一种化合物、其制备方法及作为荧光探针的应用技术

本申请公开了一种化合物I，其制备方法及作为荧光探针的应用。该化合物I具有近红外激发/发射，其中激发波长范围为500nm‑750nm，以最大吸收波长670nm激发，发射波长为700‑810nm；此外，该化合物I还对PGP‑1酶具有超高灵敏度响应，在λex/em＝670/700nm情况下对PGP‑1酶的检测限为0.18ng/mL。该化合物I用作荧光探针，首次实现了PGP‑1在体内的检测和荧光成像，可以实现体外、细胞和体内PGP‑1的检测及荧光成像，并且可以对所有有炎性反应和癌变的细胞和组织进行检测分析和成像。

A compound, its preparation method and its application as a fluorescent probe

The present application discloses a compound I, its preparation method and its application as a fluorescent probe. Compound I has near-infrared excitation/emission, in which the excitation wavelength ranges from 500 to 750 nm, and the maximum absorption wavelength is 670 nm. The emission wavelength is 700 to 810 nm. In addition, compound I also has an ultra-high sensitivity to PGP_1. The detection limit of PGP_1 is 0.18ng/mL when lambda ex/em=670/700 nm. Compound I was used as a fluorescent probe to detect and image PGP_1 in vivo for the first time. It can detect and image PGP_1 in vitro, in cells and in vivo. It can also detect and analyze all cells and tissues with inflammatory reaction and canceration.

【技术实现步骤摘要】
一种化合物、其制备方法及作为荧光探针的应用
本申请涉及一种化合物、其制备方法及作为荧光探针的应用，属于荧光探针领域。
技术介绍
天然存在的或人工合成的多肽和蛋白质末端封端基团大多是以乙酰基、甲酰基、焦谷氨酰基(pGlu)这三类封端含N末端的基团。其中以焦谷氨酰基封端的激素、多肽、蛋白质，直至目前，研究发现在生物体内或体外降解过程中只能通过焦谷氨酸氨基肽酶进行酶促解。自1968年Doolittle和Armentrout第一次报道焦谷氨酸氨基肽酶1(英文Pyroglutamylpeptidase1，简写为PGP-1)以来，科研人员对焦谷氨酸氨基肽酶的结构和功能进行了深入、细致的研究，发现其在神经信号通路的调节、传输以及机体的代谢调节中起着非常重要且最基础的作用。目前在生物体内发现的焦谷氨酸氨基肽酶有三种：焦谷氨酸氨基肽酶1、焦谷氨酸氨基肽酶2以及存在于血清中的焦谷氨酸氨基肽酶3。其中，存在于血清中的焦谷氨酸氨基肽酶3表现出了与焦谷氨酸氨基肽酶2非常相似的特性，即高度的底物专一性：只对促甲状腺素释放激素(TRH)、及与其结构非常类似的促黄体素释放激素(LHRH)等极少数三肽激素进行酶促解。相比于焦谷氨酸氨基肽酶2和血清中焦谷氨酸氨基肽酶3严苛的底物专一性，焦谷氨酸氨基肽酶1表现出了广泛的底物专一性。除了端基为Glu-Pro结构的多肽和蛋白质，焦谷氨酸氨基肽酶1对其他所有含有Glu封端的二肽、多肽及蛋白质均可以进行酶解反应。值得一提的是，绝大多数的免疫球蛋白类的蛋白质是以谷氨酰胺封端的，封端的谷氨酰胺在刺激下往往又会通过环化反应形成以焦谷氨酸封端的蛋白质。因此设计一种对焦谷氨酸氨基肽酶1高灵敏度响应、且具有优异的选择性的探针，对于生物体信号通路、机体代谢、免疫反应及病变的研究，将会是一件非常重要且有意义的工作。目前，虽然很多的科研工作者对三种类型的焦谷氨酸氨基肽酶的分布、结构和功能进行了大量的深入研究，但是在对焦谷氨酸氨基肽酶响应的探针设计方面所做的研究工作却很少。目前仅有两种可用于检测焦谷氨酸氨基肽酶1的探针，已商品化的L-焦谷氨酸-7胺基-4-甲基香豆素(CAS:66642-36-2,λex/em＝340/440nm,检测限14.6ng/mL)；还有就是基于甲酚紫合成的PGP-1酶响应探针(λex/em＝585/625nm,检测限5.6ng/mL,Chem.Sci.,2016,7,4694)。由这两种探针的激发/发射波长及检测限可以看出，这两种探针在酶的分析和检测方面存在很大不足，尤其是商品化的探针，其激发波长在紫外区，这对于细胞和生物体的检测是非常不利的，而且其较高的检测限也不利于低含量PGP-1的检测。除此之外，紫外和可见光的激发对生物体的穿透深度很有限，无法实现生物体内PGP-1的检测和成像。到目前为止，能用于生物体内PGP-1的检测和成像的探针还未见报道。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种化合物I，该化合物I具有近红外激发/发射，其中激发波长或吸收波长范围为500nm-750nm，以最大吸收波长670nm激发，发射波长为700-810nm；此外，该化合物I还对PGP-1酶具有超高灵敏度响应，在λex/em＝670/700nm情况下对PGP-1酶的检测限为0.18ng/mL。所述化合物I包括有机阳离子和无机阴离子；所述有机阳离子选自具有式I所示化学式的阳离子中的至少一种；式I中，R101、R102、R103、R104、R106、R107、R108、R109、R110、R111、R112、R113、R114、R115、R116、R117、R118、R119独立地选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；R105选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基。所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种。可选择地，所述无机阴离子选自一价无机阴离子中的至少一种。优选地，所述无机阴离子选自氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子中的至少一种。优选地，所述式I中，R101、R102、R103、R104、R106、R107、R108、R109、R110、R111、R112、R113、R114、R115、R116、R117是氢；R105、R118、R119独立地选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种。进一步优选地，所述式I中，R101、R102、R103、R104、R106、R107、R108、R109、R110、R111、R112、R113、R114、R115、R116、R117是氢；R105是丙基；R118和R119是甲基。即，化合物I中的有机阳离子的结构式如式V所示，其化学式为：C34H37N2O3+；英文名称为：3,3-Dimethyl-2-(2-{6-[2-oxo-2-(5-oxo-pyrrolidin-2-yl)-ethyl]-2,3-dihydro-1H-xanthen-s-yl}-vinyl)-1-propyl-3H-indolium；作为一种实施方式，所述化合物I的激发波长或吸收波长范围是500nm～750nm。作为一种实施方式，所述化合物I的发射波长范围是700nm～810nm。根据本申请的又一方面，提供了所述化合物I的制备方法，包括如下步骤：a)向含有化合物II和化合物III的溶液中加入碱性活化剂活化后，经水洗、干燥，得到混合物A；所述化合物II选自具有式II所示化学式的化合物中的至少一种：式II中，R201、R202、R203、R204、R206、R207、R208、R209、R210、R211、R212、R213、R215、R216、R217、R218、R219、R220、R221、R222、R223、R224独立地选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；R205、R214独立地选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种；X1、X2独立地选自F、Cl、Br、I；所述化合物III选自具有式III所示化学式的化合物中的至少一种：式III中，R301、R302、R303、R304独立地选自氢、C1～C5的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种；b)向混合物A中加入催化剂，在非活性气氛中，于60～80℃下反应后，经水洗、干燥，得到混合物B；c)采用有机碱和/或无机碱的方法活化化合物IV，得到活化后的化合物IV；所述化合物IV选自具有式IV所示化学式的化合物中的至少一种：式IV中，R401、R402、R403、R404、R408独立地选自氢、C1～C20的烷烃基；R405、R406、R407独立地选自C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物I，其特征在于，所述化合物I包括有机阳离子和无机阴离子；所述有机阳离子选自具有式I所示化学式的阳离子中的至少一种；

