卟啉化合物是一系列以卟吩为母体的化合物的总称。它是自然界中比较普遍的一类具有较大共轭体系的化合物,比如在动物体内有运输氧功能的氯化血红素,即一种铁卟啉化合物;在叶绿体内参与光合作用的叶绿素—镁卟啉等。由于卟啉化合物的母体卟吩环具有16中心,18电子的大Π共轭的平面结构,前线分子轨道能级间的能级差较小(约2.7 e V),因而其具有比较稳定地理化性质、易修饰性以及优良的光电性能等。因此,其被广泛的用于医学显影剂、光电材料、染料敏化太阳能电池、药物合成、天然产物的模拟以及荧光分析等领域。量子化学理论为了研究多粒子体系的一些基态性质而提出的一种新的解决方法,即密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)。其最大优点在于利用分子结构中的电子密度来代替波函数,进而达到求解薛定谔方程的目的。它的出现不仅可以帮助人们研究多粒子体系的结构与性质,而且还可以计算一些与原子物理相关的振动光谱、催化活性位点、化学反应途径等问题。近几年来,随着量化计算的不断进步,含时密度泛函理论(TDDFT)的出现可以说是为研究者带来了福音,它将不再局限于研究基态分子的性质,而是通过扩展密度泛函方法来处理激发态分子的性质,这在一定程度上拓宽了科研工作者的思路。本论文基于荧光分析技术以及密度泛函理论(DFT)来研究卟啉化合物及其衍生物的结构与性质之间的关系。本论文共分为四部分,每部分主要研究内容如下所示:第一章绪论。本章内容首先简述了卟啉及其衍生物的结构特点、基本的合成方法以及在我们科研工作中所扮演的重要角色;然后,论述了荧光分析法的产生及构建荧光分析法所遵循的基本原理;简要描述了密度泛函理论作为一种理论研究化学问题的工具的产生背景、发展历程以及在卟啉化合物性质研究方面所做的突出贡献。第二章基于DFT理论研究不同取代基对系列卟啉化合物光学性质的影响。本章采用DFT理论,B3LYP方法,6-31G(d)基组研究了不同取代基修饰的六种卟啉化合物的基态结构及其性质,如不同取代基对一些结构参数和轨道性质的影响。通过TDDFT/B3LYP/6-31G(d)方法研究上述六种卟啉化合物在DMF和CHCl3溶剂中的激发态性质,总结了不同取代基对卟啉化合物激发态性质的影响。第三章基于TPPS4-Hg2+体系开关型的荧光检测实际样品中谷胱甘肽(GSH)含量的应用研究。在本章中我们首先合成了水溶性较好并且具有红色荧光的TPPS4紫红色固体粉末,并通过核磁共振氢谱(1H NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱等一系列表征手段对TPPS4的结构进行了表征,最后成功的构建了TPPS4-Hg2+荧光探针分子用于灵敏的检测实际样品中谷胱甘肽的含量,并结合DFT计算,从理论的角度解释实验中出现的现象。第四章基于四氨基卟啉(TAPP)荧光探针分子的制备及“Turn-off”型荧光传感器对H2O2和葡萄糖的检测。在本章中,我们首先通过改进的方法成功制备了TAPP紫色固体,即我们实验中的荧光团。然后经过一系列的结构表征方法,如核磁共振氢谱(1H NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)以及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等对所制备的TAPP进行了结构表征。最后基于TAPP具有很强的荧光这一特点构建了一种比较简单的荧光传感器用于H2O2和葡萄糖的检测。