一種作為近紅外熒光探針的含腈基的薁-苯乙烯衍生物及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于熒光染料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種含腈基的薁?苯乙烯衍生物及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提出的含腈基的薁?苯乙烯衍生物是在腈基苯乙烯結(jié)構(gòu)上引入薁而得到的3?(1?薁基)?2?(4?羥基苯基)丙烯腈衍生物，其對(duì)酸具有高效的響應(yīng)，與酸作用后熒光有明顯的增強(qiáng)，可作為一類優(yōu)良的pH熒光增強(qiáng)型探針，可用于水體、土壤及生物體內(nèi)pH值的檢測(cè)。此外，該類衍生物與酸形成的復(fù)合物還對(duì)紫外光有響應(yīng)，用紫外光進(jìn)行照射后，在近紅外區(qū)產(chǎn)生很強(qiáng)的熒光發(fā)射信號(hào)，可以作為一種優(yōu)秀的近紅外熒光染料，用于生物體及細(xì)胞的熒光標(biāo)記等。
【專利說(shuō)明】
一種作為近紅外熒光探針的含腈基的莫-苯乙烯衍生物及其 制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于熒光染料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含腈基的奧-苯乙烯衍生物，以及該 類化合物的制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 熒光技術(shù)由于靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在生物分析及造影方面 的應(yīng)用十分廣泛。傳統(tǒng)的熒光分子探針的發(fā)光主要集中在可見(jiàn)光的范圍（400-750 nm)，同 時(shí)許多生物體及其組織在紫外/可見(jiàn)光激發(fā)下自身會(huì)發(fā)射熒光，從而對(duì)生物樣品的熒光檢 測(cè)和成像造成了嚴(yán)重的干擾。近紅外熒光探針的最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)為600-900 nm，可避 免生物樣品自身的干擾，在生物樣品分析中有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 腈基苯乙烯衍生物是一類具有典型的光致異構(gòu)π共輒分子，其光照順?lè)串悩?gòu)現(xiàn)象 可被用于分子開關(guān)、光敏調(diào)控等體系。它的反式異構(gòu)體在熱力學(xué)上比較穩(wěn)定，在有光照的條 件下，反式異構(gòu)體可以轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)體，分子內(nèi)的雙鍵是重要的光敏基團(tuán)（W. Fub，et al.如gw. CAei，及/.，2004，妨，4178.)，此類化合物可以作為熒光探針檢測(cè)微 環(huán)境的變化（Z. R. Grabowski, et al. 7?eK·，2003，2似，3899·)。但目前對(duì)于此 類化合物的研究及其應(yīng)用主要集中在"聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)"上(B.-K. An，et al.上 CAeffi. 5bc.，2002，224，14410.)，而對(duì)其進(jìn)行衍生化從而得到能對(duì)特定刺激產(chǎn)生相應(yīng)的 智能材料的研究非常少。
[0004] 奧及其衍生物是一類能對(duì)酸產(chǎn)生響應(yīng)的化合物，在酸性環(huán)境下其七元環(huán)可以穩(wěn)定 氫離子，同時(shí)其吸收和發(fā)射光譜都會(huì)產(chǎn)生較大的變化。
[0005] 結(jié)合以上研究背景，目前，開發(fā)出能對(duì)多種刺激進(jìn)行精確響應(yīng)的、可調(diào)控的、高靈 敏度近紅外熒光染料具有重要的意義，在光電領(lǐng)域具有非常重要的作用，適用于化學(xué)傳感、 生物標(biāo)記、智能材料和發(fā)光器件等方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種能對(duì)多種刺激進(jìn)行精確響應(yīng)的、可調(diào)控的、高靈敏度 近紅外熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明首先設(shè)計(jì)、合成一種含腈基的奧-苯乙烯衍生物。該化合物能對(duì)酸高效的響 應(yīng)，與酸作用后熒光有明顯的增強(qiáng)，可作為一類優(yōu)良的pH熒光探針;除此之外，在其和酸作 用之后，再用紫外光進(jìn)行照射，能在近紅外光區(qū)有良好的熒光發(fā)射信號(hào)，可以作為一種近紅 外熒光染料。
