一种聚集诱导发光的配体及配合物的制作方法

文档序号:10564271阅读:592来源:国知局
一种聚集诱导发光的配体及配合物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚集诱导发光的配体及其金属配合物,属于生物检测领域。配体中同时含有大环胺类基团和聚集诱导发光(AIE)的基团,二者共价连接或者通过常见的有机单元桥连。根据配合物中螯合的金属离子不同,配合物会表现出各自不同的功能。其中锌、镉等配合物可以作为阴离子荧光探针,用于核酸、蛋白质等分子的检测;镧系金属配合物可用于时间分辨的荧光磷光检测及成像;顺磁性的金属配合物可以用于磁共振成像。
【专利说明】
-种聚集诱导发光的配体及配合物
技术领域
[0001] 本发明设及一种聚集诱导发光的配体及其金属配合物,可W作为探针分子用于巧 光检测、细胞或组织的巧光成像、磁共振成像等,属于生物检测领域。
【背景技术】
[0002] 聚集诱导发光(AIE)是指一类巧光生色团在溶液状态下微弱发光甚至不发光,而 在固态或聚集状态下巧光显著增强的一种光物理现象。由于巧光物质在溶液中,分子聚集 度小,分子内部基团可W自由旋转,分子吸收的光大多W热能的形式放出去,所W,AIE巧光 物质在溶液中不发巧光。近年来,一大批的AIE特性的有机分子被合成出来,不仅用于制作 有机光电材料,还运用到无机离子和生物分子的检测中。具有ME特性的分子作为巧光探针 在无机离子和生物检测领域有着传统巧光探针分子不能比拟的优点:AIE探针分子更多的 结合到生物大分子上获得高亮度的巧光,而不必担屯、像传统的巧光分子那样发生聚集导致 的巧光巧灭,运为巧光检测提供了便利。
[0003] 金属配合物在分子探针领域有较多的应用。一方面,配位作用与氨键和静电作用 相比,具有更高的键能,运就使得配位作用可W在水等质子化溶剂中稳定存在,因而W配位 作用结合的探针可W更有效的在于水溶液中发挥检测作用。另外一方面,一些过渡金属离 子可W用于构建憐光金属配合物,相对于一般的有机小分子探针,具有较长的激发态寿命, 可W用于时间分辨的检测和成像,W去除散射光和短寿命巧光的干扰。
[0004] 近年来,时间分辨巧光技术已成为生物化学与生物物理领域的主要研究工具之 一。时间分辨的巧光成像技术可W同时获得分子状态W及空间分布的信息,在生物学和医 学领域也得到了越来越广泛的应用。当体系中含有多种巧光物质时,由于各物质的巧光发 射光谱可能会出现重叠和干扰的情况,单独依靠通常的巧光发射光谱手段可能无法得到体 系准确的信息。而利用时间分辨的巧光技术,可W通过巧光寿命的差异,解析出体系中巧光 物质的组成情况,从而提供有价值的信息。另外一方面,小分子巧光的寿命一般在纳秒的范 围,相对于寿命长达毫秒的稀±配合物的憐光,对仪器有更高的要求,因此,发展长寿命、长 波长发射的成像探针,不仅可降低仪器的依懒性,并区分短寿命的巧光,而且可W从光谱上 避免生物体内短波长自巧光的影响,意义重大。

【发明内容】

[0005] 本发明提供一类聚集诱导发光的配体化合物及相应的金属配合物。根据不同的配 体和金属原子,运些配体和配合物可W分别用于巧光检测、时间分辨的检测W及磁共振造 影剂等领域。
[0006] 运些配体的结构特点为:分子中同时含有大环胺类基团和聚集诱导发光的基团, 二者共价连接或者通过常见的有机单元桥连。运些配体与特定的金属配位即可得到相应的 配合物。
[0007] 本发明所提供的配体的结构通式如下所示:
[000引
[0009] 其中,a、b、c、d、e、f、g、h、i各自独立,a、b、c、d选自1-3的整数,e、i选自0-5的整数, f、g选自1-20的整数,h选自0-10的整数。
自:H、烷基、不饱和控基、含取代基的烷基或含取代基的不饱和控基,所述取代基选自面素、 径基、簇基、氨基、酷胺基、芳香环或杂环基。
