荧光是一种光致发光的冷发光现象,它是分子以光的形式散发的能量,因具高灵敏度,且极易被检测,而受到分析工作者的关注。然而荧光的发生关联到一系列复杂活动,且大多数感兴趣的分子自身不具备荧光性质,这使得荧光分析法的应用受到限制。为更大程度地应用荧光,人们开发出了如激光诱导荧光法、同步荧光法、时间分辨荧光法等多种荧光分析方法。荧光探针则是其中一种重要的分析方法。当荧光探针与待测目标物结合或反应之后会引起荧光性质的变化,从而达到检测作用。其具有操作简便,反应灵敏,选择性高,响应时间短等特点,目前被广泛地应用于生物成像、气体检测、金属离子检测等众多领域。活性氧（ROS）是一类含氧,化学反应活性高,寿命短的物质,广泛存在于人体内,体内的活性氧与众多生理和病理过程相关。因此,活性氧的检测受到了人们的广泛关注。然而,活性氧有着众多类型,且不同的活性氧产生及代谢的部位不同,难以捕获,这给活性氧的检测带来了诸多困难。荧光探针由于其灵敏度高,选择性好、响应时间短以及对机体伤害性小等特点能有效克服以上困难而成为检测活性氧的重要方法。目前的活性氧荧光检测探针大多缺乏选择性且不稳定,故而开发具有高选择性、稳定的ROS检测荧光探针非常有必要。本课题组在之前的荧光探针研究过程中发现,含硫荧光探针在硫原子不同的氧化状态,即硫醚、亚砜、砜下,其荧光性质有着巨大的改变。该类化合物在室温条件下性质较为稳定,具有很好的应用前景。荧光基团氟硼二吡咯（BODIPY）,具有良好的稳定性,如受外界酸碱度影响小,对热不敏感,内部不存在负电荷而有效避免静电作用干扰,以及很好的光学性能,如光谱峰宽窄,量子产率高,发射波长长。据此,为开发新型高选择性高稳定性活性氧检测探针,我们选取硫原子作为活性氧反应位点,设计合成了一系列新型含硫BODIPY类荧光探针,并对其光学性能进行了研究。本文主要包含了围绕以BODIPY为固定荧光基团,以不同含硫取代基为活性氧分子识别部分位于不同活性位点的一系列探针的设计、合成以及光学性能研究。BODIPY有许多反应位点,常以功能化芳醛和吡咯为原料直接合成。首先,根据BODIPY基团的结构特点,中间位是合成复杂BODIPY类荧光团的理想位置。基于这一发现,我们设计并合成了三组BODIPY 8号位芳基取代的荧光探针分子,4-甲硫基探针、四氟探针和间甲硫基探针,每一组均含有硫醚、亚砜、砜三个不同氧化状态的化合物。其间,亚砜及砜由该组内硫醚拟用间氯过氧酸（m CPBA）氧化而来。4-甲硫基探针,以甲硫基为识别部分。我们通过“一锅法”反应直接成功地合成了目标产物。在合成亚砜和砜的过程中,除了由m CPBA对硫醚进行氧化合成,我们还尝试了用相应的醛与2,4-二甲基吡咯进行“一锅法”反应来合成。但是,由硫醚BODIPY直接氧化合成的产物较为稳定。我们通过液相-质谱联用（LC-MS）分析和核磁共振法（NMR）确定了它们的结构,并对它们的荧光性质进行了测定和比较。我们以四氢呋喃和甲醇作为不同的溶剂,初步评估了溶剂效应。实验表明,溶剂效应并不明显,且在不同的氧化态下,其荧光特性无明显变化。由于4-甲硫醚探针的荧光量子产率低于BODIPY类探针的平均量子产率（Φ?0.6）,而有研究发现BODIPY的8号位五氟苯环取代衍生物的荧光量子产率接近为1。为提高所设计探针的量子产率,我们设计了四氟苯基探针。首先,我们合成了五氟苯基BODIPY作为目标产物的原料。然后用巯基乙醇通过亲核取代反应与五氟芳烃进行反应,从而取代对位作为官能团合成了第二组探针。在该组化合物的氧化过程中,砜的合成所需时间要比亚砜长得多。我们利用LC-MS和NMR谱确定了它们的结构。并在四氢呋喃溶液中测定了化合物的荧光性质。数据表明,与4-甲硫基探针相比,其量子产量确实有了很大幅度的提升,斯托克斯位移略有增大,以及小幅度的红移。但硫化物、亚砜和砜之间的荧光性质没有明显差异。由于上述两组荧光探针在不同氧化态之间没有明显差异,我们认为这应该是硫原子没有参与分子整体的共轭而造成的,这可能与芳基的取代位置有关。4-甲硫基探针和四氟苯基探针的含硫官能团均位于苯环的对位,即分子的对称轴上。由于分子的对称性,如果分子的最低能量未占用轨道（LUMO）有一个节点,那么这个“节点平面”应该正好穿过分子的中心。我们假设芳基硫化物的LUMO是分子中电子以激发态运动的地方,它有一个“节点”态,即电子密度为零的碳原子。