CN103409135A - 一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针及其合成方法 - Google Patents

Abstract

一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针及其合成方法，涉及一种罗丹明类荧光分子探针及其合成方法。本发明是要解决现有基于喹啉衍生物识别基的罗丹明类探针分子较少的问题。一种荧光分子探针的结构式为：制备方法：一、制备反应液；二、将反应液调pH值，旋干，硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。另一种荧光分子探针的结构式为：制备方法：一、制备中间体罗丹明B酰肼；二、将中间体罗丹明B酰肼、喹啉-2-醛衍生物溶于无水乙醇，氮气保护下回流，旋干，硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。本发明应用于生物组织、细胞微环境中金属离子的荧光成像检测领域。

Description

一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种罗丹明类荧光分子探针及其合成方法。

背景技术

荧光检测法由于其方法简便，且在灵敏度、选择性、响应时间、原位测定等方面具有突出优点，因此在生命、环境及医学等领域的金属离子检测方面得到了广泛应用。人们一直在努力构造新结构的探针分子，提高其选择性、灵敏度、水溶性、生物兼容性等以满足各种不同的研究需要。

为确保探针分子对特定金属离子具有高选择性，人们对其识别基团进行了大量的研究。目前，以吡啶衍生物为识别基的金属离子荧光分子探针的研究已经取得了较大的进展。例如2,6-二氨甲基吡啶(Anal.Chem.2009,81,9993-10001;Dalton Trans.2012,41,7212-7217.)、二(2-甲基吡啶)胺(J.Am.Chem.Soc.2009,131,1460-1468;J.Am.Chem.Soc.2013,135,-4787.)经常被用作识别基，使其与各种荧光团相连，构造金属离子荧光探针。

结构和性质均与吡啶相似的喹啉衍生物作为具有配位作用的荧光团已广泛用于金属离子荧光分子探针的设计、合成中(Coord.Chem.Rev.2004,248,205-229.)。但将喹啉衍生物仅作为识别基引入到分子设计中的报道还比较少。将喹啉衍生物引入至激发波长处于可见光区的荧光团中，可以解决喹啉类化合物需用紫外光激发的难题(J.Am.Chem.Soc.2005,127,16812-16823.)。

罗丹明荧光团具有摩尔消光系数高、光稳定性好、荧光量子产率高、激发和发射波长处于可见光区等优点(化学进展,2012,24,823-833.)。目前，以喹啉衍生物为识别基、以罗丹明为荧光团的探针分子仍较少，本发明将进一步丰富和发展这一研究领域。

发明内容

本发明是要解决现有以喹啉衍生物为识别基、以罗丹明为荧光团的探针分子较少的问题，从而提供了一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针及其合成方法。

本发明所述的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其结构式为：

其中，所述的R₁为氢、甲基、卤素或2’-吡啶基；R₂为氢或卤素。

上述以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤进行：

一、将1～5mmol的罗丹明B、1～5mmol的8-氨基喹啉衍生物溶于10～30mL的三氯甲烷中，然后加入2～5mL的三氯氧磷，在氮气保护下回流2～4h，得到反应液；

二、用氨水将步骤一得到的反应液调pH值为8～10，然后旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本发明还提供一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其结构式为：

其中，所述的R₃为氢、乙酰氨基、α-C₁～C₄直链烷胺基乙酰氨基或C₁～C₄直链烷基磺酰氨基。

上述以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤进行：

一、将0.2～0.5mmol的罗丹明B溶于2～8mL的水合肼中，在氮气保护下回流20～40min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.1～0.8mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.2～1.0mmol的喹啉-2-醛衍生物溶于10～30mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流2～10h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明的荧光分子探针可直接用于水、甲醇、DMSO、DMF溶剂或其混合溶剂中金属离子的荧光比率检测，且具有较高的选择性和灵敏度；

2、本发明的荧光分子探针合成简单，原料易得，在多种常见金属离子中，对Cu²⁺表现出好的选择性荧光识别性能；

3、本发明合成的荧光分子探针也可用于生物组织、细胞微环境中金属离子的荧光成像检测，具有广泛的潜在应用价值。

附图说明

图1是试验3合成的荧光分子探针对各种常见金属离子的选择性曲线图，其中，曲线1为Cu²⁺，其它曲线为未加金属离子和分别加入Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Hg²⁺和Pb²⁺；

