CN104017567A - 一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针及合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针，合成方法是将2-位带有羧基的罗丹明与乙二胺反应形成内酰胺后，与含丙烯酰氯基团的物质反应，得到含有罗丹明基团的单体，最后和含丙烯酰胺基团的物质共聚，合成出具有对H′特异性荧光响应的且能进入活细胞的高分子pH荧光探针。

Description

一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针及合成方法

技术领域

本发明涉及一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针及合成方法。

背景技术

罗丹明类具有内酰胺螺环结构的荧光染料分子能够具有非常强的响应能力，在与特定离子作用后，可以从无荧光无色的内酰胺螺环状态转变为荧光量子效率在85％以上并具有深色特征的开环状态。这意味着这种罗丹明类分子具有良好的性能基础。并且，罗丹明类材料本身已经广泛应用于生物和环境领域，具有较好的应用基础。然而，在生物领域，细胞内pH检测试剂材料往往具有较严格的要求。尽管pH探针新材料的文献报道很多，但目前绝大多数探针尚缺乏足够的实用性。如在实际应用中需要细胞膜穿透功能、100％水溶性、良好的抗干扰性能等。

尤其是罗丹明内酰胺小分子，通常水溶性不足，需要使用有机溶剂和水的混合溶剂，因而实用价值不高。而将这些小分子改造成含有可聚合双键的单体，和具有细胞膜穿透功能的水溶性单体共聚，则可以比较容易地解决水溶性和能否进入细胞问题。此外，大多数罗丹明内酰胺化合物会和一些金属离子发生配位作用或催化分解等反应，因而对氢离子的荧光响应受到干扰。经研究发现，在罗丹明内酰胺分子中引入吸电子取代基，可以降低罗丹明分子对金属离子的响应，是罗丹明分子仅对氢离子选择性响应。其中，引入吸电子基团的位置和内酰胺中氮原子的距离是影响pH响应性的关键因素。相隔合适数量的碳原子，可以既使罗丹明分子具有良好的pH响应能力，又能够避免对绝大多数金属离子的干扰。

发明内容

本发明目的是提供一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针及合成方法，以克服现有技术的缺陷。为达到上述目的，本发明的基本思路是：将2-位带有羧基的罗丹明与乙二胺反应形成内酰胺后，与含丙烯酰氯基团的物质反应，得到含有罗丹明基团的单体，最后和含丙烯酰胺基团的物质共聚，合成出具有对H⁺特异性荧光响应的且能进入活细胞的高分子pH荧光探针。

本发明具体技术方案是，一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针，其结构式如下所示：

式中，R1、R2、R3、R4、R5各自选自氢、不含有活泼氢的取代或未取代的烷基或芳基中的一种；x、y为自然数，其中1≤x≤10，100＜y：x＜200。

y：x的值影响到聚合物在水中的颗粒大小，低了聚合物在水中的颗粒会过大，过大又会使得分子太大，导致无法适用于探针。

上述高分子荧光探针的制备方法包括以下步骤：

(1)将2-位带有羧基的罗丹明与乙二胺反应，即得到罗丹明内酰胺；加入有机溶剂A，搅拌使罗丹明内酰胺溶解完全，在冰浴下缓慢加入含丙烯酰氯基团的物质，溶液搅拌2小时以上，得到含有罗丹明基团的单体，其结构式如下：

所述有机溶剂A选自乙腈或二氯甲烷中的一种；

(2)将步骤(1)所得单体、含丙烯酰胺基团的物质和偶氮二异丁腈溶解在有机溶剂B中，在惰性气体C保护下于60～70℃恒温反应6～10小时，经沉析、干燥获得基于罗丹明内酰胺基团的高分子pH荧光探针；

所述有机溶剂B选自环己酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种。

所述惰性气体C选自氮气、氦气、氖气、氩气或氪气中的一种。

反应过程如下式所示：

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明合成的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针具有非常好的水溶性，能穿透细胞膜迅速进入活细胞，并且具有灵敏的pH荧光相应功能。

2.本发明将具有吸电子效应的丙烯酰基引入后，罗丹明基团失去了对各种金属离子的荧光响应，而只对H⁺具有荧光响应，因此具有较好的抗干扰能力。

附图说明

图1是实施例二中含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针在不同pH下水溶液的紫外-可见吸收光谱，浓度为0.16mg/mL；

图2是实施例二中含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针在不同pH下水溶液的荧光发射光谱，浓度为0.16mg/mL。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

