CN111961053B - 一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于荧光探针的技术领域，公开了一类三环2‑胺基吡啶盐的荧光探针及其制备方法和应用。所述三环2‑胺基吡啶盐的荧光探针的结构为式I，其中：R1，R2独立的为芳基、杂芳基、C1‑18烷基，C3‑8环烷基或芳香环衍生物的给电子基团；X为一价阴离子；m为0～2任一整数；n为0，1任一整数。本发明还公开了荧光探针的制备方法。本发明的荧光探针具有聚集诱导发光性质，能够实现对微生物的快速染色识别，体现出特异，高效，灵敏的特性。本发明的荧光探针具有优异的抑菌效果。本发明的荧光探针用于制备对线粒体特异性染色以及对表面带负电荷微生物染色的试剂，同时用来制备区分微生物死活状态的试剂和抗菌剂。

Description

一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医学材料领域，具体涉及一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针及其制备方法与在微生物标记识别与抑菌中的应用。
背景技术
正常状态下微生物与人类互相依存，维持生理代谢的平衡；一旦平衡被打破，就容易引起疾病。细菌的感染可以引发多种疾病，严重威胁人类健康。在治疗过程中，细菌的诊断是第一步。目前，主要用的是革兰氏染色法，这种方法操作复杂，且不能实现对活细菌的原位监测。同时，在治疗过程中，由于抗生素的滥用，导耐药菌种的出现，使治疗的难度加大。所以发展精确，快速的细菌识别诊断试剂和有效的抑菌材料，显得十分重要。
有机小分子荧光探针已经被广泛应用到生物成像，生物检测和治疗中，它有着操作简单，成本低，检测快速等特点。但是，传统的荧光材料由于其大的π共轭体系，在聚集状态下有聚集诱导发光猝灭(ACQ)的问题；其高的背景荧光也会降低检测及诊断过程中的信噪比，这些将大大降低其检测的灵敏度。而与传统的聚集诱导荧光猝灭的材料相比，具有聚集诱导发光(AIE)性质的荧光材料，其在聚集态下具有高的发光效率、大的Stokes位移，高的信噪比，良好的生物相容性；这类材料将极大的提高了检测的灵敏度。
本发明合成了具有良好的AIE性质荧光材料，通过结构的调控实现了对微生物的快速染色识别，体现出特异，高效，灵敏的特性。同时，由于三环2-胺基吡啶盐这类特殊的结构，还展现出了优异的抑菌效果，可作为一种潜在的抑菌剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针。本发明的荧光探针具有聚集诱导发光(AIE)性质，能够实现对微生物的快速染色识别，体现出特异，高效，灵敏的特性。本发明的荧光探针具有优异的抑菌效果。
本发明的另一目的是提供上述荧光探针的制备方法。本发明的合成方法简单，无需分离中间产物，通过一步串联反应以高收率得到三环的2-胺基吡啶盐；同时该制备方法可实现克级合成。
本发明的再一目的是提供上述荧光探针的应用。所述荧光探针在制备抑菌剂中应用。
所述荧光探针在生物成像中应用，用作成像剂。
所述荧光探针还可以在制备微生物染色和/或标识试剂中应用，
用作微生物的染色剂，实现微生物的识别。
所述荧光探针在特异性线粒体染色剂中应用。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针，其结构为式I：
Figure BDA0002642259030000021
其中：
R1，R2独立的为芳基、杂芳基、C1-18烷基，C3-8环烷基或芳香环衍生物的给电子基团；X为一价阴离子；m为0～2任一整数；n为0，1任一整数。
所述阴离子为碘离子(I-)、溴离子(Br-)、氯离子(Cl-)、氢氧根离子(OH-)、四氟硼酸根离子(BF4 -)、硝酸根离子(NO3 -)、六氟磷酸根离子(PF6 -)、乳酸根离子(CH3CH(OH)COO-)、枸椽酸根离子(C5H7O5COO-)。
所述阴离子优选为碘离子(I-)、溴离子(Br-)、氯离子(Cl-)、氢氧根离子(OH-)、六氟磷酸根离子(PF6 -)。
所述R1，R2各自独立的优选为以下a～t基团中的一种：
Figure BDA0002642259030000031
其中，同一基团或不同基团中R′相同或不同，R′优选为氢、卤素(氟，氯，溴，碘)、C1-18烷基、C1-18烷基氧基、C1-18烷基硫基或二乙胺基。
所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针中，m为0～2任一整数；n为0，1任一整数，其包括的结构如下：
Figure BDA0002642259030000041
所述m为0～2任一整数；n为0，1任一整数，优选为m为2，n为1。
所述荧光探针的制备方法，包含以下步骤：当荧光探针的式I中R1，R2各自独立的优选为以下a～k基团中的一种时，荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
