氟离子荧光探针的表征及应用于分子逻辑门
毕业论文关键词：BODIPY; 氟离子; 分子逻辑门; 荧光传感器; 光谱性质
Abstract We synthesized a novel BODIPY-based colorimetric and fluorescent sensor S1 with a urea group, and characterized by FTIR, NMR, and MS analyses. S1 shows high selectivity and sensitivity among several tested anions( Cl-, Br-, I-, OAc-, NO3-, HSO4-, H2PO4-, CN-) in CHCl3. Upon addition of F- ions, the maximum absorption band of S1 in CHCl3 displayed a red shift from 581 to 588 nm, and the color of solution changed from pink to blue. When excited at 550 nm, the fluorescent emission intensity of S1 at 608 nm was quenched to over 87% of its initial value. Both a Job’s plot and 1H NMR spectra analysis revealed a 1:1 stoichiometric relationship between S1 and the added F- ions. Moreover, we found that the absorption and fluorescence of the S1−F- complex was reversible upon addition of HSO4- ions. Finally, by using F- and HSO4- ions as chemical inputs and the absorbance and fluorescence intensity as chemical outputs, a complementary INHIBIT/IMPLICATION (INH/IMP) logic gate was constructed at the molecular level.
Keyword: BODIPY; Fluoride ion; Molecular logic gate; Fluorescent sensor; Spectroscopic properties
目录
摘要.I
Abstract...II
目录...III
1.前言1
1.1基于BODIPY类荧光传感器介绍...1
1.2氟离子荧光探针概述.2
1.3分子器件及分子逻辑门介绍2
1.3.1AND逻辑门..4
1.3.2NOR逻辑门..5
1.3.3INH逻辑门...5
1.3.4XOR逻辑门..6
2.新型氟离子荧光探针S1的合成..8
3.氟离子荧光探针S1的表征...9
3.1不同溶液对S1光学性质的影响..9
3.2不同离子对S1光学性质的影响10
3.3S1与F-
结合模式的研究..11
3.3.1Job’splot曲线分析11
3.3.2
1
HNMR分析..13
4.氟离子荧光探针S1应用于分子逻辑门14
5.总结16
6.参考文献16
7.致谢19
1. 前言 氟离子作为最小的阴离子，具有高电荷密度和极高的化学反应活性，在不同的生理过程中发挥着不可或缺的作用。氟是人体所必需的微量元素，常被用作添加剂，用在牙膏、药物甚至是饮用水中，适量的氟化物摄入可以预防龋齿、治疗骨质疏松症[1]。然而，高浓度的氟化物摄入对人体的危害很大，轻则会影响牙齿和骨骼的生长发育，出现氟化骨症、氟斑牙等慢性氟中毒症状，重则引起心律不齐、恶心、呕吐等急性氟中毒[2]。过量的氟离子对蛋白质和 DNA 的合成都有抑制作用，使得免疫系统代谢紊乱，最终使机体免疫能力下降。过量的氟还会导致动物血压下降甚至贫血，影响动物的生长发育。 因此，发展一种有效而又灵敏的探测 F-的方法十分重要。相较于传统的检测方法，如原子吸收光谱法、离子色谱法和伏安法等，目前的研究更多地集中于发展荧光传感器，其原因在于其具有的诸多优点，如低成本，简单方便，高灵敏度，实时探测和重现性好等[3]。 随着各种荧光传感器的发展，除了应用于离子检测，由于其具有的特殊的光物理性能，也常被应用于分子逻辑门研究中。分子逻辑门是分子计算机的重要组成部分，能够在分子水平上将化学、电学、光学的输入转换为可检测的输出信号。近年来，随着对材料小型化的不断追求，分子逻辑门得到了极大地发展。受 de silva 及其团队于1993年所做的开创性工作的启发[4]，许多分子逻辑门相继被发现，包括 AND,NOT,OR,XOR,XNOR 和 INHIBT等[5]。 1.1 基于 BODIPY 类荧光传感器介绍 BODIPY(4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-引达省，二氟硼二吡咯，结构如图 1.1 所示)是一类新型荧光传感器。尽管早在 1968年，Tribs和 Kreuzer[6]首先报道了BODIPY，但直到20 世纪 90年代，人们才认识到 BODIPY在电致发光器件、固态太阳能集中器、荧光传感器等方面的应用[7]。BODIPY具有许多的优良性能，其具有良好的溶解性能，对光和化学有较好的稳定性，有着较高的荧光量子产率 Φ和摩尔吸光系数ε(λ)，另外在狭窄的发射频率内有着较高的峰值强度[8]，这些优异的性能使得其越来越受到科学家的关注。并且，通过对BODIPY 相应位点进行修饰，可以调节这类化合物的光谱和光物理特性。