一种脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物、其制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物、其制备方法及其用途，属于有机合成技术领域。

背景技术

生物质基发光材料具有天然可利用性、可持续性、生物降解性和生物相容性等特点，其设计和制备已经成为研究的热点。但是大部分生物质基发光材料的发射波长较短，由于π-π堆积在聚集或固体状态下导致聚集荧光猝灭(ACQ)，限制了它们的实际应用。2001年，唐本忠教授提出聚集诱导发光(AIE)的概念，使人们对聚集态和固态有机发光材料有了全新的认识。

脱氢枞酸是由松香通过催化歧化后提纯得到，骨架中含有一个芳环，基于芳环和羧酸基团可开发多种荧光衍生物，为松香的高值化利用开辟了新途径，但其ACQ效应和较短的发射波长导致细胞成像的效果较差，在生物成像领域的应用受到限制。为解决此问题，本发明将脱氢枞酸与具有AIE性质的氰基取代二苯乙烯组装至一个分子中，并通过具体结构的设计，不仅使得脱氢枞酸衍生物从高能量的蓝光发射扩展至低能量的红光发射，还实现了红光在聚集状态下的强荧光发射，且合成路线简单、易操作。

发明内容

本发明提供一种脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物、其制备方法及其用途，本脱氢枞酸基AIE化合物具有聚集诱导发射增强特性和红光发射，同时具有很强抗光漂白性，可作为荧光探针应用于生物成像中，也可用于有色荧光防伪。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物，其结构式为：

上述含氰基的具有聚集诱导发光(AIE)特性的红光化合物，命名为2DTPA-CN，有效地延长了脱氢枞酸基化合物的荧光发射波长，在THF溶液中为632nm，固体状态下荧光发射波长为683nm；具有符合红光分子带隙特征的窄带隙值，呈现红光发射；且具有扭曲的分子结构，聚集状态下阻碍分子的π-π堆积，使得荧光发射增强，呈现明显的AIE特性，同时具有很强抗光漂白性和很小的细胞毒性，可作为荧光探针应用于生物成像中；也可用于有色荧光防伪。

上述脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物的合成路线如下：

上述脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物的制备方法：在氮气保护下，以12-[N,N-对甲氧基-苯基]胺基-脱氢枞酸甲酯和2,3-双(4-溴苯基)-2-丁烯二腈为原料，加入碳酸铯(Cs

为了保证产品的纯度，按照如下方法提纯：冷却后，依次经过：二氯甲烷和水萃取、收集有机相，无水硫酸镁干燥，柱层析分离提纯，旋蒸，干燥，得到AIE红光化合物2DTPA-CN。柱层析分离提纯时，所用洗脱剂优选为：体积比为(3～5)∶1的石油醚和二氯甲烷的混合物。

为了提高产品得率，12-[N,N-对甲氧基-苯基]胺基-脱氢枞酸甲酯与2，3-双(4-溴苯基)-2-丁烯二腈的摩尔比为(2～2.5)∶1。

为了进一步提高产品得率，2，3-双(4-溴苯基)-2-丁烯二腈、碳酸铯、三(二亚苄-base丙酮)二钯(0)和2-双环己基膦-2'，6'-二异丙氧基联苯的摩尔比为1：(2.8～3.3)：(0.1～0.2)：(0.1～0.2)。

为了提高反应效率，上述无水的有机溶剂为无水邻二甲苯或无水甲苯；当无水的有机溶剂为无水邻二甲苯时，反应温度为110～140℃，反应时间为12～24h。当无水的有机溶剂为无水甲苯时，反应温度为90～110℃，反应时间为12～24h。

为了减少损耗，减低成本，同时确保反应效率，有机溶剂优选为无水邻二甲苯。

上述12-[N,N-对甲氧基-苯基]胺基-脱氢枞酸甲酯可采用如下方法制备：将12-溴代脱氢枞酸甲酯和对甲氧基苯胺溶于无水邻二甲苯中，通入氮气保护，加入叔丁醇钠、三叔丁基膦和醋酸钯，在130～140℃的温度下，反应10～12h，冷却，用乙醚和饱和食盐水萃取，收集有机相，无水硫酸镁干燥，柱层析分离提纯，旋蒸除去溶剂，真空干燥，得到浅黄色固体12-[N,N-对甲氧基-苯基]胺基-脱氢枞酸甲酯。

上述12-溴代脱氢枞酸甲酯、对甲氧基苯胺、叔丁醇钠、三叔丁基膦和醋酸钯的摩尔比优选为1:(1.1～1.3):(1.4～1.5):(0.10～0.13):(0.02～0.04)。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

有益效果

(1)本发明提供的脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物的合成路线简单，以12-[N,N-对甲氧基-苯基]胺基-脱氢枞酸甲酯为原料，仅需一步C-N偶联反应进行合成。

(2)本发明提供的脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物2DTPA-CN具有优异的光谱性能，在THF溶液中，最大紫外吸收波长和最大荧光发射波长分别为500nm和632nm，固体状态下最大荧光发射波长为683nm，有效延长了脱氢枞酸基化合物的荧光发射波长，长波长的红光探针可以有效地克服生物组织的吸收、光谱重叠及自发荧光的干扰，能够显著地提高生物成像的信噪比(吴倩,程丹,吕芸等.大斯托克斯位移远红光至近红外荧光探针用于检测肝损伤过程中过氧化亚硝酸盐的动态变化(英文)[J].高等学校化学学报,2020,41(11):2426-2434.)。实验证明2DTPA-CN的水溶性纳米粒子(2DTPA-CN NPs)细胞毒性低，在细胞成像方面效果明显，可作为荧光探针应用于细胞成像中，且抗光漂白性能强，可长时间稳定储存。