图2是试验3合成的荧光分子探针对各种常见金属离子的选择性柱形图，其中，1为不加金属离子、2为Na⁺、3为K⁺、4为Mg²⁺、5为Ca²⁺、6为Cr³⁺、7为Fe³⁺、8为Co²⁺、9为Ni²⁺、10为Cu²⁺、11为Zn²⁺、12为Ag⁺、13为Cd²⁺、14为Hg²⁺和15为Pb²⁺；

图3是试验3合成的荧光分子探针对不同浓度Cu²⁺的荧光光谱变化图，其中，Cu²⁺浓度从上至下逐渐增加。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其结构式为：

其中，所述的R₁为氢、甲基、卤素或2’-吡啶基；R₂为氢或卤素。

本实施方式包括以下有益效果：

1、本实施方式的荧光分子探针可直接用于水、甲醇、DMSO、DMF溶剂或其混合溶剂中金属离子的荧光比率检测，且具有较高的选择性和灵敏度；

2、本实施方式的荧光分子探针合成简单，原料易得，在多种常见金属离子中，对Cu²⁺表现出好的选择性荧光识别性能；

3、本实施方式合成的荧光分子探针也可用于生物组织、细胞微环境中金属离子的荧光成像检测，具有广泛的潜在应用价值。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤进行：

一、将1～5mmol的罗丹明B、1～5mmol的8-氨基喹啉衍生物溶于10～30mL的三氯甲烷中，然后加入2～5mL的三氯氧磷，在氮气保护下回流2～4h，得到反应液；

二、用氨水将步骤一得到的反应液调pH为值8～10，然后旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

具体实施方式三：本实施方式中一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其结构式为：

其中，所述的R₃为氢、乙酰氨基、α-C₁～C₄直链烷胺基乙酰氨基或C₁～C₄直链烷基磺酰氨基。

具体实施方式四：具体实施方式三所述的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤进行：

一、将0.2～0.5mmol的罗丹明B溶于2～8mL的水合肼中，在氮气保护下回流20～40min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.1～0.8mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.2～1.0mmol的喹啉-2-醛衍生物溶于10～30mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流2～10h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将1mmol的罗丹明B、1mmol的8-氨基喹啉溶于20mL的三氯甲烷中，然后加入2mL的三氯氧磷，在氮气保护下回流3h，得到反应液；

二、用氨水将步骤一得到的反应液调pH值为9，然后旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验的反应式如下：

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):8.69(d,J=2.4Hz,1H),8.09(t,J=4.4Hz,1H),7.93(d,J=9.6Hz,1H),7.60(d,J=8.0Hz,1H),7.54(m,2H),7.18(m,3H),6.94(d,J=8.4Hz,2H),6.74(d,J=7.2Hz,1H),6.23(d,J=6.8Hz,2H),6.08(s,2H),3.25(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),1.08(N(CH₂CH₃)₂,t,J=6.6Hz,12H).

本试验得到的荧光分子探针为288mg，收率为51%，mp为233.8～234.7℃。

试验二：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将1mmol的罗丹明B、1mmol的5-氯-8-氨基喹啉溶于20mL的三氯甲烷中，然后加入2mL的三氯氧磷，在氮气保护下回流3h，得到反应液；

二、用氨水将步骤一得到的反应液调pH值为9，然后旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验的反应式如下：

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):8.73(d,J=5.6Hz,1H),8.36(d,J=8.4Hz,1H),8.07(t,J=4.4Hz,1H),7.54(m,2H),7.30(m,2H),7.22(t,J=4.4Hz,1H),6.91(d,J=8.8Hz,2H),6.66(d,J=8.0Hz,1H),6.24(d,J=8.0Hz,2H),6.10(s,2H),3.26(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),1.09(N(CH₂CH₃)₂,t,J=6.6Hz,12H).

