磁来进行确认： 在核磁图上，由于荧光单体的含量极少，认为所有的非芳香区域出现的氢谱 面积积分数( x ) 代表丙稀酰胺上的氢数，而芳香区域出现的氢谱面积积分 数( y ) 代表荧光单体。则丙稀酰胺和荧光分子的摩尔比为：( x 3 ) ：( y 5 ) 。 根据核磁图得，其比值为3 0 0 ：1 。 2 5 2 化合物( 卜b ) 的合成”“：取( 5 b ) 2 0m g 溶于乙醇中，加入单体丙 烯酰胺2 og ，引发剂d b p2 0m g ，氮气保护下，回流反应5 - 6h ，析出黄色的 固体。减压蒸馏，除去溶剂乙醇。将所得得固体溶于最少量的水中，然后向 溶液中加入乙醇，使水溶性化合物固体析出。该反应的两种单体都可溶于乙 醇中，也溶于水中，而聚合物只溶于水中，因此如此反复4 5 次，可保证 未反应的单体被完全除去，而只留下聚合物。 化台物( p b ) 的确定方式同上。丙稀酰胺和