将酰氯衍生物和炔衍生物在催化剂的作用下反应，随后加入脒类环状衍生物，在路易斯酸的催化下继续反应，后续处理，获得三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针。
所述酰氯衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000042
炔衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000043
脒类环状衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000044
酰氯衍生物和炔衍生物反应得到炔酮的衍生物，炔酮的衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000045
所述催化剂为二价的钯盐和一价的铜盐；所述二价的钯盐优选为三苯基膦二氯化钯，一价铜盐优选为碘化亚铜。
所述反应以有机溶剂为反应介质。所述反应在保护性氛围以及添加碱性化合物的条件下进行。
碱性化合物为三乙胺、碳酸钾，吡啶，N,N-二异丙基乙胺中一种以上。
所述反应的温度为室温。
所述路易斯酸为氯化铝。
所述酰氯衍生物和炔衍生物的摩尔比为1：(0.5～2)。
所述酰氯衍生物与脒类环状衍生物的摩尔比为1：(2～4)。
所述继续反应的温度为室温。
当荧光探针的式I中R1，R2至少有一种为l～t基团中的一种时，
所述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：将酰氯衍生物和炔衍生物在催化剂的作用下反应，随后加入脒类环状衍生物，在路易斯酸的催化下继续反应，后续处理，获得含卤素的产物；将含卤素的产物与硼酸化合物R3-B(OH)2反应，获得三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针。
当R2为a～k基团中的一种时，所述酰氯衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000051
当R2为l～t基团中的一种时，所述酰氯衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000052
R′2为4-卤素苯基；当R1为a～k基团中的一种时，炔衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000053
当R1为l～t基团中的一种时，炔衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000054
R′1为4-卤素苯基；
R1，R2至少有一种为l～t基团中的一种时，含卤素的产物与硼酸化合物R3-B(OH)2反应，此时R′1和/或R′2中卤素被R3取代，取代后的基团R3-苯基对应R1和/或R2；
脒类环状衍生物的结构为
Figure BDA0002642259030000055
酰氯衍生物和炔衍生物反应中，所述催化剂为二价的钯盐和一价的铜盐；所述二价的钯盐优选为三苯基膦二氯化钯，一价铜盐优选为碘化亚铜。
酰氯衍生物和炔衍生物反应中，所述反应以有机溶剂为反应介质。所述反应在保护性氛围以及添加碱性化合物的条件下进行。
碱性化合物为三乙胺、碳酸钾，吡啶，N,N-二异丙基乙胺中一种以上。
酰氯衍生物和炔衍生物反应中，所述反应的温度为室温。
所述路易斯酸为氯化铝。
所述酰氯衍生物和炔衍生物的摩尔比为1：(0.5～2)。
所述酰氯衍生物与脒类环状衍生物的摩尔比为1：(2～4)。
所述继续反应的温度为室温。
含卤素的产物与硼酸化合物R3-B(OH)2反应时，所述反应在催化剂和碱性化合物的条件下进行，催化剂为四三苯基膦钯；所述碱性化合物为碳酸钠。
所述反应以有机溶剂和水为反应介质，所述有机溶剂优选为THF。所述反应的条件为加热回流反应10h以上。
含卤素的产物与硼酸化合物的摩尔比为1：(1～2.5)。
含卤素的产物与硼酸化合物反应完后，将体系进行后续处理。
当式I中X为除了CI-以外其他的基团时，采用MX与X为Cl-的荧光探针作用，得到所需阴离子的荧光探针；其中MX中M为一价金属离子。
具体是在水中或者有机溶剂与水中，将MX与X为Cl-的荧光探针反应，得到所需阴离子的荧光探针。
在本发明的制备方法中，酰氯衍生物和炔衍生物反应完后，无需将产物炔酮的衍生物分离出来，直接向反应完的体系中加入路易斯酸和脒类环状衍生物继续进行反应。本发明的反应为串联反应。
当荧光探针的式I中R1，R2各自独立的优选为上述a～k基团中的一种时，荧光探针的制备方法的反应方程式为
Figure BDA0002642259030000061
