一类基于荧光“双响应”机制的一氧化氮的探针及其合成和应用制造技术

本发明专利技术公开了一类基于“双响应”机制一氧化氮荧光探针的分子设计及制备方法，其结构可由通式(Ⅰ)表示。其中Spacer表示单键、炔键、噻吩或取代芳基单元；Ar表示芳基、取代芳基、杂环芳基或取代芳基胺中的一种，其中取代基可以是亲水的醚链、磺酸基或季铵盐等中的一种。本发明专利技术的探针分子合成的关键步骤可通过Suzuki偶联或C‑H活化偶联等反应实现。本发明专利技术的探针分子具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、膜透性好、背景噪音低、可直接观察、荧光和紫外可见光谱双波段响应等优点，是一类全新的传感检测平台，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机光化学
，尤其涉及一类基于荧光“双响应”机制的探针分子材料，具体来说是一类由邻位芳香胺和其他共轭单元经不同桥联单元耦合的推-拉电子型共轭半导体有机分子材料，其实现了对一氧化氮分子双重信号响应的检测和荧光成像应用。
技术介绍
传感技术是现代科技的前沿技术，许多国家已经将传感技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置，成为信息技术的三大支柱之一。所谓传感技术，是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量掌握所采取的一系列技术措施，而传感器就是完成相应传感功能的器件活装置。传感器大致分为三种：(一)物理传感器(二)化学传感器(三)生物传感器。荧光探针是化学传感
在上个世纪八十年代的一项重大发现，目前已有愈来愈多的荧光探针应用于分子水平上进行实时监测。荧光检测技术由于灵敏度高、操作简便、可视性强，且对细胞、生物体的损伤小，成为了用于临床分析、环境监测、生物分析及生命科学等领域不可缺少的检测工具。一氧化氮(NO)在心血管系统、神经系统及免疫功能调节中起着重要的作用，是细胞间和细胞内信息传递的重要调节因子，广泛参与调节生物体内的生理和病理机制。近几年来，许多与一氧化氮(NO)相关的疾病已被报道。由于一氧化氮(NO)的关键生物学作用，所以对于一氧化氮(NO)的研究已经迫在眉睫。因为信息传递在人的生理运转和疾病机理中有着重要的作用，所以对于活性氮化合物(RNS)的研究，尤其是一氧化氮(NO)的研究成为了一个热门的领域。人们在研究过程中所遇到的问题主要集中在缺乏必要的工具对信息传递过程进行的实时跟踪。荧光检测技术的应用，特别是在结合了微观成像技术后，荧光成像技术的运用对研究对象进行实时的分析与跟踪进入了一个全新的领域。现有的一氧化氮(NO)探针是基于邻位二胺结构的，但是，通常基于邻位二胺的NO探针往往通过直接利用探针分子本身荧光光谱发射强度变化进行分析检测，这样的方法会受限于探针本身的背景荧光干扰，导致检测灵敏度低。此外，传统基于邻苯二胺取代基的NO探针由于本身背景干扰的缘故，很少能在细胞成像中做半定量、定量检测。因此，专利技术和设计一种具有高灵敏度的、可用于定量或半定量检测的一氧化氮(NO)探针是生物监测领域亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在上述技术问题，本专利技术提供一种基于荧光“双响应”机制的一氧化氮的探针分子及其制备方法和应用，所述探针分子拟采用构筑基于共轭电子给体单元和受体单元、具有推-拉电子效应并含有与以往NO检测类似的邻位二胺单元的新型探针分子。所述探针分子具有灵敏度高、选择性好的探针分子材料，同时，还具备了响应时间短、膜透性好、背景噪音低、可直接观察等优点。本专利技术采用的技术方案如下所述：本专利技术提供一种基于荧光“双响应”机制的一氧化氮的探针分子材料，所述探针分子材料具有下述通式(Ⅰ)所示结构：其中，Spacer为炔键、噻吩或取代芳基；Ar为芳基、取代芳基、杂环芳基或取代杂环芳基，其中，所述取代基是醚链、烷基链、磺酸基或季铵盐阳离子中的一种。