CN103130837A - 一种水溶性阳离子型磷光铱配合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于磷光化学探针技术，特别涉及一种水溶性阳离子型磷光铱配合物及其制备方法和该配合物在细胞荧光标记和制备光动力学疗法中光敏剂的应用。在2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物和3,8-二溴邻菲罗啉的混合物中加入有机溶剂，加热、搅拌、旋干、分离后得到3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物；然后将制得的上述配合物与N-（4-（5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环己-2-基）苯基）-N-苯基苯胺及催化剂中加入碳酸钠溶液和二甲基甲酰胺，加热、搅拌、萃取、干燥、过滤、分离后得到磷光铱配合物；最后将磷光铱配合物进行水溶性改善，即得水溶性阳离子型磷光铱配合物。所述配合物具有优良的水溶性。

Description

一种水溶性阳离子型磷光铱配合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于磷光化学探针技术，特别涉及一种水溶性阳离子型磷光铱配合物及其制备方法和该配合物在细胞荧光标记和制备光动力学疗法中光敏剂的应用。

背景技术

磷光重金属配合物具有优越的光物理性质，如很高的发光效率、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，可作为探针在化学/生物检测和细胞成像等领域具有非常好的应用前景。尤其是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，提高检测的信噪比和灵敏度。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等特点而被广泛关注，可被运用到光催化储氢、化学传感器、电化学发光分析等领域。但是，要将铱配合体运用到生物体内，由于其溶剂对细胞的毒性强，因此需要铱配合体拥有良好的水溶性。已知AOT（Aerosol OT,二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠）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。

光动力学治疗，作为一种具有深厚科学基础的疗法，对某些癌症的治疗效果不亚于手术、化疗或放疗；对某些早期癌症，可达到治愈目的。它具有以下优点：主要破坏癌细胞，不损伤正常细胞；光敏剂无毒性，安全，不会抑制人的免疫功能，也不会抑制骨髓而引起白细胞、红细胞和血小板减少；可作多疗程，不会产生耐药性；治疗时间短，一般48-72小时后即可出现疗效。其原理是：癌细胞能特异性摄取一种叫光敏剂的物质。光敏剂被癌细胞摄取后，能较长时间停留在癌细胞内。光敏剂本身无毒性，但经一种特殊波长的光照射后，可与氧起反应，产生一种具有毒性作用的活性态氧离子，从而破坏癌细胞。

如果将AOT修饰到铱配合物上，改善其水溶性及生物相容性，将会使铱配合体在细胞标记方面及开拓新型光动力学疗法光敏剂方面具有更为突出的价值。目前还没有文献记载上述将AOT修饰到铱配合物上的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种水溶性阳离子型磷光铱配合物，该铱配合物具有水溶性好、发光寿命长，在波长为450nm处有很强的紫外吸收峰等特点。

本发明的另一个目的是提供一种制备上述水溶性阳离子型磷光铱配合物的方法。

本发明涉及水溶性阳离子型磷光铱配合物在细胞荧光标记中的应用。

本发明还涉及水溶性阳离子型磷光铱配合物在制备光动力学疗法中的光敏剂中的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水溶性阳离子型磷光铱配合物，结构式如式（I）所示：

一种上述水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其步骤包括：

（1）氮气或惰性气体保护下，在2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物和3,8-二溴邻菲罗啉的混合物中加入有机溶剂，加热、搅拌，将反应液旋干、柱层析分离后得到3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物。优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷和甲醇的混合液，其中，二氯甲烷与甲醇的体积比为1.5-3：1。

（2）在步骤（1）中制得的3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物、N-（4-（5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环己-2-基）苯基）-N-苯基苯胺及四(三苯基磷)钯的混合物中分别加入碳酸钠溶液和二甲基甲酰胺，然后将混合液加热、搅拌、冷却后倒入水中后继续搅拌，最后将反应液萃取、干燥、过滤、柱层析分离后得到磷光铱配合物。优选的，所述碳酸钠溶液的摩尔浓度为2-3mol/L，萃取剂为二氯甲烷。

（3）将水与二氯甲烷的混合液加入至步骤（2）中制得的磷光铱配合物及二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠中得到混合反应液，然后将混合反应液搅拌、静置、旋干、过滤即得水溶性阳离子型磷光铱配合物。其中，水、二氯甲烷、磷光铱配合物及二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠的加入配比为3-7mL：10mL：1-3mmol：1-3mmol；混合反应液的搅拌时间为20-25小时，静置并取水相，在真空条件下旋干、过滤即可。

所述步骤（1）中，2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物、3,8-二溴邻菲罗啉和有机溶剂的加入配比为0.1-0.5mmol:0.2-1.0mmol：10mL。

