荧光化学探针是一种用于检测生物体内金属离子、小分子的浓度的重要工具。近年来,荧光探针获得了越来越多的关注,由于具有灵敏度高、高选择性、实现简单、价格便宜、实时检测和好的生物应用前景等诸多优点,荧光化学探针成为了一种有效的检测工具被广泛应用于许多领域,比如材料科学、环境科学以及生命科学等。现如今,随着双光子显微镜(TPM)在生物医学等领域的研究中得到重要应用,双光子荧光探针获得了越来越多人的青睐。相比于传统的单光子荧光探针来说,双光子荧光探针不仅具有好的空间定位能力,更低的光致毒性和光漂白,而且穿透力更强,能够应用到深层组织的成像中。硫化氢是一种重要的信号小分子,但同时硫化氢也是世界公认的有毒气体,生物中的硫化氢通常产生于哺乳动物细胞质基质和线粒体,H2S对心血管系统和神经系统表现出重要的影响,它参与了生命体各种各样的生理过程,因此,检测生物体系中的H2S对于理解硫化氢的生理学和病理学功能具有相当大的意义。肼作为火箭燃料和低功率单元燃料同时肼是一种重要的工业用品,N2H4及其衍生物是一个高活性基础和强还原剂,作为一种重要的反应物广泛应用于制药、农药、摄影化学品、乳化剂和燃料在各种各样的化学工业中,工业上化学起泡剂和加热系统的防腐剂通常也有N2HH4的存在。然而,水合肼具有相当大的毒性作用,能够对肝、肺、肾脏等带来严重的损伤,甚至能够引起基因突变和癌症等疾病。虽然没有内生的水合肼在活细胞中,但是它容易通过口试、皮肤接触或吸入途径的暴露被吸收从而对活细胞造成伤害。因此,对水合肼进行更快速有效的检测同样具有十分重要的研究意义。本文在研究了大量文献和本课题组工作的基础上,分别基于香豆素母体和喹啉母体设计出了一个选择性识别H2S和N2H4的荧光探针CNHS和TNQ,并且通过了核磁氢谱(1HNMR)、核磁碳谱(’3CNMR)和ESI质谱等众多方式成功表征了探针分子。其中,TNQ是基于分子内电荷转移(ICT)机理的双光子荧光化学探针,不仅可以检测液态水合肼,还能够很好地应用于环境中水合肼蒸汽的检测和生物成像中。TNQ的结构基于6-取代的喹啉,是我们组开发的一个很好的用于细胞成像的双光子荧光结构。我们基于ICT机理,我们在喹啉6号位接上对羟基苯乙炔,这样不仅增大了整个探针分子的共轭体系,增加了探针分子的双光子吸收能力,还由于羟基的供电子能力,实现了探针的ICT过程。为了进一步增大这个结构的双光子吸收截面,我们增大了6-取代喹啉的共轭体系,在分子醛基官能团与邻氨基苯硫酚反应,形成一个更大的刚性共轭平面,同时将醛基保护起来也提高了探针的选择专一性。利用水合肼的脱保护反应,相应的含有羟基的化合物De-TNQ可以与乙酰丙酸发生酯化反应,生成产物的酯键刚好被水合肼选择性切断。我们认为水合肼的这种脱保护过程会增大探针的分子内电荷转移(ICT),这将导致荧光光谱发生红移,并且通过理论计算验证了这一假设。由此,我们就设计出了TNQ这样一个具有较大双光子吸收截面的比率计量型荧光探针,并且对TNQ的光物理性质和识别机理进行了研究,更初步成功的应用到了环境中水合肼蒸汽的检测和生物细胞成像中。