具有大斯托克斯位移的红色双光子荧光化合物及其合成与应用制造技术

本发明专利技术公开了具有大斯托克斯位移的红色双光子荧光化合物及其合成与应用。所述化合物的结构如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)化合物的化学名称为4

【技术实现步骤摘要】
具有大斯托克斯位移的红色双光子荧光化合物及其合成与应用


[0001]本专利技术涉及一种具有大斯托克斯位移的化合物、合成方法、以及其在制备作为活细胞中内质网靶向的红色双光子荧光成像试剂中的应用。

技术介绍

[0002]双光子吸收是指物质同时吸收两个相同或者不同的光子，通过虚拟中间态到达高能激发态的过程，属于一种三阶非线性光学效应。处在激发态的分子随后发生辐射跃迁而产生的频率上转换荧光被称为双光子荧光。1931年，
‑
Mayer M.提出了双光子吸收的存在，并通过二阶微扰理论推导出了双光子过程的跃迁概率，然后到1961年该理论被实验所证实。
[0003]与服从Stark
‑
Einstein定律的单光子吸收相比，双光子吸收具备以下几大特点：(1)单光子吸收为线性吸收过程，双光子吸收则为非线性吸收过程；(2)单光子吸收过程是物质分子吸收一个能量高的短波长的光子达到激发态，而双光子吸收过程是物质分子吸收两个能量低的长波长的光子达到激发态；(3)在双光子吸收过程中，物质分子的吸收强度、电子跃迁几率与激发光强度的平方成正比；(4)对于荧光分子，一般用吸收截面来表示该分子吸收光子的能力。吸收截面越大，物质分子对光子的吸收能力越强。通常，单光子吸收截面在10
32
‑
10
33
GM范围内，因此所需要的光密度较小；而双光子吸收截面一般在1
‑
104GM范围内，所以普通分子发生双光子吸收的概率非常小；(5)双光子吸收发生在焦点处λ3(λ为激发波长)的空间范围内，而单光子吸收发生在整个聚焦光路范围内。
[0004]基于以上特点，以双光子吸收为基础的双光子荧光成像技术具有许多单光子技术无法比拟的优点：(1)双光子荧光是长波激发，短波发射，激发光波长一般位于700
‑
1000nm，被测样品在该波段激发光中具有小的光损伤、光漂白和光毒性；此外，该波段的光具有良好的穿透性，小的吸收耗散和Rayleigh散射，从而在生物成像中大大提高了被测样品的穿透深度，能够实现深层物质的层析成像；(2)只有入射光的光强达到一定的阈值，才会发生双光子吸收。在焦点处λ3以外的地方，入射光的光强低于可以产生双光子吸收的阈值，不会发生双光子吸收，从而大大提高了被测样品的三维空间选择性，能够很好地改善成像轴向分辨率以及对比度。因此，双光子荧光成像技术在以荧光为传导信号的主
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客体分子识别过程中，如：生物荧光识别、医学荧光诊断等，具有不可估量的应用潜力和前景。
[0005]目前，已报道的荧光化合物的发射波长通常处在450
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560nm，当用在生物样品的荧光成像中，会受到生物分子自发荧光的极大干扰。此外，短波长光的组织穿透力弱且能量高。长波长的红色荧光发射不仅能够有效减少光损伤，增强光的透过率和透过深度，而且避开了在蓝光/绿光/黄光区域细胞内的自发荧光干扰，使背景噪音减到最小，从而提高成像的信噪比，可以获得更优的层析成像。
[0006]荧光发射是吸收过程的逆过程，在大多数情况下，归因于振动弛豫、分子构型改变、溶剂效应等因素，光的发射和吸收之间存在着一定的能量损失，从而荧光发射波长大于
吸收波长。斯托克斯位移则定义为发射波长与吸收波长之间的差值。大多数荧光分子表现出小的斯托克斯位移，这使它们容易受到荧光内滤效应的影响。斯托克斯位移大，则可以有效地减少吸收光谱与发射光谱之间的重叠，消除荧光自吸收的干扰，从而显著提高成像的信噪比。
[0007]内质网是重要的细胞器，指细胞质中由一系列囊腔和细管形成的隔离于细胞质基质的封闭管道系统。这种膜系统结构是蛋白质合成、加工、分选的场所，也是合成脂类物质和储存钙离子的场所。内质网功能与细胞内环境的稳定息息相关。因此，扰乱其内环境的因素诸如蛋白质糖基化受阻、葡萄糖饥饿、钙离子平衡紊乱和内质网缺血缺氧等多种因素均可导致内质网的功能紊乱，从而使蛋白质的合成或修饰遇到障碍，这样会影响蛋白质的折叠功能，使得未折叠或错误折叠的蛋白质在内质网腔内大量堆积，引发内质网应激。内质网应激与多种疾病有关，例如神经系统变性疾病、心血管类疾病、糖尿病、老年性痴呆、癌症等。因此，荧光成像内质网和长时间的追踪内质网的形态变化对病理学、生物医药和生物化学有着非常重要的意义，但是目前优秀的靶向内质网的双光子荧光试剂非常匮乏。
