[发明专利]二噻吩基乙烯-三萘嵌二苯酰亚胺近红外荧光分子开关及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光探针技术领域，更具体地，涉及一种双波长控制的近红外荧光分子开关蝶形二噻吩基乙烯-三萘嵌二苯酰亚胺、其制备方法和应用。

背景技术

光致变色材料是指受到不同波段光源激发后能够可逆改变其光学性质，发生颜色变化的一类材料。二芳基乙烯因为具有双稳态特性和良好的抗疲劳性而成最有应用前景的光致变色化合物之一。由二芳基乙烯与荧光基团构造而成的荧光分子开关能通过二芳基乙烯的光致变色作用调控荧光基团的荧光发射行为，从而实现分子荧光的光控开关，它在光存储、光开关、全光晶体管、化学传感、光电子器件、生物成像等领域的应用中表现出强劲地发展势头，任何有机荧光染料涉及的领域，都有可能通过引入二芳基乙烯来获得新的涵义“开关”。

吸收或发射光谱在可见或近红外区域的荧光染料是许多不同领域的研究热点，特别是吸收或发射波长位于650-1000nm这一被称之为“生物窗口”范围内的近红外荧光染料，它们在细胞标记、生物成像、分子开关和分子器件、激光媒介和光电材料等相关领域有广泛的应用。分子荧光作为一种传感信号有如下的优点：可达到单分子检测的高度灵敏性，也可开关，能够实现人与分子之间的通讯，对亚微粒还存在可视化的亚纳米空间高度分辨，而且是亚毫秒时间的分辨，具有高灵敏度的荧光检测不但广泛用于生命体外的生物体系分子的探针研究，而且还用于活体内的光学影像探针。然而，传统荧光的最大发射波长一般在600nm以下，在紫外-可见区域，人体内的生物分子也会对这个区域的波长产生很好的吸收。此外，在这一区域的光波都比较分散，从而无法深入穿透组织，另外，在这一区域还能产生强大的自体荧光，从而导致了高背景噪声，这些原因都导致了传统的染料不适合应用于体内成像，与之相反的是，在近红外(NIR)区，即在650-900nm的区域，生物分子在这个区域有很少的吸收，近红外荧光能够深入组织内部，可深达数厘米，同时在这一区域基本没有自体荧光，能够得到许多高信号，低背景噪声。

为了得到近红外二芳基乙烯的荧光分子开关，人们尝试了各种方法，其中，最常用的方法就是延长噻吩基团上的π共轭长度，然而效果并不显著。Yam课题组通过引入金属配合物，使二芳基乙烯平面化从而间接地延长其共轭结构来实现荧光分子开关的红移。而田禾院士课题组采用了在二芳基乙烯中引入推拉电子结构，实现其波长的红移，从而构建出近红外的二芳基乙烯荧光分子开关。然而上述方法合成较复杂，其产物荧光量子产率低，光响应慢。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二噻吩基乙烯-三萘嵌二苯酰亚胺分子及其制备方法，并将其应用于近红外荧光分子，其目的在于通过将四个二噻吩基乙烯与单个三萘嵌二苯酰亚胺通过氧桥键非共轭相连，构造了高效的蝶形二噻吩基乙烯-三萘嵌二苯酰亚胺，其中二噻吩基乙烯为光致变色单元，用于控制近红外荧光团的发光与淬灭，三萘嵌二苯酰亚胺为荧光团，该荧光团用于发出650nm～800nm近红外荧光，由此解决现有技术近红外二芳基乙烯荧光分子开关存在很多明显的缺点，如光稳定性差，合成复杂，荧光量子产率低，光响应慢的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种二噻吩基乙烯-三萘嵌二苯酰亚胺分子，所述分子由2～4个二噻吩基乙烯基团与单个三萘嵌二苯酰亚胺基团通过氧桥键非共轭相连。

优选地，所述的二噻吩基乙烯-三萘嵌二苯酰亚胺分子为四(R-二噻吩基乙烯)-三萘嵌二苯酰亚胺，其具有如式(Ⅰ)所示的结构通式：

其中，R为-H、-C₁-C₁₂烷基、-OH、杂环或聚合物链，所述n为0～12的整数，X为O、S或N；R₁为-H、-C₁-C₁₂烷基或

优选地，所述R为

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的四(R-二噻吩基乙烯)-三萘嵌二苯酰亚胺的制备方法，包括如下步骤：

(1)将化合物A、化合物B和碳酸钠均匀分散于乙二醇二甲醚和水的混合溶液中，在氮气保护下，加入催化剂剂量的Pd(PPh₃)₄，加热至80～100℃反应12～24h，反应完成后分离提纯后得到化合物C，所述A，B和C的分子结构如式(A)，式(B)和式(C)所示；