本发明专利技术提供了一种反应灵敏、检测限低、特异性好的可检测甲醛靶向线粒体的荧光探针Na‑FA‑Mito，化学名称为溴化N‑(2‑甲酰胺基乙基‑N‑(3‑三苯基磷基丙基))‑4‑肼基‑1,8‑萘二甲酰亚胺盐。所述荧光探针可用于检测溶液或细胞中的甲醛。
A mitochondrial targeted formaldehyde fluorescence probe and its preparation and Application
The present invention provides a fluorescent probe, Na, FA Mito, which can detect formaldehyde targeted mitochondria with sensitive reaction, low detection limit and good specificity. The chemical name is brominated N N (2 methamidyl ethyl acetate N (three phenyl phosphatidyl propyl)) 4 hydrazine based 1,8 naphthalene two methylation salt. The fluorescent probe can be used to detect formaldehyde in solution or cells.
【技术实现步骤摘要】
一种线粒体靶向甲醛荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种检测甲醛的靶向线粒体的荧光探针及其制备方法和应用，属于有机小分子荧光探针领域。
技术介绍
甲醛是一种常见的工业原料，其在化学化工、木材加工、纺织工业等领域都有广泛的应用，而环境中的甲醛污染也大都来源于人类的生产排放。相关统计数据表明，接触甲醛较多的从业人员的患癌风险明显高于普通人，2017年，在WHO整理的致癌物质清单中，甲醛被列为一类致癌物。除了其致突变风险，过多的直接接触甲醛还会对眼、皮肤、呼吸道有强烈的刺激作用，进而引起眼睛过敏、皮肤炎症、肺水肿等病症。甲醛的这些危害使人们常常谈“醛”色变。在这种背景下，人们迫切需求一种方法来方便快捷的检测环境中的甲醛，而甲醛荧光探针无疑满足这种需求。有趣的是，就在人们积极预防甲醛对人体造成危害的同时，很多研究已经证明甲醛可以伴随很多代谢过程而内源产生，例如：一些含有N-甲基的氨基酸去甲基化过程、DNA和RNA碱基的N-甲基去甲基化过程、体内甲胺物质通过SSAO的代谢过程等等。另一方面，甲醛在体内是一种重要信号因子，参与体内的碳循环过程，其中一个典型的例子就是，甲醛参与到了叶酸调节的线粒体单碳循环过程。在这个过程中，二甲基甘氨酸在线粒体酶DMGDH以及SARDH作用下产生甘氨酸并释放出两分子的甲醛，产生的甲醛会与线粒体内部的叶酸生成5,10-亚甲基叶酸，用于进一步参与到细胞质以及细胞核中的单碳循环过程，最终生产出用于维持细胞正常生理功能的嘌呤核苷酸、胸苷酸、蛋氨酸、丝氨酸等物质，而细胞单碳循环的异常往往伴随某些疾病发生如发育异常、癌症等等。有研究表明，过多的甲醛会触发线粒体半胱天冬酶凋亡过程使细胞死亡。而甲醛在人体内，特别是线粒体内部的含量波动对于人体生理和病理的影响还是不够明确。因此，研究一个性能优异的靶向线粒体的甲醛荧光探针对于揭露甲醛在人体内部的这种信号-损伤的双重作用的机理是必要的。
技术实现思路
针对缺乏线粒体靶向的荧光探针的问题，本专利技术提供一种反应灵敏、检测限低、特异性好的线粒体靶向甲醛荧光探针。本专利技术的另一目的是提供一种简便地合成上述线粒体靶向甲醛荧光探针的方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种线粒体靶向检测甲醛的荧光探针，化学名称为溴化N-(2-甲酰胺基乙基-N-(3-三苯基磷基丙基))-4-肼基-1,8-萘二甲酰亚胺盐，简称为Na-FA-Mito，具有如式（I）所示的结构：式（I）。一种上述荧光探针的合成方法，包括以下步骤：（1）溴丙胺盐与三苯基膦在乙腈中加热搅拌回流，得到化合物1(3-氨基丙基三苯基磷鎓)；（2）4-溴-1,8-萘二甲酸酐与β-氨基丙酸在乙醇中加热回流，得化合物2(N-(2-甲酸基乙基)-4-溴-1,8-萘二甲酰亚胺)；（3）化合物2与化合物1在二氯甲烷中，在失水剂与催化剂存在下生成化合物3(溴化N-(2-甲酰胺基乙基-N-(3-三苯基磷基丙基))-4-溴-1,8-萘二甲酰亚胺盐)；（4）水合肼与化合物3在乙醇中加热搅拌回流，生成化合物溴化N-(2-甲酰胺基乙基-N-(3-三苯基磷基丙基))-4-肼基-1,8-萘二甲酰亚胺盐，即荧光探针。作为优选，各步骤还包括分离纯化的步骤；所述分离纯化步骤可以采用化学领域分离及纯化操作，如色谱柱分离、重结晶。所述步骤（1）的回流时间为16-24h；步骤（2）的回流时间为4-8h；步骤（3）的反应时间为16-24h；步骤（4）的回流时间为6-10h。所述步骤（3）中，反应温度为室温。