本发明构建的三环的2-胺基吡啶盐的衍生物，可以与细胞中带负电荷的线粒体通过静电吸附作用，实现特异性染色。由于微生物表面带有负电荷且不同微生物的膜结构的差异，这类分子可以实现对不同类别的微生物的选择性染色与识别；当微生物处于死与活两种不同状态时，它们的膜的通透性会发生改变，利用微生物膜的通透性的改变可以实现对微生物生命状态的区分。
本发明的三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备对线粒体特异性染色的试剂。所述的染色为荧光成像。
本发明的三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备对表面带负电荷微生物染色的试剂，用以区分和识别带负电和带电性不同(如:正电、中性)的微生物。所述的染色为荧光成像。所述带负电荷微生物优选为革兰氏阳性菌。
本发明的三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备区分微生物死活状态的试剂，此处的区分是指荧光探针对活的微生物不能进行染色(荧光成像)，微生物死后，可以对其进行染色。
本发明还提供了所述荧光分子探针在抑菌方面的用途。因为其特殊的化合物的结构，在微生物识别与染色的过程中发现对于一类革兰氏阳性菌有很好的吸附作用，通过微生物生长曲线，最小抑菌浓度以及表面抑菌实验的测试发现该类化合物拥有良好的抑菌的能力。
本发明的三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备抗菌剂，特别是革兰氏阳性菌的抗菌剂。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明合成了具有聚集诱导发光(AIE)性能的三环的2-胺基吡啶盐荧光材料以克服现有传统荧光材料聚集猝灭效应且合成方法简单，无需分离中间产物，通过一步串联反应以高收率得到三环的2-胺基吡啶盐；同时该制备方法可实现克级合成。
(2)本发明所述的三环的2-胺基吡啶盐荧光材料对细胞中的线粒体实现特异性靶向。
(4)本发明所述的三环的2-胺基吡啶盐荧光材料可通过荧光成像的方法实现对不同种类微生物的识别与染色，同时实现死活微生物的区分。
(5)本发明所述的三环的2-胺基吡啶盐荧光材料对细菌有明显的抑制作用。
附图说明
图1中(A)为随着H2O含量增加TMTAP-7(10μM)在THF/H2O(v/v)混合溶剂中的归一化荧光发射图；(B)为随着H2O含量增加DTTAP-7(10μM)在THF/H2O(v/v)混合溶剂中的归一化荧光发射谱图；
图2为BMTAP-7，TMTAP-7与MitoTracker Red(线粒体红色染料)对HeLa细胞进行共定位成像；A1为BMTAP-7作用后的细胞的明场图，A2为TMTAP-7作用后的细胞的明场；B1为MitoTracker Red对HeLa细胞染色的图像，B2为MitoTracker Red对HeLa细胞染色的图像，B1与B2图像为两次实验得到的图；(C1)BMTAP-7作用后HeLa细胞染色的图像、(C2)TMTAP-7作用后HeLa细胞染色的图像；D1为A1、B1和C1合并的图，D2为A2、B2和C2合并图；
图3为BMTAP-7，TMTAP-7与DTTAP-7分别对金黄葡萄球菌和大肠杆菌染色的荧光成像照片；图中黑色部分的图为在荧光场下照片，灰色部分的图为在荧光场和明场叠加的照片；
图4为BMTAP-7和PI与微生物共同培养后在共聚焦显微镜下的荧光成像和叠加照片；其中，A)死亡的大肠杆，B)死亡的绿铜杆菌，C)死亡的酵母菌，D)正常的酵母菌；
图5为BMTAP-7，TMTAP-7与DTTAP-7分别在不同浓度下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长曲线测试图；
图6为BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别在不同浓度的固体培养基里对金黄色葡萄球菌抑制的测试图；A1～E1为BMTAP-7分别在0、2、4、8、16μg/mL的固体培养基中对金黄色葡萄球菌抑制的图；A2～E2为TMTAP-7分别在0、2、4、8、16μg/mL的固体培养基中对金黄色葡萄球菌抑制的图；A3～E3为DTTAP-7分别在0、2、4、8、16μg/mL的固体培养基中对金黄色葡萄球菌抑制的图；
图7中A)BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别在培养基里抑菌浓度测试的结果；B)BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别在加入到固体培养基里，之后涂上细菌的抑菌效果的测试；C)为将BMTAPC-7涂在固体培养基表面抑菌能力的测试图，对照组：未涂BMTAPC-7，直接涂上细菌；实验组：涂上BMTAPC-7，之后涂上细菌。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图，对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1一种荧光探针(BMTAPC-7)的制备
