双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，具有如式II所示的化学结构。上述的配合物毒性小、生物相容性高，适于与核酸、肽或蛋白等生物分子共价结合，形成荧光量子率高、荧光寿命长、检测限低的荧光探针分子，适于细胞、组织或者活体中的生物分子检测，在生物医药领域中具有广泛的应用前景。本发明专利技术公开了上述配合物的合成方法，为配合物的合成提供了多种选择途径，合成路径简单易行，制得的配合物产率高，适于配合物的大规模生产制备。

Metal complexes of double calix [4] arene derivatives and their synthetic methods and Applications

The invention discloses a metal complex of a double calix [4] arene derivative, which has the chemical structure shown in formula II. These complexes have small toxicity and high biocompatibility, and are suitable to covalently combine with nucleic acid, peptide or protein and other biomolecules to form fluorescent probe molecules with high fluorescence quantum rate, long fluorescence lifetime and low detection limit. It is suitable for biomolecular detection in cell, tissue or living body. It is widely used in the field of biological medicine. Prospects. The invention discloses the synthesis method of the complex, and provides a variety of choice Ways for the synthesis of the complex, and the synthetic path is simple and easy to make, and the yield of the compound is high, so it is suitable for large-scale production and preparation of the complex.

【技术实现步骤摘要】
双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物及其合成方法和应用
本专利技术属于医学生物检测
，具体涉及一种双杯[4]芳烃衍生物及其金属配合物、合成方法和应用。
技术介绍
分子识别是主体(受体)对客体(底物)选择性结合并产生特定功能的过程。识别过程可能引起体系的磁性、电学、光学性质及构象的变化，从而导致化学信息的存储、传递以及处理。因此，分子识别在信息处理传递、分子及超分子器件制备过程中起着重要作用。利用主客体分子的结合引起磁性或者荧光性能的改变进行分子识别是目前主要的研究方向，在离子的萃取分离、生物分析、环境工程、材料科学和医药等多领域有着广泛的应用。其中，荧光标记分析是分子识别的一个关键领域，荧光探针建立在分子识别和荧光技术的基础上，是一类能将分子识别过程通过荧光信号有效表达的分子，它广泛应用于阳离子、阴离子和中性分子等多种目标物质的荧光识别检测。荧光探针分子通常由识别基团和荧光基团两部分组成，识别基团决定对不同客体的选择性，通过选择性结合，实现分子的识别并得到分子的信息；随之通过相荧光基团的荧光信号传导机制将分子结合信息转换为易于检测的荧光信号，从而实现在分子水平上的原位实时检测。为了进一步提高分子识别中主体与客体分子的结合稳定性、选择性，寻找新的分子识别的主体分子成为研究的热点。杯芳烃(calixarenes)作为一类新型大环化合物，是由苯酚单元通过亚甲基连接起来的一类环状低聚物，因其由芳环编织成的外形酷似希腊圣杯，故命名为杯芳烃。杯芳烃具有合成原料价廉易得，在溶剂中构象可变，具有独特的空间结构、空腔大小可调节，与阳离子、阴离子和中性分子均能形成主客体包结物等优点；可以借助于氢键、静电作用、分子作用力、π堆积等非共价键作用来识别客体分子，因此，杯芳烃被看作超分子化学中继冠醚和环糊精之后的更具发展潜力的“第三代主体分子”。Talanova等人报道了基于杯[4]芳烃衍生物的Hg2+化学传感器。其中，杯[4]芳烃衍生物是将萘磺酰胺的衍生物修饰在杯[4]芳烃上得到，其分子结构如下所示：该杯[4]芳烃衍生物的氯仿溶液在520nm处有强的荧光，加入Hg2+后,杯[4]芳烃衍生物选择性识别Hg2+，并发生从磺酰胺基团向Hg2+的电子转移，使其荧光强度大为减小，实现光学检测。