一种近红外二区荧光分子及其制备方法和应用与流程

本发明涉及近红外二区荧光探针，c07d513/04，尤其涉及一种近红外二区荧光分子及其制备方法和应用。

背景技术：

1、与近红外一区(nir-i，700-900nm)相比，近红外二区(nir-ii，1000-1700nm)因具有很深的穿透深度、较高的空间分辨率、较低的组织自身荧光和较低的信号衰减等优点，已被广泛地应用于生物医学研究。nir-ii成像荧光基团主要包括苯并双噻二唑作为电子受体、三苯胺作为给体而组成的d-a-d结构，这种结构非常单一，荧光亮度仍然不高，限制了nir-ii成像的应用范围；另外，目前的荧光基团水溶性和生物相容性低也是nir-ii成像在基础研究和临床应用中广泛应用的主要瓶颈。

2、中国专利cn109438425b公开了一种可用于近红外二窗成像的荧光染料、其制备方法及应用，该染料属于罗丹明类，在水溶液中有较好的分散性和荧光量子效率，但是该有机染料的吸收波长和发射波长仍然不高，成像效果也有待提高。中国专利cn113214293b公开了一种近红外二区聚集诱导发光荧光化合物、及其制备方法和用途，该专利荧光化合物具有苯并双噻二唑和噻吩组成的基本结构，通过优化噻吩骨架上的基团，可使该荧光化合物在nir-iib区域中可发出高达1600nm的荧光，但是该化合物噻吩骨架上的基团都是疏水性的空间位阻基团，用于保证共轭骨架的变形，但是这也降低了其分子的水溶性和生物相容性，限制了其应用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种近红外二区荧光分子，该荧光分子具有屏蔽单元-供体-受体-供体-屏蔽单元(缩写为：s-d-a-d-s)结构。

2、进一步地，所述受体为苯并双噻二唑(bbtd)。

3、进一步地，所述供体带有噻吩基团。

4、进一步地，所述供体选自噻吩、3,4-二甲氧基噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩、聚3,4-乙烯二氧噻吩、c2-c12烷基噻吩、噻吩并[3,2-b]噻吩中的至少一种。

5、进一步地，所述供体选自3,4-乙烯二氧噻吩、聚3,4-乙烯二氧噻吩、噻吩并[3,2-b]噻吩中的至少一种。

6、优选地，所述供体为3,4-乙烯二氧噻吩。

7、进一步地，所述屏蔽单元为功能化三苯胺。

8、在本发明的nir-ii探针结构中，苯并双噻二唑作为分子激发过程的电子受体，其相对于分子中其他单元的强吸电子能力更有利于长波的吸收和发射，所引入的3,4-乙烯二氧基噻吩不仅作为分子激发过程的电子供体，增加分子结构的稳定性，还充当着电子供体和屏蔽单元间共轭桥的作用；屏蔽单元为功能化的三苯胺，其通过增强π共轭单元增强分子的聚集状态，提高了光致发光强度，但是三苯胺和苯并双噻二唑的π共轭体系并不在一个平面，可以避免π共轭体系扩展引起的荧光猝灭。以上结构能够有效解决荧光分子在nir-ii区发光亮度低的问题，可实现更深层次生物组织的无创成像。

9、进一步地，所述功能化三苯胺带有c1-c10烷基、c1-c10烯基、羧基、羟基、氨基、巯基、卤素原子中的至少一种。

10、进一步地，所述功能化三苯胺带有c1-c10烷基和羧基。

11、进一步地，所述功能化三苯胺具有以下结构：

12、

13、所引入的功能化基团中包括羧基基团，其可连接不同的生物活性官能团或者靶向基团，改善水溶性、生物相容性以及对目标检测区域的靶向性，提高成像效果；另外，功能化集团中所含有的烷基链的合适长度、空间活动性和非平面结构可避免分子中π共轭体系的扩展，进而避免荧光猝灭现象。

14、在一种优选的实施方式中，所述荧光分子的结构为：

15、

16、其次，本技术还提供了所述荧光分子的制备方法，包括以下步骤：(四)中间体m1的合成，所述m1具有以下结构：

17、

18、(五)中间体m2的合成，所述m2具有以下结构：

19、

20、(六)中间体m3的合成，所述m3具有以下结构：

21、

22、(七)中间体m3进行酯交换反应生成荧光分子。

23、进一步地，所述步骤(一)包括：

24、(1)将3,4-乙烯二氧噻吩冷却到-50～-85℃，之后缓慢加入正丁基锂进行室温回收；将反应混合物再次冷却到-50～-85℃，缓慢加入催化剂1，室温下搅拌过夜，对反应混合物干燥即可得到化合物2；

