新型水溶性吲哚花箐的合成及光谱性能研究.pdf

收稿日期:修订日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目()贵州省创新群体重大资助项目()贵州省科技支撑计划资助项目()贵州省优秀青年科技人才资助项目()贵州省科技厅平台资助项目()第一作者简介:陈正军()男苗族贵州毕节人硕士研究生主要从事光学诊疗技术与创新药物研究 通信联系人:袁泽利博士教授:.合成化学 ().()/.研究论文新型水溶性吲哚花箐的合成及光谱性能研究陈正军 丁尚丽 吕佳佳 杨明焱高 杰 李洪玉 罗俊俊 袁泽利(遵义医科大学 药学院教育部基础药理重点实验室贵州省生物催化与手性药物重点实验室贵州省医用光学诊疗技术与创新药物国际科技合作基地贵州 遵义)摘要:近红外()荧光染料在体内成像方面具有巨大优势在各种化学和生物学研究中引起了广泛关注 近红外波长可以穿透到更深的组织具有更低的自发荧光对体内成像至关重要 到目前为止最著名、应用最广泛的近红外荧光染料吲哚菁绿()具有良好的临床应用和安全性 但由于其荧光量子产率低、荧光寿命短、光稳定性差和化学稳定性差等问题阻碍了 在化学和生命科学中的应用 因此开发光学性能优异的近红外荧光染料是非常有意义的 以 三甲基吲哚和三溴丙基三甲基溴化铵为原料合成得到了吲哚季胺盐()用 与(羟基亚甲基)氯环己烯()缩合得到 类似物()再将 分别与 个芳基硼酸经反应合成得到 个新型水溶性吲哚花箐染料()上述中间体及目标染料的结构经、和 表征并对中间体 及目标染料()的光谱性能进行了初步研究 结果表明:个吲哚花箐染料分子均具有良好的水溶性和处于近红外区的吸收和发射性能且化合物 和化合物 的单线态氧收率()较高分别为.和.关 键 词:吲哚花箐 荧光成像 近红外 反应 结构表征 光谱性能 单线态氧中图分类号:.文献标志码:./.():().().()().()()()().(.)(.).:肿瘤微环境中原癌基因在某些诱发因素作用下表达生成结构和功能异常的血管和淋巴管并造成以缺氧和酸中毒为特点的新陈代谢环境肿瘤在缺氧条件下缺氧诱导因子()将被激活并增强有机阴离子转运多肽()的表达 在大多数类型的癌细胞中过表达并介导两亲性药物或激素甚至促进外源性底物的摄取 一些两亲性分子成为缺氧条件下 表达的靶向肿瘤诊疗试剂 因此设计合成具有肿瘤靶向的两亲性分子成为肿瘤诊疗剂开发的热门研究方向之一七甲川花菁类化合物是一类两端氮杂环中间含有多个次甲基长共轭链的花菁小分子通过分子设计已经有众多的两性花菁分子被设计合成 这类分子的吸收和发射波长处于近红外区且摩尔吸光系数大可有效避免生物检测中待测物荧光背景的干扰使其在医学成像领域具有潜在的应用价值 因而七甲川花菁类化合物已经被广泛用于蛋白与核酸标记、动物活体成像以及临床造影等的生物医药研究 其中代表性分子吲哚菁绿()已经在临床上广泛用于心脏、肝脏和眼底血管显影等 随后研究发现 在含盐的缓冲溶液中因易聚集导致荧光强度减弱且该分子光稳定性差而影响临床深入应用 为获得生理条件下光学性能优异的吲哚花箐染料研究者利用 分子中多甲川链设计在链中引入环烃基团得到了稳定性显著提高的吲哚花箐染料(图)研究表明由于环烃基使分子的刚性和空间位阻增大不利于单线态氧的进攻提高了 的光稳定性 然而该分子在含盐缓冲液中溶解度差限制了其在生物医药应用研究为获得水溶性好的 吲哚花箐染料本文基于 母核用季铵盐在吲哚上进行取代增强其水溶性用芳环取代环烃基氯增强分子刚性和空间位置得到 个新型水溶性吲哚花箐染料分子(图)其结构经、和 表征并对中间体()及目标染料()的光谱性能进行了初步研究 实验部分.仪器与试剂 型核磁共振波谱仪(为内标 为溶剂)型紫外可见吸收光谱 仪 型 荧 光 光 谱 仪 型高分辨质谱仪环己酮、芳基硼酸、二甲基甲酰胺和三溴丙基三甲基溴化铵均购自上海萨恩化学技术有限公司三甲基吲哚、柱层析硅胶和氧化铝均购自上海泰坦科技股份有限公司 其他试剂均为分析纯.吲哚花箐染料()的合成()(羟基亚甲基)氯环己烯()的合成参照文献的方法合成中间体()()三甲基(三甲基氨基)丙基吲哚()的合成参照文献的方法合成化合物()将三甲基吲哚(.)和溴丙基三甲基溴化铵(.)置于含无水乙腈的圆底烧瓶回流合 成 化 学 .图 和 的结构 图 化合物、和 的合成路线 后减压除去溶剂残留液中加入 去离子水用乙酸乙酯()萃取取水层于冷冻干燥机中冻干后直接使用()吲哚花箐染料中间体()的合成将化合物()(.)、化合物()(.)及无水乙酸钠(.)置于含 乙酸酐的 圆底烧瓶通氮气保护于 条件下反应 后减压除去溶剂残留物过氧化铝柱并用洗脱剂 和()进行洗脱得绿色固体收率 ():()()()()()()()()()()()()():()/:第 期 陈正军等:新型水溶性吲哚花箐的合成及光谱性能研究()吲哚花箐染料()的合成在 圆底烧瓶中依次加入(.)、碳 酸 铯(.)、四(三苯 基 膦)钯(.)