摘 要

有机荧光物质是一类具有特殊光学性能的化合物，它们能吸收特定频率的光，然后发射出低频率的荧光以释放所吸收的能量。其种类繁多，包括香豆素类、芘类、内酰亚胺类、菁类、呫吨类等。荧光素在其中占有重要地位，自 1871 年 Bayer 第一次合成出荧光素，荧光素及其衍生物不断发展，并被用于检测金属离子、pH、有机物及生物大分子等。1927年Orndorff和Hemmer首次合成了荧光素酰肼，这使得荧光素衍生物有了更广阔的发展空间，通过缩合反应将荧光素酰肼与羰基化合物相连得到荧光素腙类化合物，增大了荧光素的应用范围。

本文将荧光素酰肼与3-乙酰基香豆素相连合成了一种新型香豆素荧光素腙：3-乙酰基香豆素荧光素腙，并用分析手段对反应中间产物及最终产物进行结构表征，证明所得产物与设计产物结构一致。

为测试所得产物对金属离子的选择性，本文选择了十种常见金属离子作为被检测物质，用紫外可见吸收光谱对产物溶液及其与各金属离子混合溶液进行检测，发现添加金属离子后3-乙酰基香豆素荧光素腙最大吸收波长有所蓝移或红移，但移动范围不大，且光谱谱图几乎一致，这表明所合成的产物对实验范围内选择的金属离子选择性不强。这可能是由于3-乙酰基香豆素荧光素腙可特异识别的物质不在本实验范围内，也可用是由于实验条件如金属离子用量、pH、溶剂等的影响导致选择其对本实验范围内涉及的金属离子选择性不强。因此，3-乙酰基香豆素荧光素腙仍有研究价值。

关键词：荧光素；荧光素酰肼；金属离子；合成

Abstract

The organic fluorescent material is a kind of compound with special optical properties, which can absorb light of particular frequency, low frequency energy and emits fluorescence to release the absorbed. Its species include coumarin, pyrene, naphthalimide, cyanine, xanthene and the like. Fluorescein，which was synthesized firstly in 1871 by Bayer, plays an important role in fluorescent compound. Fluorescein and its derivatives had been used to detect metal ions, pH, organic compounds and biological macromolecules, and so on. Fluorescein hydrazide was synthesized firstly by Orndorff and Hemmer in 1927, which makes a fluorescein derivative has a broader space for development. Fluorescein hydrazones can be synthesized by the condensation reaction of fluorescein hydrazide and carbonyl compounds, which increasing the range of applications of fluorescein.

In this thesis, a novel fluorescein derivative, 3-acetyl coumarin fluorescein hydrazone, has been synthesized by reacting fluorescein hydrazine with 3-acetyl coumarin, and the structure of intermediates and the final product were characterized by analytical means. It proved that the structure of product is consistent with the designated one.

To test the selectivity of resulting product for metal ions, we selected ten kinds of metal ions as a substance to be detected. The product solution and its metal ion mixed solution were tested by UV-Vis absorption spectrum and found that the maximum absorption wavelength has a redshift or blueshift within a small range after addition of metal ions . This indicates that the selectivity of synthesized product toward to metal ions within the experimental range is not strong. This may be due to the metal ion that can identify specific by 3-acetyl-coumarin fluorescein hydrazone are not present within the experimental range, and it may also be due to experimental conditions such as the amount of metal ions, pH, solvent.Thus, 3-acetyl coumarin fluorescein hydrazone still have research value.

