一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光的配體及配合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光的配體及其金屬配合物，屬于生物檢測領(lǐng)域。配體中同時含有大環(huán)胺類基團(tuán)和聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）的基團(tuán)，二者共價連接或者通過常見的有機(jī)單元橋連。根據(jù)配合物中螯合的金屬離子不同，配合物會表現(xiàn)出各自不同的功能。其中鋅、鎘等配合物可以作為陰離子熒光探針，用于核酸、蛋白質(zhì)等分子的檢測；鑭系金屬配合物可用于時間分辨的熒光磷光檢測及成像；順磁性的金屬配合物可以用于磁共振成像。
【專利說明】
-種聚集誘導(dǎo)發(fā)光的配體及配合物
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光的配體及其金屬配合物，可W作為探針分子用于巧 光檢測、細(xì)胞或組織的巧光成像、磁共振成像等，屬于生物檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)是指一類巧光生色團(tuán)在溶液狀態(tài)下微弱發(fā)光甚至不發(fā)光，而 在固態(tài)或聚集狀態(tài)下巧光顯著增強(qiáng)的一種光物理現(xiàn)象。由于巧光物質(zhì)在溶液中，分子聚集 度小，分子內(nèi)部基團(tuán)可W自由旋轉(zhuǎn)，分子吸收的光大多W熱能的形式放出去，所W，AIE巧光 物質(zhì)在溶液中不發(fā)巧光。近年來，一大批的AIE特性的有機(jī)分子被合成出來，不僅用于制作 有機(jī)光電材料，還運(yùn)用到無機(jī)離子和生物分子的檢測中。具有ME特性的分子作為巧光探針 在無機(jī)離子和生物檢測領(lǐng)域有著傳統(tǒng)巧光探針分子不能比擬的優(yōu)點(diǎn):AIE探針分子更多的 結(jié)合到生物大分子上獲得高亮度的巧光，而不必?fù)?dān)屯、像傳統(tǒng)的巧光分子那樣發(fā)生聚集導(dǎo)致 的巧光巧滅，運(yùn)為巧光檢測提供了便利。
[0003] 金屬配合物在分子探針領(lǐng)域有較多的應(yīng)用。一方面，配位作用與氨鍵和靜電作用 相比，具有更高的鍵能，運(yùn)就使得配位作用可W在水等質(zhì)子化溶劑中穩(wěn)定存在，因而W配位 作用結(jié)合的探針可W更有效的在于水溶液中發(fā)揮檢測作用。另外一方面，一些過渡金屬離 子可W用于構(gòu)建憐光金屬配合物，相對于一般的有機(jī)小分子探針，具有較長的激發(fā)態(tài)壽命， 可W用于時間分辨的檢測和成像，W去除散射光和短壽命巧光的干擾。
[0004] 近年來，時間分辨巧光技術(shù)已成為生物化學(xué)與生物物理領(lǐng)域的主要研究工具之 一。時間分辨的巧光成像技術(shù)可W同時獲得分子狀態(tài)W及空間分布的信息，在生物學(xué)和醫(yī) 學(xué)領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)體系中含有多種巧光物質(zhì)時，由于各物質(zhì)的巧光發(fā) 射光譜可能會出現(xiàn)重疊和干擾的情況，單獨(dú)依靠通常的巧光發(fā)射光譜手段可能無法得到體 系準(zhǔn)確的信息。而利用時間分辨的巧光技術(shù)，可W通過巧光壽命的差異，解析出體系中巧光 物質(zhì)的組成情況，從而提供有價值的信息。另外一方面，小分子巧光的壽命一般在納秒的范 圍，相對于壽命長達(dá)毫秒的稀±配合物的憐光，對儀器有更高的要求，因此，發(fā)展長壽命、長 波長發(fā)射的成像探針，不僅可降低儀器的依懶性，并區(qū)分短壽命的巧光，而且可W從光譜上 避免生物體內(nèi)短波長自巧光的影響，意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一類聚集誘導(dǎo)發(fā)光的配體化合物及相應(yīng)的金屬配合物。根據(jù)不同的配 體和金屬原子，運(yùn)些配體和配合物可W分別用于巧光檢測、時間分辨的檢測W及磁共振造 影劑等領(lǐng)域。
