2,8-二(4-乙烯基吡啶)-二苯并噻吩阳离子衍生物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及探针材料领域，特别涉及2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离 子衍生物及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 双光子吸收具有良好的三维空间选择性、高穿透深度以及长波激发短波发射等优 点。因此，双光子吸收材料作为荧光探针在高分辨生物荧光成像领域具有重要的应用前景。
[0003] 自从1931年Goppert-Mayer首次从理论上研究了双光子吸收现象的存在，人们便 开始对双光子吸收材料进行了深入而广泛的研究。早期人们研究的双光子吸收材料主要为 无机矿物晶体，但无机材料在吸收效率及响应速度等方面存在着诸多缺陷，因此，人们对有 机双光子吸收材料的关注不断加深。提高有机双光子吸收材料的方法主要有以下几点：（1) 提高中心共辄桥的平面刚性及尺寸；(2)增加Jr-共辄体系的分子链长度；（3)分子两端 对称连接具有给电子或吸电子的基团，增强分子内电荷转移效率，从而提升焚光量子产率；
[4] 体系形成较大的31-共辄离域平面，从而提高双光子吸收截面值。
[0004] 二苯并噻吩具有刚性平面联苯结构，在母体2,8位对称连接乙烯基吡啶基团，会 进一步增大二苯并噻吩衍生物的平面共辄体系，提高分子内电子转移效率，增长分子链长 度，进而增大分子的双光子吸收截面及荧光量子产率。同时，对合成的产物进行RI盐化反 应，形成的二苯并噻吩阳离子衍生物能够与细胞中核酸DNA的碱基对相互作用，增强了荧 光探针的生物相容性，达到选择性标记与探示的作用。而已报道的多数双光子荧光探针由 于存在着合成工艺繁琐，效率低，选择性标记能力不佳等缺陷，限制了材料在高分辨荧光成 像领域的应用。
[0005] 所以一种能够避免上述缺点的、解决现有双光子荧光探针普遍存在的合成工艺繁 琐，效率低，选择性标记能力不佳等问题的荧光探针材料和制备方法是十分具有实用价值 的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种能够避免上述缺点 的、解决现有双光子荧光探针普遍存在的合成工艺繁琐，效率低，选择性标记能力不佳等问 题2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩阳离子衍生物及其制备方法和应用。
[0007] 为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种2,8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并 噻吩阳离子衍生物，其特征在于，所述的衍生物的结构式如下：
[0008]
[0009] 其中，R 为 CH3、C2H5、C4H9 或 C6H13。
[0010] 本发明另一方面提供了一种制备上述的2,8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳 离子衍生物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011] 步骤（1):按质量百分比称取1~2%的2, 8-二溴二苯并噻吩，1~2%的4-乙烯 基吡啶，0. 2~0. 6 %的三邻甲苯基膦，0. 02~0. 06%的醋酸钯、37~40%的N, N-二甲基 甲酰胺和56~59%的三乙胺，混合均匀，得到第一混合物；
[0012] 步骤（2):将所述的第一混合物加入高压反应釜腔内，密封所述的高压反应釜腔， 用高纯氮气流置换掉腔内空气，调节釜内压强至3~4MPa，升温至110~120°C，搅拌反应 39~40h，得到含有大量中间产物析出的第二混合物；
[0013] 步骤⑶：将所述的第二混合物抽滤后，得到滤饼，用甲醇洗涤并干燥所述的滤 饼，得到干燥滤饼；
[0014] 步骤⑷：按质量百分比称取46~49 %的所述干燥滤饼，34~37 %的丙酮以及 16~18%的RI反应，在反应温度为75~85°C条件下冷凝回流34~36h ;反应结束后将反 应液真空抽滤，收集上层滤饼，得到所述的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍 生物。
[0015] 较佳地，步骤（4)中，所述的 RI 为 CH3I、C2H5I、C4H9I 或 C6H13I。
[0016] 较佳地，步骤（1)中，按质量百分比称取1. 5%的2, 8-二溴二苯并噻吩，1. 5%的 4-乙烯基吡啶，0. 5 %的三邻甲苯基膦，0. 05 %的醋酸钯，38. 5 %的N，N-二甲基甲酰胺和 57. 95 %的三乙胺。
[0017] 较佳地，步骤（2)中，调节釜内压强至3. 5MPa。
[0018] 较佳地，步骤（2)中，升温至115 °C，搅拌反应39. 5h。
[0019] 较佳地，步骤⑷中，按质量百分比称取47%的滤饼，36%的丙酮和17%的RI。
[0020] 较佳地，步骤（4)中，反应温度为80 °C。
[0021] 较佳地，步骤⑷中，冷凝回流35h。
[0022] 本发明第三方面提供了一种上述的2,8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩阳离子 衍生物作为双光子荧光探针材料在高分辨生物荧光成像领域的应用。
[0023] 本发明包含以下有益效果：
[0024] 本发明的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩阳离子衍生物，易溶于丙酮、乙 腈、DMF、乙醇、氯仿等多种有机溶剂。样品溶液在波长为390-410nm范围内的紫外光激发 下，均能产生强而稳定的荧光。在不同功率条件下，运用近红外800nm飞秒激光进行激发样 品溶液，能够产生较强的双光子荧光效应，体现出明显的热稳定性、光化学稳定性以及良好 的光物理性能。
[0025] 本发明的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩阳离子衍生物，能够对小鼠纤维 细胞进行选择性核染色，且与商用荧光探针DAPI相比具有更高的双光子荧光强度，体现了 双光子荧光探针的优势。且其首次在2, 8-二溴二苯并噻吩两边先对称连接4-乙烯基吡啶 的基础上，再进行单侧RI(I = CH3、C2H5、C4H9或C6H13)盐化反应，形成二苯并噻吩类单侧 阳离子衍生物。所合成的衍生物具有良好的共辄离域平面，分子末端的碳链可以与中心共 辄桥形成D- Jr -A型结构，利用中心母体及吡啶上N位的吸电子能力和末端碳链的给电子能 力，通过乙烯双键的桥连通道，在分子大Jr共辄体系内形成良好的电荷迀移效率，从而提 高分子的双光子吸收截面和焚光量子效率。
[0026] 本发明的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）_二苯并噻吩阳离子衍生物，是在高压反应釜 的密闭环境中，通过高温高压的方式采用赫克反应（heck reaction)首先合成出中间产物 2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩，然后通过直接加入丙酮及RI (I = CH3、C2H5、C4H9 或C6H13)的方式一步制取最终产物2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍生物。 相比以往合成方法有如下优点：对中间产物的合成省去了以往的萃取、柱层析分离及减压 蒸馏等繁琐步骤，中间产物中含有的少量杂质可在盐化反应中一并去除，实现了盐化和除 杂同时进行的工艺流程，且反应结束后仅通过真空抽滤一步即可得到高纯度的目标产物。 整个制备过程既节省了产物提纯时间，又提高了实验工作效率。
【附图说明】
[0027] 图1是具体实施例1得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍生物 的红外光谱图；
[0028] 图2是具体实施例2得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍生物 的红外光谱图；
[0029] 图3是具体实施例3得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍生物 的红外光谱图；
[0030] 图4是具体实施例4得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍生物 的红外光谱图；
[0031] 图5是具体实施例1得到的2, 8-二（4-乙烯基吡啶）-二苯并噻吩阳离子衍生物 的质谱图；
[0032] 图6