摘要：在自然界和人体中存在广泛的阴离子，其对于很多化学、环境及生理有着重要的作用。特别是氰根离子对生物体来说是一种剧毒的阴离子，它和体内细胞色素C氧化酶有很强的结合能力，抑制其电子传导过程，最终导致细胞窒息死亡。因此，设计和发展人工合成的氰根离子荧光探针逐渐成为超分子化学的研究热点之一。本文以萘酰亚胺及香豆素荧光团，首次设计了基于激活CH基的FRET机制新颖荧光探针分子6，以萘酐酰胺化、甲氧基化、溴化、然后与香豆素羧酸中间体5发生酰胺化制备了目标化合物6,所有中间体及目标分子6经过了核磁氢谱的表征以及高分辨质谱的确证。进一步，通过详细的紫外及荧光光谱实验表明，化合物6在氰根的作用下，紫外发生了红移，颜色由黄色变成绿色，荧光光谱也发生了红移，颜色由蓝色变成绿色。通过光谱选择性实验，表明目标化合物6具有很好的氰根选择性。

关键词：阴离子识别；FRET；香豆素；氰根；氢键；萘酰亚胺

Design, Synthesis and Binding Ability of Fluorescent Probe for Cyanide Base on Fluorescence Resonance Energy Transfer

Abstract：There are a wide range of anions in the natural world and human body, which play an important role in many chemistry, environment and physiology. In particular, the cyanide ion is a highly toxic anion to organisms. It has strong binding ability to cytochrome C oxidase in the body, inhibits its electronic conduction process, and eventually leads to the death of cells by suffocation. Therefore, the design and development of artificially synthesized cyanide ion fluorescent probes has gradually become one of the research hotspots in supramolecular chemistry. In this paper, the novel fluorescence probe molecule 6 based on the activated CH group-based FRET mechanism was designed for the first time by naphthalimide and coumarin fluorophores. The naphthalene anhydride was amidated, methoxylated, brominated, and then coumarin carboxylated. The target compound 6 was prepared by the amidation of acid intermediate 5, and all intermediates and target molecules 6 were characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy and confirmed by high resolution mass spectrometry. Further, through detailed UV and fluorescence spectroscopy experiments, it was shown that compound 6 under the action of cyanide, the UV has undergone a red shift, the color changes from yellow to green, the fluorescence spectrum has also undergone a red shift, and the color changes from blue to green. Spectral selectivity experiments showed that the target compound 6 has very good cyanide selectivity.

Keywords: Anion Recognition; RET; Coumarin; Cyanide; Hydrogen Bond; Naphthalimide

目录

1前言 1

1.1 阴离子识别概述 1

1.2 阴离子的识别方法 1

1.2.1 通过氢键作用识别阴离子 2

1.2.2 通过静电作用识别阴离子 3

1.2.3 通过和金属阳离子的配位作用识别阴离子 3

1.3 FRET（荧光能量共振转移）概述 4

1.4 选题来源及研究方案 4

2文献综述 8

2.1 识别氰根离子的方法 8

2.2 基于FRET的荧光探针的研究 12

3实验部分 15

3.1 化合物的合成 15

3.1.1 化合物1的合成 17

3.1.2 化合物2的合成 18

3.1.3 化合物3的合成 18

3.1.4 化合物4的合成 19

3.1.5 化合物5的合成 19

3.1.6 目标化合物6的合成 20

3.2 化合物的表征与分析 21

3.2.1 目标化合物6的表征 21

3.2.2 目标化合物6化学传感器的紫外-可见光谱 23

3.3 总结 25

参考文献 27

学士学位期间发表学术论文及成果 31

附录 32

基于荧光共振能量转移机制的氰离子探针的设计、合成及性能研究

1 前言

1.1 阴离子识别概述

阴离子广泛的存在生物体和自然环境中，人体通过生物链和自然环境中的阴离子进行交换；食物的摄入，是人体对外界阴离子的主要摄入方式。体内的阴离子的含量的多少关系到生物细胞体的机能，影响到人体的健康；许多阴离子参与到生物体或细胞的生命过程中，因此，不合理的阴离子含量会扰乱生命过程的运行，影响其生命机能，危及人的生命安全[1,2]。CN－在化工生产中有着非常重要的地位，是一种很常见的生产原料，但是氰根离子有着很强的毒性，让人不敢掉与轻心，使用时需特别注意。因此，迅速识别这样的对人体有害的阴离子将会给人类带来巨大的益处，这项技术也是目前多个科学领域的难题，很有必要解决，因此其成为了近几年的研究热点之一[3,4,5]。