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顺铂作为最早应用于临床的金属抗肿瘤药物,在治疗睾丸癌和子宫颈癌等癌症方面有着不俗的表现。但是,铂类药物的毒副作用和耐药性限制了其发展。因此,迫切需要进行基于新型铂类配合物或者其他金属配合物的抗肿瘤药物开发。很多金属Ir（Ⅲ）配合物表现出强细胞渗透能力以及独特的抗肿瘤活性,引起生物医药领域的研究者们广泛关注。不仅如此,Ir（Ⅲ）配合物还表现出优异的发光性能,因其激发/发射波长易于调节、量子产率高、斯托克斯位移值大、发光寿命长、光稳定性好等特点,使其在发光材料研究领域也备受青睐。鉴于发光Ir（Ⅲ）配合物的光学特性,可采用激光共聚焦显微镜来追踪其在肿瘤组织内的摄入、分布与代谢状态,这将有助于研究者明确Ir（Ⅲ）配合物抗肿瘤的生物靶标与作用机理。另外,部分Ir（Ⅲ）配合物在光激发下还可在肿瘤细胞内诱导生成具有强氧化性能的活性氧（ROS）物种,进一步导致细胞坏死和凋亡。目前发光Ir（Ⅲ）配合物作为一类非常有潜力的肿瘤光动力学治疗的光敏剂而被广泛研究。基于上述考虑,本论文以发光Ir（Ⅲ）配合物为研究对象,设计、合成了一系列基于多联吡啶配体的Ir（Ⅲ）配合物,通过实验与理论相结合的方式研究了它们的光学性能及抗肿瘤活性,并给出了基本构效规律。主要包括以下三部分内容:1、多联吡啶Ir（Ⅲ）配合物的合成与表征本文在2,2’:6’,2’’-三联吡啶（N^N^N）以及6’-苯基-2,2’-联吡啶（N^N^C）的4’号位上引入了双羟乙基、亚氨基二乙酸、三苯基膦分别合成了四种多联吡啶配体TPYOH、Phbpy OH、TPYCOOH、TPYPh3PBr。以这四个多联吡啶配体为主配体,联合辅助配体与Ir（Ⅲ）配位,得到了8个Ir（Ⅲ）配合物,包括:三环双齿配位型配合物Ir1A、Ir1B、Ir1C和Ir1D,三齿双齿混配型配合物Ir2A和Ir2B以及双三齿配位型配合物Ir3A、Ir3B。通过核磁共振氢谱和碳谱、质谱等对配体和配合物进行了表征确认,Ir（III）配合物的结构通过Gaussian 09软件进行能量最优化计算模拟,部分化合物的结构通过X-ray单晶衍射法进行了确认。结果表明,Ir（III）配位中心与周围的N、C原子采取了六配位的畸变八面体构型。主配体多联吡啶分子在Ir2A、Ir2B和Ir3A中呈现出最好的共面性,而在三环双齿型配合物中的共面性与双齿三齿混配和双环三齿型配合物相比大大降低。2、多联吡啶Ir（Ⅲ）配合物的光学性能研究本文通过光谱测试和理论计算相结合的方法对上述合成的配体和配合物的紫外可见吸收、双光子吸收、单光子激发荧光、双光子激发荧光等光学性质进行了研究,讨论了配合物结构与配体种类对其光学性能的影响。实验结果表明:金属中心Ir（Ⅲ）的引入使配合物紫外-可见吸收谱图中在400-500 nm范围内出现明显的的吸收峰。结合TD-DFT计算结果,该吸收峰归属为IrIII→tpy/phbpy的MLCT跃迁。三环双齿型配位的Ir（Ⅲ）配合物相较与分子对称性更好的双环三齿配位的配合物,其吸收波长相对较短,吸收强度也相对较弱。主配体为TPYOH的配合物比主配体为Phbpy OH的配合物的吸收峰相对红移。相比于纯配体的发光效应,铱（III）的引入使得单光子激发荧光（OPEF）淬灭,荧光发射峰红移。部分配合物呈现出一定的双光子吸收性能,Z-扫描实验结果显示配合物Ir1A、Ir3A的TPA性能相对较强,最大双光子吸收截面分别215 GM和249 GM。与配体TPYOH（σ2=515 GM）相比,配合物Ir1A和Ir3A的TPA性能都有所降低。对比配合物的单双光子吸收谱可以发现,配合物Ir1A的双光子吸收主要来源于MLCT,而配合物Ir3A的双光子吸收主要来源于ILCT。配合物Ir1A、Ir1B表现出一定的双光子激发荧光效应（TPEF）。配合物在DMSO溶液中的双光子激发荧光峰相较配体的红移,发光强度要明显弱于配体的。配合物Ir1A和Ir1B的TPEF峰相对于OPEF峰分别蓝移了35 nm和50 nm,说明单光子激发与双光子激发具有不同的激发态能级和结构。TPEF可能来源于能级更高的单线态激发态~1MLCT,而OPEF则源自低能级的三线态激发态~3MLCT。3、多联吡啶Ir（Ⅲ）配合物的抗肿瘤活性研究本文分别在光照和黑暗情况下测试了Ir（III）配合物的体外细胞毒活性,评价其抗肿瘤活性。通过测试其诱导生成单线态氧和超氧阴离子的量子产率、催化氧化NADH性能、配合物与DNA（或BSA）的相互结合作用来探索其抗肿瘤机制。结果表明,Ir（Ⅲ）配合物均具有较低的细胞暗毒性,配合物Ir1A、Ir1B和Ir2A有着显著的细胞光毒性,IC50分别为0.12μM、0.02μM和0.35μM,PI值最大达到51.5。这些Ir（Ⅲ）配合物均可以在光照下产生单线态氧~1O2和超氧阴离子O2–·,其中Ir1C和Ir2A的单线态氧量子产率最好,最高可达0.22。Ir1A和Ir1B具有更强的O2–·敏化能力。Ir（Ⅲ）配合物能催化氧化NADH成NAD+,其中配合物Ir1A和Ir1B的催化性能最好,转化数最高可达18。这与其超氧阴离子的生成活性及细胞光毒性顺序具有一定相关性。因此可以看出,活性氧物种产生于配合物催化NADH的过程,细胞毒活性越好的配合物催化性能越优。滴定实验和分子对接模拟的结果表明Ir（Ⅲ）配合物主要通过氢键与DNA和BSA发生明显的相互作用,形成稳定的Ir-DNA和Ir-BSA复合物。配体为TPYOH和Phbpy OH的Ir（III）配合物通过两个羟乙基基团“引导”配合物分别进入DNA的小沟区和BSA的亚结构域;含三苯基膦配体的配合物Ir1C是通未配位的N原子与DNA和BSA结合;配体为TPYCOOH的配合物Ir1D则是通过其亚氨基二乙酸基团与DNA和BSA结合。分子对接的最低结合能（Autodock计算）表明双环三齿型配位的Ir（Ⅲ）配合物与DNA和BSA的结合能力最弱。本论文设计合成的新型多联吡啶Ir（Ⅲ）配合物具有良好的发光性能和较为理想的抗肿瘤活性,具有一定的PDT光敏剂的潜力,配合物在细胞内的分布及代谢情况正在研究中。本论文的工作可为开发新型金属抗肿瘤药物提供理论参考。本论文有图99幅,表17个,参考文献115篇。