[0006] 運(yùn)些配體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:分子中同時含有大環(huán)胺類基團(tuán)和聚集誘導(dǎo)發(fā)光的基團(tuán)， 二者共價連接或者通過常見的有機(jī)單元橋連。運(yùn)些配體與特定的金屬配位即可得到相應(yīng)的 配合物。
[0007] 本發(fā)明所提供的配體的結(jié)構(gòu)通式如下所示：
[000引
[0009] 其中，a、b、c、d、e、f、g、h、i各自獨(dú)立，a、b、c、d選自1-3的整數(shù)，e、i選自0-5的整數(shù)， f、g選自1-20的整數(shù)，h選自0-10的整數(shù)。
自：H、烷基、不飽和控基、含取代基的烷基或含取代基的不飽和控基，所述取代基選自面素、 徑基、簇基、氨基、酷胺基、芳香環(huán)或雜環(huán)基。
[0011] AIE為具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)的巧光基團(tuán)，具體結(jié)構(gòu)可W參考聚集誘導(dǎo)發(fā)光領(lǐng)域 已知的文獻(xiàn)，其中優(yōu)選結(jié)構(gòu)為四苯乙締、含有取代基的四苯乙締、W及四苯乙締基取代的芳 環(huán)基。
[001^ ri、r2、r3各自獨(dú)立，選自：
[0013]
[0014] 其中P為1-5的整數(shù);Ra、Rb、R。各自獨(dú)立，選自H、烷基、不飽和控基、含取代基的燒 基、含取代基的不飽和控基，取代基選自面素、徑基、簇基、氨基、酷胺基、芳香環(huán)或雜環(huán)基。
[0015] 上述配體的制備方法如下：W大環(huán)胺類化合物為原料，將聚集誘導(dǎo)發(fā)光的小分子 共價修飾到大環(huán)胺類化合物上，再根據(jù)具體分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的功能化。具體的方法可 W參考有機(jī)合成領(lǐng)域中大環(huán)胺類化合物的合成文獻(xiàn)。
[0016] 例如，當(dāng)ri、r2、r3選自可W參考如下文獻(xiàn) 制備：
[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引當(dāng)ri、r2、r3選自
時，可W參考如下文獻(xiàn)制備：
[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] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)通式，一些優(yōu)選的配體結(jié)構(gòu)如下：
[0034；
[0035]其中，m選自0-10的整數(shù)，n選自0-3的整數(shù)，
自H、烷基、不飽和控基、含雜環(huán)取代基的烷基等。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)通式，可W列舉一些優(yōu)選的配體結(jié)構(gòu)如下(運(yùn)些結(jié)構(gòu)不作為本 發(fā)明的限制）：
[0040] 上述配體與不同的金屬鹽反應(yīng)，可W形成相應(yīng)的配合物。具體制備方法可參考相 關(guān)的金屬配合物領(lǐng)域已知的文獻(xiàn)制備。
[0041] 現(xiàn)列舉一些優(yōu)選的配合物結(jié)構(gòu)如下(運(yùn)些結(jié)構(gòu)不作為本發(fā)明的限制）：
[0042
[0043
[0044] 根據(jù)不同配位的金屬離子，配合物會表現(xiàn)出相應(yīng)的功能。
[0045] 如果選擇主族金屬元素、IIB和III站矣元素的金屬離子，則所獲得的配合物可W通 過中屯、金屬離子配位結(jié)合陰離子，可W作為陰離子巧光探針?？蒞用于核酸、蛋白質(zhì)等分子 的檢測。在核酸的檢測應(yīng)用中，運(yùn)類化合物無論對單鏈還是雙鏈核酸都有高靈敏度。除了用 于溶液中檢測核酸，還可W用作凝膠電泳中單鏈DNA的顯色劑，對比同位素標(biāo)記或巧光標(biāo)記 的單鏈DNA電泳，運(yùn)種顯色方法降低了成本并簡化了操作。將此類探針應(yīng)用于凝膠電泳、細(xì) 胞內(nèi)核酸成像或生物樣品中核酸的檢測和顯色具有較好的應(yīng)用前景。
