2,8-二(4-乙烯基吡啶)-二苯并噻吩陽離子衍生物及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及探針材料領域，特別涉及2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離 子衍生物及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 雙光子吸收具有良好的三維空間選擇性、高穿透深度以及長波激發短波發射等優 點。因此，雙光子吸收材料作為熒光探針在高分辨生物熒光成像領域具有重要的應用前景。
[0003] 自從1931年Goppert-Mayer首次從理論上研究了雙光子吸收現象的存在，人們便 開始對雙光子吸收材料進行了深入而廣泛的研究。早期人們研究的雙光子吸收材料主要為 無機礦物晶體，但無機材料在吸收效率及響應速度等方面存在著諸多缺陷，因此，人們對有 機雙光子吸收材料的關注不斷加深。提高有機雙光子吸收材料的方法主要有以下幾點：（1) 提高中心共輒橋的平面剛性及尺寸；(2)增加Jr-共輒體系的分子鏈長度；（3)分子兩端 對稱連接具有給電子或吸電子的基團，增強分子內電荷轉移效率，從而提升焚光量子產率；
[4] 體系形成較大的31-共輒離域平面，從而提高雙光子吸收截面值。
[0004] 二苯并噻吩具有剛性平面聯苯結構，在母體2,8位對稱連接乙烯基吡啶基團，會 進一步增大二苯并噻吩衍生物的平面共輒體系，提高分子內電子轉移效率，增長分子鏈長 度，進而增大分子的雙光子吸收截面及熒光量子產率。同時，對合成的產物進行RI鹽化反 應，形成的二苯并噻吩陽離子衍生物能夠與細胞中核酸DNA的堿基對相互作用，增強了熒 光探針的生物相容性，達到選擇性標記與探示的作用。而已報道的多數雙光子熒光探針由 于存在著合成工藝繁瑣，效率低，選擇性標記能力不佳等缺陷，限制了材料在高分辨熒光成 像領域的應用。
[0005] 所以一種能夠避免上述缺點的、解決現有雙光子熒光探針普遍存在的合成工藝繁 瑣，效率低，選擇性標記能力不佳等問題的熒光探針材料和制備方法是十分具有實用價值 的。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了克服上述現有技術中的缺點，提供一種能夠避免上述缺點 的、解決現有雙光子熒光探針普遍存在的合成工藝繁瑣，效率低，選擇性標記能力不佳等問 題2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩陽離子衍生物及其制備方法和應用。
[0007] 為了實現上述目的，本發明一方面提供了一種2,8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并 噻吩陽離子衍生物，其特征在于，所述的衍生物的結構式如下：
[0008]
[0009] 其中，R 為 CH3、C2H5、C4H9 或 C6H13。
[0010] 本發明另一方面提供了一種制備上述的2,8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽 離子衍生物的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0011] 步驟（1):按質量百分比稱取1~2%的2, 8-二溴二苯并噻吩，1~2%的4-乙烯 基吡啶，0. 2~0. 6 %的三鄰甲苯基膦，0. 02~0. 06%的醋酸鈀、37~40%的N, N-二甲基 甲酰胺和56~59%的三乙胺，混合均勻，得到第一混合物；
[0012] 步驟（2):將所述的第一混合物加入高壓反應釜腔內，密封所述的高壓反應釜腔， 用高純氮氣流置換掉腔內空氣，調節釜內壓強至3~4MPa，升溫至110~120°C，攪拌反應 39~40h，得到含有大量中間產物析出的第二混合物；
[0013] 步驟⑶：將所述的第二混合物抽濾后，得到濾餅，用甲醇洗滌并干燥所述的濾 餅，得到干燥濾餅；
[0014] 步驟⑷：按質量百分比稱取46~49 %的所述干燥濾餅，34~37 %的丙酮以及 16~18%的RI反應，在反應溫度為75~85°C條件下冷凝回流34~36h ;反應結束后將反 應液真空抽濾，收集上層濾餅，得到所述的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍 生物。
