一类强D-A型有机近红外二区发光材料的合成及其应用

技术领域

本发明属于生物医学材料领域，特别涉及强D-A型有机近红外二区发光材料的制备及其在生物成像与诊疗中的应用。

背景技术

恶性肿瘤作为一个主要的公共卫生问题，威胁着人们的生命。随着对肿瘤早期准确诊断和安全治疗的需求不断增加，非侵入性光学成像（包括荧光成像和光声成像）和光疗（包括光热疗法和光动力疗法）受到了广泛关注。特别是，近红外区域，尤其是近红外二区的光由于其深度穿透、最小的组织自发荧光以及减少的组织吸收和散射而吸引了全球学者研究兴趣。在多种生物材料中，具有聚集诱导发射（AIE）特性的有机纳米材料因其高亮度、良好的光稳定性、可调的光物理特性和良好的生物安全性等无与伦比的优势而备受关注。因此，开发一类新型的、具有自主知产权的、高选择性、高效率、高光稳定性和低毒性的近红外发光材料体系，并拓展其在癌症成像与诊疗领域的应用，不仅是该交叉领域亟待解决的基础科学问题，也是抢占未来生物诊疗市场的内在需求，更是从事化学、材料学研究科学工作者不可推卸的责任。

发明内容

针对以上问题，本发明将设计合成近红外发光效率高、吸收和发射光谱可调、光稳定好的AIE材料，克服生物组织的自吸收和自发荧光的干扰。将基于氰基茚酮骨架，利用增强共轭链长、增加分子空间位阻等机制，实现高效近红外发光的AIE材料的制备。同时，通过降低单线态和三线态能级差等方法来提高其光动力学效率，筛选出既具有高发光效率也具有高光动力学活性的近红外AIE材料。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一类强D-A型有机近红外二区发光材料的合成及其应用，其制备方法包括如下步骤：

在氮气气氛中，将含醛基类强给电子化合物、氰基靛酮以摩尔比1.2~1.5 : 1加入到反应器中，加入三氯甲烷做溶剂，催化剂吡啶，用磁力搅拌装置搅拌混合物，使其溶解，加热80 ℃反应3 h，反应结束后减压蒸除溶剂得粗产物，经柱层析提纯得到目标化合物。

结构：

式中X＝氢元素、氟元素、氯元素；

Ar＝芳香环衍生物给电子基团，可为以下基团中的任意一种。

本发明有益效果：

1、本发明所提供的近红外AIE发光材料能克服传统发光材料的ACQ效应并且其光稳定效果相比于商业发光材料有所提高。

2、本发明所提供的具有AIE性质的近红发光材料其合成步骤少、方法简单，原料易得。

3、本发明所提供的具有AIE性质的近红外发光材料具有近红外发光效率高、吸收和发射光谱可调、克服生物组织的自吸收和自发荧光的干扰等优点。

附图说明

图1为BTT-2F，MeoBTT-2F，BTPET-2F在THF中的归一化吸收光谱；

图2为所得材料BTT-2F，MeoBTT-2F，BTPET-2F在THF中（左）和固态（右）发射光谱图

图3A为在不同水含量条件下的荧光光谱图，在向THF溶液中逐渐加入水后，BTPET-2F的荧光强度显著增加，图3B为3BTPET-2F的I/I

图4A为在不同水含量条件下的荧光光谱图，在向THF溶液中逐渐加入水后，MeoBTT-2F的荧光强度显著增加，图4B为MeoBTT-2F的I/I

图5为近红外发光材料BTT-2F质谱图

图6为近红外发光材料MeoBTT-2F质谱图

图7为近红外发光材料BTPET-2F质谱图

具体实施方式

下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

近红外发光材料BTT-2F，MeoBTT-2F，BTPET-2F，BDFT-2F和BCT-2F的制备，合成路线如下：

BTT-2F：在氮气气氛下，将4,5-二溴噻吩-2-甲醛（0.50 g，1.87 mmol）、4-硼酸三苯胺（1.62 g，5.61 mmol）、四（三苯基膦）钯（0.115 g，0.10 mmol），碳酸钾（0.62 g，4.50mmol）在氮气氛围下加入20 mL THF与水1: 1的混合溶剂。在90 ℃下反应12 h。冷却至室温后，减压蒸发溶剂，残留物通过硅胶柱色谱纯化。以58.2 %的产率（0.92 g）获得黄色固体。在双口烧瓶中加入20 mL三氯甲烷，加入0.20 g上步产物，5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（0.105 g，0.45 mmol），加入几滴吡啶作催化剂，在70 ℃下反应4 h，冷却至室温后，减压蒸发溶剂，加入适当三氯甲烷溶解，加入大量甲醇析出固体，过滤得到深黑色固体（0.22 g）产率79.4 %。

所得产物的结构表征数据如下所示：

1

MeOBTT-2F：在氮气气氛下，将4,5-二溴噻吩-2-甲醛（0.50 g，1.87 mmol）、4,4'-二甲氧基-4''-硼酸三苯胺（1.95 g，5.61 mmol）、四（三苯基膦）钯（0.115 g，0.10 mmol），碳酸钾（0.62 g，4.50 mmol）在氮气氛围下加入20 mL THF与水1: 1的混合溶剂。在90 ℃下反应12 h。冷却至室温后，减压蒸发溶剂，残留物通过硅胶柱色谱纯化。以46.6 %的产率（0.84 g）获得黄色固体。在双口烧瓶中加入20 mL三氯甲烷，加入0.20 g上步产物，5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（0.105 g，0.45 mmol）,加入几滴吡啶作催化剂，在70 ℃下反应4 h，冷却至室温后，减压蒸发溶剂，加入适当三氯甲烷溶解，加入大量甲醇析出固体，过滤得到深黑色固体（0.20 g）产率76.9 %。

