CN101787054B - 一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磷光化学探针技术，一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针及制备方法。现有技术未有使用金属铱用于细胞标记。本发明水溶性阳离子型铱配合物磷光探针，结构式为：
本发明的制备方法如下：制备2-苯基吡啶铱二氯桥配合物Ir2(ppy)4Cl2；制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉；制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物；制备目标配合物。本发明的优点是：有很好的水溶性和脂溶性，可以很快进入细胞内；金属铱配合物的长发光寿命，通过时间分辨荧光技术可以有效地消除背景荧光的干扰，提高检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于磷光化学探针技术，具体地涉及一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针及制备方法。
背景技术
随着细胞标记技术的飞速发展，对荧光染料的要求越来越高，已有技术如有机染料、荧光蛋白等，它们都存在很多缺点，如有机染料发射波长不易调节；斯托克斯(Stokes)位移较小；荧光蛋白材料来源范围较窄；而且操作比较繁琐；不容易对其进行修饰；发射波长范围较窄，受背景荧光的干扰比较严重等。磷光重金属配合物具有优越的光物理性质，主要特点为：发射波长随所处环境的变化而发生变化；与有机磷光材料相比具有较大的斯托克斯(Stokes)位移和较长的发射寿命。较长的发射寿命有利于使用时间分辨技术，使磷光信号与背景的磷光信号相区分，从而有效地避免背景荧光的干扰。
目前已有一些磷光重金属配合物，如铂、铼和钌配合物，被用作细胞标记的荧光探针。金属铱配合物具有发光效率高、发光颜色可以通过改变配体结构进行调节及磷光寿命较短等特点，作为性能优越的磷光材料，用于细胞标记技术有着更重要的作用和价值。但是现有技术尚未使用金属铱用于细胞标记。开发性能卓越的铱配合物，拓展其在细胞标记中的应用具有很高的科研价值和使用价值。众所周知的是：进行细胞标记，必须首先通过细胞膜进入到细胞中。细胞中大部分物质是水，细胞存活的环境也绝大部分是水，这就要求所用的磷光探针需要具有很好的水溶性和脂溶性。目前文献报道的大多数磷光探针都具有很好的脂溶性，但由于其有机配体不溶于水、刚性很大、没有亲水集团等原因，它们的水溶性普遍都很差，在水环境中不能进入细胞，或进入细胞浓度非常小。这样使它们的应用范围受到很大影响，而且对细胞也造成一定程度的伤害。
因此，开发具有很好水溶性的铱配合物磷光探针，使其可以在近似于生物组织环境的水环境中进行细胞标记，可以使细胞标记技术水平提高。已知聚乙二醇具有很好的水溶性和脂溶性，而且还具有很好的生物相容性，对细胞没有任何毒性伤害等特点。所以聚乙二醇链是一个很好的水溶性修饰基团。将聚乙二醇链修饰到铱配合物上，改善其水溶性及生物相容性，毫无疑问将具有非常好的性能，并在细胞标记方面具有巨大的应用价值。发明一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针及制备方法对于提高细胞标记技术水平，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针；
本发明的另一目的是提供一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针的制备方法。
本发明目的是这样实现的：
一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针，结构式为：
水溶性阳离子型铱配合物磷光探针的制备方法如下：
(1)制备2-苯基吡啶铱二氯桥配合物Ir2(ppy)4Cl2：其中ppy为2-苯基吡啶；