进一步的，在式(Ⅰ)通式中，上述芳基或取代芳基是未取代或取代的苯、联苯、萘、苊、蒽、菲、芘、苝、芴中的一种；上述杂环芳基或取代杂环芳基是未取代或取代的吡啶、噻吩、咔唑、硅芴、吲哚、噻唑、苯并噻唑或芳基胺中的一种；芳基或杂环芳基的取代基可以是醚链、长度不超过6个碳原子的烷基链、磺酸基或季铵盐阳离子中的一种或多种，取代基个数为1-4个。该探针分子在与NO发生作用时，会导致邻位二胺由强给电子特性转为弱吸电子特性，从而深度影响共轭体系的电子云分布，从而导致不仅荧光强度变化，而且荧光发射峰波长同样改变的双响应特性。上述探针分子材料，在传统的基于邻位二胺结构的探针分子结构中引入了共轭结构，形成了一类由邻位芳香胺和其他共轭单元经不同桥联单元耦合的推-拉电子型共轭半导体有机分子材料。其中，邻苯二胺基团与一氧化氮相互作用发生关环反应，引起荧光光谱的变化从而实现对一氧化氮检测；同时，这种邻位二胺单元与一氧化氮的选择性反应能对共轭分子推-拉电子效应产生影响，共轭分子的紫外吸收光谱和荧光光谱在短波和长波区域的峰值发生变化，从而可通过比率法定量或半定量检测一氧化氮，实现对一氧化氮分子双重信号响应的检测和荧光成像应用。本专利技术还提供上述探针分子材料的制备方法，首先是由4位和7位被卤素取代的苯并噻二唑A通过取代反应或偶联反应制得4位和7位被炔键、噻吩或取代芳基取代的苯并噻二唑B，然后是苯并噻二唑B与卤代芳香化合物反应得到炔键、噻吩或取代芳基上与Ar相连接的苯并噻二唑C，最后是苯并噻二唑C在硼氢化钠和六水合氯化钴的作用下制得具有苯二胺结构的探针分子材料D。或者首先制备具有炔键、噻吩或取代芳基结构与Ar相连接结构的化合物，然后将该化合物与4位和7位被卤素取代的苯并噻二唑A通过取代反应或偶联反应制得苯并噻二唑C，最后是苯并噻二唑C在硼氢化钠和六水合氯化钴的作用下制得具有苯二胺结构的探针分子材料D。根据探针分子结构的不同，在制备时稍有不同，下面分别举例说明。对于间隔段为噻吩结构的探针分子材料即Spacer为噻吩的探针分子材料，这类材料的制备方法的合成路线如“制备方法(一)”所示，该方法具体包括以下步骤：i)在碱水溶液条件下，卤代苯并噻二唑与噻吩硼酸在钯催化剂作用下，于有机溶剂中反应2-8h，得到如式(2)所示的4,7-二噻吩苯并噻二唑；其中，所述卤素X1为Cl、Br、I原子；所述碱可以是碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯或四丁基氢氧化铵等；所述有机溶剂可以是二氧六环、四氢呋喃、甲苯、甲基乙二醇等；所述钯催化剂是四(三苯基膦)钯、醋酸钯或二氯二三苯基膦钯等。ii)在碱性条件下，上述4,7-二噻吩苯并噻二唑和卤代芳香化合物在钯催化剂和三甲基乙酸的作用下，于有机溶剂中反应6-12h，得到一类如式(4)所示共轭分子；其中，所述卤素X2为Cl、Br、I原子；所述碱可以是碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯或四丁基氢氧化铵等；所述的有机溶剂是N.N-二甲基甲酰胺、N.N-二甲基乙酰胺或甲苯，且使用的有机溶剂须经无水无氧处理；所述钯催化剂是四(三苯基膦)钯、醋酸钯或二氯二三苯基膦钯等；反应温度为100-130℃。iii)式(4)所示共轭分子溶于有机溶剂，加入还原剂和相当于还原剂2-10％摩尔比的六水合氯化钴，搅拌反应液，得到如通式(I)所示的一类基于荧光“双响应”机制的一氧化氮的探针分子，产率最高可达90％以上。其中，步骤iii)的所述有机溶剂是甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或其混合溶液，所述还原剂为硼氢化钠、氢化铝锂等。通过上述制备方法(一)能够制得间隔段为噻吩结构的探针分子材料，其中，X1、X2为Cl、Br、I原子，Ar为芳基、取代芳基、杂环芳基或取代杂环芳基；所述的芳基或取代芳基是未取代或取代的苯、联苯、萘、苊、蒽、菲、芘、苝、芴或螺芴中的一种；所述杂环芳基或取代杂环芳基是未取代或取代的吡咯、吡啶、呋喃、噻吩、咔唑、硅芴、吲哚、噻唑、苯并二唑或苯并噻唑中的一种；所述芳基或杂环芳基的取代基可以是醚链、长度不超过6个碳原子的烷基链、磺酸基或季铵盐阳离子中的一种，取代芳基或取代杂环芳基的取代基个数为1-4个。对于间隔段为炔键结构的探针分子材料即Spacer为炔键的探针分子材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类基于“双响应”机制一氧化氮荧光探针，其特征在于具有下述式(Ⅰ)所示结构其中Spacer表示炔键、噻吩或取代芳基单元；Ar选自芳基、取代芳基、杂环芳基或取代杂环芳基，其中取代基是醚链、烷基链、磺酸基或季铵盐阳离子中的一种。