[0011] AIE为具有聚集诱导发光性质的巧光基团,具体结构可W参考聚集诱导发光领域 已知的文献,其中优选结构为四苯乙締、含有取代基的四苯乙締、W及四苯乙締基取代的芳 环基。
[001^ ri、r2、r3各自独立,选自:
[0013]
[0014] 其中P为1-5的整数;Ra、Rb、R。各自独立,选自H、烷基、不饱和控基、含取代基的烧 基、含取代基的不饱和控基,取代基选自面素、径基、簇基、氨基、酷胺基、芳香环或杂环基。
[0015] 上述配体的制备方法如下:W大环胺类化合物为原料,将聚集诱导发光的小分子 共价修饰到大环胺类化合物上,再根据具体分子结构进行进一步的功能化。具体的方法可 W参考有机合成领域中大环胺类化合物的合成文献。
[0016] 例如,当ri、r2、r3选自可W参考如下文献 制备:
[0017] Qiem.Commun.,2002,890-891; Qiem.Commun.,2006,4084-4086;
[0018] Org.Biomol.Qiem.,2006,4,1572-1579; Qiem.Commun.,2007,129-131;
[0019] Qiem.Commun.,2007,3389-3391;Dalton Trans.,2009,4712-4721;
[0020] Dalton Trans.,2011,40,484-488;Qiem.Commun.,2011,47,206-208;
[0021] J.Am.Chem.Soc.2009,131,17542-17543;
[0022] J.Am.Chem.Soc.2011,133,11847-11849;
[0023] J.Am.Chem.Soc.2012,134,10725-10728;
[0024] J.Am.Chem.Soc.2012,134,16099-16102。
[002引当ri、r2、r3选自
时,可W参考如下文献制备:
[00%] European Journal of Inorganic Qiemistry,(1),119-136;2009;
[0027] Inorganic Qiemistry,31(21),4422-4;1992;
[00巧]European Journal of Inorganic Qiemistry,(I),119-136;2009;
[00巧]European Journal of Inorganic Qiemistry,2012(15),2533-2547;2012;
[0030] Journal of Inorganic Biochemistry,102(7),1531-1540;2008;
[0031] Inorganic Chemistry,40(26),6572-6579;2001;
[0032] Chemistry-A European Journal,19(24),7748-7757;2013。
[0033] 根据上述结构通式,一些优选的配体结构如下:
[0034;
[0035]其中,m选自0-10的整数,n选自0-3的整数,
自H、烷基、不饱和控基、含杂环取代基的烷基等。
[0038]根据本发明的结构通式,可W列举一些优选的配体结构如下(运些结构不作为本 发明的限制):
[0040] 上述配体与不同的金属盐反应,可W形成相应的配合物。具体制备方法可参考相 关的金属配合物领域已知的文献制备。
[0041] 现列举一些优选的配合物结构如下(运些结构不作为本发明的限制):
[0042
[0043
[0044] 根据不同配位的金属离子,配合物会表现出相应的功能。
