阅读说明：本技术 一类聚集诱导发光型近红外荧光材料及其合成方法 (Aggregation-induced emission type near-infrared fluorescent material and synthesis method thereof ) 是由 李楠 赵娜 李悦 于 2018-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一类聚集诱导发光型近红外荧光材料及其合成方法,该荧光材料的结构式为<Image he="400" wi="579" file="DDA0001914709950000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>式中R代表<Image he="223" wi="683" file="DDA0001914709950000012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image><Image he="134" wi="700" file="DDA0001914709950000013.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>本发明利用4-甲基碘苯与间氨基苯甲醚反应得到3-甲氧基-4-(N,N-二甲苯基)苯胺,再脱去甲基经Vilsmeier反应得到4-(二甲苯基氨基)水杨醛,通过Witting反应得到中间体,再经Vilsmeier反应得到7-(二甲苯基氨基)香豆素-3-甲醛,最后经亲核反应即得荧光材料。本发明荧光材料在一个有机小分子骨架中实现了聚集诱导发光特性及近红外发光特性,同时还具有单线态氧产生特性。利用这些特性,该荧光材料在生物荧光成像、抑菌杀菌等方面有很大的应用前景。(The invention discloses a gathering induced luminescence type near infrared fluorescent material and a synthesis method thereof, wherein the structural formula of the fluorescent material is shown in the specification In the formula, R represents The invention utilizes 4-methyl iodobenzene to react with m-anisidine to obtain 3-methoxy-4- (N, N-xylyl) aniline, then removes methyl, obtains 4- (xylylamino) salicylaldehyde through Vilsmeier reaction, obtains an intermediate through Witting reaction, obtains 7- (xylylamino) coumarin-3-formaldehyde through Vilsmeier reaction, and finally obtains the fluorescent material through nucleophilic reaction. The fluorescent material realizes aggregation-induced emission characteristics and near-infrared emission characteristics in an organic small molecular skeleton, and has singlet oxygen generation characteristics. By utilizing the characteristics, the fluorescent material has great application prospect in the aspects of biological fluorescence imaging, bacteriostasis, sterilization and the like.)

一类聚集诱导发光型近红外荧光材料及其合成方法

技术领域

本发明属于近红外聚集诱导荧光材料技术领域，具体涉及一类具有聚集诱导发光性质、近红外发光性质，同时具有产生单线态氧性质的荧光材料，以及该材料的制备方法。

背景技术

荧光生物成像技术以其反应速度快、时间分辨率高、灵敏度高、现场可操作性好、操作简单、重现性好等优点，已成为一种功能强大、无创的生物可视化分析工具。小分子有机荧光团作为荧光材料的主要分支，目前正处于爆炸式发展阶段，尤其是近红外发射(>700nm)的荧光团，具有穿透深度高、生物自荧光干扰小、对生物结构光损伤小、光散射小等显著优点。传统的近红外荧光染料通常具有较大的刚性平面结构，在高浓度或聚集态下易发生π-π堆积而导致荧光淬灭(Aggregation-caused quenching，ACQ)，而有机分子由于其高疏水性在生物介质中自然聚集，因此这种现象成为生物成像和治疗领域实际应用中的主要障碍。

而具有聚集诱导发射(AIE)特性的新型近红外荧光团的出现可以完美地解决ACQ问题。分子溶解在溶剂中时，AIE发光团(AIEgens)是不发荧光的，但在聚集态时，表现出强烈的荧光。

光动力治疗(photodynamic therapy，PDT)是一种温和的癌症治疗方法，对正常组织的创伤性极小且可精确控制，现已被批准用于临床。PDT是光敏剂(PS)吸收光能，然后将氧转化为单线态氧或自由基，导致细胞程序性死亡的过程。PDT的治疗效果是通过激光照射后单线态氧和自由基的形成来实现的；因此，它具有与其他治疗药物不同的特性。PDT的优点是它是一种非侵入性治疗和生成的活性氧(ROS)生命周期很短，扩散范围0.1μm；因此，在确定范围内进行治疗是可能的。

因此，这种具有AIE特性的近红外荧光团可很好地应用于生物体系中的成像和诊断治疗中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一类具有聚集诱导发光性质、近红外发光性质、产生单线态氧性质的荧光材料，并为该材料提供一种制备方法。

解决上述技术问题所采用的荧光材料的结构式如下所示：

式中R代表 中任意一种，优选 中任意一种。

上述的荧光材料由下述方法制备得到：

1、以甲苯为溶剂，将间氨基苯甲醚、4-甲基碘苯、叔丁醇钾、邻菲罗啉、碘化亚铜在120～130℃下搅拌反应16～24小时，分离纯化产物，得到式I化合物。

2、以二氯甲烷为溶剂，将式I化合物、三溴化硼在室温下反应12～14小时，分离纯化产物，得到式II化合物。

3、将三氯氧磷与N,N-二甲基甲酰胺按摩尔比为1:1.1～1.3室温反应后，加入式II化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液，在50～70℃下反应22～24小时，分离纯化产物，得到式III化合物。

