荧光染料是现代科学和医学等各个领域不可或缺的工具,包括临床诊断学、生物技术、材料化学、分析与环境化学等。随着科技技术的快速发展,已经有成千上万的荧光染料被开发。经过半个世纪的发展,BODIPY已经成为一类重要的荧光材料,它具有较好的光物理性质和光化学性质,如高荧光量子产率、高摩尔消光系数、易通过化学方法进行结构修饰和较好的光热稳定性。同时,大多数BODIPY类荧光染料也存在一些缺陷,比如Stokes位移小、发射波长偏短、原料合成产率低和水溶性差,其中最大的不足便是生物水溶性较差,这就在很大程度上限制了在水环境和生命体中的应用。因此,今后研究的重点将集中提高该类荧光染料的水溶性,增加其荧光发射波长等方面的特点,进一步寻找合成路线短、原料简单易得、纯化简便等优点的方法。本论文以新型BODIPY母核为骨架设计合成了一系列的衍生物,并对其光谱性质进行研究。第一章绪论部分简要介绍了荧光产生的原理以及荧光染料的种类,介绍了BODIPY的合成方法,重点介绍了BODIPY类荧光染料在生物成像、有机发光二极管、光动力疗法、荧光探针等多个领域的广泛应用。第二章介绍了在BODIPY母核的meso位引入香豆素荧光团,在β位通过Vilsmerier-Haack反应引入醛基,Knoevenagel缩合反应进行进一步的功能化合成了一系列的新型BODIPY衍生物。首先合成的带香豆素基团的新母体相比于传统的BODIPY,产物纯化更简便,合成产率有了较大的提高。其次,在其β位引入不同基团来改善其光物理性质,扩大分子的共轭体系来使其最大发射波长发生红移。最后经一系列的测试和性质研究,合成一系列的衍生物都不同程度的发生了荧光共振能量转移,出现大于100nm的假斯托克位移。第三章讲述了在新型BODIPY的β位引入不同的基团,从而合成出两种分别检测Cu²⁺和CN^-的荧光探针,对探针识别目标化合物的机理进行研究。一种探针是基于Cu²⁺诱导的分子内环化反应的“Turn-on”型荧光探针。另外一种探针是一种基于CN^-破坏共轭体系的“Turn-off”型荧光探针。通过研究光谱数据,我们发现这两种探针都具有高的选择性和灵敏度以及较低的检测极限,都能够通过肉眼直观的观察到探针与离子反应前后明显的颜色变化和荧光变化。第四章介绍了单分子白光发射的设计和合成,通过烷基链将香豆素和BODIPY连接起来,合成了一系列的吡啶盐化合物,阻止了两个荧光团发生荧光共振能量转移,从而实现了双荧光发射行为。化合物在不同的激发波长得到双发射峰高低不同,表现出多色光致发光,在特定激发波长下,实现了近似于白光的荧光发射,但是此类化合物荧光量子产率较低,没有实现固体白色荧光发射,但这种在溶液中具有白光发射的单分子化合物的创新设计,为今后白光发射甚至固体单分子白光发射的研究奠定了一定的化学基础。