失水剂优选为二环己基碳二亚胺（DCC）或1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDCI）；催化剂优选为4-二甲氨基吡啶（DMAP）或1-羟基苯并三唑（HOBT）。合成路线如下：。一种上述荧光探针在检测溶液或细胞中甲醛的应用。本专利技术中荧光探针的识别机理如下：本专利技术所述检测甲醛的荧光探针Na-FA-Mito本身由于肼基的供电子能力导致a-PET效应而淬灭分子的荧光，当探针与甲醛分子作用后，化合物Na-FA-Mito上的肼基与甲醛发生亲和加成反应，转变成腙的结构，a-PET作用被抑制，导致荧光强度得到大幅度提升：。本专利技术具有以下优点：本专利技术的荧光探针以萘酰亚胺为荧光团，以肼基为识别位点，该位点极易与甲醛发生亲核加成反应生成腙，从而使得探针识别前后的分子前线轨道能量降低，进而导致PET（光致电子转移）终止，荧光增强，探针在识别前后荧光增强45倍，性能优异。通过与商品化线粒体定位染料相比，本专利技术的荧光探针可以成功定位于线粒体，可将其应用于细胞线粒体检测内外源甲醛的荧光成像；而且本专利技术的荧光探针具有双光子效应，可降低对生物细胞的光损伤。附图说明图1为Na-FA-Mito的1HNMR谱图；图2为Na-FA-Mito的13CNMR谱图；图3为Na-FA-Mito的质谱图；图4为不同浓度甲醛下化合物Na-FA-Mito的荧光强度；图5为不同反应时间下Na-FA-Mito的荧光强度变化；图6为Na-FA-Mito对不同干扰物质的选择性；图7为Na-FA-Mito外源甲醛细胞成像；图8为Na-FA-Mito内源甲醛细胞成像；图9为Na-FA-Mito的线粒体共定位细胞成像。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受下述实施例的限制。实施例1荧光探针的合成（1）化合物3-氨基丙基三苯基磷鎓的合成：在100mL圆底烧瓶中，加入3-溴丙胺5mmol，三苯基膦6mmol，再加入乙腈30mL，加热回流24h后，冷却至室温，减压蒸干溶剂，硅胶色谱柱分离(DCM:CH3OH=10:1)，真空干燥，得白色固体3-氨基丙基三苯基磷鎓(1)。产率：60%。1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ7.97–7.76(m,15H),3.83–3.68(m,2H),2.99(t,J=6Hz,2H),1.84(m,2H)；13CNMR(101MHz,DMSO-d6)δ135.59,135.56,134.15,134.04,130.91,130.79,118.96,118.11,20.58,19.11,18.58。（2）化合物N-(2-甲酸基乙基)-4-溴-1,8-萘二甲酰亚胺的合成：在100mL的圆底烧瓶中，将化合物4-溴-1,8-萘二甲酸酐5mmol加入到含有β-氨基丙酸的乙醇溶液中回流搅拌6h，冷却至室温，抽滤，滤饼用无水乙醇重结晶，得到灰色粉末状固体N-(2-甲酸基乙基)-4-溴-1,8-萘二甲酰亚胺(2)。产率80%。1HNMR(400MHz,DMSO-d6):δ8.45-8.51(m,2H),8.25-8.27(d,J=7.6Hz,1H),8.15-8.17(d,J=7.6Hz,1H),7.94(t,1H),4.20-4.24(t,2H),2.57-2.61(t,2H).13CNMR(101MHz，DMSO):δ173.0,163.1,163.0,132.9,131.9,131.7,131.2,130.0,129.6,129.1,128.4,123.0,122.1,36.4,32.6。（3）化合物溴化N-(2-甲酰胺基乙基-N-(3-三苯基磷基丙基))-4-溴-1,8-萘二甲酰亚胺盐的合成：在50mL的圆底烧瓶中，将化合物(1)2mm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种线粒体靶向检测甲醛的荧光探针，化学名称为溴化N‑(2‑甲酰胺基乙基‑N‑(3‑三苯基磷基丙基))‑4‑肼基‑1,8‑萘二甲酰亚胺盐，具有如式（I）所示的结构：
【技术特征摘要】
1.一种线粒体靶向检测甲醛的荧光探针，化学名称为溴化N-(2-甲酰胺基乙基-N-(3-三苯基磷基丙基))-4-肼基-1,8-萘二甲酰亚胺盐，具有如式（I）所示的结构：式（I）。2.一种如权利要求1所述的荧光探针的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）溴丙胺盐与三苯基膦在乙腈中加热搅拌回流，得到化合物1：；（2）4-溴-1,8-萘二甲酸酐与β-氨基丙酸在乙醇中加热回流，得化合物2：；（3）化合物2与化合物1在二氯甲烷中，在失水剂与催化剂存在下生成化合物3：；（4）水合肼与化合物3在乙醇中加热搅拌回流，生成化合物溴化N-(2-甲酰胺基乙基-N-(3-三苯基磷基丙基))-4-肼基-1,8-萘二甲酰亚胺盐...
【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，唐永和，徐安，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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