CN103555321A

CN103555321A - 一种磷光离子型铱配合物探针及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103555321A
Application number: CN201310525077.6A
Authority: CN
Inventors: 赵强; 黄维; 于海霞; 许文娟; 刘淑娟; 唐艳
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CN103555321B

Abstract

一种磷光离子型铱配合物探针及其制备方法和应用，具体涉及一类用于检测次氯酸根（ClO^-）的含肟基团（C=N-OH）的磷光铱配合物及其应用。该类配合物材料由含肟基团的环金属配体、金属中心和N^N配体组成，结构通式如下式所示。该材料合成步骤简单、条件温和，在次氯酸根检测、细胞成像和生物标记中有非常好的应用前景。

Description

一种磷光离子型铱配合物探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于有机光电功能材料技术领域。具体涉及一类磷光铱配合物材料的制备方法及其在次氯酸根检测、细胞成像和生物标记中的应用。

背景技术

分子氧是所有耗氧有机体维持其生命活动的必需组分，活性氧物种（ROS）是人体代谢过程中产生的分子氧的一种，它包括过氧化物、羟基、过氧自由基、过氧化氢、单线态的氧和次氯酸/次氯酸根。人体内的活性氧物种ROS主要是通过线粒体呼吸过程产生的氧气，同时，也可通过外部干扰诱导有机体内生成，例如外源性化学物质，传染剂和紫外线。ROS参与广泛的生理和病理过程，如信号转导，炎症，癌变和神经组织衰退性损伤。虽然在正常的细胞环境中产生ROS对于生命是必须的，但是当它们在外源性刺激下生成过量时，对有机体也是有危害的。过量的ROS通过生物分子的氧化引起的氧化应激，例如，脂质、蛋白质和DNA的氧化作用，并诱导细胞死亡。

ROS调节各种各样的生理过程。次氯酸（HOCl），一个生物学意义的活性氧，是在活化白细胞内，通过髓过氧化酶催化过氧化氯离子产生的。在自然防御中，次氯酸也是一种重要的杀菌剂。然而，次氯酸水平的异常与许多炎症相关的疾病有着密切的联系，包括心血管疾病，人体红细胞的损伤，肺病，类风湿关节炎和癌症。所以，次氯酸的检测是非常重要的。目前，已经发展了许多检测次氯酸的方法，例如，电解法，电势法，分光光度法，化学发光检测等。WeiyingLin组合成了一种检测ClO^-的比率荧光探针，当作用于分析物时，荧光发射比率(I₅₀₉/I₄₃₉)的可从0.28增加到2.74，且具有较高的选择性(Chem.Eur.J.,2009,15,2305–2309)。此探针是基于荧光信号的检测。相比于荧光信号，磷光信号检测具有以下优势：具有大的Stokes位移、可见光激发、良好的光稳定性、长的发射寿命、高的量子效率和发射波长易调节等。其中大的斯托克斯位移可以很容易区分激发和发射，长的发射寿命可使用时间分辨技术与背景荧光信号相区分以提高检测的信噪比和灵敏度以及可使用可见光进行激发降低光漂白。因此，开发具有选择性的、可用于生物体检测的磷光探针具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一类磷光发射的铱配合物，给出它们的制备方法，并提出这类配合物在次氯酸根检测、细胞成像以及生物标记中的应用。

技术方案：本发明合涉及一种磷光离子型铱配合物，其特征在于其环金属配体上含有肟基团（C=N-OH），可用来选择性检测次氯酸根；

所述的磷光发射的离子型铱配合物其特征在于该铱配合物具有如下结构通式：

其中，N^N配体可为下列结构，

所述的磷光发射的铱配合物的制备方法，其特征在于合成路线如下：

步骤i.在氮气保护下，2-苯甲醛基吡啶与三水合三氯化铱在2-乙氧基乙醇/水（3:1，v:v）混合液中110℃密闭反应24小时得到铱二氯桥；

步骤ii.将得到的二氯桥与N^N配体在二氯甲烷/甲醇（2:1，v:v）混合液中氮气保护下40℃密闭反应4小时，冷却至室温后加入六氟磷酸钾继续反应1小时，分离提纯得到含有醛基（CHO）的铱配合物；