(3)本发明提供的脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物2DTPA-CN有明显的聚集诱导发射增强的性质，并具有扭曲的分子结构和符合红光分子带隙特征的带隙值，具有较强的抗光漂白能力，可作为防伪材料应用于有色荧光防伪中。

附图说明

图1为本发明2DTPA-CN的

图2为本发明2DTPA-CN的

图3为本发明2DTPA-CN在固体状态下的荧光发射光谱(激发波长e

图4为本发明2DTPA-CN在THF溶液中的紫外吸收光谱(1×10

图5为本发明2DTPA-CN在THF溶液中的荧光发射光谱(1×10

图6为本发明2DTPA-CN在不同水体积分数(f

图7为本发明2DTPA-CN荧光强度I/I

图8为本发明2DTPA-CN荧光量子产率与不同水含量的关系图；

图9为通过密度泛函理论计算所得的2DTPA-CN的结构优化图；

图10为本发明2DTPA-CN的最低未占据轨道能级(LUMO)和最高占据轨道(HOMO)图；

图11为本发明2DTPA-CN NPs的透射电镜图；

图12为本发明2DTPA-CN NPs的纳米粒径(DLS)图；

图13为本发明2DTPA-CN NPs的细胞毒性图(六组柱状图分别对应0、2.5、5、10、20、40和80μg/mL六个不同浓度)；

图14为本发明2DTPA-CN NPs为在A549肺癌细胞中的荧光共聚焦成像图(20μg/ml,4h)。(其中Ⅰ为在A549为细胞中加入2DTPA-CN NPs和细胞核染料Hoechst33342的共聚焦成像图；Ⅱ为细胞中加入2DTPA-CN NPs的共聚焦成像图；Ⅲ为细胞中只加入细胞核染料Hoechst33342的共聚焦成像图)；

图15为本发明2DTPA-CN溶液不同时长紫外灯照射的荧光发射光谱；

图16为本发明2DTPA-CN溶液的有色荧光防伪效果图；

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物，合成路线为：

制备过程如下：

将1mmol的12-溴代脱氢枞酸甲酯(Ⅰ)(檀贯妮，等.含双萘的脱氢枞酸三芳胺化合物的合成及光谱性能[J].林产化学与工业，2019，39(1):61-66.)、1.2mmol对甲氧基苯胺(Ⅱ)溶解于10mL无水邻二甲苯中，在氮气氛围下除氧15分钟后，加入1.44mmol叔丁醇钠(t-BuONa)、0.12mmol三叔丁基膦(P(t-Bu)

将2.5mmol 12-[N,N-对甲氧基-苯基]胺基-脱氢枞酸甲酯(Ⅲ)、1mmol 2,3-双(4-溴苯基)-2-丁烯二腈(Ⅳ)、3mmol碳酸铯(Cs

如图1-2所示，表征数据：

如图3-5所示，脱氢枞酸基聚集诱导红光化合物2DTPA-CN在THF溶液中最大紫外吸收波长和最大荧光发射波长分别为500nm和632nm，固体状态下最大荧光发射波长为683nm。

如图6-8所示，2DTPA-CN具有典型的聚集诱导发射增强效应，即随着水含量的增加，其荧光发射强度增大，荧光量子产率增高。

如图9所示，2DTPA-CN具有扭转的结构，其在聚集和固体状态下的π-π堆积受到限制。

如图10所示，2DTPA-CN的带隙值(ΔE)为2.51eV，表明其具有符合红光分子带隙特征的窄带隙值。

应用例1

将2mg的2DTPA-CN和18mg的MPEG-PLGA(甲氧基聚乙二醇聚乙交酯丙交酯，Mw：2000-2000)加入至1mL的THF中，然后加入9mL超纯水，连续超声(720W)3min。将混合物在室温下搅拌12h以去除混合物中的THF，并利用透析进一步纯化，再通过0.22μm的滤膜过滤，最终得2DTPA-CN的水溶性纳米粒子2DTPA-CN NPs(如图11和图12所示，证明其纳米粒子的形成，纳米粒径为80.56nm)，浓度为2.0mg/mL。

对2DTPA-CN NPs的细胞毒性进行测试：细胞消化、计数、配制成浓度为5×10

将对数生长期的细胞(江苏凯基生物技术股份有限公司，A549细胞)消化接种到共聚焦小皿中，每皿1×10

综上可明显地看出，2DTPA-CN具有优异的光性能，其纳米粒子在细胞中的毒性较低，体外成像效果明显，可作为荧光探针应用于细胞成像。

应用例2

取1.0965mg的2DTPA-CN置于10ml的容量瓶中，用二氯甲烷稀释定容，配置成为浓度为1×10

以直径2mm的毛细点样管取上述测试完的溶液，在无荧光背景的纸上书写2DTPA-CN的字样，分别在自然光下、365nm紫外照射0h、365nm紫外照射0.5h、365nm紫外照射1h、自然环境下放置15天后365nm紫外照射和自然环境下放置20天后365nm紫外照射下的字样进行拍照。结果如图16所示，自然光下呈现无荧光红色字样，在365nm紫外照射下发射明亮的橘红色荧光，且在连续紫外照射后，仍能观察到较明亮的荧光；自然环境下放置15天后，其在紫外灯照射下仍能发射较强明亮程度的荧光，且在20天后365nm紫外照射的荧光强度与15天时没有差异，说明2DTPA-CN具有较强的抗光漂白性能。综上所述，2DTPA-CN可作为荧光防伪材料应用于有色荧光防伪。