[0045] 如果选择主族金属元素、IIB和III站矣元素的金属离子,则所获得的配合物可W通 过中屯、金属离子配位结合阴离子,可W作为阴离子巧光探针。可W用于核酸、蛋白质等分子 的检测。在核酸的检测应用中,运类化合物无论对单链还是双链核酸都有高灵敏度。除了用 于溶液中检测核酸,还可W用作凝胶电泳中单链DNA的显色剂,对比同位素标记或巧光标记 的单链DNA电泳,运种显色方法降低了成本并简化了操作。将此类探针应用于凝胶电泳、细 胞内核酸成像或生物样品中核酸的检测和显色具有较好的应用前景。
[0046] 如果选择W铜系金属离子配位,则聚集诱导发光基团在检测过程中分子内旋转受 到限制后,可W实现配体到金属离子的能量转移,获得长寿命的憐光的聚集诱导发光配合 物,可W用于时间分辨的巧光憐光检测及成像。
[0047] 如果选择Gd3+Je3+、Mn2+等顺磁性金属离子进行配位,所获得的配合物可W用于磁 共振造影成像。
[0048] 此外,上述一些胺基配体,可W与核酸结合,从而限制分子的旋转,抑制非福射的 激发态弛豫,巧光显著增强,即实现对核酸的检测。
[0049] 上述所有化合物的检测原理为:金属离子与目标分子通过配位结合,从而使四苯 乙締聚集在目标分子周围,进而通过聚集诱导巧光增强现象判断目标分子的存在。根据运 一原理,只要大环胺类化合物与聚集诱导发光基团是共价连接,不论该共价键的长短如何, 都可W达到类似的检测效果;此外,根据相同的原理,其他具有聚集诱导发光性质的分子也 可W用于运类探针的分子设计,并可W预料具有类似的检测效果。运些改进均没有超出本 发明的实质内涵。
【附图说明】
[0050] 图1为配合物化1检测DNA的巧光图谱。
[0051 ]图2为配合物化1溶液的巧光强度随DNA浓度的变化图。
[0052] 图3为配合物化2溶液的巧光强度随DNA浓度的变化图。
[0053] 图4为配合物化3溶液的巧光强度随DNA浓度的变化图。
[0054] 图5为配合物化4溶液的巧光强度随DNA浓度的变化图。
[0055] 图6为配合物Cdl检测DNA的巧光图。
[0056] 图7为配合物化1检测牛血清蛋白的稳态巧光图。
[0057] 图8为配合物化1检测牛血清蛋白的时间分辨的光谱图。
【具体实施方式】
[0058] 下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明,其目的在于帮助更好的理解本发 明的内容,但运些具体实施方案不W任何方式限制本发明的保护范围。本实施方案所用的 原料为已知化合物,可在市场上购得,或可用本领域已知的方法合成。
[0059] 实施例1,锋、儒配合物用于核酸的检测
[0062] HQ1半O口、J一曰-P义:叫哥Jr水料A丄VU. 4Dg,丄mmo丄;中M子月巧了 VU . Dyg, ^mmo丄;,々义/、平W図;防烧瓶中,加40mL无水乙腊,回流反应1天后,减压蒸馈,柱层析分离,得目标产物0.39g,产率
[0060] 耐合物I7n1於T合成.
[0061] 为71 %〇ESI-MS:m/z[M+H]+:547.Anal.Calcd for C36H42N40:C,79.08;H,7.74;N,10.25; Found:C,78.94;H,7.58;N,10.07〇
[0063] 配合物化I的制备:取107mg(0.2mmol)的配体5溶解在0.5mL的甲醇溶液中,同时称 取化(N03)2 ? 6出0 84mg(0.3mm〇u溶解在0.5mL的甲醇溶液中。将硝酸锋的甲醇溶液缓慢滴 加到配体5的甲醇溶液中,期间会有白色的固体产生并沉淀下来,放置一段时间,抽滤,烘 干,得到白色固体92mg,产率为 63% eESI-MS:m/z[M-N03r:672.2.Anal .Calcd for C36H42N607Zn:C,58.74;H,5.75;N,11.42;R)und:C,58.88;H,5.30;N,11.85。
[0064] 根据类似的方法,使用不同的大环胺类化合物,通过亲核取代反应可W制备配体I 至7。
[00化]庶巧並仙的市浊_佛田化庶的耐化前全屋蛙.而W击Ii么m W下耐会物I.
