BODIPY衍生物荧光传感机理研究

摘要：氟硼二吡咯（BODIPY）次氯酸荧光探针分子具有灵敏、快速响应、高选择性等特点。这类荧光探针分子是基于光诱导电子转移（PET）的荧光探针分子，探针分子本身由于光诱导电子转移（PET）作用荧光很弱，但当次氯酸存在时，分子被氧化而PET过程被阻断，荧光迅速增强。可以用于癌细胞成像。本文应用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）方法对氧化前及氧化后的四种探针分子进行基态几何结构优化和激发态计算，通过计算探讨四种荧光探针分子的荧光传感机理。计算结果表明，分子在氧化前激发态的最低未占据轨道LUMO在荧光团上，客体氮上的孤对电子在最高占据轨道HOMO上，HOMO-1轨道也在BODIPY荧光团上，因为分子振子强度最大的跃迁HOMO-1→LUMO的跃迁发生在荧光团上，即π→π*跃迁。而客体氮上的孤对电子所在轨道HOMO在荧光团的HOMO→LOMO之间，因此这就有可能产生光诱导电子转移效应（PET）并且导致荧光淬灭。79665

毕业论文关键词：氟硼二吡咯(BODIPY)，荧光探针分子，密度泛函理论，光诱导电子转移

Abstract :We report a fluorescent BODIPY-based HClO probe (BClO) with ultrasensitivity,fast response and high selectivity。this kind of fluorescence probe molecules is based on photoinduced electron transfer (PET) , Due to the photoinduced electron transfer (PET), the fluorescence is Weak, but when the Hypochlorite is present, the fluorescence is rapidly enhanced because the molecule is oxidized and the PET process is blocked。 Herein ,this fluorescent probe molecule is used in cancer cell imaging。 In this paper,the density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TD-DFT) B3LYP method is used to optimized geometry structure and compute the excited states of four molecules before and after oxidation 。 We want to explore the fluorescence sensing mechanism of the four kinds of probe molecules through theoretical calculation。 The calculated results show that the unoccupied orbital LUMO of the excited states of the molecule is on the fluorescence, and the lone pair electrons on the nitrogen atom are on the highest occupied orbital HOMO, and the HOMO-1 orbit is also on the BODIPY fluorescence cluster。 The Oscillator strength maximum transition(HOMO-1→LUMO) Occurred in the Fluorescent group,that is π→π*。 The lone pair of electrons in the guest nitrogen is located between HOMO and LUMO of fluorescent cluster, so it is possible to produce the light induced electron transfer effect (PET) and cause the fluorescence quenching。

Keywords：Difluoroboron dipyrromethene (BODIPY)，Fluorescent probe molecule，Photoinduced electron transfer，Density functional theory， Photoinduced electron transfer

1 前言 4

2 模型的选取和计算方法 4

3 结果与讨论 5

3。1 氟硼二吡咯类荧光探针分子的光诱导电子转移机理 5

3。2 氟硼二吡咯荧光探针分子及其氧化后分子的基态构型优化 6

3。3 氟硼二吡咯荧光探针分子激发态计算 8

3。4 被次氯酸氧化后的激发态计算 9

3。5 荧光探针分子的激发态优化 11

结论 12

参考文献 13

致谢 14

1 前言

1987年诺贝尔化学奖授予了Pederson、Gram和Lenh，表彰他们在研究具有高选择性结构的特征体系领域所做的贡献，自此以后，分子识别问题和具有分子器件性质的荧光化学敏感器迅速发展起来。Treibs和Kreuzer在1968年首次合成了没有取代基的氟硼二吡咯染料[1]，但是没有相应的文献报道，可能是由于合成难度较大。随后有人合成了具有二甲基取代的氟硼二吡咯论文网（BODIPY）分子，并研究了其光谱性质。BODIPY荧光探针分子是一种重要的荧光标记分子，能够将分子识别的信息转换成荧光信号，具有较高的灵敏度，能够实现开关操作，荧光成像等众多优点，因此被应用在DNA和蛋白质的标记领域[2]。而考察有关荧光发射化合物的发光机制，都涉及化合物分子内电荷转移，分子间的电子转移等相关机制，因此对分子进行理论计算，从本质上解释分子的发光机制是十分必要的[1]。文献综述 BODIPY衍生物荧光传感机理研究:http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_92228.html