具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物的制备与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机光电材料技术领域。具体涉及一类具有线粒体靶向功能的磷光铱 配合物的制备方法及其在细胞成像、线粒体标记和氧气传感领域的应用领域。
【背景技术】
[0002] 线粒体是细胞内有氧呼吸作用的主要场所，线粒体中氧气含量的变化会对呼吸作 用产生重大影响。研究表明，许多疾病都与线粒体的不正常运转相关，如阿兹海默症和多发 性硬化。因此研究活细胞中线粒体内氧气浓度的变化对研究与之相关的疾病具有重大意 义。商用的荧光线粒体靶向染料，如线粒体绿色荧光探针（Mito-Track Green)，虽然具有较 好的线粒体靶向功能，但由于其对氧气并不敏感，因此无法检测到线粒体内氧气浓度的变 化。
[0003] 磷光过渡金属配合物具有优异的光电性质，并被广泛应用于生物检测与传感的研 究中。与荧光探针相比，磷光过度金属配合物具有光稳定性好、毒性低、Stokes位移大等一 系列优点。值得一提的是，磷光过渡金属配合物的发射寿命（几百纳秒到几十微秒）比荧 光（几纳秒）长得多，这个特性不仅赋予其对氧气敏感的特性，还使其能够在时间分辨成像 技术中发挥其特长，有效滤除背景荧光的干扰。
[0004] 目前关于检测细胞中线粒体内氧气浓度变化的探针的报道还较为少见。其设计 一般是将过渡金属配合物与可靶向线粒体的基团结合，从而实现对线粒体中氧气浓度变化 的检测，如 Keyes 和 Wolfbeis 等的工作（J. Am. Chem. Soc.，2014, 136, 15300_15309、Angew· Chem. Int. Ed.，2014, 53, 12471-12475)。但这些探针的结构均较为复杂，不利于合成与制 备。因此设计合成结构更为简单的线粒体靶向乏氧检测探针是非常有必要的。
【发明内容】
[0005] 发明的目的：提供一类具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物的制备方法及其应 用。
[0006] 技术方案：本发明的含铱配合物的磷光材料的制备是将能够靶向线粒体的官能团 引入到辅助配体上，使其不仅可以靶向线粒体，还能检测细胞中线粒体内氧气浓度的变化， 从而在细胞成像、生物标记和氧气传感领域具有良好的应用前景。
[0007] 本发明是一类具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物，具有如下结构式：
[0009] 具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物的合成路线如下：
[0011] 具体是化合物1与甲醇钠和氯化铵反应，然后在乙醇钠催化下与乙酰乙酸乙酯缩 合反应制得化合物3,再通过1，6-二溴己烷将化合物3与三苯基磷共价连接起来，从而得到 N~N辅助配体；再与铱二氯桥通过配位反应制备得到具有线粒体靶向功能的铱配合物。
[0012] 所述的具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物的应用为：活细胞线粒体的标记。
[0013] 所述的具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物的应用为：通过共聚焦成像和寿命成 像技术检测活细胞线粒体内氧气浓度的变化。
[0014] 所述的具有线粒体靶向功能的磷光铱配合物的应用为：细胞成像、生物标记和传 感领域。
[0015] 有益效果：本发明的磷光铱配合物具有长的发射寿命，使之不仅对氧气敏感，还能 结合时间分辨技术区分背景荧光信号从而提高信噪比。
[0016] 本发明的磷光铱配合物能够被可见光激发，以及具有红光发射，从而可减弱激发 光源对生物样品的损伤，以及具有较深的组织穿透深度。
[0017] 本发明的磷光铱配合物可应用于生物成像，线粒体标记，线粒体内氧气浓度的传 感，具有简单的化学机构和良好的生物相容性，是很好的生物细胞探针。
【附图说明】
[0018] 图1.实施例3中铱配合物Ir-P(Ph)3W的甲苯溶液（10 5M)的紫外-可见吸收 光谱；
[0019] 图2.实施例3中铱配合物Ir-P(Ph)3(7)的甲苯溶液（10 5M)在不同氧气浓度下 的发射光谱；
[0020] 图3.实施例4中铱配合物Ir-P(Ph)3(7)与商业线粒体染料的共染细胞成像；
[0021] 图4.实施例5中铱配合物Ir-P (Ph) 3 (7)的MTT细胞毒性实验。
