具有活体细胞显影功能的铜簇合物双光子吸收材料及其合成方法

摘要

一种具有活体细胞显影功能的铜簇合物双光子吸收材料是有以化学通式为多枝状一价铜簇合物：

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种双光子吸收材料及其制备方法，具体地说是一种具有低毒性的活体组织细胞显影功能的铜簇合物双光子吸收材料及其合成方法。

二、背景技术

近年来，随着双光子吸收材料的发现，双光子荧光技术在应用方面有了重大突破。由于双光子技术使用的是长波激发(近红外)，具有激发能量低、波长长，穿透性强、光损伤小等特点，在医疗诊断和荧光显微成像技术中有诱人的应用前景。2004年，O’Halloran(J.Am.Chem.Soc.，2004，126，712-713)等报道了以Zn(II)离子为中心的配合物双光子荧光显微技术在检测活体组织细胞中的应用，成功解决了单光子诱导荧光对活体组织细胞存在辐射损伤的缺点，从而引起了人们对配合物双光子显影材料的制备和生物学应用的研究兴趣。

近几年配合物双光子材料方面的报道越来越多，其中有代表性的工作是2006年Goswami等人报道一组Zn(II)希夫碱配合物(J.Am.Chem.Soc.，2006，128，402-403)，以及近期申请人报道的硫原子端基配位、三联吡啶衍生物作为辅助配基的Zn(II)的配合物(J.Am.Chem.Soc.，2009，131，5208-5213)，由于金属离子的引入增大了配体的双光子吸收截面，表现出较好的双光子行为，可用于活体细胞显影。

簇合物中金属之间的电子传递以及与桥基、端基配体的相互协调和影响，与单核配合物相比，在生命科学和分子磁性材料研究领域有着更为明确的应用前景。

中心离子和配体的性质对设计功能性簇合物至关重要。一价铜离子能带间隙小，且有多种激发态和多种配位模式，能与吡啶、卤素、细胞中的碱基和羧基等配体很好匹配，实现荧光增强，且荧光寿命长，是很好的富光材料，铜簇中还存在一个能量较低的三线态簇中心激发态，能很好的实现配体到铜离子以及配体间的电荷和能量转移；吡啶能稳定d¹⁰结构的一价铜离子，且热稳定性好，能满足化学材料基本要求；具有D-π-A共轭结构的吡啶配体具有较大的双光子吸收截面，在光化学上常被用作荧光或电化学传感器。然而，由于具有D-π-A共轭结构的吡啶配体空间位阻较大，至今没有获得具有大π共轭体系的多枝状一价铜簇合物。

三、发明内容

本发明旨在为活体组织细胞荧光显微成像提供一种含有D-π-A共轭的吡啶配体的双光子吸收材料，所要解决的技术问题是克服D-π-A共轭结构的空间位阻制备多枝状一价铜簇合物。

本发明所称的铜簇合物双光子吸收材料是一种多枝状一价铜簇合物，有以下化学式：

式中R选自：

本多枝状铜簇合物的合成方法有两步化学反应，即D-π-A共轭结构的吡啶配体的制备和目标产物的合成，包括化学反应、分离、洗涤和干燥，与现有技术的区别是所述的吡啶配体的制备是4-甲基吡啶与4-N，N-二R-氨基苯甲醛在叔丁醇和金属钾存在条件下于75～85℃搅拌反应1.5～2.5小时，反应结束后蒸出叔丁醇，加入二氯甲烷后倾入冰水混合物中，搅拌、静置、分层，分出上层水相并用二氯甲烷萃取，萃取的二氯甲烷与下层有机相合并，有机相经无水硫酸钠干燥后脱溶得到D-π-A共轭的吡啶配体；所述的目标产物的合成是新制的碘化亚铜与吡啶配体在乙腈溶剂中有碘化钾存在条件下于55～65℃搅拌反应1.5～2.5小时，反应结束后过滤，静置后自母液中分离析出的固体便是目标产物，即多枝状一价铜簇合物。

本发明利用新制的碘化亚铜的高活性，与具有D-π-A共轭结构的吡啶配体反应，简洁高效地制备了具有大π共轭体系的多枝状一价铜簇合物，并测得其具有较低的生物毒性和活体组织细胞双光子吸收荧光显影的特性。

本发明具有以下特点：

1.本发明合成的新型铜簇合物是一类具有细胞显影的双光子吸收材料。与其它材料相比具有较大的双光子吸收截面，激发能量低、波长长，穿透性强、光损伤小、低毒等特点，因此，对细胞无损伤，可用于活体细胞检测，具有明显的应用价值。

2.该类铜簇合物对细胞核具有高的识别能力，细胞核被铜簇合物染色后，可清晰地观察到细胞核经过不同的细胞周期，如细胞分裂前期，中期，后期等等。

3.具有双光子响应的吡啶衍生物种类繁多。依托本发明的合成方法，变换吡啶衍生物的种类，可制得一系列在不同波长下响应的吡啶类一价铜簇合物双光子吸收材料。

4.以4-甲基吡啶、苯甲醛衍生物、硝酸铜、抗坏血酸和碘化钾等常见试剂作原料，原料易得，成本低。合成步骤简单，产率高。

四、附图说明

图1是R为N，N-二乙基氨苯基的多枝状一价铜簇合物X衍射晶体结构图。

图2是R为N，N-二乙基氨苯基的多枝状一价铜簇合物对胸腺癌细胞不同分裂阶段的双光子荧光显影图。

五、具体实施方式

现以R-CHO为4-N，N-二乙基氨基苯甲醛为例，非限定实施例叙述如下：

1.D-π-A共轭结构的吡啶配体的制备：

合成路线图如下：

50mL圆底烧瓶中，加入11.3mL叔丁醇，0.78g金属钾，反应完全后，加入1.77g 4-N，N-二乙基氨基苯甲醛(R₁)，0.975mL4-甲基吡啶，80℃加热搅拌2h后，减压蒸出叔丁醇，加入200mL二氯甲烷于反应液，再将反应液倒入200mL冰水混合物中，搅拌，取下层有机相，上层水相分别用50mL二氯甲烷萃取三次，合并有机相，倒入无水Na₂SO₄，干燥过夜，蒸出二氯甲烷，得粗产品，用甲醇重结晶，得D-π-A共轭结构的吡啶配体。

2.多枝状铜簇合物的合成：

合成路线图如下：

少许乙腈溶解0.017g(0.01mol)KI后，加入0.035g(0.02mol)抗坏血酸，把0.024g(0.01mol)Cu(NO₃)₂·H₂O的乙腈溶液逐滴加到KI的溶液中，搅拌，静置数分钟，CuI沉淀析出，小心倒掉上层澄清液，向沉淀中加入过量KI至沉淀完全溶解；再加入0.025g(0.01mol)L1，60℃加热搅拌2h，过滤，母液静置，数天后，析出红棕色单晶。即是R为4-N，N-二乙基氨苯基的多枝状铜簇合物。