一种近红外发射有机光敏分子、其制备方法及应用

摘要

本案涉及一种近红外发射有机光敏分子、其制备方法及应用，光敏分子的构筑主要是基于苝酰亚胺进行光敏化修饰，然后通过温和的点击反应将此光敏基团和氟化硼吡咯发光体链接，所述光敏分子化合物具有以下结构式：其中R1选自苯基、取代苯基、杂环芳基、乙醇氨基、聚醇氨基、C6～16的烷基。本发明提供的基于苝酰亚胺的光敏分子的紫外光谱和荧光光谱对质子具有快速的光信号响应，对质子相比于对其他离子表现出高度的选择性和灵敏度，并且响应时间快；合成方法简单，具有分子内能量转移作用，对pH敏感；可通过修饰所包含R基团的种类来调节分子的溶解性，这对光敏分子在生物显微成像或者作为生物光诊断具有重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理剂技术领域，具体为一种近红外发射有机光敏分子、其制备方法及应用。

背景技术

荧光成像技术具有检测灵敏度高、经济便捷、无辐射危害等优点，在可视化检测和医学诊断等方面具有广泛的应用，并已成功应用于某些临床病例。

质子在新陈代谢和细胞活动如细胞生长、钙调节趋化性和细胞粘附等生命活动中扮演着重要的角色，生物体内例如细胞的pH值是反应细胞正常活动的一个重要指标，比如，通常情况下，癌细胞的pH值通常是酸性而正常细胞pH偏碱性。因此，对生物体的细胞层面的pH值得实时和定位检测显得尤为重要。迄今为止，人们在研究和探索具有使用价值的pH生物和环境检测等方面做出了许多的工作。其中绝大多数是基于罗丹明及其衍生，但是罗丹明发射波长较短，通常在550nm作用，而基于苝酰亚胺的长波发射或者近红外发射的这类有机光敏分子的研究却很少。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明基于价格低廉苝酰亚胺为原料，设计路线简便的合成方法将苝酰亚胺和二甲基氟化硼吡咯衍生物通过温和的化学反应实现链接，同时在苝酰亚胺的弯位引入具有光敏响应和pH反应的分子基团，合成具有潜在应用价值的系列光敏分子，适用范围广。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种近红外发射有机光敏分子，具有如下结构式：

本发明进一步提供一种如上所述的近红外发射有机光敏分子的制备方法，包括以下步骤：

1)在反应瓶中加入溴取代苝四酸酐、胺类化合物，加入有机溶剂搅拌混合均匀，反应一定时间后，冷却至室温，将反应液倒入冰水中，调节pH至酸性，有大量红色固体析出，固体用有机溶剂重结晶得化合物PDI-1；

2)在反应液中加入所述化合物PDI-1、3-羟基-4醛基苯硼酸酯和催化剂，氮气保护反应过夜，将反应液导入甲醇或水中析出固体，将固体通过柱层析进一步纯化，得到化合物PDI-2；

3)在氮气保护下，将所述化合物PDI-2和吲哚盐的衍生物在乙醇中回流，反应完成后，调节反应液pH至中性，柱层析分离得到化合物PDI-4。

5)在氮气保护下，将所述化合物PDI-4和氟化硼吡咯通过点击反应链接，反应以亚铜离子催化反应，反应完成后将反应液导入水中析出固体，将固体通过柱层析进一步纯化，制得所述近红外发射有机光敏分子。

优选地，所述胺类化合物选自2-异辛胺、苄胺、4-异丙基苯甲胺、2,6- 二异丙基苯甲胺、正己胺、羟乙胺中的一种。

优选地，所述步骤1)中有机溶剂为咪唑、DMF、乙酸、丙酸、DMAc、乙醇或其中两种的混合溶剂。

优选地，所述步骤1)的反应条件分别为80～100℃反应24～48小时；步骤2)的反应条件分别为80～110℃反应12～48小时；步骤3)的反应条件分别为80～100℃回流12～24小时；步骤4)的反应条件分别为室温反应24-48 小时。

优选地，所述步骤2)中催化剂为四三苯基膦钯。

优选地，所述吲哚盐的衍生物结构式为

本发明进一步提供一种如上所述的近红外发射有机光敏分子作为质子荧光传感器上的应用。。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供的基于苝酰亚胺的光敏分子，通过氧杂环与苝共轭，氧杂环兼具有对紫外光敏性和对质子敏感开环的作用，因此在酸性或者紫外线作用下发生开环，可用于通过吸收和荧光、颜色变化进行质子检测和光学诊断。