Figure BDA0002642259030000081
合成路线如下：
Figure BDA0002642259030000091
将4-溴苯甲酰氯(10mmol,2.19g)、4-甲氧基苯乙炔(10mmol,1.32g)、PdCl2(PPh3)2(0.2mmol,144mg)和碘化亚铜(0.4mmol,76mg)分别加入一个250mL的两口圆底烧瓶中，然后用泵抽空，充氮置换三次3次；随后加入干燥的二氯甲烷(100mL)、三乙胺(11mmol,1.5mL)；反应在室温下搅拌5h(利用TLC监测反应进程)。待底物反应完全，往反应体系中缓慢加入无水AlCl3(1mmol,133mg)和DBU(30mmol,4.5mL)，反应的混合溶液在室温下搅拌2h(TLC监控至反应完成)，混合反应液通过抽滤去除催化剂，滤液浓缩，1M盐酸20mL酸化，用二氯甲烷萃取(60mL×5)；合并有机相，用无水Na2SO4干燥，浓缩，上样，通过硅胶柱纯化，洗脱剂为DCM和甲醇(梯度淋洗比例为25:1-10:1-5:1)，最终以72％的收率得到3.49g黄色固体BMTAPC-7。
1H NMR(400MHz,D2O)δ7.20(d,J＝8.0Hz,2H),7.13(d,J＝8.0Hz,2H),6.91–6.87(m,4H),5.86(s,1H),3.93(t,J＝5.6Hz,2H),3.72(s,3H),3.69(t,J＝5.6Hz,2H),3.46(t,J＝6.4Hz,2H),2.41(t,J＝5.6Hz,2H),2.02–1.95(m,2H),1.89–1.85(m,2H),1.56–1.51(m,2H)；13C NMR(125MHz,D2O)δ160.7,154.3,152.5,148.0,136.7,131.5,130.5,130.3,125.1,124.8,123.0,116.0,114.4,55.6,52.5,49.8,49.7,28.6,23.4,23.2,21.7。
实施例2一种荧光探针(BMTAPC-5)的制备
Figure BDA0002642259030000092
合成路线如下：
Figure BDA0002642259030000101
将4-溴苯甲酰氯(10mmol,2.19g)、4-甲氧基苯乙炔(10mmol,1.32g)、PdCl2(PPh3)2(0.2mmol,144mg)和碘化亚铜(0.4mmol,76mg)分别加入一个250mL的两口圆底烧瓶中，然后用泵抽空，充氮置换三次3次；随后加入干燥的二氯甲烷(100mL)、三乙胺(11mmol,1.5mL)，反应在室温下搅拌5h(利用TLC监测反应进程)，待底物反应完全，往反应体系中缓慢加入无水AlCl3(1mmol,133mg)和DBN(30mmol,4.5mL)。反应的混合溶液在室温下搅拌2h(TLC监控至反应完成)，混合反应液通过抽滤去除催化剂，滤液浓缩，1M盐酸20mL酸化，用二氯甲烷萃取(60mL×5)。合并有机相，用无水Na2SO4干燥，浓缩，上样，通过硅胶柱纯化，洗脱剂为DCM和甲醇(梯度淋洗比例为25:1-10:1-5:1)，最终以58％的收率得到2.65g黄色固体BMTAPC-5。
1H NMR(400MHz,D2O)δ7.49(d,J＝8.0Hz,2H),7.16–7.18(m,4H),6.99(d,J＝8.0Hz,2H),5.94(s,1H),4.70–3.78(m,7H),3.41(t,J＝5.6Hz,2H),3.04(t,J＝7.6Hz,2H),1.94–1.99(m,2H).13C NMR(125MHz,D2O)δ160.4,154.6,145.8,142.9,133.9,131.9,130.4,129.3,124.9,123.8,123.8,114.3,113.6,55.5,51.9,45.8,42.0,25.0,18.5。
实施例3一种荧光探针(BMTAP-7)的制备
Figure BDA0002642259030000102
合成路线如下：
Figure BDA0002642259030000111
在实施例1中合成的固体BMTAPC-7(1mmol,485mg)溶于丙酮，加入六氟磷酸钾水溶液(2mmol,368mg)，搅拌2h，将混合物加水然后过滤，过滤后的固体用水洗去无机盐，干燥以90％收率得到535mg黄色固体BMTAP-7。
实施例4一种荧光探针(TMTAP-7)的制备
Figure BDA0002642259030000112
合成路线如下：
Figure BDA0002642259030000113
(1)中间体BMTAPC-7的合成与实施例1的步骤相同