及 倍当量的三苯胺硼酸溶解于 的乙醇氮气保护下 反应 后减压除去溶剂过氧化铝柱层析柱并用洗脱剂和()进行洗脱得到绿色固体 收率 ():()()()()()()()()()()()()()()()():()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()/:用类似方法合成 收率 ():()()()()()()()()()()()()()()()():()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()/:用类似方法合成 收率 ():()()()()()()()()()()()()()()()()()()():()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()/:.光学性质研究实验精密称量吲哚花箐分子()用(.)缓冲液配制成 的储备液用时再以 缓冲液稀释至 的待测液测定其吸收光谱和荧光发射光谱(电压为中等狭缝宽度均为 )单线态氧收率()的测定以 为标准(.)结果与讨论.目标吲哚花箐分子的设计合成相较于 的多甲川链 通过引入环烃基增加了分子刚性和空间位阻使单线态氧不易进攻光稳定性得以改善 本课题组前期将 的环烃基氯用柔性链取代吸电子基团的引入提高了 的光稳定性并能长时间在活体肿瘤组织近红外荧光成像 为获得在含盐缓冲液中溶解性好的水溶性吲哚花箐染料本文一方面沿用了课题组的成功做法用吸电子的共轭芳环取代环烃基氯来增加分子的刚性和空间位阻 另一方面在吲哚 上引入季胺盐以增强分子的水溶性设计合成了 个结构新颖的水溶性吲哚花箐染料 并用、和合 成 化 学 .对 个目标分子的结构进行了表征确证为预期目标分子结构.光谱性质()光谱性能中间体 及 个吲哚花箐染料分子的吸收光谱和荧光光谱如图 所示 由图()可以看出合成得到的 个吲哚花箐染料分子的最大吸收峰均在 较中间体 蓝移 这可能是由于芳环的引入使分子刚性增强、空间位阻变大整个分子大 键的电子云流动性减弱增加了分子激化所需要的能量吸收光量子发生了蓝移产生浅色效应 同时 个吲哚花箐染料分子摩尔吸光吸收分别为:.()、.()和/图 化合物、和 的吸收光谱图()和荧光光谱图()()().()表明 个目标染料分子在最大波长均具有强的光吸收性能 从结构来看 和 的摩尔吸光系数显著强于 这是由于 和 中基团的吸电子效应强于 由图()可以看出中间体 的荧光发射峰位于 经修饰后分别蓝移至 ()、()和 ()均分别蓝移了 从结构来看 和 是由于 个芳环与环烃基偶联其荧光量子效率差别不大 因由刚性和位阻较大的蒽环直接相连吸电子的蒽环与母核共轭结构不在 个平面使整个分子的刚性减弱不利于核外电子以光的形式释放能量使其荧光发射强度显著降低 和 在近红外区均具有较强的荧光发射强度可作为新型光敏剂的荧光成像应用于肿瘤的诊断或介导手术切除肿瘤()单线态氧收率的测定本实验以 二苯基异苯并呋喃()作为单线态氧捕获剂用 为标准分别测定中间体、及 个吲哚花箐染料分子在 激光灯照射下和罗丹明()在 激光灯照射下分解 性能结果如图 所示由图 可知中间体、和 个吲哚花箐染料分子的单线态氧收率分别为.()、.()、.()、.()和.()表明在环烃基中位引入芳环可提高其单线态氧收率并且引入给电子能力较强的三苯胺基团可以提高该类化合物的单线态氧收率高的单线态氧收率是光敏剂作为光动力治疗的主/图、和 在 对 的光降解 第 期 陈正军等:新型水溶性吲哚花箐的合成及光谱性能研究要指标 和 具有的高单线态氧产生率可作为光动力治疗的新型潜在光敏剂 结论本文通过引入刚性结构、增强空间位阻及柔性季胺盐增强水溶性设计合成了 个新型水溶性吲哚花箐染料分子()并对其进行了结构表征和光谱性能研究 结果表明:个吲哚花箐染料分子均具有良好的水溶性和处于近红外区的吸收和发射性能 和 因其高的单线态氧收率和强的荧光强度可作为新型光敏剂应用于肿瘤光动力治疗和荧光成像诊断研究为开发具有实际应用价值的吲哚花箐染料提供了一定的参考价值参考文献 陆萌吴苏稼施鑫.实体瘤微环境的特点及治疗策略.医学研究生学报():.(.():.).():.():.():.:.:.():.:.周巧雨许佳佳刘敏 等.吲哚菁绿在生物成像与医学工程中的应用进展.影像科学与光化学():.(.():.).():.:./.():.():.():.:.杨松杰田禾.菁染料光稳定性的研究进展.感光科学与光化学():.(.():.)李春兰王兰英孙国峰等.吲哚菁染料的研究进展.有机化学():.(.():.)合 成 化 学 .鲁亮郭丽胡曰富等.吲哚克酮酸的合成及其作为光声成像造影剂的初步研究.合成化学():.(.():.).:.:.():.:.叶建军伏宏彬.有机化合物颜色与分子结构的关系.成都纺织高等专科学校学报():.(.():)赵德丰高欣钦.荧光与分子结构的关系.染料工业():.(.():).王萌萌栾天骄杨铭焱等.肿瘤乏氧靶向响应的罗丹明荧光探针及其成像介导手术治疗.高等学校化学学报():.(.():.)第 期 陈正军等:新型水溶性吲哚花箐的合成及光谱性能研究