[0008] 本發(fā)明利用腈基苯乙烯對(duì)光照的刺激響應(yīng)性，在腈基苯乙烯結(jié)構(gòu)上引入奧作為對(duì) 酸響應(yīng)的活性位點(diǎn)，利用二者的性質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)pH的響應(yīng)和近紅外熒光的發(fā) 射。
[0009] 本發(fā)明提供的含腈基的奧-苯乙烯衍生物，是在腈基苯乙烯結(jié)構(gòu)上引入奧而得到 的3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈衍生物，可作為一種近紅外熒光探針，其結(jié)構(gòu)式如通 式I所示，
通式I 其中： R為氫，或1-8個(gè)碳原子的烷基； 進(jìn)一步的，R為4-6個(gè)碳原子的烷基； 進(jìn)一步的，R為4個(gè)碳原子的烷基。
[0010] 本發(fā)明還提供上述熒光探針的制備方法，其合成路線如下所示：
具體步驟如下： (1) 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以干燥的N，N-二甲基甲酰胺作為反應(yīng)溶劑，將適量的三氯氧磷滴入 后，逐漸升至室溫，反應(yīng)0.5-2小時(shí);然后將底物奧加入，三氯氧磷和奧的摩爾質(zhì)量比為1-3 mmol:0.8-l mmol;在25-40 °C下反應(yīng)0.5-3小時(shí)，得到1-奧甲醛，即為反應(yīng)式中化合物3; (2) 以乙酸酐為溶劑，濃硫酸為催化劑，將4-羥基苯乙腈與乙酸酐反應(yīng)得到乙?；漠a(chǎn) 物(4-氰基甲基)苯酚乙酯，即為反應(yīng)式中化合物4;其中，4-羥基苯乙腈與乙酸酐的摩爾體 積比為〇.8 _2 mmol:5_20 mL; (3) 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將1，8_二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯加入到化合物3和化合物4的吡啶溶 液中，在回流條件下反應(yīng)8-12小時(shí)，得到縮合產(chǎn)物3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈，即 為反應(yīng)式中化合物2;其中，1，8_二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯與化合物3和化合物4的摩爾質(zhì)量 比為0.8-2 mmol :0.8-2 mmol :0.8-4 mmol ； (4) 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將化合物2溶于干燥的丙酮中，加入碳酸鉀和相應(yīng)的溴代烷(RBr)， 在25-80 °C下反應(yīng)4-20小時(shí)，得到取代的3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈，即為反應(yīng)式 中化合物1。
[0011] 本發(fā)明中，步驟⑷中，化合物2(3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈)和丙酮的摩 爾體積比為0.8~1.2 mmo 1:18~30 mL，化合物2、碳酸鉀、溴代烷的摩爾比為0.8~1.2: 2~3: 0.8~1.6,在25-80 °C下攪拌反應(yīng)4-20小時(shí)，過(guò)濾，濾液真空濃縮，柱層析分離，得取代的3-(1-奧基)-2-( 4-羥基苯基)丙稀腈。
[0012] 本發(fā)明提供的含腈基的奧-苯乙烯衍生物，可以用于檢測(cè)檢測(cè)PH值。將該化合物與 氫離子反應(yīng)，生成具有通式II結(jié)構(gòu)的化合物，導(dǎo)致熒光改變，從而檢測(cè)溶液中的H+;
通式II 通式II中R與通式I表示的化合物中的R相同。
[0013] 所述通式I結(jié)構(gòu)的化合物用于檢測(cè)H+的工序如下： (1)將通式I結(jié)構(gòu)的化合物與H+反應(yīng)； (2 )測(cè)定由上述工序中的反應(yīng)引起的體系熒光變化。
[0014] 本發(fā)明提供的含腈基的奧-苯乙烯衍生物，也可以作為近紅外熒光染料。將通式II 結(jié)構(gòu)的化合物用紫外光光照，生成具有通式III結(jié)構(gòu)的化合物，其在近紅外區(qū)有新的熒光發(fā) 射峰。
[0015] 通式 III 通式I結(jié)構(gòu)的化合物用于近紅外熒光測(cè)定的工序如下： (1) 將通式I結(jié)構(gòu)的化合物與H+反應(yīng)，形成通式II結(jié)構(gòu)的化合物； (2) 將通式II結(jié)構(gòu)的化合物用紫外光照射，形成通式III結(jié)構(gòu)的化合物； (3 )測(cè)定由上述工序中的反應(yīng)引起的體系熒光變化。