(1)化合物1的合成：

将2.395g罗丹明B(5mmol)溶于50mL无水乙醇中，再加入1.5g乙二胺。将反应体系搅拌回流6小时。反应结束后减压蒸除溶剂，将剩余的固体溶于200mL1mol/L HC1溶液中，滴加1mol/L NaOH溶液至PH＝9-10，大量固体析出，减压抽滤，用水洗涤后彻底抽干，在真空干燥箱干燥后得砖红色固体，即化合物1。

(2)化合物2的合成：

在50mL三颈瓶中加入0.968g化合物1(2mmol)，用20mL二氯甲烷溶解后再加入0.3mL三乙胺，冰浴下缓慢滴加0.2g丙烯酰氯0.2g(2.2mmol)的二氯甲烷5mL，滴完后继续室温反应6小时。反应结束后减压蒸除溶剂，硅胶(300-400目)柱层析得白色固体化合物2，其结构如下：核磁共振测定：¹H NMR(CDCl₃)：δ7.90-7.94(m，1H)，7.46-7.51(m，2H)，7.18(s，1H)，7.10-7.13(m，1H)，6.47(s，1H)，6.44(s，1H)，6.39(d，2H)，6.31(d，1H)，6.29(d，1H)，6.20-6.25(m，1H)，6.05(q，1H)，5.56-5.59(m，1H)，3.29-3.42(m，10H)，3.14-3.18(m，2H)，1.19(t，12H)。

(3)PRAH的合成：

将250mg含有罗丹明B基团的单体(I)、丙烯酰胺1.5g、丙烯酸羟乙酯1.5g、偶氮二异丁腈100mg溶解在30mL环己酮中。在氮气保护下于60℃恒温反应7小时。反应完后将溶液冷却，滴入丙酮中，沉析出聚合物。将该聚合物溶解于水中，再重复沉析3遍。最后经过真空干燥即得到含罗丹明内酰胺基团的高分子荧光探针PRAH。

1.对于PRAH，经GPC测定数均分子量分别为47273，经计算x＝4、y＝661。其结构式如下所示：

实施例二

(1)绘制实施例一所得的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针在不同pH下水溶液的紫外-可见吸收光谱，浓度为0.16mg/mL，横坐标为pH，纵坐标为吸光度，得图1；

从图中可知该探针在pH＝4.2～6.5时，其吸光度值会发生突变，可知探针溶液的颜色响应区间在pH＝4.2～6.5。

(2)绘制实施例一所得的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针在不同pH下水溶液的荧光发射光谱，浓度为0.16mg/mL，横坐标为pH，纵坐标为荧光强度，得图2。

从图中可知该探针在pH＝4～5时，其荧光强度有突变，可知荧光响应区间在pH＝4～5。并且响应区间非常窄，说明探针对H+的荧光响应非常灵敏。

Claims (5)

1.一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针，其特征在于：所述高分子荧光探针结构式如下所示：

式中，R1、R2、R3、R4、R5各自选自氢、不含有活泼氢的取代或未取代的烷基或芳基中的一种：x、y为自然数，其中1≤x≤10，100＜y：x＜200。

2.根据权利要求1所述的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针，其特征在于：R1、R2、R3、R4、R5各自选自氢、C1～C3的烷基或芳基中的一种。

3.根据权利要求1所述的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针，其特征在于：R1、R2、R3、R4、R5为氢。

4.权利要求1所述的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将2-位带有羧基的罗丹明与乙二胺反应，即得到罗丹明内酰胺；加入有机溶剂A，搅拌使罗丹明内酰胺溶解完全，在冰浴下缓慢加入含丙烯酰氯基团的物质，溶液搅拌2小时以上，得到含有罗丹明基团的单体，其结构式如下：

所述有机溶剂A选自乙腈或二氯甲烷中的一种；

(2)将步骤(1)所得单体、含丙烯酰胺基团的物质和偶氮二异丁腈溶解在有机溶剂B中，在惰性气体C保护下于60～70℃恒温反应6～10小时，经沉析、干燥获得基于罗丹明内酰胺基团的高分子pH荧光探针；

所述有机溶剂B选自环己酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种。

所述惰性气体C选自氮气、氦气、氖气、氩气或氪气中的一种。

5.根据权利要求4所述的含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针的制备方法，其特征在于：含丙烯酰氯基团的物质为丙烯酰氯；含丙烯酰胺基团的物质为丙烯酰胺。