铝是人体非必需元素,近年来越来越多的研究表明,高浓度存在的铝离子对生命体和环境均会带来极大的危害;而锌离子作为生物体内第二大含量较高的微量元素,摄取过量或缺乏都会对人体健康构成威胁;因此,能够实时追踪和检测体内及环境中含有的这类金属离子对生命科学具有重要意义。荧光探针法以其操作简便、实时快速等优点,已成为监测金属离子的研究热点。同时,随着铂类抗癌药物的发展及其广泛的临床应用,基于金属配合物抗肿瘤、抗菌等性质的研究越来越受到人们的关注,但是铂类药物的缺点是毒性高,易产生耐药性,因此开发具有良好抗肿瘤作用,高效、低毒的新型金属配合物并替代铂类药物应用于临床,在生命科学领域具有重要意义。目的:合成一系列希夫碱及苯并噻唑类铝离子、锌离子荧光探针化合物,从溶剂效应、构效关系等方面考察荧光强度的影响因素,并研究其在溶液中、细胞内的荧光性质以及形成配合物的荧光性质,为发现新型的铝离子、锌离子荧光探针做筛选性研究。设计、合成基于牛磺酸新配体的铜配合物,通过研究其与DNA之间的相互作用及配合物对肿瘤细胞的毒性作用,为金属配合物作为抗肿瘤药物的可行性提供新思路。方法:查阅已有文献,合成一系列芳香希夫碱及苯并噻唑类铝离子、锌离子荧光探针,采用红外光谱、¹H-NMR、ESI-MS、荧光光谱、紫外光谱法等研究其与铝离子、锌离子结合后产生的荧光效应,探讨探针分子与金属离子的键合模式和产生荧光的机理,筛选出性质优良的铝离子、锌离子荧光探针。设计、合成牛磺酸类新配体,采用气相扩散法、溶剂挥发法等培养得到结构新颖的金属铜配合物,采用X-射线单晶衍射法对其结构进行表征,同时采用荧光光谱法、紫外光谱法、粘度法、琼脂糖凝胶电泳法等研究配合物与DNA的相互作用,采用MTT法研究配合物对肿瘤细胞系的毒性作用。结果:合成了13个芳香希夫碱及苯并噻唑类配体L¹～L¹³,通过比较不同的探针分子结构及分别与铝离子、锌离子结合后荧光强度的关系,筛选出了L⁶和L⁹具有最好的荧光探针性质。本论文第一部分以L⁶为铝离子探针代表进行深入研究,其具体表现为:L⁶在甲醇溶剂中可以特异性的识别Al³⁺并能够产生很强的荧光,不仅受其它常见金属离子干扰较小,而且其灵敏度高、稳定性好,同时在一定的浓度范围内,荧光强度与加入的铝离子浓度保持良好的线性关系,并在细胞内能与铝离子结合产生可视性荧光。通过L⁶与Al³⁺的荧光强度Job’s plot曲线拟合、¹H-NMR、质谱等数据进一步表明,其形成配合物产生荧光时的配位比是1:1。通过比较不同配体与荧光强度之间的构效关系,进一步讨论了L⁶与Al³⁺结合后产生荧光的机制,并对其应用价值了进行初步的探索。本论文第二部分以L⁹为锌离子探针代表,对其进一步研究,探讨了苯并噻唑类化合物作为锌离子探针的可行性,通过结构改造增加其水溶性,为铝离子、锌离子探针的发现和结构改造提供了新的思路。本论文第三部分,采用气相扩散、溶剂挥发等方法培养得到了基于牛磺酸类新配体的两个单核铜配合物,用红外光谱、X-射线单晶衍射法等对其结构进行表征,同时采用荧光光谱法、紫外光谱法、粘度法、琼脂糖凝胶电泳法等研究配合物与DNA的作用,表明配合物与DNA之间的相互作用为中等键合模式,采用MTT法研究配合物对肿瘤细胞系的毒性作用,数据结果表明配合物1和2对人肝癌细胞系（Hep G-2）有较明显的抑制作用,同时对人体正常肝细胞（LO2）毒性较小。结论:合成并筛选出了性能优良的希夫碱类Al³⁺荧光探针化合物L⁶,具有选择性好、灵敏度高、抗干扰能力强、荧光量子产率高等优点,在模拟生理p H条件下及细胞内检测具有良好的应用潜力,并在体外环境中铝离子含量的检测有应用价值。合成了5个苯并噻唑类化合物,并筛选出了具有代表性的锌离子荧光探针化合物L⁹和铝离子探针L¹³,对其荧光性质的结构影响和产生荧光的机制进行了分析和讨论,通过结构中引入?SO₃H改善希夫碱类荧光探针的水溶性,为后续的锌离子、铝离子荧光探针化合物的结构改造提供了有用的信息。设计并合成了两个基于牛磺酸衍生物的新型单核Cu²⁺配合物,对其与DNA之间的相互作用及其对肿瘤细胞的毒性作用进行研究,结果表明合成的两个Cu（II）配合物与DNA能以插入模式键合,且其具有潜在抗肝癌细胞的活性,有必要对其进行深入的研究。