铁元素尤其三价铁是生物体中重要的微量元素之一,参与生物体内多种生命过程且缺少和过量都可能引起严重的生物体机能障碍,因此开发检测限低,专一性强,响应迅速,可应用于活细胞或生物检测的Fe³⁺离子荧光探针具有十分重要的意义。本文基于自主发现的、具有发射荧光性能的、对三价铁离子专属响应的新型1,2,4-三氮唑并嘧啶类化合物结构特征,设计并合成了一类新型1,2,4-三氮唑并嘧啶类Fe³⁺离子荧光分子探针,并在此基础上研究了其应用。具体完成了以下工作:以1,2,4-三氮唑并嘧啶母体结构为荧光基团,通过变换2、5和7位上芳环结构,改变其共轭效应和平面刚性,设计了一类1,2,4-三氮唑并嘧啶类化合物,并以酰氯和氨基胍碳酸氢盐为原料,经过酰胺化、环化、缩合环化、溴代、偶联、还原、取代等反应合成了12个全新的1,2,4-三氮唑并嘧啶类化合物。对其光谱性能研究发现,其中7个化合物（7a、7b、7c、8a、8b、8d、8g）的荧光波长≥450 nm,且以化合物8a-8g的荧光强度较强;其中荧光强度最强的8a对Fe³⁺离子具有专一的选择性和极高的灵敏度,且不受其它离子尤其是二价铁离子的干扰。化合物8a在pH=3.0-8.0范围内荧光光谱稳定,因此可用于pH=7.4生理条件下的测试。Fe³⁺离子能淬灭荧光分子探针8a,且响应快速（<5秒）,而在Fe³⁺离子淬灭后的探针测定体系中加入OH-后,荧光恢复,因此该荧光探针具有循环可逆性;荧光分子探针8a对Fe³⁺离子检测的检出限低至0.82μM。本文采用密度泛函理论（DFT）计算了12个化合物的紫外吸收波长和荧光发射波长,发现计算结果与实际测试结果都基本一致。计算方法的准确性为进一步定向设计具有特定发射波长的该类荧光分子提供了依据。本文将荧光分子探针8a制作成荧光试纸可实现Fe³⁺离子快速鉴定;荧光分子探针8a细胞毒性低且能穿过细胞膜进入细胞内,可用于细胞内Fe³⁺离子的检测。同时,荧光分子探针8a成功的测定出菠菜中Fe³⁺离子含量为5.35 mg/kg,这是首次测得菠菜中Fe³⁺离子的含量,而现有其它检测方法只能测定其总铁的含量（约8.94 mg/kg）;该探针在检测菠菜中Fe³⁺离子的成功应用为其准确测定其它动植物体内的Fe³⁺离子含量奠定了基础。本论文研究结果为1,2,4-三氮唑并嘧啶类结构在光谱领域和Fe³⁺离子荧光分子探针的研究及应用方面提供了一定的参考。