如果“节点”真的存在,以上化合物中含硫基团就不能与π体系进行共轭,从而可以合理地解释这两组化合物对氧化没有响应的现象。为了验证此猜想,我们在4-甲硫基探针的基础上,设计了间位甲硫基探针。如果“节点”模块确实存在,那么间位取代甲硫基探针应具有与4-甲硫基探针明显不同的光学特性。然而结果与我们预想的不同,4-甲硫基和间甲硫基探针之间的荧光探针基本没有区别,不同氧化态之间的荧光变化均不明显。只是相对而言,相同浓度下,在4-甲硫基探针中,砜的量子产率是最低的,而在间甲硫基探针中,砜的量子产率是最高的。通过对以上三组物质的荧光性质分析,我们发现,该类结构化合物在不同氧化状态下的荧光性能差异并不明显,当分别用四氢呋喃和甲醇作为溶剂进行测定时,溶剂作用不明显。芳香结构上氟原子的引入可以明显提高荧光探针的荧光量子产率。当分子识别部分位于BODIPY 8号位的苯环上时,其所取代的对位、间位的改变对探针的荧光性质基本没有影响。由于“节点平面”这一假设不成立,我们转而考虑其他结构。有报道表明,2,6位的取代可明显改变BODIPY的荧光性质,甚至使荧光发射波长大大增加。考虑到产率和工作量,我们决定优先考虑2号位的单取代衍生物。我们设计了8个化合物,并将其分为三部分:三键探针、非三键探针和单线态氧探针。在三键探针部分中,由于碳-碳三键可以增加探针分子结构的刚性,并调节光学性能,故而我们采用了碳-碳三键作为连接体来连接荧光基团与分子识别部分。我们以相应的卤化物和炔通过Sonogashira反应合成了该组荧光探针中的硫醚化合物。合成过程中,在卤化物的选择部分,我们对溴化物和碘化物进行了比较。结果表明,在该类结构中,碘化物与炔的反应效果优于溴化物。我们以四氢呋喃作为溶剂对该组化合物进行了光学性质分析。该组探针具有较大的斯托克斯位移,硫醚在氧化成硫氧化物时发生了较大的蓝移,并伴有明显的颜色变化。亚砜和砜的量子产率相对硫化物而言有着很大的提高。据此现象说明,在该结构中,含硫基团确实与荧光团进行了共轭,随着氧化态的变化,共轭程度也发生着变化。对此,我们认为是硫醚的电子转移到BODIPY部分引起了ICT过程。氧化后硫原子的电子被氧原子捕获,导致ICT进程受到阻碍,从而引起荧光性质的变化。但在探针的选择性检测中,该探针对次氯酸、过氧化氢、羟基自由基等多种活性氧均无响应。为了验证碳-碳三键存在的必要性,我们设计、合成了非三键类探针,并与三键探针进行了比较。我们用硼酯和卤代物作为原料通过Suzuki反应合成了硫醚化合物。用m CPBA对硫醚进行氧化而获得氧化产物。对其在四氢呋喃溶液中进行了光学性质测定。荧光数据表明,该类化合物的斯托克斯位移较大,氧化后产物的量子产率也有较大提高。这些变化与三键探针之间的变化相似却劣于三键探针。如,斯托克斯位移小于三键探针,量子产率变化程度小于三键探针,荧光颜色变化的程度也不如三键探针的明显。即,三键的存在对改善该结构的光学性质是必要的。由于三键探针对多种活性氧没有响应,基于此结果,结合本课题组对单线态氧探针的研究,我们沿用前一代探针对单线态氧进行响应的化学结构及机理,对其结构做出一些改进,设计了新一代的单线态氧荧光探针。前一代单线态氧探针的荧光基团为芘,响应结构为“-SO-CH₂-CH₂-SR”。其在单线态氧的存在下有两种氧化形式,一种是分子间氧化,另一种是基于“6-endo-tet”机制的分子内氧化。实验结果表明,该检测过程中的有效氧化为分子内氧化。据经验得知,将硫醚氧化成亚砜比将亚砜氧化成砜容易得多。故而,为降低分子间氧化的比率,我们以1,2-二硫醚作为特异识别部分。为了易于实现可视化,我们用发射波长更长的荧光基团BODIPY替换了芘而设计出了该组化合物。目前该组探针合成了硫醚探针,并进行了单线态氧氧化反应检测。氧化检测试验表明,该系列探针对单线态氧有一定的响应,但具体的检测活性以及对活性氧的选择性等仍需后期实验进行验证。目前,我们已设计合成了5组含硫荧光探针。通过对这些探针的光学特点进行分析,我们发现在目前的模型中,分子识别部分在BODIPY结构上2号位的取代优于8号位的取代。将碳碳三键作为荧光基团与识别部分的连接体可以优化探针的荧光性质。基于上一代单线态氧荧光探针设计并进行改进的第6组荧光探针对单线态氧具有一定的响应。