4、以二甲基亚砜为溶剂，将式III化合物、溴化乙酸甲酯基季鏻盐、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯在170～190℃下反应3～4小时，分离纯化产物，得到式IV化合物。

5、将三氯氧磷与N,N-二甲基甲酰胺按摩尔比为1:1.1～1.3室温反应后，加入式IV化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液，在50～70℃下反应22～24小时，分离纯化产物，得到式V化合物。

6、以乙醇为溶剂，将式V化合物、亲核试剂、氢氧化钠在室温下反应10～12小时，分离纯化产物，得到目标化合物，其中所述的亲核试剂为 中任意一种。

上述步骤1中，优选所述间氨基苯甲醚与4-甲基碘苯、叔丁醇钾、邻菲罗啉、碘化亚铜的摩尔比为1:2.5～3.5:4～6:0.15～0.3:0.15～0.3。

上述步骤2中，优选所述式I化合物与三溴化硼的摩尔比为1:1.3～2。

上述步骤3中，优选所述式II化合物与三氯氧磷的摩尔比为1:8～9。

上述步骤4中，优选所述式III化合物与溴化乙酸甲酯基季鏻盐、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的摩尔比为1:1.1～1.5:3.5～4.5。

上述步骤5中，优选所述式IV化合物与三氯氧磷的摩尔比为1:8～9。

上述步骤6中，优选所述式V化合物与亲核试剂、氢氧化钠的摩尔比为1:2～3:0.04～0.08。

本发明的有益效果如下：

1、本发明利用7-(二甲苯基氨基)香豆素作为简单骨架，通过Vilsmeier反应在3位引入醛基，通过一步亲核反应接入吸电基团，二甲苯基胺作为供电基团，得到具有推拉电子效应的D-π-A结构体系。通过引入具有不同吸电能力的基团，可得到不同发射波长的荧光材料，这些荧光材料的最大发射波长均处于近红外发射区域(>700nm)。

2、本发明荧光材料具有显著的聚集诱导发光特性，在近红外荧光成像领域具有潜在应用前景。

3、本发明荧光材料具有产生单线态氧特性，在聚集状态下可有效产生单线态氧，从而应用于光动力治疗。利用这种特性，还可进行抑菌杀菌。

附图说明

图1是实施例1制备的荧光材料在二甲基亚砜与去离子水中的荧光发射光谱图。

图2是实施例1制备的荧光材料在二甲基亚砜与去离子水中的相对荧光强度图。

图3是实施例2制备的荧光材料在二甲基亚砜与去离子水混合体系中的荧光发射光谱图。

图4是实施例2制备的荧光材料在二甲基亚砜与去离子水混合体系中的相对荧光强度图。

图5是实施例1制备的荧光材料在去离子水中白光照射过程中的紫外可见吸收光谱图。

图6是实施例1制备的荧光材料和无荧光材料存在时在去离子水中白光照射过程中的378nm处吸收的相对强度图。

图7是实施例2制备的荧光材料在去离子水中白光照射过程中的紫外可见吸收光谱图。

图8是实施例2制备的荧光材料和无荧光材料存在时在去离子水中白光照射过程中的378nm处吸收的相对强度图。

图9是实施例4制备的荧光材料在去离子水中白光照射过程中的紫外可见吸收光谱图。

图10是实施例4制备的荧光材料和无荧光材料存在时在去离子水中白光照射过程中的378nm处吸收的相对强度图。

图11是实施例4制备的荧光材料在不同条件下对大肠杆菌的杀菌效果图。

图12是实施例4制备的荧光材料在不同条件下对金黄葡萄杆菌的杀菌效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

1、将1.5mL(13.4mmol)间氨基苯甲醚、8.76g(40.2mmol)4-甲基碘苯、7.5g(67mmol)叔丁醇钾、483mg(2.68mmol)邻菲罗啉、510mg(2.68mmol)碘化亚铜加入20mL甲苯中，在125℃下搅拌反应20小时，过滤后旋干滤液，干法柱层析(以石油醚与乙酸乙酯体积比为100:1的混合液为洗脱剂)，得到式I化合物。

2、将1.74mL(18.4mmol)三溴化硼溶于18mL二氯甲烷中，并加入3.72g(12.26mmol)式I化合物的二氯甲烷溶液，在室温下搅拌反应12小时，反应完成后将反应液倒入冰水中，用去离子水和二氯甲烷萃取，以石油醚与乙酸乙酯体积比为30:1的混合液为洗脱剂)，得到式II化合物。