但上述的杯[4]芳烃衍生物选择性结合Hg2+，基于荧光淬灭原理成像，在荧光检测时存在背景信号大、灵敏度较低等缺点，不适于标记核酸或蛋白等生物分子用于生物样品的检测，限制了其在生物医学领域中的应用。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是现有技术中的杯[4]芳烃衍生物结合金属离子在荧光检测时存在灵敏度较低、不适于标记生物分子的缺陷，从而提供一种灵敏度较高，适于生物分子标记的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物。为此，本专利技术提供了一种双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，具有如式II所示的结构：其中，M为稀土金属离子；R1～R8分别独立地选自-H、-NH2、-COOH、-CH2COOH、-CONH(CH2)XNH2、-CONH2、-SH、-CH2SH、-SO3H、-SO3R、-NHCO(CH2)XCOOH、-NO2、-CH2PO(OH)2、R为碱金属或苯，R1～R8不同时为-H，X为0～3的整数；A选自-(CH2-CH2)n-、-(CH2OCH2)n-、-CONH(CH2)nNHCO-和n为1～3的整数。优选地，上述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，所述稀土金属为铽或铕。进一步优选地，上述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，所述双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物选自II-1～II-51任一所示的化学结构：本专利技术提供了一种上述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物的合成方法，包括以下步骤：(1)合成式E所示的杯[4]芳烃类化合物和式E’所示的杯[4]芳烃类化合物；式E’所示的杯[4]芳烃类化合物经缩合反应，引入-O-A-基团，得到式F’所示的中间体；其中，R1’～R8’分别独立地选自-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO、-SO3R、-H、-NH2、-CONH(CH2)XNH2、-CONH2、-SH、-CH2SH、-NO2、-CH2PO(OH)2、R为碱金属或苯，X为0～3的整数，R1’～R8’不同时为-H；TsO-为对甲苯磺酸基；(2)将式F’所示的中间体溶于第一有机溶剂，加入对甲基苯磺酰氯，在0～4℃下反应，反应结束后将反应溶液倒入酸中，析出沉淀，即为式F所示的杯[4]芳烃类化合物；(3)将式E所示的杯[4]芳烃类化合物与碱金属盐溶于第二有机溶剂，混匀后加入F所示的杯[4]芳烃类化合物，在75～80℃下回流反应，然后将所述第二有机溶剂更换为第三有机溶剂，继续回流反应，反应结束后过滤，析出滤液中的晶体；(4)当R1’～R8’不包括-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO和-SO3R时，步骤(3)中制得的晶体即为式I所示的双杯[4]芳烃衍生物；当R1’～R8’中包括至少一个-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO和/或-SO3R时，步骤(3)中制得的晶体为式I’所示的中间体，将式I’所示的中间体经过氧化和/或水解后，制得式I所示的双杯[4]芳烃衍生物；(5)在惰性气体环境下，将稀土金属盐与脱水脱氧处理的第四有机溶剂混合后在75～80℃下回流，然后加入式I所示的双杯[4]芳烃衍生物，继续回流反应，反应结束后冷却反应产物，过滤，分离得到式II所示的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物；合成路线如下所示：本专利技术提供了一种上述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物的合成方法，包括以下步骤：S1.合成式E所示的杯[4]芳烃类化合物和式E’所示的杯[4]芳烃类化合物；其中，R1’～R8’分别独立地选自-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO、-SO3R、-H、-NH2、-CONH(CH2)XNH2、-CONH2、-SH、-CH2SH、-NO2、-CH2PO(OH)2、R为碱金属或苯，X为0～3的整数，R1’～R8’不同时为-H；S2.将式E所示的杯[4]芳烃类化合物、式E’所示的杯[4]芳烃类化合物和碱金属盐混匀，溶于第五有机溶剂，继续加入化合物TsO-A-OsT，在惰性气体保护下，在110-125℃下回流反应，反应结束后冷却反应溶液，柱分离得到反应产物；其中，TsO-为对甲苯磺酸基；S3.