一种近红外葡萄糖荧光探针及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种近红外葡萄糖荧光探针，结构式如下[Glu‑1‑O‑DSCN(左)、Glu‑3‑O‑DSCN(中)和Glu‑2‑N‑DSCN(右)]：

A near infrared fluorescence probe for glucose and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种近红外葡萄糖荧光探针及其制备方法
本专利技术属于葡萄糖荧光探针领域，尤其涉及一种近红外葡萄糖荧光探针及其制备方法。
技术介绍
当前，恶性肿瘤已经成为人类的头号杀手。世界卫生组织2017年公布的数据表明每年大概有880万人死于各种癌症。现代临床研究表明，虽然中期及晚期的癌症治疗还未能找到根治的方法，但早期的肿瘤不扩散，如果在早期进行有效诊断和切除，患者的生存几率将大大提高，因此，癌症肿瘤的早期诊断得到了越来越多的关注。生物探针相关的成像技术是肿瘤组织早期诊断的最有效方法。相对于3H、18F和14C放射性同位素标记，荧光探针具有生物毒性低、仪器简单和成像分辨率高等优点，特别是发展具有高信噪比和穿透性的探针一直是该领域的核心任务，处于该领域的研究前沿。由于近红外光(600-900nm)可以避开体内水、有氧及无氧血红蛋白等的吸收，使得近红外光具有穿透渗透大(可达到十几厘米)，对生物体造成的光损伤小，较高的时空分辨率等优势，在生物医学研究领域有着极大的应用。目前生物探针主要由识别基团和发光基团两部分组成。识别基团：目前用于生物识别的识别基团有多肽、离子和糖类。由于多肽的特异性设计和合成均存在较大困难，离子类识别基团的特异性较差，糖类识别基团受到越来越广泛的重视。葡萄糖是哺乳动物最主要的能量载体，葡萄糖的摄取和代谢与包括癌症在内的多种疾病息息相关，因此，葡萄糖是用于细胞染色、细胞器定位、肿瘤组织诊断的理想识别基团。目前，基于葡萄探针的合成多利用葡萄糖2位、6位羟基作为连接点，引入荧光基团，但是2位和6位羟基被取代后，会对葡萄糖单元的摄取和代谢存在较大的影响，如6位取代的葡萄糖探针的摄取速率较慢，2位取代的葡萄糖探针往往需要在细胞饥饿的条件下使用。发光基团：目前染料分子荧光发射行为和其化学结构的定量关系仍难以定量化，所以很难针对性合成近红外探针。因此现有的近红外荧光探针种类很少，大部分是菁染料，含四吡咯基团的近红外染料、噻嗪类近红外荧光染料等。在应用过程中，现有探针分子存在较大不足，a)Stoke位移普遍较小(<50nm)，因为激发光谱和发射光谱存在较大重叠，所以部分发射光会被自身吸收而导致荧光强度降低，从而导致该发光基团容易发生自猝灭，并且由于激发光谱和发射光谱较接近，容易对荧光检测狭缝引起光散射干扰，导致较大测量误差；b)光稳定性较差，目前近红外探针分子多包含长共轭双键结构，该结构在光照过程中易发生氧化等化学反应，导致其光稳定性较差，现有探针材料中的荧光基团易发生光漂白现象，难以完成长时间的成像，并造成发光强度与其浓度之间定量关系的偏差。为了解决现有发光基团的Stokes位移较小和抗光漂白性较差引起的测定误差较大和信噪比较低的不足，需要在仪器设计过程中采用高精度滤光片提高其成像效率。虽然目前识别基团和发光基团的设计已经取得较大的进展，但具有高识别性能、大Stokes位移和高度光稳定性的探针分子还很少，应用过程受到较大的限制，因此开发更高效的红光和近红外荧光发射、生物相容性好、Stokes位移大和抗光漂白性能的探针分子一直是该领域的核心和前沿，相关工作对细胞成像、葡萄糖示踪、肿瘤早期诊断和手术导航均有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种近红外葡萄糖荧光探针及其制备方法，通过合适的合成路线，实现将荧光基团引入到1位羟基上，采用具有电子给体-受体结构(D-A)共轭基团DCSN作为荧光基团；以克服目前识别基团通过2位和6位取代制备的葡萄糖探针的不足、发光基团的Stokes位移较小和抗光漂白性较差引起的测定误差较大和信噪比较低的不足。一种近红外葡萄糖荧光探针，Glu-1-O-DCSN、DG-2-N-DSCN、Glu-3-O-DSCN结构式分别如下：本专利技术引入葡萄糖基团，提高了近红外荧光探针的水溶性，使其生物相容性有了很大的提高，可作为具有较好生物体内代谢性质的示踪材料，并作为肿瘤检测的成像剂。在葡萄糖1位羟基上引入具有近红外荧光发射(穿透性强)、光稳定性好、荧光效率高和Stokes位移大(高信噪比)的荧光基团DCSN。DCSN具有近红外发射(在水中发射波长为680nm)，具有良好的穿透性和光稳定性。上述近红外葡萄糖荧光探针Glu-1-O-DCSN的制备方法，主要包括以下步骤：(1)通过丙二腈与3,5,5-三甲基-2-环已烯-1-酮合成中间体1；(2)通过溴代葡萄糖酯与4-(二乙氨基)水杨醛的脱溴反应合成中间体2；(3)将中间体1和中间体2按照摩尔比为1:1偶联反应制备中间体3；(4)将中间体3经过水解反应得到所述近红外葡萄糖荧光探针。优选的，步骤(1)所述通过丙二腈与3,5,5-三甲基-2-环已烯-1-酮合成中间体1主要包括：将丙二腈溶解在乙醇中，加入3,5,5-三甲基-2-环已烯-1-酮，室温下搅拌5-10分钟，然后加入哌啶，在75-85℃下加热搅拌、回流10-20小时；反应结束后冷却到室温，加去离子水，得到合成中间体1。优选的，步骤(2)所述通过溴代葡萄糖酯与4-(二乙氨基)水杨醛的脱溴反应合成中间体2主要包括：溴代葡萄糖苷溶解在的二氯甲烷、再加4-(二乙氨基)水杨醛，室温下搅拌2-5分钟后，加入四丁基溴化铵、5％氢氧化钠水溶液，室温下反应2-3小时，反应结束后用氯仿萃取，收集有机层，用饱和氯化钠溶液清洗有机层后，用硫酸钠干燥有机层，经硅胶柱层析纯化得到中间体2。优选的，步骤(3)所述将中间体1和中间体2偶联反应制备中间体3主要包括：将中间体1和中间体2溶解在无水乙醇，加热至75-85℃，再加醋酸铵，持续加热至反应混合物变为紫红色液体，再加热10-15小时，反应结束后，经硅胶柱层析纯化得到中间体3。优选的，步骤(4)所述将中间体3经过水解反应得到所述近红外葡萄糖荧光探针主要包括：将步骤(3)中的中间体3溶解在甲醇，室温下搅拌，再加入氢氧化钾，持续搅拌2-3小时，反应结束后用醋酸中和，旋转蒸发除去甲醇后，往混合反应物加入去离子水，最后过滤并干燥。通过开发相匹配的生物成像技术和条件，本专利技术的探针分子Glu-1-O-DCSN可用于HeLa、KYSE150和NE1等细胞的成像、线粒体定位和人或者动物体内的葡萄糖示踪、肿瘤标记和早期诊断。本专利技术的探针分子表现出了良好的生物相容性、强穿透性和高信噪比，实现了细胞染色、线粒体精确识别和定位、肿瘤组织长时间靶向标记，并且通过尾静脉注射对肿瘤组织进行了有效识别。上近红外葡萄糖荧光探针Glu-3-O-DSCN的制备方法，主要包括以下步骤：(1)制备化合物(5-二乙基氨基-2-甲酰基-苯氧基)丁酸乙酯；(2)将步骤(1)所得化合物进一步反应得到(5-二乙基氨基-2-甲酰基-苯氧基)丁酸；(3)制备化合物二丙酮-D-葡萄糖；(4)往装有DCM的容器中加入二环己基碳二亚胺、二甲基氨基吡啶、步骤(3)所得二丙酮-D-葡萄糖，室温下搅拌，再逐滴加入溶有步骤(2)所得(5-二乙基氨基-2-甲酰基-苯氧基)丁酸的二氯甲烷溶液，继本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外葡萄糖荧光探针，其特征在于，结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种近红外葡萄糖荧光探针，其特征在于，结构式如下：