(2)在氮气条件下，化合物BMTAPC-7(1mmol,485mg)，三苯胺硼酸酸(1.2mmol,347mg)，四三苯基膦钯(0.05mmol,58mg)和碳酸钠(1.5mmol,207mg)加入两口烧瓶，加入在THF-H2O(10mL-10mL)，加热回流12h(通过TLC薄层色谱监测的反应过程进展)，反应结束后，待反应冷却至室温，然后用乙酸乙酯(40mL×3)萃取，混合所有的有机层，用无水Na2SO4干燥，浓缩，以DCM和MeOH(25:1)为洗脱剂，通过硅胶柱纯化，得到黄色固体；之后固体溶于丙酮，加入六氟磷酸钾水溶液(2mmol,368mg)，搅拌2h。将混合物中加水过滤，过滤后的固体经水洗去无机盐，干燥以70％收率得到531mg的黄色固体TMTAP-7。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ7.79(d,J＝8.0Hz,2H),7.67(d,J＝8.0Hz,2H),7.67(d,J＝8.0Hz,2H),7.57(d,J＝8.0Hz,2H),7.35(t,J＝8.0Hz,4H),7.15(d,J＝8.0Hz,2H),7.12–7.04(m,8H),6.85(s,1H),4.07–4.04(m,2H),3.86–3.83(m,5H),3.51(t,J＝6.0Hz,2H),2.86–2.83(m,2H),2.20–2.14(m,2H).2.04–1.97(m,2H),1.88–1.81(m,2H).13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ161.1,154.6,154.2,148.2,147.7,147.3,141.2,136.1,133.0,131.3,130.1,130.1,128.3,126.8,125.4,125.0,124.9,124.0,123.3,117.1,114.9,55.9,52.2,49.9,49.6,29.5,23.6,23.5,22.1。
实施例5一种荧光探针(DTTAP-7)的制备
Figure BDA0002642259030000121
合成路线如下:
Figure BDA0002642259030000131
将4-溴苯甲酰氯(10mmol,2.19g)、4-溴基苯乙炔(10mmol,1.81g)、PdCl2(PPh3)2(0.2mmol,144mg)和碘化亚铜(0.4mmol,76mg)分别加入一个250mL的两口圆底烧瓶中，然后用泵抽空，充氮置换三次3次；随后加入干燥的二氯甲烷(100mL)、三乙胺(11mmol,1.5mL)，反应在室温下搅拌5h(利用TLC监测反应进程)；待底物反应完全，往反应体系中缓慢加入无水AlCl3(1mmol,133mg)和DBU(30mmol,4.5mL)，反应的混合溶液在室温下搅拌2h(TLC监控至反应完成)，混合反应液通过抽滤去除催化剂，滤液浓缩，1M盐酸20mL酸化，用二氯甲烷萃取(60mL×5)，合并有机相，用无水Na2SO4干燥，浓缩，上样，通过硅胶柱纯化，洗脱剂为DCM和甲醇(梯度淋洗的比例是25:1-10:1-5:1)。最终以68％的收率得到3.63g黄色固体DBTAPC-7。
在氮气条件下，化合物DBTAPC-7(1mmol,534mg)，三苯胺硼酸酸(1.2mmol,347mg)，四三苯基膦钯(0.1mmol,106mg)和碳酸钠(3.0mmol,414mg)加入两口烧瓶，加入在THF-H2O(10mL-10mL)，加热回流12h(通过TLC薄层色谱监测的反应过程进展)，反应结束后，待反应冷却至室温，然后用乙酸乙酯(40mL×3)萃取，混合所有的有机层，用无水Na2SO4干燥，浓缩，以DCM和MeOH(25:1)为洗脱剂，通过硅胶柱纯化，得到黄色固体；之后固体溶于丙酮，加入六氟磷酸钾水溶液(2mmol,368mg)，搅拌2h，将混合物中加水过滤，过滤后的固体经水洗去无机盐，干燥以43％收率得到418mg黄褐色固体DTTAP-7。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ7.86(d,J＝8.0Hz,2H),7.80(d,J＝8.0Hz,2H),7.71–7.63(m,8H),7.37–7.33(m,8H),7.13–7.05(m,16H),6.94(s,1H),4.10(t,J＝5.2Hz,2H),3.87(t,J＝5.2Hz,2H),3.54(t,J＝6.4Hz,2H),2.87(t,J＝5.2Hz,2H),2.23–2.17(m,2H),2.04–1.98(m,2H).1.90–1.82(m,2H),13C NMR(125MHz,DMSO-d6)δ154.2,153.7,147.5,147.4,147.3,146.9,146.8,141.3,140.7,135.6,132.6,132.3,131.1,129.9,129.7,129.7,127.8,127.8,126.5,126.4,124.8,124.5,124.4,123.6,123.5,122.8,122.6,116.6,51.8,49.5,49.2,29.1,23.1,23.0,21.6。