当R1’～R8’不包括-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO和-SO3R时，步骤S2中制得的反应产物为式I所示的中间体；当R1’～R8’中包括至少一个-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO和/或-SO3R时，步骤S2中制得的反应产物为式I’所示的中间体，将式I’所示的中间体经过氧化和/或水解后，制得式I所示的双杯[4]芳烃衍生物；S4.在惰性气体环境下，将稀土金属盐与脱水脱氧处理的第四有机溶剂混合后在75～80℃下回流，然后加入式I所示的双杯[4]芳烃衍生物，继续回流反应，反应结束后冷却反应产物，过滤，分离得到式II所示的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物；合成路线如下所示：优选地，上述的合成方法，所述第一有机溶剂为吡啶，所述第二有机溶剂为乙腈，所述第三有机溶剂为乙醇和水以1:1的体积比的混合溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，其特征在于，具有如式II所示的结构：

【技术特征摘要】
1.一种双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，其特征在于，具有如式II所示的结构：其中，M为稀土金属离子；R1～R8分别独立地选自-H、-NH2、-COOH、-CH2COOH、-CONH(CH2)XNH2、-CONH2、-SH、-CH2SH、-SO3H、-SO3R、-NHCO(CH2)XCOOH、-NO2、-CH2PO(OH)2、R为碱金属或苯，R1～R8不同时为-H，X为0～3的整数；A选自-(CH2-CH2)n-、-(CH2OCH2)n-、-CONH(CH2)nNHCO-和n为1～3的整数。2.根据权利要求1所述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，其特征在于，所述稀土金属为铽或铕。3.根据权利要求2所述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物，其特征在于，所述双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物选自下述结构：4.一种权利要求1所述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合成式E所示的杯[4]芳烃类化合物和式E’所示的杯[4]芳烃类化合物；式E’所示的杯[4]芳烃类化合物经缩合反应，引入-O-A-基团，得到式F’所示的中间体；其中，R1’～R8’分别独立地选自-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO、-SO3R、-H、-NH2、-CONH(CH2)XNH2、-CONH2、-SH、-CH2SH、-NO2、-CH2PO(OH)2、R为碱金属或苯，X为0～3的整数，R1’～R8’不同时为-H；TsO-为对甲苯磺酸基；(2)将式F’所示的中间体溶于第一有机溶剂，加入对甲基苯磺酰氯，在0～4℃下反应，反应结束后将反应溶液倒入酸中，析出沉淀，即为式F所示的杯[4]芳烃类化合物；(3)将式E所示的杯[4]芳烃类化合物与碱金属盐溶于第二有机溶剂，混匀后加入F所示的杯[4]芳烃类化合物，在75～80℃下回流反应，然后将所述第二有机溶剂更换为第三有机溶剂，继续回流反应，反应结束后过滤，析出滤液中的晶体；(4)当R1’～R8’不包括-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO和-SO3R时，步骤(3)中制得的晶体即为式I所示的双杯[4]芳烃衍生物；当R1’～R8’中包括至少一个-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO和/或-SO3R时，步骤(3)中制得的晶体为式I’所示的中间体，将式I’所示的中间体经过氧化和/或水解后，制得式I所示的双杯[4]芳烃衍生物；(5)在惰性气体环境下，将稀土金属盐与脱水脱氧处理的第四有机溶剂混合后在75～80℃下回流，然后加入式I所示的双杯[4]芳烃衍生物，继续回流反应，反应结束后冷却反应产物，过滤，分离得到式II所示的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物；合成路线如下所示：5.一种权利要求1所述的双杯[4]芳烃衍生物的金属配合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.合成式E所示的杯[4]芳烃类化合物和式E’所示的杯[4]芳烃类化合物；其中，R1’～R8’分别独立地选自-CHO、-CH2CHO、-NHCO(CH2)XCHO、-SO3R、-H、-NH...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元忠，唐玉国，刘涛，董文飞，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32