A、称取摩尔比为2～0.1∶1的IrCl3·3H2O和2-苯基吡啶，加入到三颈瓶中；
B、加入体积比为1～10∶1的2-乙二醇乙醚和水的混合溶液；
C、将上述混合溶液加热至70℃～130℃，搅拌1～50小时后，冷至室温(25℃)，生成沉淀；
D、将上述所得沉淀分别用水和乙醇洗涤、真空干燥，得到亮黄色固体2-苯基吡啶铱二氯桥配合物：Ir2(ppy)4Cl2；
(2)制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉：
A、在氮气保护下，称取摩尔比为2～0.1∶1的3，8-二溴邻菲啰啉和三甲基硅乙炔于三颈烧瓶中；
B、加入摩尔数分别为1～35％和1～28％的4-(三苯基膦)钯和碘化亚铜催化剂；
C、加入体积比为20～1∶1的四氢呋喃和三乙胺的混合溶液，加热至35℃～80℃，搅拌1～40小时；
D、用二氯甲烷萃取、水洗、无水硫酸镁干燥、层析柱提纯得白色3，8-二乙炔基邻菲啰啉固体产品；
(3)制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物：
A、称取摩尔比为2～0.1∶1的2-苯基吡啶铱二氯桥配合物和3，8-二乙炔基邻菲啰啉加入到三颈瓶中；
B、加入体积比为1～18∶1的二氯甲烷和甲醇的混合溶液；
C、加热至30℃～65℃，搅拌反应1～42小时后，将反应液旋干，层析柱得3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物红色固体产品；
(4)制备目标配合物：
A、称取3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物和一端是叠氮、另一端是甲氧基的聚乙二醇链加入到单颈烧瓶中，其摩尔比为1∶0.1～12；
B、加入摩尔数分别为1～42％和1～33％的硫酸铜和抗坏血酸钠；
C、加入体积比为1～25∶1的N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液，温度25℃～75℃，搅拌1～75个小时；
D、反应结束后，用二氯甲烷萃取，收集有机层，水洗，旋出大部分溶剂后，冷冻干燥得红色固体产品目标配合物。
步骤(2)在氮气保护下，以4-(三苯基膦)钯和碘化亚铜为催化剂，在四氢呋喃和三乙胺的混合溶剂中进行加热搅拌。
步骤(4)所述的目标配合物的制备，以硫酸铜和抗坏血酸钠为催化剂，在DMF和水的混合溶剂中通过Click反应将聚乙二醇链接到铱配合物上。
步骤(4)所述的一端是叠氮、另一端是甲氧基的聚乙二醇链，其平均分子量是可变的。
本发明的要点是：
用于细胞标记的水溶性阳离子型铱配合物磷光化学探针是指配体含有聚乙二醇亲水链的铱配合物。水溶性阳离子型铱配合物磷光化学探针标记细胞在近似于生物组织环境的水环境中进行。
本发明所提出的含有聚乙二醇的铱配合物磷光化学探针其制备方法为：
(1)首先制备2-苯基吡啶铱二氯桥配合物，Ir2(ppy)4Cl2，其中ppy为2-苯基吡啶。称取IrCl3·3H2O和2-苯基吡啶加入到三颈瓶中，二者的摩尔比为2～0.1∶1；再加入2-乙二醇乙醚和水的混合溶液，二者体积比为1～10∶1；然后将反应混合物加热至70℃～130℃，搅拌反应1～50小时，待反应结束后，冷至室温(25℃)，有沉淀生成。所得沉淀分别用水和乙醇洗涤，并用真空干燥，得到亮黄色固体2-苯基吡啶铱二氯桥配合物：Ir2(ppy)4Cl2。
(2)然后制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉，在氮气保护下，称取3，8-二溴邻菲啰啉和三甲基硅乙炔于三颈烧瓶中，其摩尔比为2～0.1∶1，然后加入4-(三苯基膦)钯和碘化亚铜催化剂，其摩尔数分别为1～35％和1～28％，再加入四氢呋喃和三乙胺的混合溶液，二者体积比为20～1∶1，加热至35℃～80℃，搅拌反应1～40小时。反应结束后，用二氯甲烷萃取，水洗，无水硫酸镁干燥，旋出溶剂，将所得固体溶于40～100mL甲醇中，并加入过量的氟化钾，常温搅拌1～40个小时，反应结束后水洗，二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，旋干层析柱提纯得白色固体产品。