[0046] 如果選擇W銅系金屬離子配位，則聚集誘導(dǎo)發(fā)光基團(tuán)在檢測過程中分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受 到限制后，可W實(shí)現(xiàn)配體到金屬離子的能量轉(zhuǎn)移，獲得長壽命的憐光的聚集誘導(dǎo)發(fā)光配合 物，可W用于時間分辨的巧光憐光檢測及成像。
[0047] 如果選擇Gd3+Je3+、Mn2+等順磁性金屬離子進(jìn)行配位，所獲得的配合物可W用于磁 共振造影成像。
[0048] 此外，上述一些胺基配體，可W與核酸結(jié)合，從而限制分子的旋轉(zhuǎn)，抑制非福射的 激發(fā)態(tài)弛豫，巧光顯著增強(qiáng)，即實(shí)現(xiàn)對核酸的檢測。
[0049] 上述所有化合物的檢測原理為:金屬離子與目標(biāo)分子通過配位結(jié)合，從而使四苯 乙締聚集在目標(biāo)分子周圍，進(jìn)而通過聚集誘導(dǎo)巧光增強(qiáng)現(xiàn)象判斷目標(biāo)分子的存在。根據(jù)運(yùn) 一原理，只要大環(huán)胺類化合物與聚集誘導(dǎo)發(fā)光基團(tuán)是共價連接，不論該共價鍵的長短如何， 都可W達(dá)到類似的檢測效果;此外，根據(jù)相同的原理，其他具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)的分子也 可W用于運(yùn)類探針的分子設(shè)計，并可W預(yù)料具有類似的檢測效果。運(yùn)些改進(jìn)均沒有超出本 發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵。
【附圖說明】
[0050] 圖1為配合物化1檢測DNA的巧光圖譜。
[0051 ]圖2為配合物化1溶液的巧光強(qiáng)度隨DNA濃度的變化圖。
[0052] 圖3為配合物化2溶液的巧光強(qiáng)度隨DNA濃度的變化圖。
[0053] 圖4為配合物化3溶液的巧光強(qiáng)度隨DNA濃度的變化圖。
[0054] 圖5為配合物化4溶液的巧光強(qiáng)度隨DNA濃度的變化圖。
[0055] 圖6為配合物Cdl檢測DNA的巧光圖。
[0056] 圖7為配合物化1檢測牛血清蛋白的穩(wěn)態(tài)巧光圖。
[0057] 圖8為配合物化1檢測牛血清蛋白的時間分辨的光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，其目的在于幫助更好的理解本發(fā) 明的內(nèi)容，但運(yùn)些具體實(shí)施方案不W任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施方案所用的 原料為已知化合物，可在市場上購得，或可用本領(lǐng)域已知的方法合成。
[0059] 實(shí)施例1，鋒、儒配合物用于核酸的檢測
[0062] HQ1半O口、J一曰-P義：叫哥Jr水料A丄VU. 4Dg，丄mmo丄；中M子月巧了 VU . Dyg, ^mmo丄；，々義/、平W図；防燒瓶中，加40mL無水乙臘，回流反應(yīng)1天后，減壓蒸饋，柱層析分離，得目標(biāo)產(chǎn)物0.39g，產(chǎn)率
[0060] 耐合物I7n1於T合成.
[0061] 為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的制備:取107mg(0.2mmol)的配體5溶解在0.5mL的甲醇溶液中，同時稱 取化(N03)2 ? 6出0 84mg(0.3mm〇u溶解在0.5mL的甲醇溶液中。將硝酸鋒的甲醇溶液緩慢滴 加到配體5的甲醇溶液中，期間會有白色的固體產(chǎn)生并沉淀下來，放置一段時間，抽濾，烘 干，得到白色固體92mg，產(chǎn)率為 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] 根據(jù)類似的方法，使用不同的大環(huán)胺類化合物，通過親核取代反應(yīng)可W制備配體I 至7。
[00化]庶巧並仙的市濁_佛田化庶的耐化前全屋蛙.而W擊Ii么m W下耐會物I.
