一种水杨酸基席夫碱的荧光开关性质及其应用分析-properties and application analysis of a salicylic acid schiff base fluorescent switch.docxVIP

独创性说明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于必威体育官网网址□，在年解密后适用本授权数。不必威体育官网网址□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1 绪论1.1 分子开关和分子逻辑门1.1.1 分子开关简介 科技的进步通常与新型器件和机器的发展有着密切联系，器件和机器的结构正逐步微型化，而一个宏观器件和机器的概念在某种简单意义上可以被扩展到分子水平。 一个分子水平的器件可被定义为许多有其特定的功能的分子元件的组装体，而组装 体可以表现更复杂的功能。分子开关是分子元件中一个重要的种类。对一个化合物 来讲，一个外界刺激可能会引起此化合物分子体系状态的改变，而另外一种刺激促 使这种新状态复原，我们就可认为其具有分子开关性质。更广义的来讲，将分子开 关与二进制的逻辑门计算联系起来，可以认为凡通过外界刺激可以可逆的在两种或 多种不同状态间发生转化的任何分子体系都是分子开关。可以用于控制化合物开关 动作的最重要的三种刺激是光能（光子），电能（电子或空穴）和化学能（光子、金 属离子或特殊分子等）。一个理想的分子开关体系通常具有双稳态或多稳态性质，即 易写、易读和可擦写的，这些性质使体系可用于化学分析法[1]。1.1.2 荧光分子开关 荧光可以在单分子水平上进行无线操作，其检测方法简便，并且具有灵敏度高、选择性好、响应时间短等优点，是一种非常理想的输出信号。当体系中的某一物质或某一物理性质发生变化时，如果体系中存在的一种分子的荧光信号能随之发生相应的 改变，即发生选择性识别，则该分子就可称为这一物质或这一物理性质的荧光分子 探针（fluorescent molecular probe）。荧光分子开关（fluorescent molecular switch）是 指在识别过程中，分子荧光信号有明显强弱变化的荧光分子探针。荧光分子开关是分子开关的重要部分，其特点是当体系受到外来刺激时，即在实现 “开-关”动作的同时，荧光光谱特性会伴随产生明显的变化，具体可表现为激发-发射 波长的变化以及荧光强度的变化[1]。迄今为止，已经有很多具有荧光开关特性的化合物被开发出来，广泛应用于环境分析、临床医学和显微技术等领域[2]。按照外来刺激，即输入信号的不同，可以分类 为光信号输入控制的荧光开关、电信号输入控制的荧光开关以及化学信号输入控制 的荧光开关等。1.1.2.1 光控制荧光开关 光控制分子开关的研究已有很长的历史。其原理是，系统中的分子可因为光的照射导致分子中电子和核的结构发生简单重排，从而使系统中的物质可相互转化，互为 异构体。图 1-1 显示了光的激发导致一个稳定的物质 A 得到能量转化为一个一个高能 量的异构体 B，而 B 只要克服或低或高的能垒就能被还原为 A 的开关过程。当形态 A 和 B 的表现出不同荧光性质作为输出信号时，即为光信号输入控制的荧光开关[1]。图 1-1 光控制荧光开关工作过程[1]例如 Tyson 等[3]设计合成的连有双蒽基团的[Ru(bpy)3]2+络合物在 390 nm 紫外光 的照射下，双蒽基团发生环化反应而发出荧光，而在可见光的激发下此化合物中 Ru(II) 的三线态能量传递到了低能级的双蒽基团的三线态，不能发出荧光。此外，一些金属络合物，如 Eu(III)的杯芳烃类衍生物[4]及大环卟啉结构[5]的荧光 化合物也曾被报道过具有这种光信号输入荧光开关性质。1.1.2.2 电化学控制荧光开关 许多分子的氧化态和还原态具有不同的物理化学性质，其中一些对电化学信号非常敏感，近年来，一些在不同电化学输入信号下呈现不同荧光性质的荧光开关可见报道[6]。Goulle 等[7]合成了联吡啶类荧光分子（化合物 1）。如图 1-2，该分子可以通 过电化学氧化还原反应的方式在两个结构之间可逆转换。在氧化态时由于发生 PET 过程，故荧光猝灭；还原之后电子转移受影响，荧光恢复。OOHRedN(bpy)2RuIINO(PF5-)2OxN(bpy)2RuIINOH(PF6-)2Non-luminescentLuminescent图 1-