[0066;
[0067] 运些配合物可W用于核酸的巧光检测,原理是配合物的中屯、离子可W与核酸的碱 基配位结合,并诱导疏水的四苯乙締基团聚集,从而使得巧光增强。
[0068] 将配合物Znl用于检测DNA,所用序列为TTTTT,结果如附图1所示,溶液巧光随着 DNA浓度的增加显著提高。在相同条件下,加入其它S条序列(GGGGG、AAAAA、CCCCC),巧光增 强不明显(附图2),说明该配合物具有一定的碱基选择性。检测条件为:配合物浓度=IOiiM, [肥阳S] = 1 OmM,[NaCl ] = 50mM,pH=7.0,入ex = 330nm,入em=470nm。
[0069] 配合物Zn2和Zn3检测不同DNA的结果如附图3和4所示,检测条件为:配合物浓度: IOuM, [F*henol red] = IOuM, [NaCl] = IOOmM,抑=8.0,Aex = 330nm,Aem=470nm。
[0070] 配合物Zn4检测不同DNA的结果如附图5所示,检测条件为:配合物浓度:IOiiM, Katechol violet] = IOuM, [NaCl] = 100mM,pH=8.0,Aex = 330nm,Aem=470nm。
[0071] 配合物Cdl用于检巧阳NA,结果如附图6所示,溶液巧光随着DNA浓度的增加显著提 高。检测条件为:配合物浓度:1〇咖,[肥阳S] = IOmM, [NaCl] =SOmM,pH=7.0,Aex = 330nm。
[0072] 相对于一般的核酸探针,运些基于配位结合的探针可W与核酸中特异的碱基配位 结合,因而在单链核酸的检测中具有较高的灵敏度,并且对不同的核酸序列表现出一定的 选择性。
[0073] 按相同的原理和思路,配体1-7, W及具有类似结构的配体都可W用来设计金属配 合物,并可W达到类似于本实例中配合物的检测效果。
[0074] 按相同的原理和思路,其它金属离子也可W用来设计运类配合物探针,并可W达 到类似于本实例中配合物的检测效果。
[0075] 实施例2,稀±配合物的制备及时间分辨的检测
[0076] 配合物化1的合成路线如下:
[0077]
[007引配体8的制备:向圆底烧瓶加入配体5(0.08g,0.146mmol)、2-氯-N,N-二乙基乙酷 胺(0.11旨,0.7411111101)、舰化钟(0.20旨,1.211111101)、碳酸钟(0.22旨,1.611111101)和101111^乙腊,在氣 气保护下回流反应4她后,减压浓缩,W氯仿-甲醇(v:v = 20:l)为淋洗剂,经硅胶柱层析纯 化得无色油状液体0.12g,产率93% dESI-MS :m/z[M+扣 +: 886,[M+Na] +: 908。
[0079] 配合物Eul的制备:向单口瓶中加配体8(0.048g,0.053mmo 1),六水和S氯化館 (0.022g,0.06mmol)和2.5mL甲醇,回流反应15h后,过滤收集滤液,减压蒸馈得黄色透明固 体。用ImL甲醇溶解,加乙酸析出固体,过滤收集固体,再如此溶解、析出、过滤,然后干燥得 黄色固体0.053g,产率 85%eESI-MS:m/z[M+出 0] + :1164,[M-Cl] + :1108。
[0080] 根据类似的方法,将配体8与相应的金属盐反应,可W制备出W下配合物:
[008
123 运些配合物在水溶液中具有非常低的量子产率,可W用于蛋白质的检测,具有高 的巧光增强倍数。此外运些配合物可W用于时间分辨的检测,用于去除背景巧光和散射光 的干扰,显著提高检测的信噪比。 2 配合物化1检测牛血清蛋白的稳态巧光图如附图7所示,相应的时间分辨的检测光 谱如附图8所示,随着牛血清蛋白(BSA)浓度的增强,分子的巧光和憐光都显著增加,通过时 间分辨的检测(延迟0.05ms,积分1ms),短寿命的巧光被去除,显示出館离子的红光特征发 射。检测条件为:配合物浓度:50咖,[肥阳S] = 10mM,pH=7.0,Aex = 330皿。 3 按相同的原理和思路,配体8-13, W及具有类似结构的配体都可W用来设计金属 配合物,并可W达到类似于本实例中配合物的检测效果。