[0022] 图5.实施例6中铱配合物Ir-P (Ph)3 (7)对细胞中线粒体内氧气浓度变化检测的 共聚焦成像。
[0023] 图6.实施例7中铱配合物Ir-P (Ph)3 (7)对细胞中线粒体内氧气浓度变化检测的 寿命成像。
【具体实施方式】
[0024] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实例。
[0025] 实施例1 :含三苯基磷辅助配体的制备
[0027] 化合物2的制备：化合物I (26_〇1)与甲醇钠溶液在室温下搅拌反应22小时 后，加入氯化铵（28_〇1)继续反应6小时，过滤除去未反应的氯化铵，滤液旋干除去甲 醇溶剂，得到浅黄色固体粉末，然后用乙醚洗涤三次，除去未反应的化合物1，再使用乙 醇-乙醚的混合溶剂重结晶，得到白色产物化合物2。产率：83%。 1H NMR(400MHz，DMS0) δ = 9. 69 (s, 4H), 8. 85 - 8. 73 (m, 1H), 8. 45 (d, J = 8. 0Hz, 1H), 8. 14 (td, J = 7· 8, I. 7Hz，1H)，7· 85 - 7. 71(m，1H)。13C NMR(101MHz，DMS0) δ = 162. 67, 150. 33, 144. 37， 138. 76, 129. 01，124. 00。
[0029] 化合物3的制备：在乙醇钠催化下化合物2(5mmol)与乙酰乙酸乙酯（5mmol)加 热回流24小时后，旋干除去溶剂并将固体溶于30mL去离子水中，调节pH值至4-5,有大 量白色固体析出，过滤得该白色固体，并用乙醚和水洗涤三次，得到白色固体化合物3。产 率：56%。 1H NMR(400MHz，DMS0)S =11.89(s，lH)，8.69(d，J = 4.4Hz，lH)，8.25(d，J = 7. 9Hz, 1H), 8. 00 (td, J = 7. 8, I. 2Hz, 1H), 7. 60 (dd, J = 6. 9, 5. 1Hz, 1H), 6. 25 (s, 1H), 2. 26 ( s, 3H) 〇
[0030]
[0031]化合物 4 的制备：化合物 3(2. 50mmol)、K2C03(8. 75mmol)与 1，6-二溴 己烷（10.0 Ommol)溶于丙酮（IOmL)后在氮气气氛中60 °C搅拌回流过夜，反应结 束后用水和二氯甲烷萃取三次除去多余的K2CO3，收集有机相，干燥除水后旋蒸除 去有机溶剂，将得到的油状混合物过柱子提纯，得到黄色油状液体化合物4。产 率 69 %。1H (400MHz, DMS0) δ 8.73 (ddd, J = 4. 7, 1.7, 0.8Hz, 1H), 8.34 (d, J = 7. 9Hz, 1H), 7. 96 (td, J = 7. 7, I. 8Hz, 1H), 7. 52 (ddd, J = 7. 5, 4. 7, I. 1Hz, 1H), 6. 82 (s, 1H),4. 44(t, J = 6. 6Hz, 2H), 3. 54(dd, J = 8. 6, 4. 8Hz, 2H), 2. 47 (s, 3H), L 80 (dp, J = 20. 2, 6. 7Hz, 4H), I. 46 (dd, J = 14. 4, 10. 9Hz, 4H)。
[0033] 化合物5的制备：将化合物4(0. 2mmol)和三苯基磷（2mmol)溶于N，N-二甲基甲酰 胺中，在氮气气氛中100°c回流72小时，反应结束后减压旋蒸除去N，N-二甲基甲酰胺，将得 到的油状液体过柱子提纯，得到蜡状白色凝脂化合物5。产率68%。1H NMR(400MHz，DMS0) δ 8. 70 (d, J = 4. 1Hz, 1H), 8. 32 (d, J = 7. 9Hz, 1H), 7. 94 (td, J = 7. 8, I. 7Hz, 1H), 7. 91 -7. 86 (m, 3H), 7. 82 - 7. 73 (m, 12H), 7. 50 (dd, J = 7. 0, 5. 2Hz, 1H), 6. 78 (s, 1H), 4. 40 (t, J = 6. 4Hz, 2H), 3. 56 (s, 2H), 2. 46 (s, 3H), L 75 - I. 65 (m, 2H), I. 54 (s, 4H), I. 43 (s, 2H).
[0036] 实施例2 :含三苯基磷铱配合物Ir-P (Ph) 3 (7)的制备
[0037]
[0038] 化合物Ir-P(Ph)3(7)的制备：将化合物5(0. 14mmol)和铱二氯桥（