兩種熒光化合物的合成及細(xì)胞成像研究

摘要：以丙二腈、吡啶3甲醛和三氟甲烷磺酸甲酯為原料，合成了2種具有D-A-π-A構(gòu)型的化合物AA1和AA2。研究了二者在不同極性溶劑中的光物理性質(zhì)、細(xì)胞毒性及細(xì)胞成像性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這2種化合物的熒光強(qiáng)度較弱；與AA2相比，含有三苯胺基團(tuán)的AA1具有較長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)，且兩者均具有較高的細(xì)胞存活率和良好的生物相容性，能較好地被細(xì)胞攝取。

關(guān)鍵詞：光物理性質(zhì)；有機(jī)發(fā)光材料；細(xì)胞成像

在當(dāng)今的科技發(fā)展中，光功能材料因其在信息存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而受到眾多研究者的關(guān)注。這些材料按照組成類(lèi)型可分為有機(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合3大類(lèi)［1］。其中有機(jī)小分子發(fā)光材料因其原料易獲取、性能卓越、合成成本較低，已成為眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)［2］。三氟甲烷磺酸甲酯作為一種高效的甲基化試劑，在與底物反應(yīng)時(shí)能夠顯著改變甚至增強(qiáng)目標(biāo)分子的電子云密度，從而優(yōu)化其電子性質(zhì)和光電性能［3］。在有機(jī)發(fā)光材料的開(kāi)發(fā)中，以三苯胺和咔唑?yàn)榇淼闹苄曰鶊F(tuán)不僅有助于分子的細(xì)胞滲透性，還作為優(yōu)秀的給電子基團(tuán)（D），在構(gòu)筑高性能的推拉電子構(gòu)型發(fā)光材料中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［4］。

基于此，以丙二腈、吡啶3甲醛和三氟甲烷磺酸甲酯為原料，合成了2種具有D-A-π-A構(gòu)型的化合物AA1和AA2（圖1）。引入三氟甲烷磺酸甲酯基團(tuán)，可進(jìn)一步提高分子的生物相容性。通過(guò)紫外光譜和熒光光譜的測(cè)試分析，系統(tǒng)研究了其光物理性質(zhì)，并探索了二者在細(xì)胞成像中的應(yīng)用潛力。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

儀器：Bruker Avance 400型核磁共振儀，德國(guó)Bruker；ISQ EC單四極桿液質(zhì)聯(lián)用儀，美國(guó)賽默飛；UV5900 PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海元析；HITACHI F4600型熒光分光光度計(jì)（激發(fā)波長(zhǎng)為450 nm，狹縫寬度為10 nm，電壓為500 V），日本日立；Leica TCS SP8共聚焦顯微鏡，德國(guó)徠卡。

試劑：氯仿，三氟甲烷磺酸甲酯，二氯甲烷，甲醇等，購(gòu)自上海阿拉丁試劑有限公司。

1.2化合物AA1和AA2的合成

在氬氣保護(hù)條件下，在100 mL三口瓶中依次加入A1/A2（0.43 mmol）、10 mL氯仿和三氟甲烷磺酸甲酯（0.41 g，2.5 mmol），室溫下反應(yīng)24 h后，蒸除大部分溶劑，粗產(chǎn)物經(jīng)柱層析分離，洗脫劑為二氯甲烷∶甲醇=20∶1（V/V）。

AA1：黑紅色固體0.15 g。LC-MS：理論值588.14；實(shí)驗(yàn)值439.29（［M-CF3SO-3］+）；1H NMR（400 MHz，DMSO）δ 9.40（s，1 H），8.96（d，J=6.0 Hz，1 H），8.92（d，J=8.3 Hz，1 H），8.18～8.14（m，1 H），7.80（d，J=15.9 Hz，1 H），7.49～7.42（m，6 H），7.28～7.21（m，7 H），6.94（d，J=8.8 Hz，2 H），4.34（s，3 H）。

AA2：紅色固體0.16 g。LC-MS：理論值566.16；實(shí)驗(yàn)值417.34（［M-CF3SO-3］+）；1H NMR（400 MHz，DMSO）δ 9.43（s，1 H），9.03～8.87（m，2 H），8.54～8.44（m，1 H），8.29～8.19（m，1 H），8.18～8.14（m，1 H），7.98（d，J=15.8 Hz，1 H），7.87（d，J=8.6 Hz，1 H），7.78～7.63（m，2 H），7.56（t，J=7.5 Hz，1 H），7.30（t，J=7.4 Hz，1 H），7.18（d，J=15.8 Hz，1 H），4.49（t，J=6.9 Hz，2 H），4.33（s，3 H），1.84～1.77（m，2 H），1.45～1.31（m，2 H），0.93（t，J=7.3 Hz，3 H）.

2結(jié)果與討論

2.1光物理性質(zhì)研究

首先測(cè)試了AA1與AA2在不同極性溶劑中的紫外光譜和熒光光譜。如圖2所示，AA1在300～580 nm之間顯示出2個(gè)吸收峰（除溶劑DMSO外），而AA2在300～580 nm范圍內(nèi)顯示出3個(gè)吸收峰，有可能是分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移躍遷（混合π-π×躍遷）產(chǎn)生的結(jié)果。

隨后測(cè)定了AA1和AA2的熒光光譜，結(jié)果如圖3所示，AA1和AA2在DOA中的最大發(fā)射波長(zhǎng)分別為570 nm和540 nm，兩種化合物的最大發(fā)射波長(zhǎng)：AA1gt;AA2，這是由于三苯胺基團(tuán)相較于咔唑基團(tuán)具有更強(qiáng)的給電子能力，當(dāng)此基團(tuán)連接在分子中，可增加分子的共軛程度，因此AA1具有較長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)。但AA1和AA2的熒光強(qiáng)度較弱，是扭曲的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移引起的某些非輻射躍遷機(jī)制造成的。

2.2細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究

為研究AA1和AA2在活細(xì)胞中進(jìn)行熒光成像的可行性，進(jìn)行了MTT實(shí)驗(yàn)。將濃度為4～24 μmol/L的AA1和AA2分別與HepG2細(xì)胞共培養(yǎng)24 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，細(xì)胞存活率均在85%以上，說(shuō)明二者的細(xì)胞毒性低，可進(jìn)行后續(xù)的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。

為了進(jìn)一步研究AA1和AA2在細(xì)胞內(nèi)的成像能力，以HepG2細(xì)胞為模型，分別將AA1和AA2（10 μmol/L）與HepG2細(xì)胞共孵育30 min，利用共聚焦熒光顯微鏡進(jìn)行細(xì)胞成像，結(jié)果如圖5所示，AA1和AA2均成功進(jìn)入細(xì)胞，呈現(xiàn)出明顯的熒光。

3結(jié)論

在化合物A1和A2的基礎(chǔ)上，利用三氟甲烷磺酸甲酯甲基化，合成了2種D-A-π-A構(gòu)型的化合物AA1和AA2，研究了二者在不同極性溶劑中的紫外光譜和熒光光譜。結(jié)果表明，AA1相較于AA2具有更長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明二者均具有較高的細(xì)胞存活率，可被細(xì)胞攝取。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推動(dòng)后續(xù)基于三苯胺和咔唑的D-A-π-A構(gòu)型熒光分子的研究。

參考文獻(xiàn)：

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［3］王志宇，楊靜，汪捷，等.三種具有D-A-π-A構(gòu)型化合物的合成及細(xì)胞成像研究［J］.杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，23（4）：16.