3、将6.8mL(88.5mmol)N,N-二甲基甲酰胺加入7mL(75.2mmol)三氯氧磷中，室温搅拌30min后加入10mL含2.56g(8.85mmol)式II化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液，在60℃下搅拌反应24小时，反应完成后将反应液倒入冰水中，用乙酸乙酯和饱和食盐水萃取反应液，合并有机相，干法柱层析(以石油醚与乙酸乙酯体积比为60:1的混合液为洗脱剂)，得到式III化合物。

4、将500mg(1.58mmol)式III化合物、785mg(1.89mmol)溴化乙酸甲酯基季鏻盐、943μL(6.3mmol)1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯溶于7mL二甲基亚砜中，180℃下回流反应3小时。反应完成后将反应液倒入冰水中，用乙酸乙酯和饱和食盐水萃取反应液，合并有机相，干法柱层析(以石油醚与乙酸乙酯体积比60:1的混合液为洗脱剂)，得到式IV化合物。

5、将1.2mL(15.6mmol)N,N-二甲基甲酰胺加入1.23mL(13.25mmol)三氯氧磷中，室温搅拌30min后加入5mL含532mg(1.56mmol)式IV化合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液，在60℃下搅拌反应24小时，反应完成后将反应液倒入冰水中，用乙酸乙酯和饱和食盐水萃取反应液，合并有机相，干法柱层析(以石油醚与乙酸乙酯体积比为30:1的混合液为洗脱剂)，得到式V化合物。

6、将25mg(0.068mmol)式V化合物、11.2mg(0.169mmol)丙二腈溶于1.5mL乙醇中，加入34μL 0.1mol/L氢氧化钠水溶液，80℃回流反应12小时。将反应液旋干后干法柱层析(以石油醚与乙酸乙酯体积比为10:1的混合液为洗脱剂)，得到V-1所示的荧光染料，其产率为72％。

所得产物的结构表征数据为：¹H NMR(300MHz,CDCl₃)δ8.75(s,1H),8.08(s,1H),7.33(d,J＝8.9Hz,1H),7.22(d,J＝8.1Hz,4H),7.11(d,J＝8.3Hz,4H),6.79(dd,J＝8.9,2.2Hz,1H),6.62(d,J＝2.0Hz,1H),2.38(s,6H).

实施例2

本实施例中，用等摩尔量的式VI化合物替换实施例1中的丙二腈，其他步骤与实施例1相同，得到V-2所示的荧光染料，其产率为75％。

所得产物的结构表征数据为：¹H NMR(300MHz,CDCl₃)δ8.65(s,1H),7.71-7.55(m,5H),7.38(d,J＝8.8Hz,1H),7.15(dd,J＝27.4,8.2Hz,8H),6.93(s,1H),6.82(dd,J＝8.8,2.2Hz,1H),6.66(d,J＝2.1Hz,1H),2.37(s,6H).

本实施例中所用的式VI化合物根据下述方法制备得到：

将1g(5mmol)α-溴代苯乙酮、427mg(5mmol)氰基乙酸、201mg(5mmol)氢氧化钠、3.9mL去离子水加入18mL乙醇中，回流反应1小时，冷却固体析出，过滤得式VI化合物。

实施例3

本实施例中，用等摩尔量的式VII化合物替换实施例1中的丙二腈，其他步骤与实施例1相同，得到V-3所示的荧光染料，其产率为67％。

所得产物的结构表征数据为：¹H NMR(300MHz,CDCl₃)δ7.97-7.82(m,2H),7.43(d,J＝16.1Hz,1H),7.32(d,J＝8.9Hz,1H),7.16(dd,J＝29.3,8.3Hz,8H),6.82(dd,J＝8.8,2.2Hz,1H),6.67(d,J＝2.0Hz,1H),2.38(s,6H),1.72(s,6H).

本实施例中所用的式VII化合物根据下述方法制备得到：

将3.2mL(30mmol)3-羟基-3-甲基-2-丁酮、5.9g(90mmol)丙二腈、3.8g(34mmol)乙醇镁加入30mL乙醇中，60℃下反应8小时。将反应液旋干后干法柱层析(以石油醚与乙酸乙酯体积比为20:1的混合液为洗脱剂)，得到式VII化合物。

实施例4

本实施例中，用等摩尔量的式VIII化合物替换实施例1中的丙二腈，其他步骤与实施例1相同，得到V-4所示的荧光染料，其产率为77％。

所得产物的结构表征数据为：¹NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.56(d,J＝5.5Hz,2H),7.71(s,1H),7.50(d,J＝16.2Hz,1H),7.35(d,J＝5.9Hz,2H),7.24(dd,J＝2.6,2.0Hz,1H),7.20(t,J＝1.6Hz,1H),7.18–7.13(m,4H),7.10–7.05(m,4H),6.82(dd,J＝8.7,2.3Hz,1H),6.74(d,J＝2.3Hz,1H),4.54(s,3H),2.35(s,6H).