(3)再制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物，称取2-苯基吡啶铱二氯桥配合物和3，8-二乙炔基邻菲啰啉加入到三颈瓶中，二者的摩尔比为2～0.1∶1，再加入二氯甲烷和甲醇的混合溶液，二者体积比为1～18∶1，加热至30℃～65℃，搅拌反应1～42小时，待反应结束后，将反应液旋干，层析柱得红色固体产品。
(4)最后制备目标配合物，称取3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物和一端是叠氮、另一端是甲氧基的聚乙二醇链加入到单颈烧瓶中，其摩尔比为1∶0.1～12，加入硫酸铜和抗坏血酸钠，其摩尔数分别为1～42％和1～33％，再加入N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液，其体积比为1～25∶1，控制温度25℃～75℃，搅拌反应1～75个小时，反应结束后，用二氯甲烷萃取，收集有机层，水洗，旋出大部分溶剂后，冷冻干燥得红色固体产品。
该配合物具有很好的水溶性和脂溶性，其溶解性测试照片如附图1，在水中具有很好的磷光发射，发红橙色磷光，其吸收光谱和发射光谱如附图2和附图3。
本发明的优点是：
1、由于金属铱配合物很好的水溶性和脂溶性，可以很好地进入细胞。
2、由于金属铱配合物的长发光寿命，通过时间分辨荧光技术可以有效地消除背景荧光的干扰，提高检测灵敏度。
附图说明
图1为铱配合物在PBS缓冲溶液中的溶解性照片和荧光照片。
图2为铱配合物在氯仿中的溶解性照片和荧光照片。
图3为铱配合物在PBS缓冲溶液中的紫外吸收光谱。
图4为铱配合物在PBS缓冲溶液中的荧光发射光谱。
图5为铱配合物在氯仿中的紫外吸收光谱。
图6为铱配合物在氯仿中的荧光发射光谱。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但不用来限制本发明。
实施例1：
2-苯基吡啶铱二氯桥配合物(Ir2(ppy)4Cl2)的制备：称取IrCl3·3H2O(5.52mm0l)和2，4-二氟苯基吡啶(11.04mmol)加入到三颈瓶中，再加入2-乙二醇乙醚和水的混合溶液，二者体积比为4∶1；然后将反应混合物加热至110℃，搅拌反应30小时，反应结束后，冷却到室温(25℃)，有黄色沉淀生成。所得沉淀分别用水和乙醇洗涤，并用真空干燥，得到亮黄色固体2，4-二氟苯基吡啶铱二氯桥配合物，Ir2(dfppy)4Cl2。
实施例2：
3，8-二乙炔基邻菲啰啉的制备：氮气保护下，将3，8-二溴邻菲啰啉10.68mmol，Pd(pph3)40.54mmol，5mol％，CuI 1.50mmol，14mol％混合于160mL脱气的四氢呋喃和三乙胺脱气(v/v 8∶1)的混合溶液中，再加入三甲基硅乙炔42.72mmol。加热回流18个小时后冷却，过滤除去固体，向滤液中加入适量二氯甲烷。然后用水洗涤三次，无水硫酸镁干燥，旋出溶剂；将所得固体溶于90mL甲醇中，并加入过量的氟化钾，常温搅拌25个小时。反应结束后水洗，二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，旋干层析柱提纯得白色固体产品。
1H NMR：(400MHz，CDCl3)，δ(ppm)：9.23(d，2H，J＝2.0Hz)，8.36(d，2H，J＝2.0Hz)，7.79(s，2H)，3.39(s，2H)。
实施例3：
3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物的制备：准确称取2-苯基吡啶铱二氯桥配合物0.25mmol和3，8-二乙炔基邻菲啰啉0.75mmol加入到三颈瓶中；加入二氯甲烷和甲醇的混合溶液60mL，二者体积比为5∶1；加热至45℃，搅拌反应26小时。反应结束后，将反应液旋干，层析柱得红色固体产品。