[0066；
[0067] 運(yùn)些配合物可W用于核酸的巧光檢測，原理是配合物的中屯、離子可W與核酸的堿 基配位結(jié)合，并誘導(dǎo)疏水的四苯乙締基團(tuán)聚集，從而使得巧光增強(qiáng)。
[0068] 將配合物Znl用于檢測DNA，所用序列為TTTTT，結(jié)果如附圖1所示，溶液巧光隨著 DNA濃度的增加顯著提高。在相同條件下，加入其它S條序列(GGGGG、AAAAA、CCCCC)，巧光增 強(qiáng)不明顯（附圖2)，說明該配合物具有一定的堿基選擇性。檢測條件為:配合物濃度=IOiiM, [肥陽S] = 1 OmM，[NaCl ] = 50mM，pH=7.0，入ex = 330nm，入em=470nm。
[0069] 配合物Zn2和Zn3檢測不同DNA的結(jié)果如附圖3和4所示，檢測條件為:配合物濃度： IOuM, [F*henol red] = IOuM, [NaCl] = IOOmM,抑=8.0，Aex = 330nm，Aem=470nm。
[0070] 配合物Zn4檢測不同DNA的結(jié)果如附圖5所示，檢測條件為：配合物濃度：IOiiM， Katechol violet] = IOuM, [NaCl] = 100mM，pH=8.0，Aex = 330nm，Aem=470nm。
[0071] 配合物Cdl用于檢巧陽NA,結(jié)果如附圖6所示，溶液巧光隨著DNA濃度的增加顯著提 高。檢測條件為:配合物濃度：1〇咖，[肥陽S] = IOmM, [NaCl] =SOmM,pH=7.0，Aex = 330nm。
[0072] 相對于一般的核酸探針，運(yùn)些基于配位結(jié)合的探針可W與核酸中特異的堿基配位 結(jié)合，因而在單鏈核酸的檢測中具有較高的靈敏度，并且對不同的核酸序列表現(xiàn)出一定的 選擇性。
[0073] 按相同的原理和思路，配體1-7, W及具有類似結(jié)構(gòu)的配體都可W用來設(shè)計金屬配 合物，并可W達(dá)到類似于本實(shí)例中配合物的檢測效果。
[0074] 按相同的原理和思路，其它金屬離子也可W用來設(shè)計運(yùn)類配合物探針，并可W達(dá) 到類似于本實(shí)例中配合物的檢測效果。
[0075] 實(shí)施例2，稀±配合物的制備及時間分辨的檢測
[0076] 配合物化1的合成路線如下：
[0077]
[007引配體8的制備：向圓底燒瓶加入配體5(0.08g，0.146mmol)、2-氯-N，N-二乙基乙酷 胺（0.11旨，0.7411111101)、艦化鐘（0.20旨，1.211111101)、碳酸鐘（0.22旨，1.611111101)和101111^乙臘，在氣 氣保護(hù)下回流反應(yīng)4她后，減壓濃縮，W氯仿-甲醇(v:v = 20:l)為淋洗劑，經(jīng)硅膠柱層析純 化得無色油狀液體0.12g，產(chǎn)率93% dESI-MS :m/z[M+扣 +: 886，[M+Na] +: 908。
[0079] 配合物Eul的制備：向單口瓶中加配體8(0.048g，0.053mmo 1)，六水和S氯化館 (0.022g，0.06mmol)和2.5mL甲醇，回流反應(yīng)15h后，過濾收集濾液，減壓蒸饋得黃色透明固 體。用ImL甲醇溶解，加乙酸析出固體，過濾收集固體，再如此溶解、析出、過濾，然后干燥得 黃色固體0.053g，產(chǎn)率 85%eESI-MS:m/z[M+出 0] + :1164，[M-Cl] + :1108。
[0080] 根據(jù)類似的方法，將配體8與相應(yīng)的金屬鹽反應(yīng)，可W制備出W下配合物：
[008
123 運(yùn)些配合物在水溶液中具有非常低的量子產(chǎn)率，可W用于蛋白質(zhì)的檢測，具有高 的巧光增強(qiáng)倍數(shù)。此外運(yùn)些配合物可W用于時間分辨的檢測，用于去除背景巧光和散射光 的干擾，顯著提高檢測的信噪比。 2 配合物化1檢測牛血清蛋白的穩(wěn)態(tài)巧光圖如附圖7所示，相應(yīng)的時間分辨的檢測光 譜如附圖8所示，隨著牛血清蛋白（BSA)濃度的增強(qiáng)，分子的巧光和憐光都顯著增加，通過時 間分辨的檢測（延遲0.05ms，積分1ms)，短壽命的巧光被去除，顯示出館離子的紅光特征發(fā) 射。檢測條件為:配合物濃度:50咖，[肥陽S] = 10mM，pH=7.0，Aex = 330皿。 3 按相同的原理和思路，配體8-13, W及具有類似結(jié)構(gòu)的配體都可W用來設(shè)計金屬 配合物，并可W達(dá)到類似于本實(shí)例中配合物的檢測效果。
