目的:作为半径最小的阴离子,氟离子在很多方面发挥着重大作用,如在医学方面,氟离子摄入不足会引发龋齿和骨质疏松,而摄入过量又会引发氟斑牙,氟骨病。另外慢性长期接触低剂量的氟离子会导致胃和肾脏疾病,尿石病甚至死亡。因此识别、监测氟离子具有重要的意义。荧光探针不仅具有选择性好、灵敏度高等优点,同时又能应用于生命体系。目前大多数已报道的氟离子荧光探针仅能在有机溶剂体系中或是大比例的有机溶剂中检测四丁基氟化铵(TBAF),而能够用于水中氟化钠检测的探针多数需要加入一定比例的有机溶剂,或是加入表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以提高响应速率。能够应用于纯水体系中的探针少有报道。本课题的研究目的是探讨纯水体系中氟离子荧光探针对氟化钠的响应速率与探针结构的关系,并进一步发现能够应用于纯水溶液体系,响应迅速的氟离子荧光探针。方法:1.设计合成了两个系列的氟离子荧光探针,系列一以6-羟基苯并噻唑为母核,以叔丁基二甲基硅醚(TBDMS)保护6位羟基作为氟离子识别位点,母核的2位通过酰胺键连接糖基(化合物101),甲基(化合物102),苄基(化合物103);系列二以4-三氮唑基-7-羟基香豆素为母核,以叔丁基二苯基硅醚(TBDPS)保护7位羟基作为氟离子识别位点,三氮唑基上通过酰胺键引入糖基(化合物201),甲基(化合物202),对甲氧基苄基(化合物203)。2.分别测定浓度为10μM的各个探针在不同氟化钠浓度(200μM,500μM,1000μM)下的准一级速率常数,进而求得每个探针与氟离子(氟化钠)的二级反应速率常数。3.通过比较二级反应速率常数,修饰探针结构。在系列二的三氮唑基上引入聚乙二醇单甲醚(分子量:1000),得到新的探针,化合物204,测定其二级反应速率常数,并且研究了新探针对氟离子的灵敏度,选择性,以及细胞毒性和细胞成像。结果:1.首先得到了两个系列共六个化合物,其结构新颖,均是未见报道的化合物,经核磁共振氢谱,碳谱和高分辨质谱(ESI)确证了结构。2.测定了以上六个探针与氟离子反应的二级反应速率常数,系列一3个探针的二级反应速率常数关系为:化合物101>化合物102>化合物103;系列二3个探针的二级反应速率常数的关系为:化合物201>化合物202>化合物203。3.合成了新探针化合物204,经核磁共振氢谱,碳谱和质谱(MALDI)确证结构。该探针的二级反应速率常数明显大于化合物101和化合物201,对氟离子的检测限为0.34 mg L-1,并且对氟离子的选择性明显优于其他阴离子。以香豆素120为参比,化合物204的荧光量子产率为0.318。细胞毒性结果表明,该探针在实验浓度下对细胞无明显毒性。MB-231细胞经20μM氟化钠培养后,再用10μM化合物204处理后,可显示出明亮荧光。结论:本文先是设计合成了两个系列六个氟离子荧光探针,经二级反应速率常数对比得知,该类探针对氟离子的响应速度取决于探针的亲水性,亲水性越高,响应速度越快。然后以此结论为指导,设计合成了一个反应速率更高的氟离子荧光探针——化合物204,该探针对氟离子的检测限明显低于世界卫生组织对饮用水中氟离子含量上限的规定(1.5 mg L-1),并且对氟离子的选择性明显优于其他阴离子。细胞实验证明,化合物204对细胞无毒,且可用于检测细胞内氟离子。