步骤iii.将含有醛基的铱配合物再与盐酸羟胺在乙醇/三乙胺混合液中氮气保护下60℃密闭反应3小时，分离提纯得到最终的含有肟基团（C=N-OH）的配合物。

所述的磷光发射离子型铱配合物可应用于次氯酸根检测。

所述的磷光发射离子型铱配合物可应用于细胞成像和生物标记。

有益效果：本发明合成的材料用作ClO^-磷光探针，在ClO^-存在下磷光发射显著增强，为turn-on型磷光探针，检测效果显著。本发明制备的磷光探针材料对ClO^-具有高的选择性，并且响应快。

本探针材料具有低生物毒性，且容易进入细胞胞浆中，使得这类探针可用于细胞内ClO^-检测，这对深入研究ClO^-在生物体体内的生理和毒理作用具有重要意义。

附图说明

图1.为实施例3中磷光探针Ir-2的CH₃OH/H₂O混合溶液的紫外-可见吸收光谱对ClO^-的响应性；

图2.为实施例4中磷光探针Ir-2的CH₃OH/H₂O混合溶液的磷光发射光谱对ClO^-的响应性；

图3.为实施例5中磷光探针Ir-2对ClO^-的选择性示意图；

图4.为实施例6中磷光探针Ir-2用于检测细胞内ClO^-的共聚焦显微镜照片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明专利的内容，下面通过具体的实例来进一步说明本发明的技术方案。但这些实施实例并不限制本发明。

实施例1：当N^N配体为

(联喹啉)时，含醛基（CHO）的铱配合物Ir-1的制备：

配合物Ir-1：称取4-（2-吡啶基）苯甲醛（2.5mmol）与IrCl₃·3H₂O（1mmol）混合投入三颈瓶中，在双排管上抽真空-保氮气-抽真空，循环往复三次，最后采用氮气保护整个反应体系。将体积比为3:1的乙二醇***和水的混合物注射进反应体系中，升温至110℃，磁力搅拌反应24小时。反应结束后，将体系冷却至室温，过滤沉淀，并用乙醇和水洗，得到的固体产物即为吡啶基苯甲醛铱二氯桥，可直接投入下一步反应。

称取C^N环金属配体二氯桥（1mmol）、联喹啉（2.3mmol）加入至三颈瓶中，在双排管上抽真空-保氮气-抽真空，循环往复三次，最后采用氮气保护整个反应体系。将体积比为2:1的二氯甲烷和甲醇的混合物注入体系中，将温度升至50℃，搅拌回流。反应5小时后，加入0.72mmol的六氟磷酸钾固体，继续搅拌反应过夜。反应结束后浓缩提纯，最后用二氯甲烷和正己烷重结晶，得到固体产物即为铱配合物Ir-1。产率：94%。¹H NMR(400MHz,DMSO):δ=9.68(s,1H),9.01(d,J=8.9Hz,1H),8.94(d,J=8.7Hz,1H),8.37(d,J=8.0Hz,1H),8.11(d,J=7.9Hz,1H),8.07(d,J=8.1Hz,1H),8.02(t,J=6.4Hz,2H),7.68(d,J=8.9Hz,1H),7.57(t,J=7.5Hz,1H),7.50(d,J=8.0Hz,1H),7.23(t,J=6.6Hz,1H),7.16(t,J=7.9Hz,1H),6.64(s,1H)。

实施例2：含有肟基团（C=N-OH）的配合物Ir-2的制备：

配合物Ir-2的制备：称取铱配合物Ir-1（1mmol）和盐酸羟胺（5mmol）加入双颈瓶中，在双排管上抽真空-保氮气-抽真空，循环往复三次，最后采用氮气保护整个反应体系。注入5mL蒸过的乙醇溶液，5mmol蒸过的三乙胺，60℃混合搅拌4小时。反应结束后，浓缩提纯。得到红色固体产物即为铱配合物Ir-2。产率：81%。¹H NMR(400MHz,DMSO):δ=11.14(s,1H),10.53(s,9H),10.36(s,2H),9.03–9.00(m,1H),8.94–8.91(m,1H),8.18(s,1H),8.10(s,1H),7.88(d,J=10.4Hz,2H),7.85(s,1H),7.83(d,J=4.0Hz,2H),7.82(s,1H),7.57(t,J=7.4Hz,2H),7.15(t,J=9.0Hz,3H),7.08(t,J=6.5Hz,2H),6.47(s,1H)；¹³CNMR(101MHz,DMSO)δ=166.19,160.22,150.95,148.76,148.72,148.58,147.72,144.89,144.40,141.89,139.35,134.31,131.39,130.01,129.34,127.65,127.60,125.71,124.41,122.69,122.42,120.77；[m/e](M,MALDI-TOF)理论值:842.94,实验值:843.107。

