[发明专利]一种作为近红外荧光探针的含腈基的薁‑苯乙烯衍生物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于荧光染料技术领域，具体涉及一种含腈基的薁-苯乙烯衍生物，以及该类化合物的制备方法和应用。

背景技术

荧光技术由于灵敏度高、选择性好、操作简便等诸多优点，在生物分析及造影方面的应用十分广泛。传统的荧光分子探针的发光主要集中在可见光的范围（400-750 nm），同时许多生物体及其组织在紫外/可见光激发下自身会发射荧光，从而对生物样品的荧光检测和成像造成了严重的干扰。近红外荧光探针的最大吸收和发射波长为600-900 nm，可避免生物样品自身的干扰，在生物样品分析中有明显的优势。

腈基苯乙烯衍生物是一类具有典型的光致异构π共轭分子，其光照顺反异构现象可被用于分子开关、光敏调控等体系。它的反式异构体在热力学上比较稳定，在有光照的条件下，反式异构体可以转变为顺式异构体，分子内的双键是重要的光敏基团（W. Fub, et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2004, 43, 4178.），此类化合物可以作为荧光探针检测微环境的变化（Z. R. Grabowski, et al. Chem. Rev., 2003, 103, 3899.）。但目前对于此类化合物的研究及其应用主要集中在“聚集诱导发光效应”上（B.-K. An, et al. J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 14410.），而对其进行衍生化从而得到能对特定刺激产生相应的智能材料的研究非常少。

薁及其衍生物是一类能对酸产生响应的化合物，在酸性环境下其七元环可以稳定氢离子，同时其吸收和发射光谱都会产生较大的变化。

结合以上研究背景，目前，开发出能对多种刺激进行精确响应的、可调控的、高灵敏度近红外荧光染料具有重要的意义，在光电领域具有非常重要的作用，适用于化学传感、生物标记、智能材料和发光器件等方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对多种刺激进行精确响应的、可调控的、高灵敏度近红外荧光探针及其制备方法和应用。

本发明首先设计、合成一种含腈基的薁-苯乙烯衍生物。该化合物能对酸高效的响应，与酸作用后荧光有明显的增强，可作为一类优良的pH荧光探针；除此之外，在其和酸作用之后，再用紫外光进行照射，能在近红外光区有良好的荧光发射信号，可以作为一种近红外荧光染料。

本发明利用腈基苯乙烯对光照的刺激响应性，在腈基苯乙烯结构上引入薁作为对酸响应的活性位点，利用二者的性质产生协同作用，实现了对pH的响应和近红外荧光的发射。

本发明提供的含腈基的薁-苯乙烯衍生物，是在腈基苯乙烯结构上引入薁而得到的3-(1-薁基)-2-(4-羟基苯基)丙烯腈衍生物，可作为一种近红外荧光探针，其结构式如通式I所示，

通式I

其中：

R为氢，或1-8个碳原子的烷基；

进一步的，R为4-6个碳原子的烷基；

进一步的，R为4个碳原子的烷基。

本发明还提供上述荧光探针的制备方法，其合成路线如下所示：

具体步骤如下：

（1）在氮气保护下，以干燥的N，N-二甲基甲酰胺作为反应溶剂，将适量的三氯氧磷滴入后，逐渐升至室温，反应0.5-2小时；然后将底物薁加入，三氯氧磷和薁的摩尔质量比为1-3 mmol：0.8-1 mmol；在25-40 ℃下反应0.5-3小时，得到1-薁甲醛，即为反应式中化合物3；

（2）以乙酸酐为溶剂，浓硫酸为催化剂，将4-羟基苯乙腈与乙酸酐反应得到乙酰化的产物（4-氰基甲基）苯酚乙酯，即为反应式中化合物4；其中，4-羟基苯乙腈与乙酸酐的摩尔体积比为0.8-2 mmol：5-20 mL；

（3）在氮气保护下，将1，8-二氮杂二环十一碳-7-烯加入到化合物3和化合物4的吡啶溶液中，在回流条件下反应8-12小时，得到缩合产物3-(1-薁基)-2-(4-羟基苯基)丙烯腈，即为反应式中化合物2；其中，1，8-二氮杂二环十一碳-7-烯与化合物3和化合物4的摩尔质量比为0.8-2 mmol：0.8-2 mmol：0.8-4 mmol；

（4）在氮气保护下，将化合物2溶于干燥的丙酮中，加入碳酸钾和相应的溴代烷（RBr），在25-80 ℃下反应4-20小时，得到取代的3-(1-薁基)-2-(4-羟基苯基)丙烯腈，即为反应式中化合物1。