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糖及其相关化合物在生物体的代谢过程中起着至关重要的作用,因此在水溶液中检测糖类(如葡萄糖,果糖,半乳糖等)和其他手性分子(如α-羟基酸),在药用和环境方面就显得很有意义。由于硼酸与一些糖及多羟基酸(如葡萄糖,酒石酸,扁桃酸以及葡糖二酸等)有着较强的络合能力,近年来出现了大量关于硼酸荧光传感器的设计和合成的报道。其中大部分检测多羟基化合物的硼酸探针都是基于a-PET(荧光团作为电子转移的受体)机理。但a-PET型探针在酸性条件下的背景荧光比较强,不利于一些酸性化合物的检测。为了提高酸性条件下的识别效果,必须使PET类探针的背景荧光变弱。最近,我们发现以咔唑为荧光母体的硼酸探针显示出d-PET效应(荧光团作为电子转移的供体)。由于d-PET型荧光探针在酸性条件下的背景荧光比在中性时的低,因此对于一些酸性底物(如羟基酸)在酸性条件下的检测是非常有利的。然而,已报道探针的激发／发射波长比较短(332 nm/372nm),PET效率也很低(只有1.25倍),这样就降低了探针对生物样品检测的实用性。因此,此类探针的性能需要进一步改进。更重要的是,我们需要对d-PET机理进行深入研究,进一步探索分子结构与d-PET之间的联系,这对今后荧光探针的设计是非常有帮助的。1.合成了三种带有苯乙炔取代基的新型咔唑硼酸探针C1、C2和C3,其中探针C1和C2结构中含有Me2N—基团,而探针C3不含此基团。利用DFT/TDDFT计算对探针的光物理性质进行了预测,结果表明这三种探针应具有d-PET效应。测试结果证实了探针C1和C2具有d-PET效应,而探针C3则是a-PET型探针。我们利用自由能(运用Rehm-Weller公式)的变化和电子转移速率常数(运用Marcus公式)的不同,对理论预测和实际测试之间存在的差异进行了合理解释。与已报道的咔唑硼酸探针相比,新型d-PET型探针C1和C2的光物理性质均有了很大的提高。通过测试我们发现探针C1对底物有非常好的选择识别效果,例如,在pH5.6处,探针C1对扁桃酸和酒石酸具有荧光强度上升/下降的识别效果。另外在pH7.5处,探针C1对葡萄糖和果糖也有荧光强度上升/下降的识别效果。我们还利用DFT/TDDFT计算对荧光酸碱滴定测试以及络合滴定测试的荧光变化结果进行了合理化分析,实测结果与计算结果基本相符。2.合成另外三种咔唑硼酸探针C4、C5和C6。其中探针C4和C5的分子结构中3、6-位带有苯乙炔取代基,而C6的咔唑3,6-位则无取代基。分子中的苯硼酸部分连接在咔唑母体氮原子上。经测试发现探针C4和C6具有d-PET效应,而探针C5是a-PET型探针。探针C4的PET效率高达10倍,与探针C1(PET效率约3倍)相比有了很大提高。PET效率的提高是由于电子供体和受体基团之间的偶极矩与跃迁矩取向一致造成的,也就是说电子转移方向(跃迁矩取向)的偶极矩值越大,在电子供体和受体之间的电子转移过程越易进行,PET效率越高；反之则不易进行,PET效率越低。通过DFT计算我们发现,探针C4和C6在电子转移方向的偶极矩都比已报道的结构类似探针的偶极矩大。这些新型探针对羟基酸有较好的选择识别效果,其中探针C6对底物还具有荧光强度上升/下降的识别效果。3.分别以吩噁嗪和二酮吡咯并吡咯为荧光母体,合成了两种新型手性双硼酸荧光探针PH1和D1。实验结果表明探针PH1和D1分别具有d-PET效应和a-PET效应。这些手性双硼酸探针对一些糖酸和糖醇底物有一定的对映选择性。在中性条件下,探针PH1对酒石酸、D-葡萄糖酸以及D-葡萄糖都显示出荧光强度上升/下降的手性识别效果。探针D1虽然对D-葡萄糖酸和D-山梨醇有一定的对映选择性,但络合常数都非常低。