一种pH响应的荧光探针的合成与表征要点.docx

化学与环境科学学院研究与创新实验化学与环境科学学院研究与创新实验一种pH响应的荧光探针的合成与表征摘 要花是一类具有强烈荧光的芳香化合物，它具有优异的化学稳定性、光电性质，受到人 们的广泛关注，以花酰亚胺为发光中心，以PEO链为增溶基团，可以合成一种水溶性荧光 染料本文具体内容如下：在酰胺位上接入了具有水溶性的树状多肽 PEO链的基础上，将 花酰亚胺的海湾位置上再引入响应基团，最终合成了一种新型 pH响应荧光探针并通过紫外、荧光分光光度计测定这种化合物的光谱性能关键词：花酰亚胺；pH响应；荧光探针Synthesis and characterization of a pH-responsible fluorescentprobeAbstractPerylene is a kind of compound with a strong fluorescence, which received great attention for its remarkable chemical stability and optoelectronic properties. We can synthesize a water-soluble fluorescent probe without any responsivenesswhen the luminescence center is perylene and The PEO chain is a modified group.This paper shows that after inserting the PEO chain in the amide position, a modified group is inserted into the gulf position and we finally synthesize a pH-responsible fluorescent probe.In addition,we used UV and RF to characterize the spectral properties of the compound.Key Words: perylene; pH-responsible; fluorescent probe目 录1 前言1.1 茏系荧光化合物 11.1.1 茏系荧光化合物概述 11.1.2 茏系荧光化合物应用 11.1.3 茏系荧光化合物的溶解性 21.2 pH荧光探针的发展 31.3 论文基本设计思路 32实验部分2.1 引言 42.2 主要试剂及仪器 42.3 实验步骤 52.4 结果讨论 6附图参考文献致谢化学与环境科学学院研究与创新实验1 前言1.1 茏系荧光化合物1.1.1 茏系荧光化合物概述花系化合物是一类有强烈荧光的芳香烧化合物，具有大的共腕 m系，花四竣酸二酰亚胺母体分子（PDI）可以看作是两个票分子单元组合后又连着一个酰亚胺， 蔡单元通过sp2杂化键合形成的一个大平面芳香体，而大的芳香体连着酊单元即是 3, 4, 9, 10-花四竣酸二酊（简称花酊）。

图1-1 花酊的分子结构花具有一定的致癌性，又由于在酰亚胺区域引入取代基一般不会影响花系物质的光物理性质，所以近年来的研究主要集中在取代的花酰亚胺（ PBI）上，该化合物毒性相对较 小，分子结构如图所示，是一个封闭的发色团，具荧光量子产率也非常高（接近于 1）,是一个较为安全的母体荧光化合物图1-2花酰亚胺的分子结构1.1.2 茏系荧光化合物应用合系化合物是一个大的缺电子体系，非常容易被还原，而难以被氧化，所以花系化合 物是一类光热稳定性和耐久性好、光谱吸收范围宽、光电转换效率高的有机半导体材料， 在可见光的吸收带位于450-600 nm的范围内，广泛应用于颜料和染料［1］、光电导材料、电 致发光材料、太阳能电池材料、液晶材料［2］、激光染料等领域1)有机颜料花系分子具有很好的分子共平面性及刚性，因此具有很高的化学稳定性，具有优异的 耐热、耐光、耐候性，同时耐高温、耐溶剂、耐酸、碱花系化合物较为古老，从 1913 年起就作为还原染料被人们的使用具作为高档有机颜料主要用于汽车涂料、金属表面涂 料、粉末涂料、外墙涂料及合成纤维原浆着色及塑料着色等2)生物荧光探针花系化合物从可见区到红外区的光有很强的吸收，是一类性能优异的分子荧光材料， 被广泛应用于分子开关设计及离子识别中。

例如，花酰亚胺的 N取代基为脂肪族长链时，结构的特殊性使它能够插入细胞膜中，分子两端的亲脂性脂肪族长链分布于细胞膜两边的 磷脂层中，花母核则横穿细胞膜分子的荧光特性不受影响，同时花酰亚胺也不会诱导磷 脂的非特异性相互作用3)太阳能电池与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池虽有转换效率较低，结构无序，体电阻高等 问题，但是有机半导体材料重量轻、成本低、加工性好、能吸收可见光且易于制备大面积 电池等优点，使其成为很有潜力的电池1.1.3 茏系荧光化合溶解性由于花酰亚胺类化合物具有大的平面环状共腕体系， 分子间 汇冗相互作用非常强，具有很大的晶格能，其溶解性很差经过科学家们一系列的研究表明，经过化学修饰后的花 酰亚胺类化合物的溶解性能得到很大程度的提高而且，在日常的生活中，常常需要将染 料溶于水中使用因此，合成花酰亚胺类水溶性衍生物是很有必要的研究工作通常增加花酰亚胺的溶解性可以通过以下两方面对花酊核的化学位置进行修饰，使共 平面性降低，破坏结晶，增加溶解能力第一方面：在花核上引入亲水性的基团；第二方面：在花核上连接上带有电荷的基团， 从而将电荷转移至花核，以抑制花平面问 汇冗堆积网作用针对以上两方面，对于如何提高花酰亚胺衍生物溶解性，学者们的方法通常有两种：其一是 Langhals教授提出的，在酰亚胺的氮原子上引入增溶性的基团[4],以唾咻、咪陛或叱噬为溶剂，以醋酸锌为催化剂， 花四竣酸二酊和伯胺，在惰性气体的保护下回流。