实施例6三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的AIE特性表征
图1为基于实施例4和实施例5各自所得材料TMTAP-7，DTTAP-7在不同水含量条件下的荧光光谱图。当两种分子处于四氢呋喃的溶液中时，发光较弱，随着水的加入可以发现荧光强度在不断的增强，当水含量达到99％时，荧光强度达到最大。这是由于随着不良溶剂水的加入，分子聚集导致荧光增强。这些结果展示了这些分子良好的聚集诱导发光(AIE)性质。
实施例7三环2-胺基吡啶盐的荧光探针对线粒体的靶向性
图2为BMTAP-7和TMTAP-7对细胞器线粒体的靶向荧光成像图。HeLa细胞培养24小时后，将2μMBMTAP-7和100nmMitoTracker Red(线粒体红色荧光探针)加入到培养基中。然后在37℃的培养箱中作用30分钟，用激光共聚焦显微镜进行成像表征。TMTAP-7的成像步骤与BMTAP-7的步骤相同。从成像的结果发现，这些分子由于带有正电荷，可以与带有负电势的线粒体膜相互作用，从而实现特异性吸附。BMTAP-7和TMTAP-7与商业化的染料MitoTracker Red的重合率非常的高，分别高达91％和93％。
实施例8三环2-胺基吡啶盐的荧光探针对微生物染色与识别的应用
图3为BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7对金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)和大肠杆菌(革兰氏阴性菌)的染色成像的结果(荧光成像照片)。将浓度为5μM的BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别与金黄色葡萄球菌或者大肠杆菌作用，细菌的浓度为OD600＝0.1，在37℃培养箱孵育20min后，7100rpm离心2分钟后收集菌体于激光共聚焦显微镜下观察。这类分子在两种细菌中，对金黄色葡萄球菌具有良好的染色能力。从染色的效果上看，这类分子可以实现对金黄色葡萄球菌的均一染色。
BMTAP-7对处于不同状态微生物的染色与识别的结果如图4。图4为BMTAP-7和PI与微生物共同培养后在共聚焦显微镜下的荧光成像和叠加照片；其中，A)死亡的大肠杆，B)死亡的绿铜杆菌，C)死亡的酵母菌，D)正常的酵母菌。将不同种类的微生物加入75％的乙醇处理20分钟，之后用PBS洗涤三次，然后将浓度为5μM的BMTAP-7和3μg/mL的碘化丙啶与死亡的微生物作用，在37℃培养箱用20分钟后，7100rpm离心2分钟后收集菌体于激光共聚焦显微镜下观察。可以看到原本处于活的状态的大肠杆菌很难被染色，而处于死亡状态下的轻易被染色。我们通过与碘化丙啶(PI)的共染发现，这类分子有类似于碘化丙啶的功能。从图4中D图中发现，对于活的酵母菌很难染色，而对于死亡的酵母菌比较容易。揭示了这类分子可以用来区分微生物的不同状态。
实施例9三环2-胺基吡啶盐的荧光探针对细菌的抑制作用
(1)细菌生长曲线的测试
将金黄色葡萄球菌或大肠杆菌OD600约为0.1分别与浓度为0.5、1、2、4、8、16、32、64μM的BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7共培养，在37℃摇床培养箱180rpm孵育。每隔2小时用酶标仪测量细菌OD600值。测试结果如图5所示，这类化合物对金黄色葡萄球菌的抑制效果比较明显，BMTAP-7和TMTAP-7在4μM以及更高的浓度下展现了良好的抑菌效果。
(2)抑菌实验的测试
BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7的最小抑菌浓度的测定。将100μL细菌悬液(1×106CFU/mL)加入到浓度从0μg/mL到16μg/mL的BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7的肉汤培养基中。通过酶标仪测试OD600值，放在37℃培养箱中培养24小时，之后再次测试OD600值。通过计算得到抑制率。测试结果如图7中A所示。从图7的A中，可以得到分子BMTAP-7和TMTAP-7在培养基中展现了良好的抑菌效果，他们的最小抑菌浓度在4μg/mL到8μg/mL之间。
将BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别添加到热NB培养基中，然后冷却形成从0μg/mL到16μg/mL浓度的琼脂板。用PBS将OD600＝0.5菌液连续稀释5×105倍。细菌悬液(100μL)滴入不同浓度的琼脂板。然后用涂布棒将菌液均匀分散。之后将琼脂平板放在37℃培养箱中，孵育24小时，计数计算抑菌率。结果如图6和图7的B所示，可以发现分子BMTAP-7在浓度为8μg/mL时，平板上没有发现菌落。展现出了良好的抑菌效果。
