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作为一种重要的吸电子基团,氰基在荧光染料和药物分子设计中具有广阔的应用前景。基于新颖的氰基近红外荧光染料,改善近红外有机小分子荧光探针的灵敏度、稳定性和水溶性是当前研究的热点之一。本论文重点关注二氰基近红外荧光染料的合成,通过结构修饰和引入不同识别基团,开发新型的近红外荧光探针,并探索其在诊断治疗前药中的应用;此外,基于二氰基异佛尔酮类荧光染料优异的荧光性能和氰基在药物的生理功能中重要的作用,对二氰基异佛尔酮-维生素D衍生物进行了研究,主要内容如下:1.从异佛尔酮出发,经Knoevenagel反应生成二氰基异佛尔酮,分别以丙烯酸酯、吡啶甲酰胺、芳基硼酸酯、马来酰亚胺为识别基团,合成了5种检测不同客体的近红外探针。筛选出的有效探针2.2和2.6对过氧化氢(H2O2)的检测限分别为0.42 μmol和0.78 μmol,响应至完全所需的时间分别为30和50min。其中,探针2.2仅需两步即可获得,产率为77.2%。细胞应用实验表明,探针2.2可成功检测HeLa细胞内的H2O2。2.以邻羟基苯乙酮为原料,经4步反应合成二氰基苯并吡喃衍生物。并以此为荧光骨架,分别以吡啶、吡啶甲酸酯和苯硼酸为识别基团,合成了3种检测不同客体的近红外探针。筛选出的探针3.7对H2O2的检测限为0.16μmol,响应至完全需30 min,并且表现出更好的水溶性、光稳定性。在对人宫颈癌细胞HeLa细胞中的H2O2检测时,探针3.7可以对其内部的H2O2实现明显的色差效果。3.利用萘环修饰的二氰基异佛尔酮衍生物为荧光团,丙烯酰酯为识别基团,构建了专一性检测半肮氨酸(Cys)比率型荧光探针4.2。探针4.2具有很好的光稳定性和选择性,能够避免谷胱甘肽(GSH)和同型半胱氨酸(Hcy)的干扰,响应时间仅为3min。值得注意的是,探针4.2在590nm和525nm的荧光强度比值(Ⅰ590/Ⅰ525)与Cys的浓度成线性关系,检测限为0.48 μmol。最后,在对HeLa细胞中的Cys检测时,效果依然显著,而细胞毒性则较低。4.首先以二氰基异佛尔酮衍生物为荧光团,维生素D2为活性药物,通过二硫键将两者相连得到近红外诊断治疗型前药DSVD。随后又以4-氨基-N-乙基-1,8-萘二甲酸酐为荧光骨架,利用二硫键将其与维生素D2相连,得到参比前药NSVD。在GSH作用下,两种前药的二硫键均可以被切断,释放出荧光团和活性维生素D2。前药DSVD和参比前药NSVD对GSH的检测限分别为0.87μmol和1.98μmol,响应至完全所需的时间分别为50和30min,在pH=6-10的范围内具有良好的荧光增强能力,同时还表现出优异的选择性。当激发波长为555nm时,前药DSVD的荧光发射波长为660nm,可以实现近红外荧光检测。前药DSVD还具有类似维生素D2的抗癌活性和可视化监控药物释放的能力。5.以二氰基异佛尔酮为原料,经羟醛缩合、Steglich酯化反应制备了荧光增强的二氰基异佛尔酮-维生素D衍生物。在酯化反应中,利用微波辅助加热技术提高了目标产物的产率(由64.1%提升为80.2%),缩短了反应时间(由2h缩短为15min)。随后又以VD2或CD片段醇为原料,和制备的12种具有不同取代基的香豆素-3-羧酸进行酯化反应得到一系列香豆素-维生素D衍生物。经测试,二氰基异佛尔酮-维生素D衍生物(λem=500nm)的荧光性能要好于香豆素-维生素D衍生物(λem=460nm),更适用于荧光分析法的进一步应用。