第一部分：人体细胞内铜离子的动态平衡遭到破坏,缺铜或铜过量都会造成人体机能的严重失调,甚至会导致多种疾病的发生；汞对人体为有毒重金属元素,对人的大脑和多个系统会造成损害,而且汞和铜也是重金属环境污染物,因此金属离子的检测显得极为重要。在检测金属离子方面,荧光分析方法比比色和分光光度法灵敏度高。与传统金属离子检测方法,如原子吸收光谱,电感耦合等离子体质谱等方法相比,荧光检测方法操作简单且检测限低,不需要进行复杂的多级样本制备,而且设备仪器简单。罗丹明类荧光探针具有良好的光物理性质,如量子产率高,摩尔消光系数大,发射波长长,背景干扰小等优点。因此,本论文第一部分设计并合成了多个用于检测铜离子或汞离子的新型罗丹明B类金属离子荧光探针,通过红外,核磁共振,高分辨质谱以及X-射线单晶衍射对其结构进行了表征。根据其紫外吸收光谱和荧光光谱讨论了探针分子对铜离子或汞离子的选择性及其它金属离子的干扰,进行了滴定实验,Job实验研究了其配位或反应方式,还有pH,时间等因素对探针的影响,并致力于将探针应用于细胞内以及血液内金属离子的定位检测。第一章,对铜离子和汞离子检测的重要性,以及荧光分析方法和罗丹明类荧光探针在检测金属离子方面的优势进行了说明,并对近年来罗丹明B类金属离子荧光探针的研究进展进行了总结,以及对第一部分研究内容作了简单介绍。第二章,设计并开发了三个新的高灵敏度和高选择性的铜离子荧光探针。罗丹明B酰腙的6-甲氧基色酮衍生物作为铜离子荧光探针,与Cu2+络合后,诱导螺环开环,荧光增强将近40倍,而十余种其它金属离子干扰较小或不产生干扰。罗丹明B酰腙的6-氯色酮衍生物比甲氧基取代色酮衍生物对Cu2+的金属离子选择性更好,其它金属离子基本不产生干扰,具有较高的选择性和灵敏度,开环螯合机理与罗丹明B酰腙的6-甲氧基色酮衍生物类似,与Cu2+具有强烈荧光增强效应,量子产率、摩尔消光系数相对更大。分别将这两个Cu2+荧光探针应用于活HeLa细胞内Cu2+的检测成像及定位,发现后者细胞透膜性更好,并可在相对更短时间内检测活HeLa细胞内Cu2+。合成的新型连结1,2,4-三唑结构单元的罗丹明B酰肼衍生物在紫外和荧光光谱中对Cu2+显示非常好的选择性,溶液荧光强度增强约120倍左右,而且可以通过比色识别Cu2+颜色,与其它十六种金属离子不显色。共存离子干扰较小或不产生干扰,与罗丹明B酰腙的色酮衍生物Cu2+荧光探针相比,与Cu2+结合常数更大,量子产率更高,对Cu2+的荧光检测限可低至10-8M数量级,同样可以用于活HeLa细胞内Cu2+检测。第三章,合成了一种新型的基于罗丹明B硫代双酰肼的Hg2+荧光探针,它对Hg2+具有很高的选择性,分别与其余十六种金属离子基本不响应,或响应很弱。其对Hg2+的荧光检测限可低至10-8M数量级,而且在实验条件下,具有较大的摩尔消光系数和较高的荧光量子产率,溶液荧光稳定性好,该探针可用于检测血清中的Hg2+第二部分：我们还致力于多样性和功能化的有机小分子的合成。吡唑啉衍生物、1,2,4-三唑及其稠环衍生物近年来在光致发光、电致发光以及生物活性研究等领域得到广泛应用。而二茂铁具有独特的结构和理化性质,被广泛应用于生物研究、材料、手性催化剂开发等领域。基于此,我们合成了多个系列的新型含二茂铁基的吡唑啉、1,2,4-三唑或噻唑并[3,2-b]-1,2,4-三唑衍生物,并通过红外,核磁共振,高分辨质谱以及X-射线单晶衍射分别对其结构进行了表征,并对其紫外吸收和荧光光谱进行了研究。另外,我们对含1,2,4-三唑结构单元的广谱抗病毒药物-三氮唑核苷进行了修饰,合成了一系列三氮唑核苷酰腙衍生物,并初步评价了该系列化合物对A549肺癌细胞的活性。第一章,对吡唑啉、1,2,4-三唑、噻唑并[3,2-b]-1,2,4-三唑衍生物近年来在光致发光、电致发光、生物活性以及其它领域的应用,二茂铁及其衍生物的性质及应用进行了总结,同时综述了吡唑啉、1,2,4-三唑、噻唑并[3,2-b]-1,2,4-三唑的衍生物的合成方法进展,并对第二部分研究内容做了简明介绍。第二章,以1-二茂铁基-3-芳基-2-丙烯酮为原料经两步反应,分别与氨基硫脲和取代的α-溴代苯乙酮反应,得到一系列5-芳基-3-二茂铁基-1-(4-芳基噻唑-2-基)吡唑啉衍生物。通过红外,核磁共振,高分辨质谱对其结构进行了表征,对其中两个化合物进行了X-射线单晶衍射分析,讨论了吡唑啉环化反应机理。并对该系列化合物进行了紫外吸收光谱和荧光光谱分析研究。第三章,由酰氯和氨基硫脲为起始原料经三步反应得到一系列3-取代-5-二茂铁基酰乙硫基-1H-1,2,4-三唑衍生物,通过红外,核磁共振,高分辨质谱对其结构进行了表征,并对3-苯基取代的化合物进行了X-射线单晶衍射分析。对该系列化合物紫外吸收光谱和荧光光谱性质进行了测试和讨论。第四章,合成了一系列新型6-二茂铁基-2-取代噻唑并[3,2-b]-1,2,4-三唑衍生物,并通过红外,核磁共振,高分辨质谱对其结构进行了表征,讨论了其反应环化方式,并对其中2位4-甲氧基苯基取代的衍生物进行了X-射线单晶衍射分析。第五章,由三氮唑核苷与芳香醛或酮反应合成了一系列新型三氮唑核苷酰腙衍生物,通过红外,核磁共振,高分辨质谱对其结构进行了表征。初步评价了该系列三氮唑核苷腙衍生物对A549肺癌细胞的活性,发现其中一个化合物对A549肺癌细胞显示细胞毒性。本论文的主要创新点：1.合成了两个新颖的罗丹明B酰腙的色酮衍生物,作为Cu2+荧光探针具有较高的选择性和灵敏度,分别进行了X-射线单晶衍射分析和HeLa细胞内Cu2+定位荧光成像。2.合成罗丹明B硫代双酰肼衍生物和含1,2,4-三唑环的罗丹明B酰肼衍生物,分别作为Hg2+和Cu2+荧光探针具有高选择性且检测限低至10-8M,量子产率较高,后者进行了HeLa细胞内Cu2+荧光成像。3.合成多个系列含二茂铁基的吡唑啉、1,2,4-三唑和噻唑并[3,2-b]-1,2,4-三唑衍生物,分别进行了X-射线单晶衍射分析,紫外和荧光性质研究；合成新型三氮唑核苷衍生物,对其生物活性做了初步评价。