一种pH响应的荧光探针的合成与表征要点

一种pH响应的荧光探针的合成与表征

摘要

苝是一类具有强烈荧光的芳香化合物，它具有优异的化学稳定性、光电性质，受到人们的广泛关注，以苝酰亚胺为发光中心，以PEO链为增溶基团，可以合成一种水溶性荧光染料。本文具体内容如下：在酰胺位上接入了具有水溶性的树状多肽PEO链的基础上，将苝酰亚胺的海湾位置上再引入响应基团，最终合成了一种新型pH响应荧光探针。并通过紫外、荧光分光光度计测定这种化合物的光谱性能。

关键词：苝酰亚胺；pH响应；荧光探针

Synthesis and characterization of a pH-responsible fluorescent

probe

Abstract

Perylene is a kind of compound with a strong fluorescence, which received great attention for its remarkable chemical stability and optoelectronic properties. We can synthesize a water-soluble fluorescent probe without any responsiveness when the luminescence center is perylene and The PEO chain is a modified group.This paper shows that after inserting the PEO chain in the amide position, a modified group is inserted into the gulf position and we finally synthesize a pH-responsible fluorescent probe.In addition,we used UV and RF to characterize the spectral properties of the compound.

Key Words: perylene; pH-responsible; fluorescent probe

目录

１前言

1.1苝系荧光化合物 (1)

1.1.1苝系荧光化合物概述 (1)

1.1.2苝系荧光化合物应用 (1)

1.1.3苝系荧光化合物的溶解性 (2)

1.2pH荧光探针的发展 (3)

1.3论文基本设计思路 (3)

2实验部分

2.1引言 (4)

2.2主要试剂及仪器 (4)

2.3实验步骤 (5)

2.4结果讨论 (6)

附图

参考文献

致谢

１前言

1.1苝系荧光化合物

1.1.1苝系荧光化合物概述

苝系化合物是一类有强烈荧光的芳香烃化合物，具有大的共轭π体系，苝四羧酸二酰亚胺母体分子（PDI）可以看作是两个萘分子单元组合后又连着一个酰亚胺，萘单元通过sp2杂化键合形成的一个大平面芳香体，而大的芳香体连着酐单元即是3，4，9，10-苝四羧酸二酐（简称苝酐）。

图1-1 苝酐的分子结构

苝具有一定的致癌性，又由于在酰亚胺区域引入取代基一般不会影响苝系物质的光物理性质，所以近年来的研究主要集中在取代的苝酰亚胺（PBI）上，该化合物毒性相对较小，分子结构如图所示，是一个封闭的发色团，其荧光量子产率也非常高（接近于1），是一个较为安全的母体荧光化合物。

图1-2 苝酰亚胺的分子结构

1.1.2苝系荧光化合物应用

苝系化合物是一个大的缺电子体系，非常容易被还原，而难以被氧化，所以苝系化合物是一类光热稳定性和耐久性好、光谱吸收范围宽、光电转换效率高的有机半导体材料，在可见光的吸收带位于450-600 nm的范围内，广泛应用于颜料和染料[1]、光电导材料、电致发光材料、太阳能电池材料、液晶材料[2]、激光染料等领域。

（1）有机颜料

苝系分子具有很好的分子共平面性及刚性，因此具有很高的化学稳定性，具有优异的耐热、耐光、耐候性，同时耐高温、耐溶剂、耐酸、碱。苝系化合物较为古老，从1913年起就作为还原染料被人们的使用。其作为高档有机颜料主要用于汽车涂料、金属表面涂料、粉末涂料、外墙涂料及合成纤维原浆着色及塑料着色等。

（2）生物荧光探针

苝系化合物从可见区到红外区的光有很强的吸收，是一类性能优异的分子荧光材料，被广泛应用于分子开关设计及离子识别中。例如，苝酰亚胺的N取代基为脂肪族长链时，结构的特殊性使它能够插入细胞膜中，分子两端的亲脂性脂肪族长链分布于细胞膜两边的磷脂层中，苝母核则横穿细胞膜。分子的荧光特性不受影响，同时苝酰亚胺也不会诱导磷脂的非特异性相互作用。

（3）太阳能电池

与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池虽有转换效率较低，结构无序，体电阻高等问题，但是有机半导体材料重量轻、成本低、加工性好、能吸收可见光且易于制备大面积电池等优点，使其成为很有潜力的电池。

1.1.3苝系荧光化合溶解性

由于苝酰亚胺类化合物具有大的平面环状共轭体系，分子间π-π 相互作用非常强，具有很大的晶格能，其溶解性很差。经过科学家们一系列的研究表明，经过化学修饰后的苝酰亚胺类化合物的溶解性能得到很大程度的提高。而且，在日常的生活中，常常需要将染料溶于水中使用。因此，合成苝酰亚胺类水溶性衍生物是很有必要的研究工作。

通常增加苝酰亚胺的溶解性可以通过以下两方面对苝酐核的化学位置进行修饰，使共平面性降低，破坏结晶，增加溶解能力。

第一方面：在苝核上引入亲水性的基团；第二方面：在苝核上连接上带有电荷的基团，从而将电荷转移至苝核，以抑制苝平面间π-π堆积[3]作用。针对以上两方面，对于如何提高苝酰亚胺衍生物溶解性，学者们的方法通常有两种：其一是Langhals教授提出的，在酰亚胺的氮原子上引入增溶性的基团[4]，以喹啉、咪唑或吡啶为溶剂，以醋酸锌为催化剂，苝四羧酸二酐和伯胺，在惰性气体的保护下回流。虽然这种方法得到的化合物在溶解性方面得到显著改善，但是荧光量子产率却没有太大变化。近年来主要通过第二种方法：就是Seybold教授首次提出的在海湾处引入取代基，即在苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺的1,7或1,6,7,12位上引入增溶性取代基团的方法。（见图1-2、1-3）