[0016] 本發(fā)明提供的化合物可用于水體、土壤或生物體系中的檢測(cè)。
[0017] 相對(duì)于現(xiàn)有的pH熒光探針和近紅外熒光染料而言，本發(fā)明所提供的3-(1-奧基)_ 2-(4-羥基苯基)丙烯腈衍生物具有合成簡(jiǎn)單、單分子多功能化的優(yōu)點(diǎn)。解決了現(xiàn)有技術(shù)中 探針單一響應(yīng)、成本較高、合成路線復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1.本發(fā)明提供的近紅外熒光探針應(yīng)用的原理示意圖。
[0019] 圖2.實(shí)施例1中，0.5 ymol/L化合物I在加入不同當(dāng)量的三氟乙酸后熒光發(fā)射圖 譜，從下到上，三氟乙酸的濃度依次為0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 111〇1/1，溶液體系為三 氯甲烷，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度值。
[0020] 圖3. 0.5 ymol/L化合物1-1在加入0.5 mol/L的三氟乙酸后，經(jīng)過(guò)365 nm的紫外 光照射30分鐘后，熒光發(fā)射強(qiáng)度有明顯的減弱，溶液體系為三氯甲烷，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐 標(biāo)為熒光強(qiáng)度值。
[0021] 圖4. 0.5 ymol/L化合物1-1在加入0.5 mol/L的三氟乙酸后，經(jīng)過(guò)365 nm的紫外 光照射30分鐘后，用430 nm的紫外光激發(fā)能得到503 nm和810 nm兩個(gè)發(fā)射峰，溶液體系為 三氯甲烷，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度值。
[0022] 圖5. 0.5 ymol/L化合物1-1在加入0.5 mol/L的三氟乙酸后經(jīng)過(guò)365 nm的紫外光 照射30分鐘后，用725nm的近紅外光激發(fā)能得到810 nm的熒光發(fā)射峰，溶液體系為三氯甲 烷，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度值。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，其目的僅在于更好地理解本發(fā)明的內(nèi) 容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]下列實(shí)施例中所說(shuō)的室溫是:25-28 °C ;所用原料及試劑均未市售品。
[0025] 實(shí)施例1 (1)化合物3的合成 在50mL的圓底燒瓶中加入lmL N，N-二甲基甲酰胺，0 °C下緩慢加入O.lmL三氯氧磷，之 后緩慢升至室溫反應(yīng)30分鐘，隨后加入奧(0.128 mg，l mmol)，在室溫下反應(yīng)1小時(shí)后加入 稀的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至中性，用二氯甲烷萃取三次（15mLX3)，合并有機(jī)層，用飽和食 鹽水洗，無(wú)水硫酸鈉干燥。真空濃縮后經(jīng)柱層析分離純化，以石油醚：乙酸乙酯=10: l(v/v) 為洗脫劑，得深紫色油狀液體3,產(chǎn)率95%。咕M1R (400 MHz，CDC13) <?(ppm):10.38 (s， 1Η)，9·62 (d，/= 9.6 Ηζ，1Η)，8·54 (d，/= 9.7 Ηζ，1Η)，8·30 (d，/= 4.2 Ηζ，1Η)， 7.89 (t，/= 9.7 Ηζ，2Η)，7·66 (t，/= 9.9 Ηζ，1Η)，7·56 (t，/= 9.7 Ηζ，2Η)，7·36 (d， /=4.1 Hz,lH)〇
[0026] (2)化合物4的合成 在lOOmL的圓底燒瓶中加入20mL乙酸酐，隨后加入4-羥基苯乙腈（0.665 mg，0.5 mmol)和兩滴濃硫酸。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流4小時(shí)后冷卻至室溫，緩慢倒入冰水中，用飽和碳酸 鈉溶液調(diào)節(jié)pH至中性，用二氯甲烷萃取三次(20mLX3)，合并有機(jī)層，用飽和食鹽水洗，無(wú)水 硫酸鈉干燥。真空濃縮后經(jīng)柱層析分離純化，以石油醚：乙酸乙酯=10: l(v/V)為洗脫劑，得 白色固體4,產(chǎn)率95%</H NMR (400 MHz, CDC13) <?(ppm):7.37 - 7.32 (m，2H)，7.14-7.09 (m，2H)，3.75 (s，2H)，2.31 (s，3H)〇