图7中C为BMTAPC-7涂在固体培养基表面抑菌效果的对比图。通过先在固体培养基表面涂上分子BMTAPC-7，然后在涂布上细菌。对照组没有涂抗菌分子BMTAPC-7。从结果可以看出，这类分子具有表面接触抗菌的能力，通过表面接触达到抑制细菌的效果。
图6为BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别在不同浓度的固体培养基里对金黄色葡萄球菌抑制的测试图；A1～E1为BMTAP-7分别在0、2、4、8、16μg/mL的固体培养基中对金黄色葡萄球菌抑制的图；A2～E2为TMTAP-7分别在0、2、4、8、16μg/mL的固体培养基中对金黄色葡萄球菌抑制的图；A3～E3为DTTAP-7分别在0、2、4、8、16μg/mL的固体培养基中对金黄色葡萄球菌抑制的图；
图7中A)BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别在培养基里抑菌浓度测试的结果；B)BMTAP-7，TMTAP-7和DTTAP-7分别在加入到固体培养基里，之后涂上细菌的抑菌效果的测试；C)为将BMTAPC-7涂在固体培养基表面抑菌能力的测试图，对照组：未涂BMTAPC-7，直接涂上细菌；实验组：涂上BMTAPC-7，之后涂上细菌。

Claims (8)

1.一类三环2-胺基吡啶盐的荧光探针，其特征在于：结构为式I：
Figure FDA0003357175920000011
其中：
X为一价阴离子；m为2，n为1；
所述阴离子为I-、Br-、Cl-、OH-、PF6 -；
R1，R2各自独立的为以下g，h，n基团中的一种：
Figure FDA0003357175920000012
g基团中R′为卤素；h基团中R′为C1-18烷基；n基团中R′为氢。
2.根据权利要求1所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
将酰氯衍生物和炔衍生物在催化剂的作用下反应，随后加入脒类环状衍生物，在路易斯酸的催化下继续反应，后续处理，获得三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针；
所述酰氯衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000013
炔衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000014
脒类环状衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000015
R1，R2各自独立的为以下g，h基团中的一种：
Figure FDA0003357175920000021
g基团中R′为卤素；h基团中R′为C1-18烷基；
通过上述制备方法，得到三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针中阴离子为Cl-，记为含氯的荧光探针；
当三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针的结构中阴离子为除了Cl-以外其他的基团时，采用MX与含氯的荧光探针作用，得到所需阴离子的荧光探针；其中MX中M为一价金属离子，X为阴离子。
3.根据权利要求2所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述催化剂为二价的钯盐和一价的铜盐；
所述反应以有机溶剂为反应介质；所述反应在保护性氛围以及添加碱性化合物的条件下进行；碱性化合物为三乙胺、碳酸钾，吡啶，N,N-二异丙基乙胺中一种以上；
所述反应的温度为室温；
所述路易斯酸为氯化铝；
所述酰氯衍生物和炔衍生物的摩尔比为1：(0.5～2)；
所述酰氯衍生物与脒类环状衍生物的摩尔比为1：(2～4)；
所述继续反应的温度为室温。
4.根据权利要求1所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的制备方法，其特征在于：荧光探针中R1，R2至少有一种为n基团时，包含以下步骤：
将酰氯衍生物和炔衍生物在催化剂的作用下反应，随后加入脒类环状衍生物，在路易斯酸的催化下继续反应，后续处理，获得含卤素的产物；将含卤素的产物与硼酸化合物R3-B(OH)2反应，获得三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针；
当R2为g，h基团中的一种时，所述酰氯衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000022
当R2为n基团中的一种时，所述酰氯衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000031
R′2为4-卤素苯基；当R1为g，h基团中的一种时，炔衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000032
