荧光分子设计合成和荧光构效关系研究

有机荧光分子在生命科学和材料科学领域中有广泛的应用，然而荧光构效关系的不明确性为设计性能更优异的荧光分子带来困惑，成为荧光应用的一个瓶颈。为此，本项目拟在原有工作基础上，设计合成具有一定形状(直线型、Y型、U型、X型、星型、四面体、环型等)的共轭分子，结合环戊二烯类和环庚三烯类之结构特点，在化合物量的基础上，通过理论计算，从微观(结构)和宏观(环境)的角度，探索有机化合物荧光发射之影响因素，总结提炼荧光的构效关系，进一步指导新荧光分子的设计合成，从源头上打破基于荧光的技术壁垒，拓展有机荧光分子在探针和材料领域中的应用。

荧光在生命、材料等领域有着非常重要的应用。然而，人们可以从化合物结构预测化合物的吸收，但不能从化合物结构预测化合物发光，包括发射波长、发射量子效率、和发射的寿命。因此，寻找和总结荧光构效关系（包括微观的分子结构和宏观的分子堆积对荧光的影响）有着重要的意义，它是荧光得以在材料和生命领域中进一步发挥应用的关键。本项目从有机合成角度出发，合成了一系列具有新颖结构的荧光生色团，并以合成的、大量的、新化合物为基础，研究了它们在稀溶液和固体状态下的光物理性能，寻找和总结了具有理论指导意义的荧光构效关系，开发了这些新荧光分子作为质子、金属离子、和痕量爆炸物检测的荧光传感器的应用。项目进展过程中，得到以下结论：1）发现了电子转移和聚集共同作用下9-环庚三烯基芴衍生物的聚集诱导荧光和聚集诱导荧光增强；2）合成了BODIPY修饰的9-环庚三烯基芴，并实现了它在强酸条件下对铜离子选择性的荧光传感；3)探讨了1,8-二芳基萘和1,8-二芳炔基萘的荧光构效关系，发现了1,8-二芳炔基萘对溶剂极性的荧光传感；4）用碘活化三键或钯活化三键构筑了茚并菲、fluoranthene、8H-cyclopenta[a]acenaphthylene、pyridine[a]acenaphthylene、 indeno[2,1-a]phenalene、8H-acenaphtho[1,2-c]pyrroles等新的荧光生色团，探讨了基于这些骨架的分子结构和荧光性能之间的构效关系，分子堆积和荧光性能之间的构效关系；5）用环戊二烯酮和醋酸铵一步构筑了七芳基吡咯甲川，实现了它们对质子的荧光传感，并由七芳基吡咯甲川得到了七芳基BODIPY，为七芳基BODIPY的合成提供了一条非常简便有效的合成新方法；6）发展一种绿色安全的氰基化试剂——苄氰，实现了在钯催化下的卤代芳烃氰基化，和在铜催化下经过芳烃C-H活化的芳烃直接氰基化。本基金项目执行年限为三年，从2010到2012年，总经费为35万元。三年中参与基金工作的博士研究生8个，硕士研究生7个（其中3个转为博士研究生），本科生3个。共发表在Chem. Commun., Chem. Eur. J., Org. Biomol. Chem., RSC Advances, 等、并标注有该基金号的SCI论文13篇,申请发明专利3项，参加国际会议3次。