Key Words：fluorescein；fluorescein hydrazide；metal ionss；synthesize

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 荧光概述 1

1.1.1荧光的发展 1

1.1.2影响荧光的环境因素 2

1.2 有机荧光物质 3

1.2.1 概述 3

1.2.2 有机荧光物质的分类 4

1.3 荧光素及其衍生物概述 7

1.3.1 概述 7

1.3.2 荧光素类衍生物的应用 8

1.4 选题背景及设计思路 13

第2章 荧光素类酰肼衍生物的合成及结构表征 15

2.1 合成路线 15

2.2 实验仪器及试剂 15

2.3 荧光素类酰肼衍生物的合成 17

2.3.1 3-乙酰基香豆素的合成 17

2.3.2 荧光素的合成 17

2.3.3 荧光素酰肼的合成 18

2.3.4 3-乙酰基香豆素荧光素腙的合成 18

2.3.5 乙酰二茂铁荧光素腙的合成 19

2.4 荧光素类酰肼衍生物的结构表征 19

2.4.1 3-乙酰基香豆素的结构表征 19

2.4.2 荧光素的结构表征 20

2.4.3 荧光素酰肼的结构表征 20

2.4.4 3-乙酰基香豆素荧光素腙的结构表征 21

2.5 本章小结 21

第3章 3-乙酰基香豆素荧光素腙对金属离子的选择性 22

3.1 实验仪器及试剂 22

3.2 测试过程 22

3.3 结果与讨论 23

3.4 本章小结 24

第4章 结论 25

参考文献 26

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 荧光概述

荧光，又作“萤光”，是指一种由光导致发光的冷发光现象。当紫外光或可见光照射到某些物质上时，这些物质可以发射强度和波长各不一样的光线，当照射停止时，它们发射出的光线也随之消失，不同的是有的物质是马上消失，有的是逐渐消失。目前，荧光在生活中已有许多应用，如照明用的荧光灯具和发光二极管，书写或标记用的荧光笔。在生化和医疗上可以用一定的手段将能发出荧光的物质与生物大分子相连，然后用荧光来观察示踪这些生物大分子。

1.1.1荧光的发展

荧光现象在16世纪由西班牙的内科医生和植物学家N.Monardes首次记录，他提到在含有一种称为“Lignum Nephriticum”的木头切片浸入水中得到的水溶液中有天蓝色出现。Boyle和Newton等著名科学家在十七世纪再次发现了荧光现象，并且对这些荧光现象做出了更加详细的描述。此后，虽然还发现了一些于荧光有关的材料、染料和溶液，但是人们并没有对荧光现象做出合理的解释，也就是说在这段时间里，荧光在解释上进展缓慢甚至没有任何进展。直到1850年左右人们才渐渐明了荧光的产生原理和条件。1852年，Stokes在他有关光波长的论文中描述了萤石和铀玻璃的荧光现象，他还把奎宁和叶绿素的荧光做了仔细研究，发现它们发射出的荧光波长要长于照射光波长，也就是说荧光发射波长较吸收波长有所红移，因此他认定物质发射出的光是吸收光后重新发射的光而不是吸收光的反射，并且吸收光和发射光波长不同，荧光是发射光就这样被证实了。基于他的研究，他提出了“荧光”一词。此后，荧光作为一种检测手段不断发展。1897年，Gopplesroder采用桑色素为荧光试剂和铝进行配合，通过荧光分析法检测了铝。1880年，Liebeman提出了最早的关于荧光与化学结构之间关系的经验法则。到20世纪初，600 多种荧光化合物已经被人们熟知，其中包括呫吨类的荧光素和稠环芳烃等。随后荧光现象被研究得更多了。Wood在1905年发现了共振荧光。1914年Frank和Hertz用电子冲击发光进行定量研究。Frank和Cario在1922年发现了增感荧光。在1924年Wawwillous进行了荧光量子产率的测定，Gavila在1926年对荧光寿命进行了直接测定，从而进一步推动了对荧光分析法的研究进展。时至今日，由于荧光的高灵敏度和高选择性，荧光分析法及荧光检测已经成为分析化学中的一类重要方法^[1]。

1.1.2影响荧光的环境因素

荧光的产生及其发射强度受内外因的共同影响。内因主要是指荧光物质的物质结构，这是荧光能够产生的最重要原因；外因主要是指环境因素，常见的包括温度、浓度、溶剂、酸碱度、激发光照射等。

1.1.2.1 温度

溶液温度的降低通常能使荧光试剂的荧光量子产率和荧光强度增加；相反地，温度升高时荧光强度将会减弱。例如荧光素和罗丹明的乙醇溶液，在零摄氏度以下时，温度每降低10℃，它们的荧光量子产率分别增加3%和3.5%，当温度降到-80℃时，前者荧光量子产率接近1，而后者在-50℃时荧光量子产率已经接近1。分子热运动随温度的升高而加剧，分子碰撞概率大大增加，使处于激发态的π电子难以维持稳定，它会通过碰撞将能量传递给其他分子，这使得无辐射去活过程几率大大增加，从而导致荧光的淬灭。一般在 20℃时，由温度引起的荧光淬灭作用就有较为明显的表现，淬灭作用随着温度的升高而加剧。在 20℃以下荧光量子产率随温度变化比较不明显，因此可在此温度下进行荧光染色过程。

1.1.2.2 浓度

荧光物质的荧光强度受到溶液浓度的影响是非常明显的。对于某种荧光物质的稀溶液，在一定频率和强度的激发光照射下，当溶液的浓度足够的小而使得对激发光的吸光度十分低时，溶液的荧光强度与该荧光物质的浓度呈现正比例关系。超过这一浓度后，荧光强度与该荧光物质的浓度不再呈正比关系，但荧光强度依然随着浓度的增加而增加，只是增加速率减缓。当增加到某一浓度时，荧光强度保持恒定，即使再增加浓度，荧光强度也不发生变化。

随着浓度的进一步增大，将会出现荧光强度随浓度增大而下降的现象，这是有浓度效应导致的。浓度效应可能由以下几个方面原因造成。