Corroles are analogs of porphyrins, known as “contracted porphyrins”, because they lack one of the carbons connecting the four pyrrole rings. Through various functionalization of the carbon at the meso- position or the beta position of the pyrrole, the electronic systems of corroles can be altered, and this has attracted extensive research attention over the past two decades. Recently, research has expanded to a variety of applications, including corrole-based photocatalysts, solar cells, photodynamic therapy, chemical sensors, MRI contrast agents, and antiviral and antifungal drugs. This thesis covers the synthesis, analysis, and photophysical characterization of corrole derivatives containing meso- and beta- position substitutions and various central atoms, particularly with emphasis on their applications as photocatalysts. Fluorescent probes are small molecules that detect target substances, and the development of fluorescent chemical sensors has been widely used in the medical and life sciences for imaging cells and organs in vivo. Since they are easy to visualize, rapid, and non-invasive, a variety of fluorescent probes have been developed, but practitioners needs continuously improve their selectivity, sensitivity, and response-speed. Biological analytes include biothiols, reactive oxygen species, and metal ions, which are known as a significant factor for neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's disease, depending on their presence and concentration of the molecular small molecule analytes. This thesis describes the synthesis, analysis, and cellular imaging of a fluorescent probe that can selectively detect cysteine, one of the most well-known biological biothiols. Chapter 1 provides an overview of the corrole systems, fluorescence mechanisms, and biothiols. Chapter 2 describes corrole complexes with non-metallic central atom as photocatalysts for the halogenation of aromatic compounds. In chapter 3, the synthesis and analysis of phosphorus(V)-corrole isomers and solvent effects on the phosphorescence of gold(III)-corrole complexes are presented. Finally, chapter 4 covers the AIE-ESIPT mechanism-based fluorescent probe for the selective detection of cysteines.
코롤은 포르피린의 유사체로, 네 개의 피롤 고리를 연결하는 탄소 중에 하나가 부족하여 “수축된 포르피린”이라고 알려져 있다. 메조 위치의 탄소나 피롤의 베타 위치에 다양한 작용기를 도입하여 코롤의 전자적 시스템에 변화를 줄 수 있으며, 이를 통한 광범위적 연구가 지난 20년 동안 많은 주목을 받아왔다. 최근에는 코롤 기반 광촉매, 태양 전지, 광역학 치료제, 화학 센서, MRI 조영제, 항바이러스 및 항진균성 의약품 등 다양한 응용 분야들로 연구가 확대되고 있다. 이 학위논문에서는 메조 및 베타 위치 치환, 그리고 다양한 중심원자를 포함하는 코롤 유도체의 합성, 분석, 광물리학 적 특성을 다루며, 특히 광촉매로써의 응용에 관한 연구를 소개한다. 형광 탐침은 목표 물질을 탐지하는 작은 분자로써, 이를 통한 형광 화학 센서 개발은 의학 과학과 생명 과학 분야 등에서 세포 및 생체 내의 기관 이미징에 널리 활용되고 있다. 이는 시각화하기 쉽고 신속하며, 비침습적 방법이기 때문에 다양한 형광 탐침들이 개발되고 있지만, 선택성과 민감도, 그리고 반응 속도 등을 지속적으로 개선할 필요가 있다. 생체 내 목표 물질로는 바이오싸이올, 활성 산소종, 금속 이온 등 이 있으며 그 중 일부는 존재 여부 및 농도에 따라 알츠하이머 병이나 파킨슨 병과 같은 신경퇴행성병의 원인이 될 수 있다고 알려져 있다. 따라서 형광 탐침은 이러한 물질과 관련된 질병 및 생물학적 연구에 중요한 역할을 할 수 있으며, 이 학위논문에서는 바이오싸이올 중에 하나인 시스테인을 선택적으로 탐지 가능한 형광 탐침의 합성, 분석, 그리고 세포 이미징 등을 다룬다. 제1장에서는 코롤, 형광 메커니즘, 그리고 바이오싸이올에 대해 전반적으로 설명한다. 제2장은 비금속 원소 인을 중심원자로 가지는 코롤 복합체를 방향족 화합물의 할로젠화 반응에 광촉매로 활용한 연구를 소개한다. 제3장은 중심원자를 인으로 가지는 코롤 이성질체들의 합성과 분석, 그리고 중심원자가 금인 코롤 복합체의 인광 및 지연 형광에 미치는 용매 효과를 다룬다. 마지막으로, 제4장은 응집 유도 발광-여기상태 분자내 양성자 전이 효과를 활용한 형광 탐침을 통한 시스테인의 선택적 탐지를 소개한다.