[0027] (3)化合物2的合成 在50mL的圓底燒瓶中加入1-醛基奧（1 mmol)和5mL吡啶，隨后加入乙酰基-4-羥基苯乙 腈（1.2 mmol)、DBU(1.2 mmol)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下100 °C反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后加入適量二 氯甲烷稀釋，倒入稀鹽酸中，用二氯甲烷萃取三次（15mLX3)，合并有機(jī)層，用飽和食鹽水 洗，無(wú)水硫酸鈉干燥。真空濃縮后經(jīng)柱層析分離純化，以石油醚：乙酸乙酯=5: l(v/v)為洗脫 劑，得綠色粉末狀固體2,產(chǎn)率70%。咕 MMR (400 MHz，CDC13) <?(ppm):9.03 (d，/= 4.4 Ηζ，1Η)，8·53 (d，/= 9.9 Ηζ，1Η)，8·39-8·34 (m，lH)，8.02 (s，lH)，7.71 (t，/= 9.8 Ηζ，1Η)，7·66-7·62 (m，2H)，7.52 (d，/= 4.4 Ηζ，1Η)，7·33 (dd，/= 9·6,7·8 Hz，2H)， 6.95-6.91 (m，2H)，4.99 (s，lH). 13C NMR (101 MHz，CDC13) <?(ppm):155.87，143.59， 139.64,139.01，137.74,135.91，133.13,131.29,129.29,127.01，126.18,124.95,120.56， 116.03,115.98。
[0028] (4)化合物1(即通式I所示化合物)的合成 在50mL的圓底燒瓶中加入20mL丙酮、化合物2、碳酸鉀和1-溴正丁烷，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下回 流8小時(shí)，過(guò)濾，濾液真空濃縮后經(jīng)柱層析分離純化，以石油醚：乙酸乙酯=10: l(v/v)為洗脫 劑，得綠色粉末狀固體 1-1，產(chǎn)率95%。咕 MMR (400 MHz，CDC13) <?(ppm):9.04 (d，/ = 4·4，1Η)，8·53 (d，/= 9·9，1Η)，8·36 (d，/= 9·3，1Η)，8·02 (s，lH)，7.70 (t，/= 7.5， 1Η)，7·66 (m，2H)，7.52 (d，/= 4·3，1Η)，7·31 (dd，/= 15·1，7·6,2Η)，6·97 (m，2H)， 4.02 (t，/= 6·5,2Η)，1·81 (m，2H)，1.53 (m，2H)，1.00 (t，/= 7.4,3H). 13C NMR (101 MHz, CDC13) (ppm):159.31，143.52,139.54,138.95,137.65,135.88,133.10,130.85， 129.03,128.02,126.72,126.08,124.86,123.45,120.51，120.23,114.97,67.91，31.31， 19.27,13.88〇
[0029] 實(shí)施例2 將上述所得化合物I溶解于三氯甲烷中，配置成0.5 ymol/L的溶液。將2mL溶液加入到1 cmXl cmX4 cm的帶塞比色皿中，然后用微量注射器分別加入不同體積的三氟乙酸后均勻 混合1分鐘后，測(cè)試其熒光發(fā)射光譜，= 302 nm，結(jié)果如圖2所示。隨著三氟乙酸的不斷加 入，溶液的熒光強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)。
[0030] 實(shí)施例3 將上述所得化合物I溶解于三氯甲烷中，配置成0.5 ymol/L的溶液。將2mL溶液加入到1 cmXl cmX4 cm的帶塞比色皿中，然后用微量注射器分別加入一定體積的三氟乙酸后均勾 混合1分鐘后，將加入酸之后的溶液置于365 nm光照下30分鐘，測(cè)試其熒光發(fā)射光譜，λΘΧ = 302 nm，隨著光照時(shí)間的增加，溶液的顏色會(huì)發(fā)生顯著變化，由黃綠色變?yōu)樯罹G色，同時(shí)熒 光強(qiáng)度也有明顯的下降，結(jié)果如圖3所示。
