一类基于氟硼吡咯和香豆素的FRET分子及其合成方法

摘要

本发明涉及一类基于氟硼吡咯和香豆素的FRET分子及其合成方法。该FRET分子制备时，先以香豆酸为原料于氯化亚砜中室温搅拌得到黄色固体。然后在二氯甲烷溶液中，将黄色固体进一步与炔丙基氨和三乙胺常温搅拌反应，过滤后得到的产品柱层析分离提纯得到黄色固体。再进一步与氟硼吡咯、碘化亚铜及钯催化剂反应得到最终目标化合物。该化合物具有较好的化学、光稳定性，具有大的斯托克位移，适用于生物体内的荧光检测，可避免生物体内自发荧光干扰。本发明制备的这一类FRET分子可用于生命科学与超分子光化学等领域，应用前景广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及一类基于香豆素和氟硼吡咯荧光团的FRET分子。

背景技术

荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer，FRET)是指在两个不同的荧光团中，当光谱匹配并且两个荧光团间的距离合适时(一般小于)，可以观察到荧光能量由供体向受体转移的现象，即用供体的激发波长激发时，可观察到受体的荧光发射。如果受体荧光量子产率为零，则发生能量转移荧光淬灭；如果接受体也是一种荧光发射体，则呈现出受体的荧光。具有荧光共振能量转移的分子目前应用广泛，它即可以用于荧光分子检测，以弥补传统荧光探针分子斯托克位移小，易受生物体内自发荧光干扰的缺陷；也可以用做太阳能转化为化学能的光捕集天线分子，因为多荧光团使其吸收光谱大大拓宽。荧光共振能量转移(FRET)分子在生命科学和超分子光化学等领域已显露出至关重要不可替代的效果。因此，能实现荧光共振能量转移的FRET分子的开发是目前一个迫切的需要。但构建基于荧光共振能量转移(FRET)的分子并不容易，一方面要考虑荧光供体和受体的匹配度；另一方面要考虑两个荧光团的连接方式以及连接距离。

氟硼吡咯类荧光染料具有非常优异的光化学物理性能，表现在以下几个方面：具有较高的摩尔消光系数；高的荧光量子产率；染料的光谱性质非常稳定，不易受到溶剂极性和pH值的影响；染料的荧光光谱峰宽较窄，这样使得染料在应用到分析领域的时候检测更灵敏；染料具有较高的光稳定性，不会因为荧光分析过程中受激发光的照射而导致染料结构的迅速光降解，从而保证了光谱信号的变化仅源于受检测的样品。这些优良的性质使得该荧光团在有机功能材料的应用发展迅猛，目前已成为发展最受关注的荧光团之一。香豆素由于具有特殊的分子结构，通过香豆素环上不同位置取代基的修饰,可以得到具有不同范围的吸收和荧光发射波长、从而显示不同颜色和具有较强荧光的衍生物,除了广泛用做荧光增白剂、荧光染料和激光染料外,由于具有较好的光电性能,香豆素类化合物近期还被应用于电致发光材料太阳能电池的有机光敏染料以及生物蛋白研究中的荧光探针等领域。

荧光共振能量转移中最重要也最核心的部分就是供体和受体的选择，荧光团氟硼吡咯和香豆素优异的光化学和光物理性质使得它十分适宜用作FRET分子的供受体，并且香豆素发射波长在450-500纳米一个比较宽的范围，而氟硼吡咯荧光团在这个位置恰好具有强的吸收，因此，寻找一个合适的连接方式和连接距离把香豆素和氟硼吡咯荧光团连接起来就有可能实现荧光共振能量的高效转移。

发明内容

本发明提供了一类基于氟硼吡咯和香豆素的FRET分子，其结构通式如(I)所示：

其中，R＝-H或

本发明的目的之二是提供如下的方法来实现：

a、将7-二甲基氨基-2-氧-2H-3-香豆酸溶解于SOCl₂溶液中。该反应液在氮气保护条件下室温搅拌3小时。过滤，乙醚洗涤沉淀，得到黄色固体。未进一步处理立即用于下一步反应。

b、将a步骤得到的黄色固体溶解于二氯甲烷溶剂中，加入1.1倍摩尔量的炔丙基氨和2.2倍摩尔量的三乙胺，常温搅拌，TLC确定反应终点，过滤，减压旋蒸。柱层析分离得黄色固体产品。

c、将氟硼吡咯衍生物与b步骤得到的1.2倍摩尔量的黄色固体产品、0.05倍摩尔量的碘化亚铜、0.02倍摩尔量的二氯二(三苯基磷)钯加到三乙胺和四氢呋喃的混合溶剂中，氩气保护油浴加热40℃，反应2小时后。冷却，过滤，滤饼用二氯甲烷多次洗涤，合并滤液，减压蒸馏。所得固体用柱层析分离(馏出液为二氯甲烷)，得目标产品。