1H NMR：(400MHz，CDCl3)，δ(ppm)：8.98(s，2H)，8.64(s，2H)，8.19(d，2H，J＝1.6Hz)，7.95(d，2H，J＝8.4Hz)，7.78(t，2H，J＝7.6Hz)，7.73(d，2H，J＝6.8Hz)，7.32(d，2H，J＝5.6Hz)，7.08(t，2H，J＝7.4Hz)，6.97(m，4H)，6.35(d，2H，J＝7.2Hz)，3.47(s，2H)。
实施例4：
目标配合物的制备：准确称取3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物0.26mmol和一端是叠氮、另一端是甲氧基的聚乙二醇链(平均分子量2000，0.58mmol)加入到单颈烧瓶中。加入硫酸铜和抗坏血酸钠，其摩尔数分别为6％和10％；再加入N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液40mL，其体积比为3∶1。控制温度45℃，搅拌反应48个小时，反应结束后，用二氯甲烷萃取，收集有机层，水洗，旋出大部分溶剂后，冷冻干燥得红色固体产品，水溶性阳离子型铱配合物磷光探针制成。
上述实施例为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、变化、变通或替换方案，均在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种水溶性阳离子型铱配合物磷光探针，结构式为：
其中，一端是叠氮、另一端是甲氧基的聚乙二醇链，平均分子量为2000。
2.根据权利要求1所述的水溶性阳离子型铱配合物磷光探针的制备方法，其步骤如下：
（1）制备2-苯基吡啶铱二氯桥配合物Ir2(ppy)4Cl2：其中ppy为2-苯基吡啶；
A、称取摩尔比为2～0.1：1的IrCl3·3H20和2-苯基吡啶，加入到三颈瓶中；
B、加入体积比为1～10：1的2-乙二醇乙醚和水的混合溶液；
C、将上述混合溶液加热至70℃～130℃，搅拌1～50小时后，冷至室温,生成沉淀;
D、将上述所得沉淀分别用水和乙醇洗涤、真空干燥，得到亮黄色固体2-苯基吡啶铱二氯桥配合物：Ir2(ppy)4Cl2；
（2）制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉：
A、在氮气保护下，称取摩尔比为2～0.1：1的3，8-二溴邻菲啰啉和三甲基硅乙炔于三颈烧瓶中;
B、加入摩尔数分别为1～35%和1～28%的四（三苯基膦）钯和碘化亚铜催化剂；
C、加入体积比为20～1：1的四氢呋喃和三乙胺的混合溶液，加热至35℃～80℃，搅拌1～40小时;
D、用二氯甲烷萃取、水洗、无水硫酸镁干燥、层析柱提纯得白色3，8- 二乙炔基邻菲啰啉固体产品；
（3）制备3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物：
A、称取摩尔比为2～0.1：1的2-苯基吡啶铱二氯桥配合物和3，8-二乙炔基邻菲啰啉加入到三颈瓶中；
B、加入体积比为1～18：1的二氯甲烷和甲醇的混合溶液;
C、加热至30℃～65℃，搅拌反应1～42小时后，将反应液旋干，层析柱得3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物红色固体产品;
（4）制备目标配合物：
A、称取3，8-二乙炔基邻菲啰啉铱2-苯基吡啶配合物和平均分子量为2000，一端是叠氮、另一端是甲氧基的聚乙二醇链加入到单颈烧瓶中，其摩尔比为1：0.1～12;
B、加入摩尔数分别为1～42%和1～33%的硫酸铜和抗坏血酸钠；
C、加入体积比为1～25：1的N,N-二甲基甲酰胺和水的混合溶液，温度25℃～75℃，搅拌1～75个小时;
D、反应结束后，用二氯甲烷萃取，收集有机层，水洗，旋出大部分溶剂后，冷冻干燥得红色固体产品目标配合物。
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