生物发光具有不需要外界刺激,噪音低,灵敏度高等优点,在生命科学研究中有着广泛的应用,目前已知的生物发光体系已经成为许多生命科学技术里必不可少的独立的分析工具。由于生物发光的复杂性,许多生物体内的发光机理和发光底物的结构研究得并不是很清楚,而且对已知发光体系中底物发光的关键结构缺乏清楚的认识,导致对萤光素的修饰非常局限,为了进一步满足实际的需求,迫切需要探究出底物分子降解发光的关键结构要素,从而开发新的发光分子去满足实际需要。在目前已被熟知的生物发光体系中,不同生物发光底物结构和发光机理各有差异,通过对生物发光体系发光历程的总结分析,发现这些生物发光底物在发光反应的过程中有相似之处,首先形成底物的烯醇结构,然后和氧气发生反应而发光,从某种程度上来说决定底物是否发光的是烯醇和氧气的作用过程,弄清楚烯醇降解发光的影响因素具有非常重要的意义。本文第二章探究出了分子烯醇降解发光的关键结构因素,一个关键结构要素是分子烯醇降解的路径,只有路径三才是烯醇降解发光的路径,另一个关键要素是降解产物的荧光性质。通过研究对比萤火虫萤光素烯醇降解发光和甲基酮分子烯醇降解不发光机理的不同,发现中间体二氧杂四元环的降解路径与发光有一定的关系。本文通过对甲基酮分子结构进行修饰,合成出了具有和碱作用发生烯醇氧降解发光的甲基酯类分子。为了研究中间体降解路径和发光的关系,分别用核磁和质谱对甲基酯分子和具有类似结构的甲基酮分子烯醇降解产物进行检测分析,根据降解产物推测二者烯醇降解中间体降解的路径,并用飞秒激光光谱仪跟踪检测甲基酮和甲基酯分子的烯醇降解过程,又用理论计算对甲基酯分子烯醇降解中间体可能降解路径的能垒进行计算,证明了甲基酯烯醇降解发光的路径是路径三。而和甲基酯分子具有相同基团的甲基酮分子烯醇降解中间体的降解路径是路径一,降解不发光,从而证明了烯醇降解的路径是烯醇降解发光的必要因素之一。通过研究荧光基团对分子烯醇降解发光的影响,证明了降解产物具有较强的荧光,也是烯醇分子降解发光的关键因素之一,还发现该体系内存在能量转移的现象。第三章研究了分子结构和体系内碱的用量对分子发光效率的影响。分子上取代基的电子效应对分子发光效率有很大的影响,具有推电子效应的取代基能提高分子的发光效率,分子降解产物的荧光量子产率对分子的发光效率有着显著的影响。本文对分子烯醇降解发光关键因素的研究,为合成新型的化学发光分子提供了新的方法和思路,也为研究萤光素烯醇降解发光,修饰萤光素结构具有一定的启示作用,并且对研究生物体系的发光机理,尤其是对探究未知的生物发光体系的机理也具有十分重要的意义。