所述步骤（2）中，3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物、N-（4-（5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环己-2-基）苯基）-N-苯基苯胺、四(三苯基磷)钯、碳酸钠和二甲基甲酰胺的加入配比为1-3mmol：2-5mmol：0.05-0.15mmol：0.04-0.06mol：40mL。

所述步骤（2）中，将混合液加热至65℃-85℃，搅拌35-40小时，冷却至室温，然后倒入水中后继续搅拌0.5-1小时。

本发明的有益效果是：1、所述水溶性阳离子型磷光铱配合物具有优良的水溶性，发光寿命长，通过时间分辨荧光技术可以有效地消除背景荧光的干扰，非常适用于细胞磷光标记。2、所述水溶性阳离子型磷光铱配合物在450nm的光源照射下，能够产生单线氧，可用作光动力疗法中的光敏剂。3、所述水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法简单、易操作，反应温度低、可控性好。

附图说明

图1是水溶性阳离子型磷光铱配合物的水溶性照片。

图2是水溶性阳离子型磷光铱配合物的紫外线吸收图谱。

图3是水溶性阳离子型磷光铱配合物的荧光发射图谱。

图4是水溶性阳离子型磷光铱配合物细胞标记图。

图5是在450nm光源照射下，含有水溶性阳离子型磷光铱配合物的1,3-二苯基异苯并呋喃溶液及不含在水溶性阳离子型磷光铱配合物的1,3-二苯基异苯并呋喃溶液在410nm处的紫外线吸收强度变化图。

图6是未经水溶性改善的磷光铱配合物的核磁共振图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

实施例1

（1）2-基吡啶铱二氯桥配合物的制备：

将0.1mmol的IrCl₃·3H₂0、0.24mmol的2-溴苯基吡啶加入到三颈瓶中，再加入乙二醇乙醚与水的混合液，其中，乙二醇乙醚和水的体积比为2：1；然后将混合反应液加热至110℃，搅拌30小时，反应结束后，冷却到室温,有黄色沉淀生成。把得到的沉淀分别用水和无水乙醇洗涤、干燥，得到亮黄色固体2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物备用。

（2）3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物的制备：

在氮气保护下，称取步骤（1）中制得的2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物0.1mmol和0.24mmol的3,8-二溴邻菲罗啉于三颈烧瓶中，再加入二氯甲烷和甲醇的混合液10mL，其中，二氯甲烷为和甲醇的体积比为2：1；将混合溶液加热至45℃，搅拌反应24小时。反应结束后，将反应液旋干、柱层析分离后得红色固体物备用。

（3）磷光铱配合物的制备：

在步骤（2）中制得的3，8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物1mmol、N-（4-（5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环己-2-基）苯基）-N-苯基苯胺2.4mmol及0.05mmol的四(三苯基磷)钯的混合物中，加入浓度为2mol/L的碳酸钠水溶液20mL和二甲基甲酰胺40mL，将混合溶液加热至70℃，搅拌36个小时，反应结束后，将反应液冷却至室温，倾倒入水中，搅拌30分钟；用二氯甲烷作为萃取剂，多次萃取水相，合并有机相，在有机相用无水硫酸镁干燥，然后过滤，真空除去溶剂，得粗产物，柱层析分离得纯品。将该样品进行核磁共振检测，结果如图6所示，从图中可得数据为：1H NMR(400MHz,CDCl3):δ9.03(s,1H),8.58(s,1H),8.41(s,1H),8.04(s,1H),7.94(d,J=8.2Hz,1H),7.76(t,J=9.5Hz,2H),7.46(t,J=8.4Hz,1H),7.41(d,J=8.3Hz,2H),7.31(t,J=6.7Hz,3H),7.29(d,J=5.4Hz,2H),7.12(dd,J=11.6,8.7Hz,8H),6.98(t,J=7.1Hz,2H),6.46(d,J=7.5Hz,1H)。

（4）水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备：

将步骤（3）中制得的磷光铱配合物1mmol、二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠（AOT）1mmol的混合物中加入水5mL、二氯甲烷10mL；将混合溶液在室温条件下搅拌24小时，然后静置分层取水相，真空条件下旋干以除去剩余二氯甲烷；过滤水相，得水溶性阳离子型磷光铱配合物水溶液，即3，8-二（N-(4-苯基)-苯基苯胺）邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物。