25、(2)将含有化合物2和化合物3的toa溶液在thf中起泡一段时间，加入pd(pph3)4搅拌，加热回流过夜；冷却到室温后向其中加入饱和氟化钾水溶液，搅拌混合反应，之后过滤、洗涤、干燥反应混合物，进行减压浓缩、再结晶得到化合物4；

26、(3)将化合物4溶于dmf和mecn的混合溶液中，加热至55-80℃后加入n-溴琥珀酰亚胺，黑暗下搅拌反应；之后加入hbr搅拌反应一段时间后，再加入n-溴琥珀酰亚胺搅拌反应；用盐酸酸化反应混合物，室温下搅拌，收集得到的沉淀物并用水和甲醇洗涤，得到中间体m1。

27、进一步地，所述化合物2具有以下结构：

28、

29、进一步地，所述化合物3具有以下结构：

30、

31、进一步地，所述化合物4具有以下结构：

32、

33、进一步地，所述催化剂1选自三丁基氯化锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三甲基氯化锡、三乙基氯化锡中的至少一种。

34、优选地，所述催化剂1为三丁基氯化锡。

35、进一步地，所述3,4-乙烯二氧噻吩和催化剂1的质量比为(0.05-1)：1，优选为(0.08-0.7)：1，更优选为(0.1-0.5)：1。

36、进一步地，所述化合物2和化合物3质量比为(1-5)：1，优选为(1.5-3.6)：1。

37、进一步地，所述hbr的质量浓度为30-68.9％，优选为40-55％，更优选为(45-50％)。

38、进一步地，所述化合物4质量和n-溴琥珀酰亚胺总质量的比例为1：(0.5-5)，优选为1：(1-2.5)。

39、进一步地，所述步骤(二)为：向含有三苯胺类物质和中间体m1的甲苯溶液中加入pd(pph3)4，再加入碳酸钾水溶液，60-95℃下搅拌反应；反应完成后冷却至室温，对反应混合物液液萃取，有机层采用盐水洗涤、干燥，溶剂蒸发后进行纯化，得到中间体m2。

40、进一步地，所述三苯胺类物质的结构为：

41、

42、进一步地，所述三苯胺类物质和中间体m1的质量比为1：(0.7-4.5)，优选为1：(1-2.5)。

43、优选地，所述搅拌反应温度为70-90℃，更优选为75-85℃；搅拌反应时间为10-24h，优选为15-20h。

44、进一步地，所述纯化采用硅胶柱层析纯化，洗脱液为乙酸乙酯和石油醚的混合液；所述乙酸乙酯和石油醚的体积比为1：(2-6)。

45、进一步地，所述步骤(三)为：中间体m2、铁粉、醋酸混合后加热反应，冷却至室温后中和、乙酸乙酯萃取；放出的有机层用水洗涤、干燥、真空蒸发；将其和n-硫酰苯胺、tmscl混合于吡啶无水溶液中，油浴加热反应，冷却后倒入冰水用乙酸乙酯提取，对有机层洗涤、干燥、真空蒸发、纯化即可得到中间体m3。

46、进一步地，所述中间体m2、铁粉、醋酸混合后加热反应温度为90-115℃，反应时间为1-6h。

47、进一步地，所述油浴加热反应温度为70-95℃，优选为75-90℃；，油浴加热反应时间为8-16h，优选为10-14h。

48、进一步地，所述步骤(四)为：在dcm中加入中间体m3，并于-5～3℃下加入tfa，将反应混合物加热至室温，真空除去溶剂得到粗产物，粗产物纯化即可得到荧光分子。

49、进一步地，所述纯化采用prep-hplc。

50、进一步地，所述中间体m3和tfa的质量体积比为(0.5-2.5)：(0.015-1.5)mg/ml，优选为(1-2)：(0.05-1.5)mg/ml。

51、最后，本技术还提供了所述荧光分子在血管成像中的应用。

52、有益效果

53、1、本技术所设计的s-d-a-d-s结构的nir-ii探针中，苯并双噻二唑为中心受体，在bbtd上引入3,4-乙烯二氧基噻吩为给体单元，并使用功能化三苯胺作为屏蔽单元，有效提高聚集体的发光强度；

54、2、本技术优化功能化三苯胺的基团结构，不仅提高该荧光分子的水溶性和生物相容性，还能抑制π电子共轭结构的扩展，避免荧光猝灭现象，能够被有效用于血管成像中检测生物医学领域组织的修复程度；

55、3、本技术的荧光分子具有较长的吸收波长和发射波长，在近红外二区具有优异的发光性能，可实现更深层次生物组织的无创成像。