[发明专利]一种新型喹嗪类pH荧光分子探针的制备及用途

说明书

本发明公开了一种新型pH响应荧光分子探针，具有全新作用机制，如下所示：其中，骨架结构如式II化合物所示的4H‑喹嗪‑4‑亚胺，在碱性条件下，脒键中C‑N键断开，并发生相应的荧光减弱，以及发射波长或吸收波长的红移或蓝移。在酸性条件下脒键中C‑N键重建，并发生荧光减弱/增强，以及发射波长或吸收波长的红移或蓝移，可用作比率探针检测pH值。该新型荧光探针具有较大的Stokes shift和较强的量子效率，并在细胞成像中表现出特异性标记细胞溶酶体，该pH荧光探针为基于喹嗪环的开环闭环实现荧光开启和关闭，丰富了pH响应荧光分子探针的种类，具有十分广泛的工业化应用前景，也为科学研究提供了重要的参考价值。

技术领域

本发明属于荧光分子探针领域，尤其涉及一种分子内开环/闭环调节荧光的pH响应荧光分子探针及其应用。

背景技术

pH值是影响物质理化性质及反应性能的一个重要参数，同时细胞内环境的pH值是一项重要的生理参数, 在细胞、酶和很多人体组织活动中起到重要指示作用, 如细胞增殖、细胞凋亡、抗药性、离子传输、肌肉收缩等等。因此监测生命环境的pH值的变化对于生命细胞行为研究和神经系统研究具有重要意义。一般情况下, 生命细胞环境存在两种pH范围, 一种是pH=6.8~7.4, 如细胞质；另一种是pH=4.5~6.0, 即酸性的细胞器, 如溶酶体。正常范围的细胞pH环境有利于细胞生长, 而生命pH环境异常往往与癌症、阿尔茨海默病等病症相关联。因此, 对生命环境的pH值的测量在生命科学领域具有十分重要的意义。

目前最广泛使用的pH测量方法就是pH比色指示剂和玻璃电极。玻璃电极虽然灵敏，但是用于较小的细胞检测时会有电流干扰以及机械损伤，因此玻璃电极同样不适用于细胞内pH检测和细胞成像，且在极端pH值检测时误差较明显。自发现石蕊试液具有随着pH值变化发生颜色变化的特性依赖，各种酸碱指示剂得到了广泛的应用，但是该方法也存在缺陷，即无法用于生命体内进行活体细胞造影，而且比色法的灵敏度较低，无法检测到细胞中0.10-0.20个单位的pH变化。相比以上两种检测方法，基于荧光探针的光学检测方法则不具有上述缺陷，其不仅便于荧光显微学研究，而且可实时监测pH值的动态分布和区域变化。因此，开发新型用于pH准确测量的荧光探针成为当代分子荧光识别领域的一个研究热点。

现在商用的pH荧光探针主要是基于荧光素发展得到，如BCECF-AM, BCFL-AM和BCFL-SE等，荧光素骨架响应pH的机制为螺环在碱性条件下，受到OH-的影响发生开环，从而发出强的荧光，在酸性条件下，受到H+的影响，螺环发生闭环，荧光消失，所以在不同pH值情况下，荧光强度不同，强度随pH变化发生变化，可实现细胞内的pH值监测。

荧光素骨架响应pH值的机制为螺环的开闭。但是荧光素骨架存在一些缺陷，如Stokes shift较小，溶解度较差，细胞摄取较差，作为荧光团分子量较大。为了克服这些缺陷，我们设计了一类新的喹嗪类分子，是一种分子内开关环响应pH值的荧光团。

发明内容

为了克服上述诸多缺陷，本发明人进行了大量的调研与创造性工作，从而开发了一类新型分子内开闭环响应pH值的荧光探针、制备方法及用途。

具体而言，本发明的技术方案和内容涉及以下三个方面。

第一方面，本发明的技术方案和内容涉及一类化学通式如式IV所示的化合物，

其中，R1为芳香基团或取代芳香基团，如R1为，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，；R2如氰基，炔基，烯丙基，炔丙基，甲酰基，乙酰基，丙酰基，丁酰基；

进一步的，式IV所示化合物限定为式V所示化合物，

其中，R1为，，，，，，，，，，。

第二方面，本发明的技术方案和内容涉及上述式II的衍生物的制备方法，所述方法为：