实施例1中制得的水溶性阳离子型磷光铱配合物的性能表征：

（1）水溶性测试

图1为水溶性阳离子型磷光铱配合物的照片,从图1中可以看出，该磷光铱配合物在水中是溶解的（图1左），在紫外灯照射条件下水层发光，二氯甲烷层几乎无光（图1右）。

（2）紫外吸收光图谱检测

将制得的水溶性阳离子型磷光铱配合物进行紫外线吸收图谱检测，具体见图2所示，从图2中可见，所制得的磷光铱配合物在波长450纳米处有很强的紫外吸收峰。

将实施例1中的水溶性阳离子型磷光铱配合物与乙腈溶液混合，配制成含有5-10μmol/L的磷光铱配合物的乙腈混合液。然后再将该乙腈混合液加入到浓度为30-50mmol/L的1,3-二苯基异苯并呋喃溶液中配制成检测液，搅拌并通入空气5-60分钟，在450nm光源照射下，每隔30秒，测定该检测液的在410nm的紫外吸光强度，具体如图5a所示。同时将不含水溶性阳离子型磷光铱配合物的1,3-二苯基异苯并呋喃溶液作为对照组，相同条件下也进行紫外吸光度测试，具体如图5b所示，从图中可以看出，随着光照时间的延长，1,3-二苯基异苯并呋喃在410nm处的紫外吸收度逐渐降低，说明有单线态氧产生，该水溶性阳离子型磷光铱配合物可用作光动力疗法中的光敏剂。

（3）荧光发射光谱检测

图3为水溶性磷光铱配合物的荧光发射光谱，表明在450nm光源激发下，水溶性磷光铱配合物的最大发射波长在590nm左右。

（4）磷光成像检测

用激光扫描共聚焦荧光显微镜对实施例1中制得的水溶性阳离子型磷光铱配合物进行活细胞磷光成像检测，研究活细胞在含6μmol/L水溶性磷光铱配合物的PBS缓冲溶液，在37℃下孵育30分钟后，细胞内的发光情况，具体如图4所示，其中图4a为：明场，图4b为：暗场，图4c为：明场和暗场叠加图，从图中可看成，细胞内有很强的发光效果。光谱扫描实验表明：细胞内发光的最大发射波长为590nm，这一结果说明图4中的细胞发光来自铱配合物的磷光发射。共聚焦发光图像和明场图像的叠加进一步表明细胞内的发光信号主要位于胞浆区域而不是在细胞膜上，证明所述磷光铱配合物不是对细胞膜染色而是穿过细胞膜进入了细胞胞浆中。

所以，本发明所制得的水溶性阳离子型磷光铱配合物可以用作细胞共聚焦标记，对细胞具有磷光标记作用。

Claims (10)

1.一种水溶性阳离子型磷光铱配合物，其特征在于，结构式如式（I）所示：

2.权利要求1所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其步骤包括：

（1）氮气或惰性气体保护下，在2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物和3,8-二溴邻菲罗啉的混合物中加入有机溶剂，加热、搅拌，将反应液旋干、柱层析分离后得到3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物；

（2）在步骤（1）中制得的3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物、N-（4-（5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环己-2-基）苯基）-N-苯基苯胺及四(三苯基磷)钯的混合物中加入碳酸钠溶液和二甲基甲酰胺，然后将混合液加热、搅拌、冷却后倒入水中后继续搅拌，最后将反应液萃取、干燥、过滤、柱层析分离后得到磷光铱配合物；

（3）将水与二氯甲烷的混合液加入至步骤（2）中制得的磷光铱配合物及二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠中得到混合反应液，然后将混合反应液搅拌、静置、旋干、过滤即得水溶性阳离子型磷光铱配合物。

3.根据权利要求2所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，2-（4-溴苯基）吡啶铱二氯桥配合物、3,8-二溴邻菲罗啉和有机溶剂的加入配比为0.1-0.5mmol:0.2-1.0mmol：10mL。

4.根据权利要求2或3所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二氯甲烷和甲醇的混合液，其中，二氯甲烷与甲醇的体积比为1.5-3：1。

5.根据权利要求2所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，3,8-二溴邻菲啰啉铱2-溴苯基吡啶配合物、N-（4-（5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环己-2-基）苯基）-N-苯基苯胺、四(三苯基磷)钯、碳酸钠和二甲基甲酰胺的加入配比为1-3mmol：2-5mmol：0.05-0.15mmol：0.04-0.06mol：40mL。

6.根据权利要求2所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，将混合液加热至65℃-85℃，搅拌35-40小时，冷却至室温，然后倒入水中后继续搅拌0.5-1小时。

7.根据权利要求2所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的水、二氯甲烷、磷光铱配合物及二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠的加入配比为3-7mL：10mL：1-3mmol：1-3mmol。

8.根据权利要求2所述的水溶性阳离子型磷光铱配合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，将混合反应液的搅拌时间为20-25小时，静置并取水相，在真空条件下旋干、过滤即可。

9.权利要求1的水溶性阳离子型磷光铱配合物在细胞荧光标记中的应用。

10.权利要求1的水溶性阳离子型磷光铱配合物在制备光动力学疗法中的光敏剂中的应用。

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