[发明专利]一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关及其合成方法

说明书

本发明提供一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关及其合成方法。该分子开关具体分子结构以3‑氨基或3‑乙酰氨基取代的罗丹明螺酰胺为基本结构单元，其结构式如(1)所示。本发明里开发的3‑氨基或3‑乙酰氨基取代的罗丹明螺酰胺不仅具有耐酸的性能，而且保留了一定的水溶性。因此这类水中耐酸的染料可以应用于生物传感检测及荧光成像领域中且不受生物环境的pH干扰。

技术领域

本发明属于分子开关领域，具体涉及一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关及其合成方法。

背景技术

罗丹明类荧光染料具有摩尔消光系数高、荧光量子产率高、光稳定性好、较长的激发波长和发射波长等优异的光物理和光化学性能，在有机染料领域占有极其重要的地位，而其在荧光探针领域应用尤为广泛。其中，罗丹明螺酰胺的“开-关”机理常被用作金属阳离子(Mⁿ⁺)荧光探针，闭合时没有吸收，也没有荧光，选择性识别特定金属阳离子后，探针的螺环被打开而产生吸收和强荧光。

罗丹明螺酰胺能够在溶液中对金属阳离子进行高选择性和灵敏检测，这对生物成像来说具有极其重要的意义。但是，这类分子还存在一个缺点，严重限制了其在荧光染料领域的应用，那就是质子酸(H⁺)同样能够打开罗丹明酰胺螺环，这就会对实验结果造成很大干扰。细胞内存在许多偏酸性的环境(如溶酶体、酸性蛋白等)，当罗丹明螺酰胺染料用于这些酸性环境中时，其酸开环产生的荧光信号会严重干扰检测结果甚至导致检测结果完全错误，因此在酸性环境中基于这类染料的荧光探针目前仍无法精确检测金属阳离子，并进一步将其应用于生物及化学物质的传感及检测等诸多领域。综上所述，开发耐酸性的罗丹明螺酰胺类荧光开关染料对于生物及化学物质的传感检测及荧光成像显得尤为迫切和重要。

发明内容

本发明提供了一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关及其合成方法，该分子开关以罗丹明3-氨基或3-乙酰氨基的螺酰胺染料为结构单元，研究发现这类开关染料在有机相和水相中都具有耐酸的特性，即表现为在酸性环境中螺酰胺部分遇质子进攻时不发生开环异构反应，能够大大降低酸性环境中的背景荧光干扰，保持无荧光状态。因此这类染料在生物及化学物质的传感及检测等诸多领域具有潜在的巨大的应用前景。

本发明所述的一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关，其结构式如下所示：

其中，R¹为H或CO CH₃、R²为H或CH₃。

一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关，其特征在于：其结构式如下之一所示：

本发明还给出了所述一种水溶液中耐酸性光控荧光分子开关的合成方法，合成路线如下：

具体的合成步骤为：

(1)将3-硝基罗丹明和氨基六聚乙二醇或氨基六聚乙二醇单甲醚按物质的量比1:1-20溶解于无水乙醇，升温至回流，搅拌1-4小时后减压蒸除溶剂，中间体罗丹明3-硝基六聚乙二醇酰胺通过硅胶柱色谱分离提纯；

(2)取上述步骤(1)中产物罗丹明3-硝基六聚乙二醇酰胺全部溶于体积比为1-5:1甲醇和二氯甲烷混合溶剂，在氢气氛围及占反应物质量百分比0.5-10％的钯碳催化下搅拌1-3小时，抽滤并取滤液，减压蒸除溶剂后得到罗丹明3-氨基六聚乙二醇酰胺产物；

(3)取上述步骤(2)中产物罗丹明3-氨基六聚乙二醇酰胺和乙酰氯或碘甲烷按物质的量比1:1-30溶解于无水二氯甲烷，常温搅拌1-3小时后减压蒸除溶剂，最后将罗丹明3-甲氨基或乙酰基取代的六聚乙二醇酰胺产物通过柱色谱分离提纯。