2)本发明提供的苝酰亚胺类光敏分子对紫外光敏性好，具有分子内能量转移作用(FRET)；合成方法简单，该荧光光敏探针对质子相比于对其他离子表现出高度的选择性和灵敏度，并且响应时间快。

3)本发明提供的苝酰亚胺类光敏分子可通过修饰所包含R基团的种类，调节分子的溶解性，这对光敏分子在生物显微成像或者作为生物光诊断具有重要的意义。

附图说明

图1为实施例1光敏分子对质子和紫外光的开-关机理图。

图2为实施例1光敏分子高分辨质谱图。

图3为实施例1光敏分子荧光细胞成像图(左图为光敏分子在绿色成像区的细胞成像图，右图为光敏分子对质子的成像图)。

图4为实施例1光敏分子紫外吸收图(左)和在酸性条件下紫外吸收图(右)。

图5为实施例1光敏分子酸性条件下在780nm处荧光响应信号与pH的关系图。

图6为荧光光谱(at 780nm)光敏分子-质子酸对各种离子如：1-18分别对应Br

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

步骤1)

在250mL两口瓶中加入溴取代苝四酸酐5.0g(11mmol)，正己胺2.4g (23mmol)，无水DMF 60ml，乙醇100ml，80～100℃油浴锅中反应24～48 小时。通过薄层层析板检测反应进程，反应结束后，冷却至室温，将反应液倒入100ml水中，调节pH至酸性，有大量红色固体洗出，用乙醇/DMF重结晶得化合物PDI-1，6.0g，产率：88％。

步骤2)

氮气保护下，向150mL两口瓶中，加入化合物PDI-1 2.50g(4mmol)，对3-羟基-4醛基苯硼酸酯1.2g(4.2mmol)，碳酸钾0.8g(6mmol)，四三苯基膦钯40mg，溶于60ml DMSO中，80～110℃油浴锅中反应12～48小时。通过薄层层析板检测反应进程，反应结束后，冷却至室温，将反应液倒入150 ml水中，调节pH至弱酸性，有大量红色固体析出，得到的固体真空烘箱烘干，硅胶柱层析纯化，洗脱剂为纯石二氯甲烷/甲醇(1:5～1:10)，得化合物 PDI-2，2.2g,产率：82％。

步骤3)

氮气保护下，将化合物PDI-2(1.5g，2.2mmol)、3,3-二甲基吲哚碘炔(0.65 g，2.6mmol)、哌啶溶于80ml无水乙醇/DMF中，80～100℃回流12～24小时，色谱检测跟踪反应进程，反应结束后，将反应液倒入50ml冰水中，有大量绿色固体析出，减压抽滤，用二氯甲烷/甲醇做流动相柱层析得一浅绿色固体PDI-4,1.4g,产率：75％。

步骤4)

氮气保护下，向含有化合物BODPY(1.2mmol,0.6g)、PDI-4(1.1mmol, 1.0g)、和CuSO

其中，化合物BODPY的制备过程如下：将二甲基吡咯、苯甲醛衍生物按2:1的量溶解在二氯甲烷中，滴加一滴乙酸催化，室温搅拌过夜，然后依次加入2个当量的DDQ，过量的三乙胺室温继续搅拌1小时，最后在冰浴下滴加2-4个当量的三氟化硼乙醚溶液，柱层析分离得到一绿色化合物 BODIPY，收率：20-30％。

对3-羟基-4醛基苯硼酸酯的制备过程如下：

氮气保护下，将对溴水杨醛，硼酸酯和碳酸钾按1:1:1的量溶解在DMSO 溶液中，85℃反应24小时，将反应液导入甲醇中，有大量固体析出，柱层析得到对于产物，收率：75-80％。

如图1所示，探针分子在紫外光的照射下或者质子酸的作用下，其苝湾位的共轭环发生开环，开环直接导致苝与氧杂环的大共轭被破坏，同时伴随探针分子的发射波长和颜色发生明显的变化。此外，开环后BODIPY作为能量给体，其能量有效转移到苝上(此时能量给受体之间满足了能级匹配的条件)。

细胞成像实验：

在CO

结合图1-6，本发明基于苝酰亚胺设计并合成了具有能量给体和能量受体的光敏分子，光敏基团基于苯氧杂环，在紫外灯或者酸性条件下，分子氧杂环实现开关效应，同时伴随明显的光谱吸收和发射变化。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。