实施例3：探针Ir-2的紫外-可见吸收光谱对ClO^-的响应性：

将铱配合物Ir-2溶解在CH₃OH/H₂O（v/v，2:1，pH7.2）混合溶液中，逐次加入ClO^-的CH₃OH/H₂O混合溶液中，每次滴加ClO^-后，在37℃恒温水浴中加热搅拌5分钟，使ClO^-与铱配合物Ir-2充分反应，随后测试其紫外吸收强度。如图1所示，随着ClO^-的加入，铱配合物Ir-2溶液的吸收光谱立刻发生了变化，伴随着ClO^-滴加浓度的升高，当ClO^-的滴加浓度当量达到30eq.时，滴定达到终点，再继续滴加ClO^-，光谱则不再发生变化。

实施例4：探针Ir-2的发射光谱对ClO^-的响应性：：

将铱配合物Ir-2溶解在CH₃OH/H₂O（v/v，2:1，pH7.2）混合溶液中，逐次加入ClO^-的CH₃OH/H₂O混合溶液中，每次滴加ClO^-后，在37℃恒温水浴中加热搅拌5分钟，使ClO^-与铱配合物Ir-2充分反应，随后测试其荧光发射光谱，如图2所示。在608nm处，铱配合物Ir-2溶液本身发光很弱，随着ClO^-的加入，铱配合物Ir-2溶液的荧光光谱立刻发生了变化，伴随着ClO^-滴加浓度的升高，铱配合物Ir-2的荧光光谱蓝移并在597nm处的荧光强度逐渐升高。当ClO^-的滴加浓度当量达到30eq.时，滴定达到终点，再继续滴加ClO^-，光谱则不再发生变化。

实施例5：探针Ir-2在溶液中对ClO^-的选择性实验：

配制10μM的配合物溶液（CH₃OH/H₂O（v/v，2:1，pH7.2）），移取2.5mL所配化合物溶液于比色皿中，加入过量的（超过200倍当量）的AlCl₃、CuCl₂、LiClO₃、MgCl₂、Na₂CO₃、Na₂SO₄、NaOAc、ZnCl₂、H₂O₂、NaClO₃、NaNO₂、NaClO溶液，分别测其发射光谱。测试结果如图3所示，其他离子均无明显影响。实验数据表明：材料对ClO^-有较好的选择性。

实施例6：活细胞成像实验：

Hela细胞按照American Type Tissue Culture Collection规定进行培养。Hela细胞用20μM铱配合物Ir-2溶液在37℃下孵育30分钟，用培养液洗涤3次，作为空白对照组的共聚焦显微镜照片结果如图4所示，活细胞内基本没有荧光发射；实验组在Hela细胞用20μM铱配合物Ir-2在37℃条件下孵育30分钟后，再用200μMNaClO溶液在37℃条件下孵育30分钟，之后用培养基洗涤3次，置于共聚焦显微镜下拍照，照片显示活细胞胞浆内有较强的磷光发射，结果如图4所示。此实验结果表明，铱配合物Ir-2可用于检测活细胞内的ClO^-。

Claims

1.一种磷光离子型铱配合物探针，其特征在于其环金属配体上含有肟基团C=N-OH；该铱配合物具有如下结构通式：

其中，N^N配体为下列结构，

2.一种如权利要求1所述的磷光离子型铱配合物探针的制备方法，其特征在于该制备方法的合成路线如下：

3.一种如权利要求1所述的磷光离子型铱配合物探针，其特征在于该磷光离子型铱配合物应用于次氯酸根检测。

4.一种如权利要求1所述的磷光离子型铱配合物探针，其特征在于该磷光离子型铱配合物应用于细胞成像和生物标记。