一种侧链含萘基团的聚噻吩衍生物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于荧光传感检测技术领域，特别是一种侧链含萘基团的聚噻吩衍生物及 其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 荧光分析技术作为现代分析化学中的一种重要方法，它是利用荧光分子探针作为 光学信号试剂，通过探针材料与目标物的结合使荧光强度增强或淬灭、发射波长红移或蓝 移等荧光光学信号发生改变的分析检测技术。该方法具有方便快捷、原位实时检测、高灵敏 度与高选择性等优点，可将微环境生化作用等变化信息转变为光信号，方便微环境性能的 分析检测。因而，开发适用于荧光标识的探针材料以满足不同检测领域的需求将对化学和 生物分析检测具有重要的意义。
[0003] 三磷酸腺苷（AdenosineTriphosphate，简称ATP)是由三个磷酸基团、一分子五 碳糖和腺嘌呤所组成，作为一种具有重要生物学意义的阴离子，它不仅是一切生物体内的 能量货币，而且还是许多生物过程的信号传递者。正常情况下，机体能够调节ATP在适当的 浓度水平，一旦ATP的浓度出现异常，可能与某些疾病相关联。比如，产生过量ATP会导致 心脑血管等疾病，相反，ATP浓度不足时会造成诸如局部缺血，低血糖，帕金森症等疾病。因 此，在生理条件下精确地检测和定量ATP浓度，不仅有助于深入理解ATP在生命过程中的重 要作用，而且在临床应用方面也具有重要的实用价值和应用前景。
[0004] 目前所报道的ATP荧光探针主要是一些小分子荧光染料，如：芘、蒽、叮啶酮、咕 吨、香豆素、萘二酰亚胺等的衍生物，它们的缺陷是在生理环境中容易发生光漂白现象。近 年来，-共辄聚合物如聚芴、聚丁二炔、聚噻吩等的衍生物，由于具有良好的光稳定性及荧 光信号放大的分子导线效应，作为新兴的荧光探针材料受到了人们的广泛关注。聚噻吩及 其衍生物除了具有_共辄聚合物的通性之外，另外一个独特的优势在于：其构象及聚集 状态对外界的刺激极为敏感，在外界刺激下，其主链构象易于发生非平面化与平面化之间 的转变，进而引起荧光强度的变化以及溶液颜色的改变，据此可实现对目标物荧光和肉眼 观察双模式的检测。但是对于小分子分析物，由于其与聚噻吩衍生物的相互作用力较弱，往 往导致光谱变化小，检测灵敏度较低，这是目前基于聚噻吩衍生物荧光探针材料的一个急 需解决的问题。
[0005] 因此，开发结构新颖的聚噻吩衍生物材料，增强其与小分子分析物之间的相互作 用，利用它们之间的结合引起的聚合物主链构象的改变，对应溶液颜色、吸收和发射峰的波 长及荧光强度的变化，产生丰富的光学信号变化信息，对满足生物体内小分子检测和活体 荧光成像标记具有非常重要的科学意义和实用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种侧链含萘基团的聚噻吩 衍生物及其制备方法和应用，该聚噻吩衍生物对三磷酸腺苷响应快、选择性高、具有良好的 水溶性，其制备方法简单易行、成本低，经济技术效果明显。。
[0007] 本发明的技术方案：
[0008] 一种侧链含萘基团的聚噻吩衍生物，为4-甲基-3-(4'-三甲基氯化铵基丙氧 基）-噻吩和3-(萘酰胺乙基）噻吩的共聚物，其结构式为：
[0009]
[0010] -种所述侧链含萘基团的聚噻吩衍生物的制备方法，步骤如下：
[0011] 1)3-甲氧基-4-甲基噻吩的合成
[0012] 将3-溴-4-甲基噻吩与溴化亚铜加入到浓度为28wt%的甲醇钠-甲醇溶液中，然 后再加入溶剂氮甲基吡咯烷酮得到混合液，3-溴-4-甲基噻吩、溴化亚铜、浓度为28wt%的 甲醇钠-甲醇溶液与氮甲基吡咯烷酮溶剂的用量比为：27. 6mmol:17. 4mol:18mL:7mL，氮 气保护下回流2-5天，冷却至室温后，滤去固体，滤液用乙醚萃取，所得有机相用无水MgS04 干燥，然后蒸干溶剂，粗产物经柱层析纯化，洗脱剂为正己烷，制得3-甲氧基-4-甲基噻 吩；
[0013] 2) 3-(3-溴丙氧基）-4-甲基噻吩的合成
[0014] 将3-甲氧基-4-甲基噻吩、3-溴-1-丙醇和NaHS04加入到甲苯中得到混合液，其 中3-甲氧基-4-甲基噻吩、3-溴-1-丙醇和NaHS04的摩尔比为1 :2. 2 :0. 1，3_甲氧基-4-甲 基噻吩和甲苯的体积用量比为1: (30-40)，氮气保护下加热至100°C，直至生成的甲醇全部 蒸出，然后冷却至室温，用水洗涤三次，收集水相，用乙醚萃取，合并有机相，用无水MgS04 干燥，蒸干溶剂，粗产物经柱层析纯化，洗脱剂为正己烷，得到3-(3-溴丙氧基）-4-甲基噻 吩；
[0015] 3)3_(4_甲基-3'-噻吩氧基）丙基三甲基溴化铵的合成