虽然这种方法得到的化合物在溶解性方 面得到显著改善，但是荧光量子产率却没有太大变化近年来主要通过第二种方法：就是 Seybold教授首次提出的在海湾处引入取代基，即在花四竣酸二酊和花四竣酸二酰亚胺的 1,7或1,6,7,12位上引入增溶性取代基团的方法见图1-2、1-3)1.2 pH荧光探针的发展pH荧光探针是随pH变化而荧光性质随之变化的一类物质通过pH探针在某特定pH 值范围内荧光强度的增强或者减弱可以实现对 pH的定性测量另一种方法是比例计量型 （ratiometric）检测随着pH的变化，探针分子由于发生质子化/去质子化过程而导致激发（或 发射）波长发生明显移动，对激发（或发射）光谱的比例变化能够实现对pH值的定量检测，这称 之为 比例计量”这类探针为比例计量型荧光探针 比例计量型检测方法要求探针至少在两 个激发（或发射）波长对被分析物（如H+）有不同的敏感度例如，对于某一特定的pH荧光探 针，一个选定的激发（或发射）波长的荧光强度相对于另一个激发（或发射）波长可增强或降 低这些信号之间的比例通过校准可以指示 pH值比例计量方法的优点在于其与光学路径长度、探针浓度、光漂白和探针从细胞内流失等参数无关，因为这两个信号数据是从完全 相同的环境中得到的，所以能够更好地做到定量检测和识别。

网1.3 论文基本设计思路综上所述，花酰亚胺具有较大的平面共腕结构，这不仅仅赋予其优异的光电性能和化 学稳定性，而且作为智能探针发光中心，具有较宽的吸收光谱范围、强光学稳定性和较高 的荧光量子产率在花酰亚胺酰胺位置上接入了 PEO链之后，通过继续在海湾位置进行修 饰引入识别基团，达到对 pH的响应故本文主要工作是合成带有修饰（响应）基团的化 合物并将修饰（响应）基团接入到花酰亚胺的海湾位置上2 实验部分2.1引言最近，我们合成了一种花酰亚胺探针（APBI）,是一种两亲性并与生物素配体相连的 探针［9］APBI是在花酰亚胺的两个酰胺位置接上水溶性 PEO链，这使得探针具有高度水溶性和非常低的细胞毒性［同为了后续修饰基团的接入，我们还在其海湾位置上接入了两 个澳原子（命名APBI-dBr）以此为基本原料之一，可以在海湾位置接上修饰基团使之成为 具有pH响应的荧光探针修饰基团的合成路线如下：使对竣基苯硼酸与 N,N-二异丙基乙二胺发生酰胺化反应，得到的缩合产物与APBI-dBr进行Suzuki反应从而接上修饰基团图2-1 APBI结构Br图 2-2 APBI-dBr 结构2.2主要试剂及仪器2.2.1 主要试剂：N,N-二异丙基乙二1胺分析纯对竣基苯硼酸分析纯EDCI分析纯1-羟基苯并三晚（HOBt)分析纯DMF分析纯二氯甲烷分析纯无水乙醇分析纯柱层层析硅胶工业品三乙胺分析纯北京百灵威科技有限公司北京百灵威科技有限公司上海共价化学科技有限公司 上海共价化学科技有限公司 天津市科密欧化学试剂有限公司 天津市科密欧化学试剂有限公司 天津市华东试剂厂天津市海洋化工厂天津市科密欧化学试剂有限公司APBI-dBr 自制甲苯 分析纯无水碳酸钾 分析纯无水硫酸钠 分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司天津市福晨化学试剂厂天津市科密欧化学试剂有限公司pd（ppm）4自制2.2.2试剂的纯化DMF:加入适量氢化钙，搅拌24h之后减压蒸出 甲苯：加热回流1h后蒸出2.2.3测试仪器1）核磁1H-NMR测试在Bruker 600 MHz NMR波谱仪上进行。

2）紫外光谱采用岛津UV-2550型紫外可见分光光度计3）荧光光谱采用岛津RF-5301PC荧光分光光度计对样品进行测定2.3实验步骤2.3.1 合成路线OOCOOHIIIOO图2-3合成路线图CONH反应条件a： EDCI冰浴活化40min,常温反应条件 b: Pd（PPh”，K2CO3, NM呆护，80c2.3.2 化合物III的合成向50mL二口反应瓶中加入对竣基苯硼酸（化合物 I） 0.1g,少量DMF溶解，冰浴条 件下加入EDCI 92.8mg,冰浴活化40min加入69.8mgN,N-二异丙基乙二胺（化合物II）、 74mgHOBt,搅拌，室温下反应12h后停止取样，以DCM :乙醇=40:3作为展开剂点板， 第一个点即为所要产物III后处理：1、将DMF抽干，用水和DCM萃取、分液，合并有机相，加入无水硫酸钠 干燥、过滤并旋干2、过硅胶柱：用DCM:乙醇=25:1作淋洗剂，且每100mL淋洗剂中 加入10滴三乙胺发现得到的产品不纯，爬大板（DCM:乙醇=40: 3, 80mL中加入9 滴三乙胺），分离并旋干得到浅黄色粘稠液体，即为化合物 III ,附录中附有核磁图可验证2.3.3 化合物IV的合成称取APBI-1 30.7mg,化合物III 27mg ,加入到50mL二口烧瓶中，加入14mL新蒸甲 苯，溶解，加入0.7mL无水乙醇，0.7mL 2mol/L的K2CO3溶液，抽换气三次用 N2保护， 加入1.5mg Pd（PPh3）4 ,抽换气三次，N2保护，加热到80c开始反应，反应时间约11h。

后处理：1、用水和DCM萃取分液，合并有机相，加入无水硫酸钠干燥 2h,过滤旋干并真空干燥2、过硅胶柱，在配制硅胶的时候在 DCM中加入少量三。