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随着荧光化学的不断研究发展,发光分子功能材料的合成及其器件的制备逐渐引起了科研工作者的广泛关注。由于荧光检测的高灵敏度和可实时及远程检测等优越性,在分子识别与传感中的应用得到蓬勃发展,设计合成高灵敏、高选择性的荧光化学探针近年来备受关注。与具有较短吸收和发射波长的荧光探针相比,近红外荧光探针具有光毒性低、光散射小、组织穿透能力强、受生物体自发荧光影响小、有利于进行多荧光染色等优点。虽然已合成的近红外荧光探针种类较多,但大多存在水溶性差、光稳定性差、生物适应性差和可修饰性差等问题。基于此,发展新型的近红外小分子荧光识别检测探针具有重要的研究和应用价值。硅取代氧杂蒽类荧光探针是近几年来发展起来的一类新型荧光染料,是用硅原子取代氧杂蒽结构中的10位桥连O原子而得到的。通过将氧杂蒽分子中O桥原子用Si代替,得到了一类新型的探针分子—硅杂蒽类荧光探针在保留氧杂蒽荧光染料优越光学性质的同时,荧光波长大于600 nnm,红移至NIR区域,满足近红外荧光检测的要求,并具有良好的生物相容性。本论文以硅杂蒽结构为母体,设计合成了三种近红外荧光分子探针,分别识别检测F-、光气和战争毒剂芥子气气体,研究了它们的光学性能和对实际样品的识别检测,充分验证了这三种硅杂蒽近红外荧光分子探针的实用价值。首先,设计合成了一种硅杂蒽近红外F-荧光识别检测探针SiROPS。该探针对F-的识别具有很高的选择性和灵敏性。探针荧光信号on/off的过程,是由待测底物F-亲核进攻具有强荧光的探针SiROPS,其meso-位上芳基邻位的硫代磷酰酯官能团和F-反应,引起P-O键裂解,生成了一个无荧光水解产物SiROH。SiROH在meso位置有一个ortho取代的酚羟基o-OH,不足以限制meso-位链接芳环键的自由旋转,由此造成非辐射能量的耗散,导致水解产物SiROH荧光减弱。通过UV-vis光谱,荧光光谱,1H NMR和13C NMR图谱以及HRMS图谱验证了 F-诱导探针分子P-O键断裂的机理。通过Job’s曲线得到探针SiROPS与F-识别配比为1:1。在动态范围0.5 μM-20 μM内检测F-的检出限为48 nM,最佳响应时间为6 min,在365 nm紫外下裸眼可观察到探针DMSO溶液由紫红色荧光到无荧光变化。同时,制备了探针SiROPS试纸条,并且探针对实际环境水样和牙膏样品中的F-的识别检测应川也展示出潜在的应用价值。这些均充分说明了探针对于F-的识别检测具有很强的选择性和专一性。其次,设计合成一个硅杂蒽近红外光气荧光识别检测探针SiR-amide。当该探针识别并作用于光气时,探针上的酰胺官能基团转化为腈基官能团,产生较大程度的荧光增强响应,从而实现了对光气的快速和灵敏识别检测。探针SiR-amide在乙腈溶液中识别光气的检出限为8.9 nM,响应时间为4 min。并且对于光气具有专一性和选择性,其他干扰物,例如三光气、神经性毒剂类似物和酰氯类化合物等不干扰对光气的识别和检测。同时,还制备了探针SiR-amide试纸条,能够选择性检测较低浓度水平(0.1 mg/L)的光气气体。并且,无论是对一定浓度的光气溶液还是气体光气的识别检测中,均可在365 nm紫外下裸眼观察到探针溶液由无荧光到紫红色荧光的变化。这些均说明本论文设计合成的探针SiR-amide,可以分别在液相和气相中,快速和灵敏的对光气识别检测,并具有很强的选择性和专一性。最后,设计合成了两种硅杂蒽近红外识别检测战争毒剂芥子气的荧光探针SiRXT-1和SiRXT-2。两种探针,它们自身荧光强度均较弱,但通过和芥子气分子发生亲核作用后,均生成荧光强度显著增强的硅杂蒽硫代烷基化产物,此时其荧光激发波长和发射波长均在近红外波长区域。对比两种探针的光学性质及和芥子气分子的作用结果,我们发现含有烯丙基官能团的探针SiRXT-2,相对SiRXT-1具有更长的识别发射波长和更高的荧光量子产率。并通过探针SiRXT-2识别芥子气分子UV光谱、荧光光谱、1H NMR和MS谱,研究并验证了其识别芥子气分子的机理。探针SiRXT-2对芥子气乙腈溶液的检出限为3.2 μM,响应时间小于1 min,可见光下可裸眼观察到探针溶液由黄色到蓝色的颜色变化。并且对于芥子气分子具有专一性和选择性,其他干扰物DCP、CESF、DCNP、DBE、BMB、IE和POCl3等不干扰对芥子气分子的识别和检测。为了评估探针的实用性,我们又制备了探针SiRXT-2负载的TLC板,也实现了快速、灵敏、选择性荧光识别检测芥子气气体。对芥子气气体的最低浓度为0.5 ppm,响应时间小于1 min,365 nm紫外下可裸眼观察到TLC板由无荧光到紫红色荧光的变化。研究结果表明探针SiRXT-2是一种具有较高选择性和灵敏性并能现场使用的近红外芥子气分子识别检测荧光探针。