[0016] 将上述3- (3-溴丙氧基）-4-甲基噻吩溶于四氢呋喃中，然后加入浓度为30wt% 的三甲胺水溶液，3_(3_溴丙氧基）_4_甲基噻吩、四氢呋喃与三甲胺水溶液的用量比为3g: 100mL:10mL，室温下搅拌24小时，蒸干溶剂，粗产物用四氢呋喃洗涤三次，得到3-(4-甲 基-3' -噻吩氧基）丙基三甲基溴化铵；
[0017] 4) 3-萘酰胺乙基噻吩的合成
[0018] 将3-氨乙基噻吩盐酸盐溶于二氯甲烷中，冰浴下依次滴加三乙胺、1-萘甲酰氯， 3-氨乙基噻吩盐酸盐、二氯甲烷、三乙胺与1-萘甲酰氯的用量比为0.02mol:40mL:4mL: 0.Olmol，常温反应24小时，旋蒸除去溶剂，将反应产物用二氯甲烷溶解，分别用50mL1M HC1和饱和食盐水洗，再用无水MgS04干燥，浓缩后，粗产物经柱层析纯化，洗脱剂为体积比 为1:5的乙酸乙酯/石油醚，重结晶，得到3-萘酰胺乙基噻吩；
[0019] 5)侧链含萘基团的聚噻吩衍生物的合成
[0020] 将3_(4_甲基-3' -噻吩氧基）丙基三甲基溴化铵、3-萘酰胺乙基噻吩及无水三 氯化铁加入到无水三氯甲烷中，3-(4_甲基-3' -噻吩氧基）丙基三甲基溴化铵、3-萘酰胺 乙基噻吩、无水三氯化铁与无水三氯甲烧的用量比为lmmol:〇.lmmol:4mmol:25mL，在氮气 保护下室温搅拌24小时，然后蒸干溶剂，所得固体用甲醇洗涤，过滤，滤渣用丙酮索氏洗提 24小时，将得到的不溶物干燥，然后用甲醇溶解，并加入2-5滴水合肼至完全还原，再用饱 和四丁基氯化铵-丙酮溶液沉淀，用丙酮洗涤，真空干燥，得到侧链含萘基团的聚噻吩衍生 物。
[0021] -种所述侧链含萘基团的聚噻吩衍生物的应用，作为荧光探针材料用于三磷酸 腺苷的检测，方法是：将侧链含萘基团的聚噻吩衍生物作为荧光探针材料，配制成浓度为 5X10 5M的溶液，将检测对象逐渐加入到探针溶液中，混合均匀之后，用450nm波长的光激 发，测定溶液在570nm波长的发射光谱强度，根据标准曲线确定三磷酸腺苷的含量。
[0022] 所述侧链含萘基团的聚噻吩衍生物荧光探针的制备方法，其合成路线如下所示：
[0023]
[0024] 本发明的反应机理：本发明所述的侧链含萘基团的聚噻吩衍生物，其核心为聚噻 吩侧链上带有季铵盐和萘两种功能基团。该类侧链含萘基团的聚噻吩衍生物在没有外界底 物诱导的情况下，其主链处于无规线团状，溶液为黄色，具有强的荧光发射。加入三磷酸腺 苷后，聚噻吩链上带有正电荷的季铵盐部分与三磷酸腺苷上带有负电荷的磷酸基团发生静 电相互作用，同时聚噻吩侧链上的萘基团与三磷酸腺苷上腺嘌呤环发生堆积作用， 这两种协同的相互作用使聚噻吩链由非平面构象转化为平面构象，导致探针溶液的荧光淬 灭，溶液颜色由淡黄色变为深紫色，可实现三磷酸腺苷的荧光与比色的双模式的检测。该方 法响应快、选择性高、检测灵敏度高。
[0025] 本发明的优点和有益效果是：
[0026] 该聚噻吩衍生物为31 _共辄聚合物，对外界的刺激极为敏感，染料光学信号的释 放受到聚合物链构象的控制，通过在其侧链上引入季铵盐和萘两种功能基团，增强了其与 三磷酸腺苷的相互作用，使得在极低的检测浓度下仍能引起探针溶液颜色和荧光强度的明 显变化，大大提高了检测的灵敏度；该探针对三磷酸腺苷响应快、选择性高、具有良好的水 溶性，其制备方法简单易行、成本低，经济技术效果明显。
【附图说明】
[0027] 图1是荧光探针连续滴定的荧光光谱。
[0028] 图2是荧光发射强度变化与三磷酸腺苷的浓度线性关系。
【具体实施方式】
[0029] 实施例：
[0030] 一种侧链含萘基团的聚噻吩衍生物，为4-甲基-3-(4'_三甲基氯化铵基丙氧 基）-噻吩和3-(萘酰胺乙基）噻吩的共聚物，其结构式为：
[0031]
[0032] 其制备方法，步骤如下：
[0033] 1) 3-甲氧基-4-甲基噻吩的合成
[0034] 将27. 6mmol3-溴-4-甲基噻吩与17. 4mol溴化亚铜加入到18mL浓度为28wt% 的甲醇钠-甲醇溶液中，然后再加入7mL溶剂氮甲基吡咯烷酮得到混合液，氮气保护下回 流3天，冷却至室温后，滤去固体，滤液用乙醚萃取，所得有机相用无水MgS04干燥，然后蒸 干溶剂，粗产物经柱层析纯化，洗脱剂为正己烷，制得3-甲氧基-4-甲基噻吩13. 25g，产率 89%。结构表征,HNMR(400MHz，CDCl3，ppm)S:6.74(s，lH)，6.08(d，lH)，3.74(s，3H)，2.0 1 (s，3H).ESIMS:m/z[M+H]+= 127. 92,calcd128.03〇
[0035] 2) 3-(3-溴丙氧基）-4-甲基噻吩的合成
[0036] 将3-甲氧基-4-甲基噻吩、3-溴-1-丙醇和NaHS04加入到甲苯中得到混合液，其 中3-甲氧基-4-甲基噻吩、3-溴-1-丙醇和NaHS04的摩尔比为1 :2. 2 :0. 1，3_甲氧基-4-甲 基噻吩和