新型线性共轭多吡咯和异卟啉的合成与锌离子荧光探针研究

In recent years, the design and syntheses of functional organic molecules and their applications in related areas have attracted extensive interest. In this project, starting from simple pyrrole units, we are planning to design and synthesize novel linear conjugated oligopyrroles and porphyrinoids for the development of a class of fluorescence turn-on Zn2+ probes, based on the simple and effective design strategy of chelation enhanced fluorescence (CHEF) by addressing the problems commonly encountered in the design of Zn2+ probes.Through the optimization of the molecular structures, highly selective and highly sensitive Zn2+ probes with NIR fluorescence may be developed. After the introduction of hydrophilic groups, they will be used for the detection and fluorescent imaging of Zn2+ in biochemical systems. Regarding the synthesis, the target molecules will be obtained through oxidative ring closure, ring opening and ring interconversion reactions. In this way, linear oligopyrroles and porphyrinoids with novel structures may be synthesized. The results will be valuable for enriching and developing organic synthesis chemistry, especially porphyrin and porphyrinoid chemistry, and thus provide new structures for functional organic chemistry and supramolecular assemblies. In summary, this project is of theoretical and practical importance. In addition, the applicant has rich research experience in related areas, and some target compounds of this project have been synthesized and characterized by X-ray diffraction analyses. These previous researches are highly favorable for performing this project.

近年来，功能有机分子的设计、合成及其在相关学科的应用引起了广泛关注。本项目从简单的吡咯单元出发，设计、合成结构新颖的柔性线型共轭多吡咯和异卟啉，并针对锌离子探针设计中存在的问题，基于简单有效的螯合荧光增强(CHEF)策略，发展一类荧光增强型锌离子探针，用于识别生物体系中具有重要作用的Zn2+。可望得到具有高选择性、高灵敏度以及近红外荧光增强型Zn2+探针。引入亲水基团后，可应用于生物体系锌离子检测和荧光成像。合成方面，通过氧化环化、开环和环转化等特色反应，合成目标产物，可望得到其它方法难以合成的线性和大环多吡咯，丰富和发展有机合成化学，特别是卟啉和异卟啉合成化学，为功能有机化学和新型功能超分子体系的构建提供新的结构体系。总之，本项目有重要的理论和实际应用价值。申请人在相关领域有较丰富的研究经验，而且本项目有很好的预研基础，已合成部分目标产物，并得到晶体结构，为项目的完成奠定了良好的基础。

功能有机分子的设计、合成及其在相关学科的应用已引起了广泛关注。本项目从简单的吡咯单元出发，设计、合成结构新颖的柔性线型共轭多吡咯和异卟啉，并针对锌离子探针设计中存在的问题，基于简单、有效的螯合荧光增强 (CHEF) 策略，发展了一类荧光增强型锌离子探针，用于识别生物体系中具有重要作用的 Zn2+，得到具有高选择性、高灵敏度、近红外荧光增强型锌离子探针，检测限可达 6.3 nM，并成功应用于生物体系中锌离子检测和荧光成像。此外，还发展了一系列高选择性、高灵敏生物硫醇探针，检测限可达 0.65 uM。合成方面，通过氧化环化、开环和环转化等有特色的反应，合成目标产物，得到了其它方法难以合成的线型和大环多吡咯，丰富和发展有机合成化学，特别是卟啉和异卟啉合成化学，为功能有机化学和新型功能超分子体系的构建提供新颖的结构砌块和高效反应。此外，还研究了结构扩展的新型卟啉在染料敏化太阳能电池等领域的应用，通过对卟啉染料给体、受体和额外受体等结构单元的优化，并结合共敏化策略，协同提升光电池的电流和光电压，取得了理想的效果，光电转换效率可达 11.5%。相关研究结果于 J. Am. Chem. Soc. 和 Angew. Chem. Int. Ed. 发表论文 3 篇，此外，还应邀发表两篇重要综述：Chem. Rev. (2017) 和 Chem. Soc. Rev. (2015) 各 1 篇，详细综述了线型多吡咯和异卟啉在荧光探针领域的应用， SCI 他引分别为 138 次和 210 次。项目标注发表的论文中，先后有 3 篇论文入选 “热点论文” 和 “高被引论文”。综上所述，本项目的研究成果既有重要的理论价值，也有良好的实际应用前景。