[0008]因此，设计并合成出兼具大的斯托克斯位移和红色荧光发射的新型化合物，并使其具备大的双光子吸收截面、良好的活细胞穿透性和强的内质网靶向性，实现其在活细胞中对内质网的双光子荧光成像的实际应用，既有理论意义又有现实意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术的首要目的是提供一种化合物，该化合物兼具大的斯托克斯位移、红色荧光发射、大的双光子吸收截面、良好的活细胞穿透性和强的内质网靶向性。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供一种化合物的合成方法。
[0011]本专利技术的第三个目的是提供所述化合物在制备作为活细胞中内质网靶向的红色双光子荧光成像试剂中的应用。
[0012]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0013]第一方面，本专利技术提供了一种化合物，其结构如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)化合物的化学名称为4
‑
[(1E)
‑2‑
[5
‑
[(1E)
‑2‑
(9
‑
丁基
‑
9H
‑
咔唑
‑3‑
基)乙烯基]‑2‑
噻吩基]乙烯基]‑1‑
(2
‑
羟乙基)吡啶鎓溴化物：
[0014][0015]第二方面，本专利技术提供了一种所述式(Ⅰ)所示的化合物的合成方法，包括如下步骤：
[0016](1)式(Ⅲ)所示的化合物与式(Ⅳ)所示的化合物发生Wittig反应，制得9
‑
丁基
‑3‑
[(1E)
‑2‑
(2
‑
噻吩基)乙烯基]‑
9H
‑
咔唑，即相应的式(
Ⅴ
)所示的化合物；
[0017][0018][0019](2)式(
Ⅴ
)所示的化合物与DMF、三氯氧磷经过Vilsmeier反应，制得5
‑
[(1E)
‑2‑
(9
‑
丁基
‑
9H
‑
咔唑
‑3‑
基)乙烯基]‑2‑
噻吩甲醛，即相应的式(
Ⅵ
)所示的化合物；
[0020][0021](3)式(
Ⅵ
)所示的化合物与式(Ⅱ)所示的化合物发生脱水缩合反应，制得相应的式(Ⅰ)所示的化合物；
[0022][0023]本专利技术步骤(1)所述的Wittig反应具体按照如下实施：反应瓶中加入式(Ⅳ)化合物、式(Ⅲ)化合物和溶剂，在氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化合物，其结构如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)化合物的化学名称为4
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[(1E)
‑2‑
[5
‑
[(1E)
‑2‑
(9
‑
丁基
‑
9H
‑
咔唑
‑3‑
基)乙烯基]
‑2‑
噻吩基]乙烯基]
‑1‑
(2
‑
羟乙基)吡啶鎓溴化物：2.一种如权利要求1所述的化合物的合成方法，其特征在于：所述合成方法包括如下步骤：(1)式(Ⅲ)所示的化合物与式(Ⅳ)所示的化合物发生Wittig反应，制得9
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丁基
‑3‑
[(1E)
‑2‑
(2
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噻吩基)乙烯基]
‑
9H
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咔唑，即相应的式(
Ⅴ
)所示的化合物；(2)式(
Ⅴ
)所示的化合物与DMF、三氯氧磷经过Vilsmeier反应，制得5
‑
[(1E)
‑2‑
(9
‑
丁基
‑
9H
‑
咔唑
‑3‑
基)乙烯基]
‑2‑
噻吩甲醛，即相应的式(
Ⅵ
)所示的化合物；(3)式(
Ⅵ
)所示的化合物与式(Ⅱ)所示的化合物发生脱水缩合反应，制得相应的式(Ⅰ)所示的化合物；
3.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤(1)所述的Wittig反应具体按照如下实施：反应瓶中加入式(Ⅳ)化合物、式(Ⅲ)化合物和溶剂，在氮气保护下，缓慢加入碱，加毕，在0～40℃(优选室温)反应10～24h(优选16～20h)，反应结束后，所得反应混合物经分离纯化得到式(
Ⅴ
)化合物；所述Wittig反应采用的碱为叔丁醇钾或氢化钠，碱的摩尔用量为式(Ⅳ)化合物摩尔用量的1.5～4倍；溶剂为无水四氢呋喃，式(Ⅳ)化合物与式(Ⅲ)化合物的摩尔用量比为1:1～2。4.如权利要求3所述的合成方法，其特征在于：所述的步骤(1)按照如下实施：反应瓶中加入式(Ⅳ)化合物、式(Ⅲ)化合物和无水四氢呋喃，在氮气保护下，缓慢...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志彬，陈林杰，冯羽超，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：