本试验得到的荧光分子探针为272mg，收率为45%，mp为161.0～161.1℃。

试验三：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将1mmol的罗丹明B、1mmol的2-(2’-吡啶基)-8-氨基喹啉溶于20mL的三氯甲烷中，然后加入2mL的三氯氧磷，在氮气保护下回流3h，得到反应液；

二、用氨水将步骤一得到的反应液调pH值为9，然后旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验的反应式如下：

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):8.64(d,J=4.0Hz,1H),8.50(d,J=7.6Hz,1H),8.40(d,J=8.4Hz,1H),8.19(d,J=8.0Hz,1H),8.08(d,J=8.8Hz,1H),7.76(t,J=8,0Hz,1H),7.66(d,J=7.6Hz,1H),7.61(m,2H),7,27(m,3H),7.85(d,J=8.8Hz,2H),6.73(d,J=6.4Hz,1H),6.45(d,J=7.6Hz,1H),6.31(s,1H),5.83(s,1H),5.52(s,1H),3.40(N(CH₂CH₃)₂,m,4H),2.93(N(CH₂CH₃)₂,m,4H),1.21(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.0Hz,6H),0.79(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.0Hz,6H).

本试验得到的荧光分子探针为413mg，收率为64%，mp为219.1～219.7℃。

将本试验得到的荧光分子探针溶于DMSO和水(1:1)的混合溶液(0.01mol/L BR缓冲溶液，pH=4.8)中，浓度为1.0×10^-5mol/L，分别加入各种常见的金属离子(Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺)，浓度为探针浓度的5倍时，测定其荧光光谱(激发波长为530nm)；得到如图1所示的荧光分子探针对各种常见金属离子的选择性曲线图，其中，曲线1为Cu²⁺，其它曲线为未加金属离子和分别加入Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Hg²⁺和Pb²⁺；得到如图2所示的荧光分子探针对各种常见金属离子的选择性柱形图，其中，1为不加金属离子、2为Na⁺、3为K⁺、4为Mg²⁺、5为Ca²⁺、6为Cr³⁺、7为Fe³⁺、8为Co²⁺、9为Ni²⁺、10为Cu²⁺、11为Zn²⁺、12为Ag⁺、13为Cd²⁺、14为Hg²⁺和15为Pb²⁺；由图1和图2可以看出，未加入金属离子时探针分子在616nm处发射荧光，Cu²⁺使探针分子的荧光发生显著猝灭，猝灭幅度达95%，而其它金属离子对溶液荧光光谱的影响不显著，由此可说明本荧光分子探针对Cu²⁺具有好的选择性识别性能。

本试验合成的荧光分子探针对不同浓度Cu²⁺的荧光光谱变化图如图3所示，其中，Cu²⁺浓度从上至下逐渐增加，从图3可以看出，随着Cu²⁺浓度的增加，探针分子在616nm处的荧光峰强度逐渐下降。

试验四：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将0.42mmol的罗丹明B溶于6mL的水合肼中，在氮气保护下回流25min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.5mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.5mmol的喹啉-2-醛溶于20mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流6h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验的反应式如下：

本试验步骤一所得的中间体罗丹明B酰肼的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):7.94(t,J=4.2Hz,1H),7.46(m,2H),7.11(t,J=4.2Hz,1H),6.47(d,J=8.8Hz,2H),6.42(s,2H),6.30(d,J=11.6Hz,2H),3.34(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),1.17(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.0Hz,12H).

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):8.72(N=CH,s,1H),8.08(d,J=7.6Hz,1H),8.00(m,3H),7.73(d,J=8.0Hz,1H),7.63(t,J=7.6Hz,1H),7.48(m,3H),7.15(d,J=7.2Hz,1H),6.70(d,J=8.8Hz,2H),6.45(s,2H),6.24(d,J=6.8Hz,2H),3.32(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),1.50(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.2Hz,12H).