[0015] 較佳地，步驟（4)中，所述的 RI 為 CH3I、C2H5I、C4H9I 或 C6H13I。
[0016] 較佳地，步驟（1)中，按質量百分比稱取1. 5%的2, 8-二溴二苯并噻吩，1. 5%的 4-乙烯基吡啶，0. 5 %的三鄰甲苯基膦，0. 05 %的醋酸鈀，38. 5 %的N，N-二甲基甲酰胺和 57. 95 %的三乙胺。
[0017] 較佳地，步驟（2)中，調節釜內壓強至3. 5MPa。
[0018] 較佳地，步驟（2)中，升溫至115 °C，攪拌反應39. 5h。
[0019] 較佳地，步驟⑷中，按質量百分比稱取47%的濾餅，36%的丙酮和17%的RI。
[0020] 較佳地，步驟（4)中，反應溫度為80 °C。
[0021] 較佳地，步驟⑷中，冷凝回流35h。
[0022] 本發明第三方面提供了一種上述的2,8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩陽離子 衍生物作為雙光子熒光探針材料在高分辨生物熒光成像領域的應用。
[0023] 本發明包含以下有益效果：
[0024] 本發明的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩陽離子衍生物，易溶于丙酮、乙 腈、DMF、乙醇、氯仿等多種有機溶劑。樣品溶液在波長為390-410nm范圍內的紫外光激發 下，均能產生強而穩定的熒光。在不同功率條件下，運用近紅外800nm飛秒激光進行激發樣 品溶液，能夠產生較強的雙光子熒光效應，體現出明顯的熱穩定性、光化學穩定性以及良好 的光物理性能。
[0025] 本發明的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩陽離子衍生物，能夠對小鼠纖維 細胞進行選擇性核染色，且與商用熒光探針DAPI相比具有更高的雙光子熒光強度，體現了 雙光子熒光探針的優勢。且其首次在2, 8-二溴二苯并噻吩兩邊先對稱連接4-乙烯基吡啶 的基礎上，再進行單側RI(I = CH3、C2H5、C4H9或C6H13)鹽化反應，形成二苯并噻吩類單側 陽離子衍生物。所合成的衍生物具有良好的共輒離域平面，分子末端的碳鏈可以與中心共 輒橋形成D- Jr -A型結構，利用中心母體及吡啶上N位的吸電子能力和末端碳鏈的給電子能 力，通過乙烯雙鍵的橋連通道，在分子大Jr共輒體系內形成良好的電荷迀移效率，從而提 高分子的雙光子吸收截面和焚光量子效率。
[0026] 本發明的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩陽離子衍生物，是在高壓反應釜 的密閉環境中，通過高溫高壓的方式采用赫克反應（heck reaction)首先合成出中間產物 2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩，然后通過直接加入丙酮及RI (I = CH3、C2H5、C4H9 或C6H13)的方式一步制取最終產物2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍生物。 相比以往合成方法有如下優點：對中間產物的合成省去了以往的萃取、柱層析分離及減壓 蒸餾等繁瑣步驟，中間產物中含有的少量雜質可在鹽化反應中一并去除，實現了鹽化和除 雜同時進行的工藝流程，且反應結束后僅通過真空抽濾一步即可得到高純度的目標產物。 整個制備過程既節省了產物提純時間，又提高了實驗工作效率。
【附圖說明】
[0027] 圖1是具體實施例1得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍生物 的紅外光譜圖；
[0028] 圖2是具體實施例2得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍生物 的紅外光譜圖；
[0029] 圖3是具體實施例3得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍生物 的紅外光譜圖；
[0030] 圖4是具體實施例4得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍生物 的紅外光譜圖；
[0031] 圖5是具體實施例1得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩陽離子衍生物 的質譜圖；
[0032] 圖6