[发明专利]一种水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物荧光探针及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多离子光谱探针，具体涉及一种用于水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物在作为检测金属离子和氢离子的荧光探针中的应用。

背景技术

苝酰亚胺类化合物具有优异的光、热、化学稳定性和优良的染色性能，荧光量子产率高，荧光发射峰窄，能够与细胞背景荧光分开，在蛋白质、核酸、细胞检测等生物领域具有广阔的应用前景，因此，广泛应用于有机半导体材料、激光染料和生物荧光探针等领域。

树枝状大分子是一类结构可以改变和设计的功能高分子，外围高浓度端基的设计可构造出不同功能化的树枝状大分子，被广泛应用于光学、电学、医学、催化剂、纳米新材料、液晶等方面。同时，树枝状大分子具有稳定，无免疫原性，对生物活性剂的转运效率高等优点，因此已成为一种最广泛的药物载体。荧光化合物标记的树枝状大分子是科学家们研究的热点之一。树枝状荧光材料具有光捕获、光诱导电子转移(PET)、荧光开关、能量存储和转换等特殊功能，在化学传感器、生物检测和药物传输等领域有着潜在的应用价值。

苝类衍生物水溶性差，限制了其在生物体系中的应用，科学家们尝试了很多方法改善苝类衍生物的水溶性。但现有技术的苝酰亚胺类化合物在提高水溶性的同时大大降低了苝类衍生物的荧光量子产率，甚至在水溶液中几乎都没有荧光。如何提高苝酰亚胺类化合物水溶性的同时，不降低其荧光量子产率，并能应用于多离子探针，是本申请希望解决的问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种光、热、化学稳定性好的水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物，并将其用于荧光探针；并且通过选择特定的条件，限定检测条件，实现对多种阳离子的探测。

为达到以上发明目的，本发明的第一方面的具体技术方案是：提供一种水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物，其结构式式I如下：

首先合成端基为胺基的树枝状大分子，然后以3,4,9,10-苝四羧酸酐作为荧光发射团，利用胺基与酸酐反应制备树枝状苝单酰亚胺化合物式I，用于检测Fe³⁺、Cr³⁺和H⁺。

本发明的第二方面提供一种水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物的制备方法，其包括如下步骤：

(1)中间体端基为8个丙烯酸酯的树枝状大分子PAE(＝)₈的合成：将三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二胺、无水甲醇混合，加热进行反应，反应完毕用无水甲醇洗涤，得到无色透明的粘稠液体，反应式如下；

(2)中间体端基为8个伯胺基的树枝状大分子PAE(NH₂)₈的合成：将PAE(＝)₈和乙二胺混合，加热进行反应，减压蒸馏，用乙酸乙酯洗涤，得到淡黄色透明粘稠液体，反应式如下；

(3)中间体3,4,9,10-苝四羧-3,4-酸酐-9-羧酸-10-羧酸钾的合成：将3,4,9,10-苝四羧酸酐在KOH水溶液中水解为苝四羧酸钾盐，用盐酸调节pH值至4-6之间，生成3,4,9,10-苝四羧-3,4-酸酐-9-羧酸-10-羧酸钾，反应式如下；

(4)水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物的合成：将PAE(NH₂)₈提前混合于异丙醇-水混合溶液中，向混合溶液中加入3,4,9,10-苝四羧-3,4-酸酐-9-羧酸-10-羧酸钾，常温下反应4-6小时，然后升温至80℃-95℃后反应，然后加入稀盐酸酸化，最后过滤洗涤，用碱溶液室温处理后加入KCl饱和溶液后静置分离，过滤，洗涤，得到棕红色固体式I产物水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物，反应式如下；

本发明的一优选技术方案，所述步骤(1)、步骤(2)中加热到25℃-35℃进行反应。

本发明的一优选技术方案，所述步骤(3)中，pH范围为4-6。

本发明的一优选技术方案提供一种水溶性树枝状苝单酰亚胺化合物的制备方法，其包括如下步骤：

(1)中间体端基为8个丙烯酸酯的树枝状大分子PAE(＝)₈的合成：将三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二胺、无水甲醇混合，加热到30℃，反应6小时，用无水甲醇洗涤，得到无色透明的粘稠液体；

(2)中间体端基为8个伯胺基的树枝状大分子PAE(NH₂)₈的合成：将PAE(＝)₈和乙二胺混合，加热到30℃，反应24小时，减压蒸馏，用乙酸乙酯洗涤，得到淡黄色透明粘稠液体；