[0085] 按相同的原理和思路,其它铜系金属离子也可W用来设计运类配合物探针,并可 W达到类似于本实例中配合物的检测效果。此外一些铜系金属配合物如化1和Ndl等金属憐 光的发射在近红外区,可W作为近红外的探针用于相关的检测。
[0086] 实施例3,磁造影剂的合成
[0087] 配体9和配体10的合成路线如下:
[008引
[0089] 配体9的合成:向圆底烧瓶加入配体5 (
0.11 g,0.2mmo 1)、漠乙酸叔下醋(0.4g, 4mmo 1)和10血乙腊,回流反应48h后,减压浓缩,W氯仿-甲醇(V: V = 20:1)为淋洗剂,经硅胶 柱层析纯化得无色油状液体〇.15g,产率84%eESI-MS:m/z[M+扣+ :889。
[0090] 配体10的合成:向圆底烧瓶加入配体9(0.09g,0.1 mmol)和浓盐酸5mL,揽拌反应4h 后,70°C减压浓缩,得白色固体产物约0.06g,产率83%。ESI-MS:m/z[M寸r: 719。
[00川按实施实例2中的方法,将配体10分别与化Cl3、GdCl3、MnCl2反应,可W得到相应的 配合物,结构如下:
[0092;
[0093]运些配合物由于含有顺磁性的金属离子,可W作为磁共振造影剂。类似的,其它顺 磁性的金属离子也可W与配体10反应,所得配合物也可W用于磁共振造影。按类似的原理, 其它大环胺类配体(如配体8-13)也可W用来合成顺磁性金属配合物,并用于磁共振造影。
【主权项】
1. 一种配体,其特征在于:分子中同时含有大环胺类基团和聚集诱导发光的基团,二者 共价连接或者通过有机单元桥连;配体的结构通式如下:其中,a、b、c、d、e、f、g、h、i各自独立,a、b、c、d选自1-3的整数,e、i选自0-5的整数,f、g 选自1-20的整数,h选自0-10的整数; AIE为聚集诱导发光的基团; L选自:(CH2)p其中p为0-10的整数,R选自:H、烷基、不饱和烃基、含取代基的烷基或含取代基的不饱和烃 基,所述取代基选自卤素、羟基、羧基、氨基、酰胺基、芳香环或杂环基; R1、!?2、!?3各自独立,选自:其中P为1-5的整数;Ra、Rb、R°各自独立,选自:H、烷基、不饱和烃基、含取代基的烷基或含取 代基的不饱和烃基,所述取代基选自卤素、羟基、羧基、氨基、酰胺基、芳香环基或杂环基。2. 如权利要求1所述的配体,其特征在于,所述AIE基团为四苯乙烯、含有取代基的四苯 乙烯或以及四苯乙烯基取代的芳环基。3. 如权利要求1所述的配体,其特征在于,其结构如下:其中,m选自0-10的整数,η选自0-3的整数,Rd、ir选自:H、烷基、不饱和烃基或含杂环取代基的烷基。4.如权利要求3所述的配体,其特征在于,其结构如下:5. -种金属配合物,其特征在于:由权利要求1~4任一项所述的配体与金属离子螯合 构成。6. 如权利要求5所述的配合物,其特征在于,配合物结构为:7. 权利要求5所述的配合物作为检测核酸或蛋白质的荧光探针的用途,其特征在于,构 成配合物的金属离子选自主族金属元素、IIB和IIIB族元素的金属离子。8. 权利要求5所述的配合物作为用于时间分辨的荧光检测的探针的用途,其特征在于, 构成配合物的金属离子选自镧系金属离子。9. 权利要求5所述的配合物作为磁造影剂的用途,其特征在于,构成配合物的金属离子 选自顺磁性的金属离子。
【文档编号】C07D295/15GK105924410SQ201610257331
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】杨楚罗, 朱泽策, 王胜
【申请人】武汉大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1