【技术特征摘要】
1.一种化合物I，其特征在于，所述化合物I包括有机阳离子和无机阴离子；所述有机阳离子选自具有式I所示化学式的阳离子中的至少一种；式I中，R101、R102、R103、R104、R106、R107、R108、R109、R110、R111、R112、R113、R114、R115、R116、R117、R118、R119独立地选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；R105选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种。2.根据权利要求1所述的化合物I，其特征在于，所述式I中，R101、R102、R103、R104、R106、R107、R108、R109、R110、R111、R112、R113、R114、R115、R116、R117是氢；R105、R118、R119独立地选自氢、C1～C20烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种。3.根据权利要求2所述的化合物I，其特征在于，所述化合物I的激发波长或吸收波长范围是500nm～750nm；优选地，所述化合物I的发射波长范围是700nm～810nm。4.权利要求1至3任一项所述化合物I的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)向含有化合物II和化合物III的溶液中加入碱性活化剂活化后，经水洗、干燥，得到混合物A；所述化合物II选自具有式II所示化学式的化合物中的至少一种：式II中，R201、R202、R203、R204、R206、R207、R208、R209、R210、R211、R212、R213、R215、R216、R217、R218、R219、R220、R221、R222、R223、R224独立地选自氢、C1～C20的烷烃基；R205、R214独立地选自氢、C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种；X1、X2独立地选自F、Cl、Br、I；所述化合物III选自具有式III所示化学式的化合物中的至少一种：式III中，R301、R302、R303、R304独立地选自氢、C1～C5的烷烃基、C1～C5含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种；b)向混合物A中加入催化剂，在非活性气氛中，于60～80℃下反应后，经水洗、干燥，得到混合物B；c)采用有机碱和/或无机碱活化剂活化化合物IV，得到活化后的化合物IV；所述化合物IV选自具有式IV所示化学式的化合物中的至少一种：式IV中，R401、R402、R403、R404、R408独立地选自氢、C1～C20的烷烃基；R405、R406、R407、独立地选自C1～C20的烷烃基、C1～C20含有取代基的烷烃基；所述含有取代基的烷烃基中含有至少一个取代基；所述取代基选自羧基、氨基、巯基、酯基、酰胺基中的至少一种；d)将活化后的化合物IV与混合物B混合后，于-10℃～80℃下反应0.01h～24h，经水洗、干燥，得到混合物C；e)将酸性试剂加入混合物C中进行脱羧反应，反应完全后，经干燥、提纯后，即得所述化合物I...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱国，邹瑞芬，龚秋雨，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33