本试验步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼为182mg，收率为96%，mp为187.1～189.5℃。

本试验得到的荧光分子探针为98mg，收率为30%，mp为179.5～180.3℃。

试验五：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将0.42mmol的罗丹明B溶于6mL的水合肼中，在氮气保护下回流25min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.5mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.5mmol的8-甲磺酰胺基喹啉-2-醛溶于20mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流6h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验步骤二的反应式如下：

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):8.78(SO₂NH,s,1H),8.65(N=CH,s,1H),8.12(d,J=8.8Hz,1H),8.04(m,2H),7.79(d,J=8.4Hz,1H),7.50(m,4H),7.19(t, J=8.0Hz,1H),6.54(m,4H),6.25(d,J=8.8Hz,2H),3.33(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),2.92(CH₃, s,3H),1.15(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.6Hz,12H).

本试验得到的荧光分子探针为103mg，收率为30%，mp为290.5～291.5℃。

试验六：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将0.42mmol的罗丹明B溶于6mL的水合肼中，在氮气保护下回流25min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.5mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.5mmol的8-乙酰胺基喹啉-2-醛溶于20mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流6h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验步骤二的反应式如下：

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):9.72(CONH,s,1H),9.19(N=CH,s,1H),8.68(d,J=6.8Hz,1H),8.00(m,3H),7.55(m,2H),7.46(t,J=7.8Hz,1H),7.40(d,J=9.2Hz,1H),7.20(d,J=6.8Hz,1H),6.54(d,J=8.8Hz,2H),6.48(s,2H),6.27(d,J=11.6Hz,2H),3.33(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),2.34(COCH₃,s,3H),1.15(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.2Hz,12H).

本试验得到的荧光分子探针为150mg，收率为46%，mp为185.7～186.9℃。

试验七：本试验的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤实现的：

一、将0.42mmol的罗丹明B溶于6mL的水合肼中，在氮气保护下回流25min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.5mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.5mmol的8-(α-(n-丁胺基)乙酰胺基)喹啉-2-醛溶于20mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流6h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

本试验步骤二的反应式如下：

本试验所得的以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的核磁分析数据如下：

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃):11.17(CONH,s,1H),9.31(N=CH,s,1H),8.72(d,J=7.2Hz,1H),7.97(m,3H),7.48(m,4H),7.19(d,J=7.2Hz,1H),6.54(d,J=8.8Hz,2H),6.47(s,2H),6.25(d,J=10.8Hz,2H),3.58(COCH₂,s,2H),3.32(N(CH₂CH₃)₂,m,8H),2.81(NHCH₂CH₂CH₂CH₃,t,J=7.2Hz,2H),1.66(NHCH₂CH₂CH₂CH₃,m,2H),1.47(NHCH₂CH₂CH₂CH₃,m,2H),1.15(N(CH₂CH₃)₂,t,J=7.6Hz,12H),1.11(NHCH₂CH₂CH₂CH₃,t,J=7.6Hz,3H).

本试验得到的荧光分子探针为127mg，收率为35%，mp为120.1～130.1℃。

Claims (4)

1.一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其特征在于以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的结构式为：

其中，所述的R₁为氢、甲基、卤素或2’-吡啶基；R₂为氢或卤素。

2.制备如权利要求1所述的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其特征在于以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤进行：

一、将1～5mmol的罗丹明B、1～5mmol的8-氨基喹啉衍生物溶于10～30mL的三氯甲烷中，然后加入2～5mL的三氯氧磷，在氮气保护下回流2～4h，得到反应液；

二、用氨水将步骤一得到的反应液调pH为8～10，然后旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

3.一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其特征在于以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其结构式为：

其中，所述的R₃为氢、乙酰氨基、α-C₁～C₄直链烷胺基乙酰氨基或C₁～C₄直链烷基磺酰氨基。

4.制备如权利要求3所述的一种以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针，其特征在于以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针的合成方法是按以下步骤进行：

一、将0.2～0.5mmol的罗丹明B溶于2～8mL的水合肼中，在氮气保护下回流20～40min，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到中间体罗丹明B酰肼；

二、将0.1～0.8mmol的步骤一得到的中间体罗丹明B酰肼、0.2～1.0mmol的喹啉-2-醛衍生物溶于10～30mL的无水乙醇中，在氮气保护下回流2～10h，将反应液旋干，再经过硅胶柱色谱分离，得到以喹啉衍生物为识别基的罗丹明类荧光分子探针。

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