【技术特征摘要】
1.一类基于“双响应”机制一氧化氮荧光探针，其特征在于具有下述式(Ⅰ)所示结构其中Spacer表示炔键、噻吩或取代芳基单元；Ar选自芳基、取代芳基、杂环芳基或取代杂环芳基，其中取代基是醚链、烷基链、磺酸基或季铵盐阳离子中的一种。2.根据权利要求1所述的一类基于荧光“双响应”机制的一氧化氮的探针分子材料，其特征在于在式(Ⅰ)通式中，所述芳基或取代芳基是取代或未取代的苯、联苯、萘、苊、蒽、菲、芘、苝、芴中的一种；所述杂环芳基或取代杂环芳基是取代或未取代的吡啶、噻吩、咔唑、硅芴、吲哚、噻唑、苯并噻唑或芳基胺中的一种；取代芳基或取代杂环芳基的取代基个数为1-4个，其中，烷基链取代基的长度不超过6个碳原子。3.一种如权利要求1或2所述的探针分子材料的合成方法，其特征在于，所述方法的步骤为：首先是由4位和7位被卤素取代的苯并噻二唑A通过取代反应或偶联反应制得4位和7位被炔键、噻吩或取代芳基取代的苯并噻二唑B，然后是苯并噻二唑B与卤代芳香化合物反应得到炔键、噻吩或取代芳基上与Ar相连接的苯并噻二唑C，最后是苯并噻二唑C在硼氢化钠和六水合氯化钴的作用下制得具有苯二胺结构的探针分子材料D；或者首先制备具有炔键、噻吩或取代芳基结构与Ar相连接结构的化合物，然后将该化合物与4位和7位被卤素取代的苯并噻二唑A通过取代反应或偶联反应制得苯并噻二唑C，最后是苯并噻二唑C在硼氢化钠和六水合氯化钴的作用下制得具有苯二胺结构的探针分子材料D。4.根据权利要求3所述的探针分子材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括以下合成步骤：i)在碱水溶液条件下，卤代苯并噻二唑与噻吩硼酸在钯催化剂作用下，于有机溶剂中反应2-8h，得到4,7-二噻吩苯并噻二唑；ii)在碱性条件下，将4,7-二噻吩苯并噻二唑和卤代芳香化合物在钯催化剂和三甲基乙酸的作用下，于有机溶剂中反应6-12h，得到一类如式(4)所示共轭分子；iii)式(4)所示共轭分子溶于有机溶剂，加入还原剂和相当于还原剂2-10％摩尔比的六水合氯化钴，搅拌反应液，得到如通式(I)所示的一类基于荧光“双响应”机制的一氧化氮的探针分子；其中，所述卤素是Cl、Br或I原子；所述的芳基或取代芳基是取代或未取代的苯、联苯、萘、苊、蒽、菲、芘、苝、芴中的一种；杂环芳基或取代杂环芳基是取代或未取代的吡啶、噻吩、咔唑、硅芴、吲哚、噻唑、苯并噻唑中的一种；芳基或杂环芳基的取代基可以是醚链、长度不超过6个碳原子的烷基链、磺酸基或季铵盐阳离子中的一种，取代芳基或取代杂环芳基的取代基个数为1-4个。5.根据权利要求4所述的探针分子材料的合成方法，其特征在于，所述钯催化剂是四(三苯基膦)钯、醋酸钯或二氯二三苯基膦钯，所述碱是碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯或四丁基氢氧化铵等；步骤i)中所述的有机溶剂为二氧六环、四氢呋喃、甲苯或甲基乙二醇，步骤ii)中所述的有机溶剂为N，N’-二甲基甲酰胺或N，N’-二甲基乙酰胺或甲苯，且使用的有机溶剂须经无水无氧处理，反应温度为100-130℃，步骤iii)中的有机溶剂是甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或其混合溶液，所述还原剂为硼氢化钠或氢化铝锂。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄维，李清，赵保敏，李兆宁，董晓臣，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32