[发明专利]具有极酸/极碱开关响应的螺吡喃小分子荧光探针的合成方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于分子荧光探针技术领域，特别涉及一种具有极酸/极碱开关响应的螺吡喃小分子荧光探针的合成方法及其应用。

背景技术

人体由于体液的存在，通常具有一定的酸碱度。人体内的酸碱值在一般情况下处于一个相对较稳定的状态，而当人受到病理之类的影响时体内的pH值会随着产生变化。通过对人体pH值的测定可以非常方便地实时侦探人的健康指数，这也使得pH值测量在生物领域变得至关重要。目前常用的pH值测量方式主要是玻璃电极和荧光探针，而荧光探针以其优于玻璃电极的快响应，安全性和易于体内测量在近些年得到了越来越多的重视。研发具有特定pH值响应的荧光探针，特别是在玻璃电极的瓶颈pH值范围(pH≤5.0和≥9.0)以及极酸/极碱环境中适用的荧光探针成为生物荧光领域的热点研究课题。目前少有关于极端pH值响应的荧光探针的报道，而同时在一个探针上具有两个极端pH值响应的荧光探针则未见报道。

螺吡喃及其衍生物具有出色的环境敏感性，目前报道的有光响应，酸碱响应，离子响应，气体响应以及温度响应。螺吡喃以其快响应，易合成，抗疲劳以及变化现象明显等优越的性能在众多环境敏感性材料中脱颖而出。螺吡喃通过一个SP³杂化的螺碳原子联结的两个芳环相互正交，不产生分子的结构共轭，形成无色闭环体(常用SP表示)，在受到紫外光激发后，分子中的螺氧键发生异裂及电子的组态发生异构化或重排，变为两个环系的共平面式的有色开环体(常用MC表示)，整个分子形成一个大的共轭平面。如果无色闭环体受到酸的刺激则会形成另一个大的共轭平面的质子化有色开环体形式(常用MEH表示)。这两种开环体在可见光照射后又可以回到初始的无色闭环体形式。其开环体形式具有窄的荧光发射峰、能够与细胞背景荧光(395-479nm)分开以及优异的染色性能，已广泛应用于有机光电器件、激光染料以及生物荧光探针领域。

基于其优越的环境敏感性能，人们开始致力于设计一系列酸碱敏感的螺吡喃pH值探针。但由于没有引入合适的取代基团，之前报道的螺吡喃pH值探针往往只能在pH值范围内表现出一个缓慢的渐变响应，没有快速变化的开关式的响应。而在生物pH值检测中，由于生物体内的pH值调控十分精确，能否在特定的pH值具有开关式的响应变化成为了决定一个pH值荧光探针好坏的至关重要的因素。再者，在极酸和极碱的区间这两个的pH值范围响应的荧光探针，由于其在胃病治疗和智能材料方面的广泛需求和此类pH值探针的极少报道和开发而变得十分珍贵。因此，发明一种在特定pH值具有开关式响应的螺吡喃类探针，尤其是极酸/极碱范围的开关响应，对于生物医药领域如细胞标记、药物载体、基因载体等以及智能材料领域具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学稳定性好、结构可设计的具有在极酸/极碱环境内开关式响应的螺吡喃类荧光小分子pH探针，并将其应用于极端微生物标记。

本发明所述的具有极酸/极碱开关响应的螺吡喃小分子荧光探针的结构式为:

上述具有极酸/极碱开关响应的螺吡喃小分子荧光探针在pH值<1.0呈现红色荧光，pH值1.0-12.0之间没有荧光，pH值>12.0呈现蓝绿色荧光。

上述具有极酸/极碱开关响应的螺吡喃小分子荧光探针的具体制备步骤为:

1)冰浴下将40-50mmol三氯氧磷缓慢滴加到1-2mL二甲基甲酰胺中，撤去冰浴，在氮气氛围下室温搅拌20-40分钟，然后滴入4-20mL的2,7-二甲氧基萘二氯甲烷溶液，其中2,7-二甲氧基萘为4-15mmol,室温下反应10-24h；反应完成后将反应液滴加入冰水混合液中，水解2-10h后用二氯甲烷萃取，然后蒸干溶剂二氯甲烷，最后用甲醇重结晶得到2,7-二甲氧基-1-醛基萘；

2)将2-7mmol的三溴化硼在0℃下缓慢滴加入5-20mL的2,7-二甲氧基-1-醛基萘的二氯甲烷溶液中，其中2,7-二甲氧基-1-醛基萘为0.2-7mmol,氮气氛围下室温搅拌5-12h；反应结束后，将反应液滴加入水中，用碳酸氢钠调节pH值到5，用氯仿萃取有机相，然后倒入乙醚得到沉淀，过滤除去沉淀，上清液加入正己烷，过滤收集黄色沉淀，即为羟基官能化的中间体；

3)将1-5mmol3-甲基-2-丁酮滴入5-15ml羧基苯肼盐酸盐的乙酸溶液中，其中羧基苯肼盐酸盐为1-5mmol,氮气氛围下回流反应10-24h；反应结束后将反应液加入40-70mL水中，用碳酸氢钠饱和溶液将体系pH值调节到5,用二氯甲烷萃取，有机相除去溶剂二氯甲烷后用丙酮洗涤得到黄色固体，即为羧基官能化的吲哚；