进一步的，步骤c所述三乙胺和四氢呋喃的混合溶剂两者的体积比为1:4。

上述化合物的制备反应式如图1所示。

本发明的FRET分子可用于对生物体内实现荧光检测的荧光分子探针，也可用作太阳光能的捕集分子，可以在吸收光谱有较宽的吸收。

本发明的FRET分子具有的特征如下：

该FRET分子在400nm的激发波长下激发，会发射出510nm的绿色荧光或620nm处的红色荧光。对溶剂极性不敏感，化学稳定性好。

本发明的FRET分子是基于荧光共振能量转移的分子，同时包含两种荧光团，其中一个荧光团做为供体，一个荧光团做为受体，供体的发射波长和受体的吸收波长能量在匹配范围内，并且两个荧光团之间的连接方式和距离适中，才有可能实现激发供体分子时，只有受体的荧光能够发射。因此，合成这种FRET分子的实现关键是需要合理选择供受体荧光团，使之协同匹配，才有可能实现荧光共振能量的转移。本发明合成了集荧光素与氟硼吡咯两个不同发色团于一身的FRET分子，该分子具有较好的化学、光稳定性，可以避免细胞或组织的自发荧光的干扰，具有大的斯托克位移，受溶剂影响小；本发明中的FRET分子是基于荧光共振能量转移机理，通过合理调节连接方式，匹配两个荧光团的能量，高效实现了荧光能量转移。此类分子适于生物体内检测荧光探针，用于生命科学与超分子光化学等领域，应用前景广泛。

附图说明

图1是本发明FRET分子合成路线。

图2是本发明实施例1制备荧光分子在MCF-7(乳腺癌细胞)内激光共聚焦成像；MCF-7细胞用实施例1荧光分子(5μM)常温下培育30min，分别在激发光源为405nm，发射波长在450±15nm和514±15nm荧光发射；

其中(a)为亮场和514±15nm荧光发射的重叠；(b)为450±15nm荧光发射；(c)为514±15nm荧光发射；(d)MCF-7细胞用实施例2荧光分子(5μM)常温下培育30min后，在亮场下的图片。

图3是本发明实施例2制备荧光分子在MCF-7细胞内激光共聚焦成像；MCF-7细胞用实施例2(5μM)常温下培育30min，分别在激发光源为405nm，发射波长在450±15nm和590±25nm荧光发射；

其中(a)亮场和590±25nm荧光发射的重叠；(b)为450±15nm荧光发射；(c)为590±25nm荧光发射；(d)MCF-7细胞用实施例2荧光分子(5μM)常温下培育30min后，在亮场下的图片。

具体实施方式

实施例1

a化合物2(7-N,N-二甲基氨基-2-氧-2H-3-香豆酰氯)的合成：7-二甲基氨基-2-氧-2H-3-香豆酸(2.62g,5mmol)加到20mL SOCl₂溶液中。该反应液在氮气保护条件下室温搅拌3小时。过滤，乙醚洗涤沉淀，得到黄色固体2.13g，产率为76％。然后立即用于下一步反应。

b化合物3：于10毫升化合物2的二氯甲烷溶液中，加入炔丙基氨(191mg,0.848mmol,M＝225)和三乙胺(248ml,1.69mmol)，常温搅拌，TLC确定反应终点，过滤，减压旋蒸。柱层析分离得黄色固体产品。¹HNMR(CDCl₃)δ＝9.00(s,1H,NH).8.70(s,1H,ArH),7.43(d,1H,J＝8.8Hz,ArH),6.65(d,J＝8.8Hz,ArH),6.50(s,1H,ArH),4.23(s,2H,CH₂),3.46(q,4H,J＝7.2Hz,CH₂CH₃),2.25(s,1H,CH),1.24(t,6H,J＝7.2Hz,CH₂CH₃).TOF>17H₁₈N₂O₃>

c化合物4的合成：将化合物3(158mg，0.53mmol)、8－(4－碘苯基)氟硼吡咯(200mg，0.44mmol)、碘化亚铜(3.5mg，0.022mmol)、二氯二(三苯基磷)钯(6mg，0.0086mmol)加到三乙胺和四氢呋喃的混合溶剂5mL(v:v＝1:4)中，氩气保护油浴加热40度，反应二小时后。冷却，过滤，滤饼用二氯甲烷多次洗涤，合并滤液，减压蒸馏。所得固体用柱层析分离(馏出液为二氯甲烷)，得固体169mg。收率62％。¹HNMR(CDCl₃)δ＝9.10(s,1H,NH).8.74(s,1H,ArH),7.57(d,2H,J＝8.0Hz,ArH),7.44(d,1H,J＝9.2Hz,ArH),7.23(d,2H,J＝8.0Hz,ArH),6.65(d,1H,J＝9.2Hz,ArH),5.98(s,2H,ArH),4.50(s,2H,CH₂),3.46(q,4H,J＝7.2Hz,CH₂CH₃),2.55(s,1H,CH₃),1.40(s,1H,CH₃),1.25(t,6H,J＝7.2Hz,CH₂CH₃).TOF>

实施例2

将例1b中生成的化合物(156mg,0.53mmol，M＝298)和氟硼吡咯衍生物B-2(275mg,0.44mmol，M＝626)、碘化亚铜3.5mg(0.022mmol)、二氯二(三苯基磷)钯6mg(0.0086mmol)于三乙胺和四氢呋喃的混合溶＝剂5mL(v:v＝1:4)中，氩气保护油浴加热40度，反应二小时后。冷却，过滤，滤饼用二氯甲烷多次洗涤，合并滤液，减压蒸馏。所得固体用柱层析分离(馏出液为二氯甲烷)，得固体157mg。收率45％。TOF MS calcd for[C50H43BF2N4O3+Na]819.3293,found 819.3250。