[0085] 按相同的原理和思路，其它銅系金屬離子也可W用來設(shè)計運(yùn)類配合物探針，并可 W達(dá)到類似于本實(shí)例中配合物的檢測效果。此外一些銅系金屬配合物如化1和Ndl等金屬憐 光的發(fā)射在近紅外區(qū)，可W作為近紅外的探針用于相關(guān)的檢測。
[0086] 實(shí)施例3,磁造影劑的合成
[0087] 配體9和配體10的合成路線如下：
[008引
[0089] 配體9的合成：向圓底燒瓶加入配體5 (
0.11 g，0.2mmo 1)、漠乙酸叔下醋（0.4g， 4mmo 1)和10血乙臘，回流反應(yīng)48h后，減壓濃縮，W氯仿-甲醇(V: V = 20:1)為淋洗劑，經(jīng)硅膠 柱層析純化得無色油狀液體〇.15g，產(chǎn)率84%eESI-MS:m/z[M+扣+ :889。
[0090] 配體10的合成：向圓底燒瓶加入配體9(0.09g，0.1 mmol)和濃鹽酸5mL，攬拌反應(yīng)4h 后，70°C減壓濃縮，得白色固體產(chǎn)物約0.06g，產(chǎn)率83%。ESI-MS:m/z[M寸r: 719。
[00川按實(shí)施實(shí)例2中的方法，將配體10分別與化Cl3、GdCl3、MnCl2反應(yīng)，可W得到相應(yīng)的 配合物，結(jié)構(gòu)如下：
[0092；
[0093]運(yùn)些配合物由于含有順磁性的金屬離子，可W作為磁共振造影劑。類似的，其它順 磁性的金屬離子也可W與配體10反應(yīng)，所得配合物也可W用于磁共振造影。按類似的原理， 其它大環(huán)胺類配體(如配體8-13)也可W用來合成順磁性金屬配合物，并用于磁共振造影。
【主權(quán)項】
1. 一種配體，其特征在于:分子中同時含有大環(huán)胺類基團(tuán)和聚集誘導(dǎo)發(fā)光的基團(tuán)，二者 共價連接或者通過有機(jī)單元橋連;配體的結(jié)構(gòu)通式如下：其中，a、b、c、d、e、f、g、h、i各自獨(dú)立，a、b、c、d選自1-3的整數(shù)，e、i選自0-5的整數(shù)，f、g 選自1-20的整數(shù)，h選自0-10的整數(shù)； AIE為聚集誘導(dǎo)發(fā)光的基團(tuán)； L選自：（CH2)p其中p為0-10的整數(shù)，R選自：H、烷基、不飽和烴基、含取代基的烷基或含取代基的不飽和烴 基，所述取代基選自鹵素、羥基、羧基、氨基、酰胺基、芳香環(huán)或雜環(huán)基； R1、!?2、!?3各自獨(dú)立，選自：其中P為1-5的整數(shù);Ra、Rb、R°各自獨(dú)立，選自：H、烷基、不飽和烴基、含取代基的烷基或含取 代基的不飽和烴基，所述取代基選自鹵素、羥基、羧基、氨基、酰胺基、芳香環(huán)基或雜環(huán)基。2. 如權(quán)利要求1所述的配體，其特征在于，所述AIE基團(tuán)為四苯乙烯、含有取代基的四苯 乙烯或以及四苯乙烯基取代的芳環(huán)基。3. 如權(quán)利要求1所述的配體，其特征在于，其結(jié)構(gòu)如下：其中，m選自0-10的整數(shù)，η選自0-3的整數(shù)，Rd、ir選自：H、烷基、不飽和烴基或含雜環(huán)取代基的烷基。4.如權(quán)利要求3所述的配體，其特征在于，其結(jié)構(gòu)如下：5. -種金屬配合物，其特征在于：由權(quán)利要求1~4任一項所述的配體與金屬離子螯合 構(gòu)成。6. 如權(quán)利要求5所述的配合物，其特征在于，配合物結(jié)構(gòu)為：7. 權(quán)利要求5所述的配合物作為檢測核酸或蛋白質(zhì)的熒光探針的用途，其特征在于，構(gòu) 成配合物的金屬離子選自主族金屬元素、IIB和IIIB族元素的金屬離子。8. 權(quán)利要求5所述的配合物作為用于時間分辨的熒光檢測的探針的用途，其特征在于， 構(gòu)成配合物的金屬離子選自鑭系金屬離子。9. 權(quán)利要求5所述的配合物作為磁造影劑的用途，其特征在于，構(gòu)成配合物的金屬離子 選自順磁性的金屬離子。
【文檔編號】C07D295/15GK105924410SQ201610257331
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】楊楚羅, 朱澤策, 王勝
【申請人】武漢大學(xué)