本实施例中所用的式VIII化合物根据下述方法制备得到：

将0.5mL(5.14mmol)4-甲基吡啶、3.2mL(51.4mmol)碘甲烷加入4mL N,N-二甲基甲酰胺中，80℃下反应8小时。用乙酸乙酯和饱和食盐水萃取反应液，合并有机相，旋干后后干法柱层析(以二氯甲烷与甲醇体积比为30:1的混合液为洗脱剂)，将得到的产物溶于乙腈中，加入1.9g(10.3mmol)六氟磷酸钾，室温下搅拌反应10小时，反应完成后过滤得到式VIII化合物。

发明人对上述实施例1～4制备的荧光材料进行了性能测试，具体测试如下：

1、聚集诱导发光性能测试

分别以含水量为0％、10％、30％、50％、70％、80％、90％、99％的二甲基亚砜水溶液为溶剂，配制浓度为2×10^-5mol/L的荧光材料溶液，采用日立F-7000荧光分光光度计测试荧光材料的聚集诱导发光性质，结果见图1～4。由图可见，本发明实施例1、2得到的荧光材料均具有聚集诱导发光性质。

2、单线态氧产生性能测试

将15μL 2×10^-5mol/L荧光材料的二甲基亚砜溶液(含水量为0)、15μL 2×10^{- 2}mol/L 9,10-蒽基-双(亚甲基)二丙二酸(ABDA)的二甲基亚砜溶液加入2970μL去离子水中，实施例1,2在光照0min、1min、5min、10min、20min时进行紫外吸收光谱扫描，实施例4每光照10秒测定一次紫外吸收光谱。空白组取15μL二甲基亚砜、15μL2×10^-2mol/L ABDA的二甲基亚砜溶液加入2970μL去离子水中，在光照0min、1min、5min、10min、20min进行紫外吸收光谱扫描(实施例4对应的空白组则为每光照10s测定一次)。结果见图5～10。由图可见，本发明实施例1、2、4得到的荧光材料与空白组对比，随着光照时间的增加，ABDA在378nm处的紫外吸收峰明显降低，说明实施例1、2、4得到的荧光材料在光照条件下均可产生单线态氧，从而使得ABDA的紫外吸收峰降低，其中实施例4得到的荧光材料产生单线态氧的速度最快。

3、抑菌杀菌性能测试

将实施例4的荧光材料溶于二甲基亚砜中，配制成1×10^-2mol/L的荧光材料溶液。

空白组：取1μL二甲基亚砜溶液于1mL含1×10⁴个大肠杆菌或金黄葡萄球菌的0.9％NaCl水溶液中，震荡摇匀后孵化30分钟，无白光照射。

空白光照组：取1μL二甲基亚砜溶液于1mL含1×10⁴个大肠杆菌或金黄葡萄球菌的0.9％NaCl水溶液中，震荡摇匀后孵化30分钟，25mW/cm²白光照射30分钟。

实验组：取1μL 1×10^-2mol/L的荧光材料溶液于1mL含1×10⁴个大肠杆菌或金黄葡萄球菌的0.9％NaCl水溶液中，震荡摇匀后孵化30分钟，无白光照射。

光照实验组：取1μL 1×10^-2mol/L的荧光材料溶液于1mL含1×10⁴个大肠杆菌或金黄葡萄球菌的0.9％NaCl水溶液中，震荡摇匀后孵化30分钟，25mW/cm²白光照射30分钟。

随后从四组细菌溶液中各取50μL分别加入2mL固体培养基上，用涂布器均匀涂抹。将培养皿放置于37℃恒温培养箱中，14小时后取出培养皿，结果见图11～12。图11是该荧光材料对大肠杆菌的杀菌效果图，其中A～D图分别为空白组、空白光照组、实验组、光照组对应的培养结果。图12是该荧光材料对金黄葡萄球菌的杀菌效果图，其中A～D图分别为空白组、空白光照组、实验组、光照组对应的培养结果。由图可见，无论是大肠杆菌还是金黄葡萄球菌，经实施例4荧光材料孵育且光照后，培养皿中均无菌落产生；经实施例4荧光材料孵育而无光照，培养皿中仍存在大量菌落；而无实施例4荧光材料孵育无论是光照或是不光照，培养皿中仍存在过量的菌落。由此说明实施例4的荧光材料可作为很好的光敏材料在光照条件下应用于杀菌抑菌方面。