2-（2'-羟基苯基）苯并咪唑与BODIPY桥连化合物光物理行为及能量转移研究

作     者：徐合意 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易平贵

授予年度：2021年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：二元化合物 密度泛函理论 激发态质子转移 荧光共振能量转移 

摘      要：在合成2-(2’-羟基-5’-氨基苯基)苯并咪唑(HABI)、1,3,5,7-四甲基氟硼二吡咯川(BODIPY或BDP)、1,3,5,7-四甲基-8-对氨基苯基氟硼二吡咯川(BODIPY-NH或BDP-NH)及HABI与BDP-NH桥连的二元化合物(HBI-BDP)等化合物的基础上,运用紫外-吸收光谱和荧光发射光谱法并结合密度泛函量子化学计算手段,研究了溶剂效应和取代基效应对HABI光谱性质、激发态质子转移(ESIPT)性质的影响;构建了HABI～BDP和HABI～BDP-NH两个荧光共振能量转移(FRET)体系并考察了分子间能量转移效率;研究了二元化合物HBI-BDP的光谱性质、在不同p H环境下的稳定性及其分子内的荧光共振能量转移。主要研究结果如下:1.合成了质子转移型化合物HABI,测定了HABI在甲苯、1-4二氧六环、DMF、甲醇和HO等溶剂中的紫外收吸收光谱和荧光发射光谱,通过TD PBE1PBE D3/TZVP的密度泛函理论计算对HABI的电子光谱及可能发生的ESIPT过程进行了理论分析。结果表明,HABI的最大吸收波长在300nm左右,随着溶剂极性的增大,最大吸收波长呈现出一定的红移。HABI在315nm和530nm附近呈现两个荧光发射峰,分别对应于醇式结构和酮式结构,且随溶剂极性的增大,发射峰有一定的红移。HABI能与甲醇、水等质子型溶剂形成氢键复合物,导致了醇式结构荧光被部分猝灭。在所考察的溶剂中,HABI均可发生激发态质子转移过程。取代基的电子效应能显著影响HABI电子光谱性质和ESIPT行为,供电子取代基使吸收和发射波长增大,有利于ESIPT的进行。2.合成了荧光化合物BDP和BDP-NH。根据荧光共振能量转移理论,应用光谱法研究了HABI～BDP和HABI～BDP-NH两个体系的分子间相互作用。结果表明,HABI作为能量供体可分别与能量受体BDP或BDP-NH产生分子间光诱导能量转移,形成荧光共振能量转移体系,且受体的荧光强度增加,而供体的荧光被部分的猝灭。3.合成了含双荧光团的二元化合物HBI-BDP。测定了HBI-BDP在二氯甲烷、四氢呋喃、1-4二氧六环和DMSO等溶剂中的紫外吸收光谱和荧光发射光谱及溶液p H值对荧光光谱的影响,应用B3LYP/6-31G(d)密度泛函方法优化了HBI-BDP的结构并计算了前线分子轨道能级。研究发现,HBI-BDP的最大吸收波长和荧光发射波长分别在502nm和513nm处,随着溶剂极性的增大,荧光强度逐渐增强。在p H=1～7的酸性环境下HBI-BDP荧光强度保持稳定,而碱性环境下,HBI-BDP荧光强度随碱性增大逐渐降低,化合物桥连基团的酰胺键发生断裂。HBI-BDP荧光光谱中只呈现BDP-NH的特征,基团HABI与BDP-NH之间发生了分子内的能量转移。