所得产物的结构表征数据如下所示：

1

BTPET-2F：在氮气气氛下，将4,5-二溴噻吩-2-甲醛（0.50 g，1.87 mmol）、[1-(4-硼酸酯基苯基)-1,2,2-三苯基]乙烯（2.10 g，5.61 mmol）、四（三苯基膦）钯（0.115 g，0.10mmol），碳酸钾（0.62 g，4.50 mmol）在氮气氛围下加入20 mL THF与水1: 1的混合溶剂。在90 ℃下反应12 h。冷却至室温后，减压蒸发溶剂，残留物通过硅胶柱色谱纯化。以64.2 %的产率（1.22 g）获得黄色固体。在双口烧瓶中加入20 mL三氯甲烷，加入0.20 g上步产物，5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（0.105 g，0.45 mmol）,加入几滴吡啶作催化剂，在70 ℃下反应4 h，冷却至室温后，减压蒸发溶剂，加入适当三氯甲烷溶解，加入大量甲醇析出固体，过滤得到深黑色固体（0.18 g）产率69.2 %。

所得产物的结构表征数据如下所示：

1

BDFT-2F：在氮气气氛下，将4,5-二溴噻吩-2-甲醛（0.50 g，1.87 mmol）、芴-2-硼酸片呐醇酯（1.79 g，5.61 mmol）、四（三苯基膦）钯（0.115 g，0.10 mmol），碳酸钾（0.62 g，4.50 mmol）在氮气氛围下加入20 mL THF与水1: 1的混合溶剂。在90 ℃下反应12 h。冷却至室温后，减压蒸发溶剂，残留物通过硅胶柱色谱纯化。以49.1 %的产率（0.83 g）获得黄色固体。在双口烧瓶中加入20 mL三氯甲烷，加入0.20 g上步产物，5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（0.105 g，0.45 mmol）,加入几滴吡啶作催化剂，在70 ℃下反应4 h，冷却至室温后，减压蒸发溶剂，加入适当三氯甲烷溶解，加入大量甲醇析出固体，过滤得到深黑色固体（0.18 g）产率62.0 %。

所得产物的结构表征数据如下所示：

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BCT-2F：将2,7-二溴-9H-咔唑（3g，9.23 mmol）溶于250毫升圆底烧瓶中的丙酮（60毫升）中。然后将氢氧化钾（1.55g，27.69 mmol）加入到混合溶液中。回流30分钟后，缓慢加入溴乙烷（2.07mL，27.69 mmol），并继续回流1小时。冷却至室温后，在减压下除去反应溶剂，获得粗产物，将其溶解在乙酸乙酯中，并用2%稀盐酸、水和盐水洗涤。然后用无水硫酸钠干燥有机相，然后过滤并在减压下浓缩。所得粗产物经硅胶柱色谱纯化，用石油醚/CH2Cl2洗脱，得到产率为81%产物1，产率为81%。

在氮气气氛下，将4,5-二溴噻吩-2-甲醛（0.50 g，1.87 mmol）、产物1（1.80 g，5.61 mmol）、四（三苯基膦）钯（0.115 g，0.10 mmol），碳酸钾（0.62 g，4.50 mmol）在氮气氛围下加入20 mL THF与水1: 1的混合溶剂。在90 ℃下反应12 h。冷却至室温后，减压蒸发溶剂，残留物通过硅胶柱色谱纯化。以47.1 %的产率（0.8 g）获得黄色固体。在双口烧瓶中加入20 mL三氯甲烷，加入0.20 g上步产物，5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（0.105 g，0.45mmol）,加入几滴吡啶作催化剂，在70 ℃下反应4 h，冷却至室温后，减压蒸发溶剂，加入适当三氯甲烷溶解，加入大量甲醇析出固体，过滤得到深黑色固体（0.22 g）产率75.8 %。

所得产物的结构表征数据如下所示：

1

实施例2：

强D-A型光敏剂（BTT-2F, MeoBTT-2F, BTPET-2F）的吸收光谱表征

图1为基于实施例1所得材料BTT-2F, MeOBTT-2F, BTPET-2F在THF中吸收光谱图，BTT-2F在THF溶液中的最大吸收光谱为600 nm，MeOBTT-2F在THF溶液中的最大吸收光谱为641 nm，BTPET-2F在THF溶液中的最大吸收光谱为523 nm，表明氟的强吸电子效应可以赋予C-F键离子特征，这使得C-F键高度极化，增强相邻分子之间的静电相互作用，并促进吸收波长的红移。

实施例3：

强D-A型光敏剂（BTT-2F, MeOBTT-2F, BTPET-2F）的发射光谱表征图

图2为基于实施例1所得材料BTT-2F, MeoBTT-2F, BTPET-2F在THF中（左）和固态（右）发射光谱图，BTT-2F在THF溶液中的最大发射光谱为961 nm，MeOBTT-2F在THF溶液中的最大发射光谱为976 nm，BTPET-2F在THF溶液中的最大发射光谱为972 nm ，BTT-2F固态发射波长为978 nm，MeOBTT-2F固态发射波长为992 nm，BTPET-2F固态发射波长979 nm。表明通过增强给电子基团的供电子能力，促进了激发态分子内电荷转移，发射光谱发生明显红移，表现出良好的生物成像潜力。

实施例4:

图3A为在不同水含量条件下的荧光光谱图，在向THF溶液中逐渐加入水后，BTPET-2F的荧光强度显著增加，图3B为BTPET-2F的I/I

实施例5:

图4A为在不同水含量条件下的荧光光谱图，在向THF溶液中逐渐加入水后，MeOBTT-2F的荧光强度显著增加，图4B为MeOBTT-2F的I/I