含巯基的化合物如半胱氨酸(Cys),同型半胱氨酸(Hcy)以及谷胱甘肽(GSH)是生命体中非常重要的硫醇化合物,该类物质在维持生命活动过程中起着至关重要的作用,倍受很多科研工作者的关注。他们通过参与可逆的氧化还原反应、信号传导、细胞增殖来调节新陈代谢和维持细胞内环境稳态。因此,内源性生物硫醇的含量与许多疾病都有直接的关系。例如,作为一种不可或缺的氨基酸,半胱氨酸含量异常会导致发育迟缓、头发褪色、水肿、昏睡、肝损伤、皮肤损伤等。所以,针对目前有机小分子荧光探针存在的结构复杂、选择性低、灵敏度不高等不足,开发更加有效的定性或定量检测生物硫醇的方法,用于学术研究和相关疾病的诊断已成为一个重要研究课题,本论文设计合成了四种基于化学反应型的新型小分子荧光探针,并且对它们的识别性能和潜在的应用等进行了研究。主要内容如下:1.以苯并噻唑为荧光团的一种新型反应型荧光探针丙烯酸-6-(α-苯并噻唑基)-2-萘酯(BTNA),该探针主要由两部分结构组成:其一是以化合物6-(α-苯并噻唑基)-2-萘酚(BNO)结构单元为探针分子的荧光团,其二是以丙烯酸酯结构单元为半胱氨酸(Cys)的特异性反应位点。大量的研究事实表明,丙烯酸酯是一种高效的荧光猝灭剂,被广泛应用于荧光探针的设计合成,通过与Cys亲核加成再环化脱落的反应实现有机小分子化合物的荧光再现。因此,BTNA探针溶液中加入Cys后,探针溶液中会释放出荧光化合物BNO,从而为检测生命体系中的Cys提供一种简便高效的方法。2.我们以传统的荧光基团—萘酰亚胺为前体,引入甲基哌嗪,设计出了一种新颖的荧光探针,丙烯酸-4-(6-(4-甲基哌嗪基)-1,3-二氧代-1H,3H-苯并[de]异喹啉-2-基)苯酯(MBPA),该探针以1,8-萘酰亚胺为荧光团,丙烯酸酯为识别基团,与一般的萘酰亚胺不同的是,我们加入了甲基哌嗪这样一个具有给电子效应的基团,试图以此提高探针的荧光效率和灵敏度。丙烯酸酯基团是常用的识别基团,通过所含有的不饱和双键与巯基的加成环化反应来检测生物硫醇,同时因为位阻的关系,半胱氨酸(Cys)在分子结构上比同型半胱氨酸(Hcy)少一个亚甲基,所以在反应时速率明显更快一些,正是基于这种动力学因素的差异,我们可以设计出高选择性的半胱氨酸荧光探针。3.设计并合成了一种新型的开关型荧光探针,丙烯酸-6-[(1E)-[2-(3-(二氰基甲烯基)-5,5-二甲基环己-1-烯基)乙烯基]-2-萘酯(DDNA),该探针是一种异佛尔酮的衍生物,以丙烯酸酯为半胱氨酸的反应位点。丙烯酸酯基团是常用的半胱氨酸识别基团,通过与生物硫醇分子内的巯基发生亲核加成然后分子内环化这一过程释放出荧光化合物前体,从而可以实现对环境或者生命体系中某些巯基化合物的识别和检测。在这个新颖的荧光分子中,其最大特点就是拥有一个大型的π电子共轭体系。这个分子的发光机理是典型的分子内电荷转移(ICT),并且它的发射波长可以达到631 nm,为近红外区域。4.设计并合成了一种新型的开关型荧光探针,2,4-二硝基苯磺酸-6-[(1E)-2-(3-(二氰基甲烯基)-5,5-二甲基环己-1-烯基)乙烯基]-2-萘酯(DDND)。该探针以有机小分子HDM为荧光团,以2,4-二硝基苯磺酰基(DNBS)为荧光猝灭剂。当加入含有巯基的生物硫醇分子,使得磺酸酯键断裂,释放出能发射近红外光的荧光前体,从而实现对生物硫醇的检测。这个新颖的荧光团最大特点就是含有一个大型的π电子共轭体系,有着623 nm的发射波长以及131 nm大斯托克斯位移,这说明该探针为近红外荧光探针,检测时对背景环境的抗干扰能力也较强。此外,我们还发现该探针与Cys、Hcy、GSH的反应时间在5分钟内接近完成,比许多其他报道的探针都要短,是一种可以快速响应检测的荧光探针。