当R1为n基团时，炔衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000033
R′1为4-卤素苯基；
R1，R2至少有一种为n基团时，含卤素的产物与硼酸化合物R3-B(OH)2反应，此时R′1和/或R′2中卤素被R3取代，取代后的基团R3-苯基对应R1和/或R2；
R3为
Figure FDA0003357175920000034
脒类环状衍生物的结构为
Figure FDA0003357175920000035
g，h，n基团中的一种：
Figure FDA0003357175920000036
g基团中R′为卤素；h基团中R′为C1-18烷基；n基团中R′为氢；
通过上述制备方法，得到三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针中阴离子为Cl-，记为含氯的荧光探针；
当三环的2-胺基吡啶盐的荧光探针的结构中阴离子为除了Cl-以外其他的基团时，采用MX与含氯的荧光探针作用，得到所需阴离子的荧光探针；其中MX中M为一价金属离子，X为阴离子。
5.根据权利要求4所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的制备方法，其特征在于：酰氯衍生物和炔衍生物反应中，所述催化剂为二价的钯盐和一价的铜盐；
酰氯衍生物和炔衍生物反应中，所述反应以有机溶剂为反应介质；所述反应在保护性氛围以及添加碱性化合物的条件下进行；碱性化合物为三乙胺、碳酸钾，吡啶，N,N-二异丙基乙胺中一种以上；
酰氯衍生物和炔衍生物反应中，所述反应的温度为室温；
所述路易斯酸为氯化铝；
所述酰氯衍生物和炔衍生物的摩尔比为1：(0.5～2)；
所述酰氯衍生物与脒类环状衍生物的摩尔比为1：(2～4)；
所述继续反应的温度为室温；
含卤素的产物与硼酸化合物R3-B(OH)2反应时，所述反应在催化剂和碱性化合物的条件下进行；所述反应以有机溶剂和水为反应介质；
含卤素的产物与硼酸化合物的摩尔比为1：(1～2.5)。
6.根据权利要求1所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的应用，其特征在于：所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备对线粒体特异性染色的试剂；所述的染色为对线粒体选择性荧光成像。
7.根据权利要求1所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的应用，其特征在于：所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备对表面带负电荷微生物染色的试剂，用以区分和识别带负电和带电性不同的微生物；
所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备区分微生物死活状态的试剂，此处的区分是指荧光探针对活的微生物不能进行染色，微生物死后，对其进行染色。
8.根据权利要求1所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针的应用，其特征在于：所述三环2-胺基吡啶盐的荧光探针用于制备抗菌剂。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111263751A (zh) * 2017-10-24 2020-06-09 香港科技大学 具有聚集诱导发光特性的水溶性化合物
CN111454293A (zh) * 2020-03-03 2020-07-28 华南理工大学 一种具有细菌和癌细胞逐次成像与杀灭功能的探针及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111263751A (zh) * 2017-10-24 2020-06-09 香港科技大学 具有聚集诱导发光特性的水溶性化合物
CN111454293A (zh) * 2020-03-03 2020-07-28 华南理工大学 一种具有细菌和癌细胞逐次成像与杀灭功能的探针及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synthesis of Water-Soluble Blue-Emissive Tricyclic 2-Aminopyridinium Salts by Three-Component Coupling-(3+3)-Anellation;Olga Bakulina等;《Angewandte Chemie-International Edition》;20181017;第57卷(第52期);第17240-17244页 *

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