2.根据权利要求1所述近红外葡萄糖荧光探针的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)通过丙二腈与3,5,5-三甲基-2-环已烯-1-酮合成中间体1；
(2)通过溴代葡萄糖酯与4-(二乙氨基)水杨醛的脱溴反应合成中间体2；
(3)将中间体1和中间体2按照摩尔比为1:1偶联反应制备中间体3；
(4)将中间体3经过水解反应得到所述近红外葡萄糖荧光探针。


3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述通过丙二腈与3,5,5-三甲基-2-环已烯-1-酮合成中间体1主要包括：将丙二腈溶解在乙醇中，加入3,5,5-三甲基-2-环已烯-1-酮，室温下搅拌5-10分钟，然后加入哌啶，在75-85℃下加热搅拌、回流10-20小时；反应结束后冷却到室温，加去离子水，得到合成中间体1。


4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所述通过溴代葡萄糖酯与4-(二乙氨基)水杨醛的脱溴反应合成中间体2主要包括：溴代葡萄糖苷溶解在的二氯甲烷、再加4-(二乙氨基)水杨醛，室温下搅拌2-5分钟后，加入四丁基溴化铵、5％氢氧化钠水溶液，室温下反应2-3小时，反应结束后用氯仿萃取，收集有机层，用饱和氯化钠溶液清洗有机层后，用硫酸钠干燥有机层，经硅胶柱层析纯化得到中间体2。


5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述将中间体1和中间体2偶联反应制备中间体3主要包括：将中间体1和中间体2溶解在无水乙醇，加热至75-85℃，再加醋酸铵，持续加热至反应混合物变为紫红色液体，再加热10-15小时，反应结束后，经硅胶柱层析纯化得到中间体3。


6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(4)所述将中间体3经过水解反应得到所述近红外葡萄糖荧光探针主要包括：将步骤(3)中的中间体3溶解在甲醇，室温下搅拌，再加入氢氧化钾，持续搅拌2-3小时，反应结束后用醋酸中和，旋转蒸发除去甲醇后，往混合反应物加入去离子水，最后过滤并干燥。


7.根据权利要求1所述近红外葡萄糖荧光探针的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)制备化合物(5-二乙基氨基-2-甲酰基-苯氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张和凤，李恩民，许丽艳，程银伟，
申请(专利权)人：汕头大学，汕头大学医学院，
类型：发明
国别省市：广东;44