[0031] 實(shí)施例4 將上述所得化合物I溶解于三氯甲烷中，配置成0.5 ymol/L的溶液。將2 mL溶液加入到 1 cmXl cmX4 cm的帶塞比色皿中，然后用微量注射器分別加入一定體積的三氟乙酸后均 勻混合1分鐘后，將加入酸之后的溶液置于365 nm光照下30分鐘，測(cè)試其熒光發(fā)射光譜，λΘΧ =725 nm，在810 nm仍能有很強(qiáng)的熒光發(fā)射，結(jié)果如圖5所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含腈基的奧-苯乙烯衍生物，其特征在于是在腈基苯乙烯結(jié)構(gòu)上引入奧而得到 的3-α-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈衍生物，可作為近紅外熒光探針，其結(jié)構(gòu)式如通式I 所示：通式I 其中： R為氫，或1-8個(gè)碳原子的烷基。2. 如權(quán)利要求1所述的含腈基的奧-苯乙烯衍生物，其特征在于，結(jié)構(gòu)式中R為4-6個(gè)碳 原子的烷基。3. 如權(quán)利要求1所述的含腈基的奧-苯乙烯衍生物，其特征在于，結(jié)構(gòu)式中R為4個(gè)碳原 子的烷基。4. 一種如權(quán)利要求1所述的含腈基的奧-苯乙烯衍生物的制備方法，其特征在于具體步 驟如下： (1) 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以干燥的N，N-二甲基甲酰胺作為反應(yīng)溶劑，將適量的三氯氧磷滴入 后，逐漸升至室溫，反應(yīng)0.5-2小時(shí);然后將底物奧加入，三氯氧磷和奧的摩爾質(zhì)量比為1-3 mmol:0.8-l mmol;在25-40 °C下反應(yīng)0.5-3小時(shí)，得到1-奧甲醛，即為反應(yīng)式中化合物3; (2) 以乙酸酐為溶劑，濃硫酸為催化劑，將4-羥基苯乙腈與乙酸酐反應(yīng)得到乙酰化的產(chǎn) 物(4-氰基甲基)苯酚乙酯，即為反應(yīng)式中化合物4;其中，4-羥基苯乙腈與乙酸酐的摩爾體 積比為〇.8 _2 Mnol :5_20 mL; (3) 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將1，8_二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯加入到化合物3和化合物4的吡啶溶 液中，在回流條件下反應(yīng)8-12小時(shí)，得到縮合產(chǎn)物3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈，即 為反應(yīng)式中化合物2;其中，1，8_二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯與化合物3和化合物4的摩爾質(zhì)量 比為0.8-2 mmol :0.8-2 mmol :0.8-4 mmol ； (4) 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將化合物2溶于干燥的丙酮中，加入碳酸鉀和相應(yīng)的溴代烷，在25-80 °C下反應(yīng)4-20小時(shí)，得到取代的3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基)丙烯腈，即為通式I所示的 化合物。5. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)中，化合物2和丙酮的摩爾體積 比為0 · 8~1 · 2 mmol: 18~30 mL，化合物2、碳酸鉀、溴代烷的摩爾比為0 · 8~1 · 2:2~3:0 · 8~1 · 6; 反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行過(guò)濾，濾液真空濃縮，柱層析分離，得取代的3-(1-奧基)-2-(4-羥基苯基） 丙稀腈。6. 權(quán)利要求1-3之一所述的含腈基的奧-苯乙烯衍生物作為熒光探針在檢測(cè)pH值的應(yīng) 用。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，具體工序?yàn)椋?(1)將通式I結(jié)構(gòu)的化合物與H+反應(yīng)，生成具有通式II結(jié)構(gòu)的化合物：通式II 通式II中，R與通式I的化合物中的R相同； (2 )測(cè)定由上述工序中的反應(yīng)引起的體系熒光變化，從而檢測(cè)溶液中的H+。8. 權(quán)利要求1-3之一所述的含腈基的奧-苯乙烯衍生物作為近紅外熒光染料方面的應(yīng) 用。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的的應(yīng)用，其特征在于，具體工序?yàn)?(1) 將通式I結(jié)構(gòu)的化合物與H+反應(yīng)，形成通式II結(jié)構(gòu)的化合物：通式II 通式II中，R與通式I的化合物中的R相同； (2) 將通式II結(jié)構(gòu)的化合物用紫外光照射，形成通式III化合物：通式III (3 )測(cè)定由上述工序中的反應(yīng)引起的體系熒光變化。
【文檔編號(hào)】C07C255/37GK105884650SQ201610241333
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】朱亮亮, 周蘊(yùn)赟
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)