兩種熒光化合物的合成及細胞成像研究

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)、細胞毒性及細胞成像性質(zhì)。實驗結果表明，這2種化合物的熒光強度較弱；與AA2相比，含有三苯胺基團的AA1具有較長的發(fā)射波長，且兩者均具有較高的細胞存活率和良好的生物相容性，能較好地被細胞攝取。

關鍵詞：光物理性質(zhì)；有機發(fā)光材料；細胞成像

在當今的科技發(fā)展中，光功能材料因其在信息存儲、生物醫(yī)學成像等領域的廣泛應用而受到眾多研究者的關注。這些材料按照組成類型可分為有機、無機和復合3大類［1］。其中有機小分子發(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注的焦點［2］。三氟甲烷磺酸甲酯作為一種高效的甲基化試劑，在與底物反應時能夠顯著改變甚至增強目標分子的電子云密度，從而優(yōu)化其電子性質(zhì)和光電性能［3］。在有機發(fā)光材料的開發(fā)中，以三苯胺和咔唑為代表的脂溶性基團不僅有助于分子的細胞滲透性，還作為優(yōu)秀的給電子基團（D），在構筑高性能的推拉電子構型發(fā)光材料中發(fā)揮著關鍵作用［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構型的化合物AA1和AA2（圖1）。引入三氟甲烷磺酸甲酯基團，可進一步提高分子的生物相容性。通過紫外光譜和熒光光譜的測試分析，系統(tǒng)研究了其光物理性質(zhì)，并探索了二者在細胞成像中的應用潛力。

1實驗部分

1.1儀器與試劑

儀器：Bruker Avance 400型核磁共振儀，德國Bruker；ISQ EC單四極桿液質(zhì)聯(lián)用儀，美國賽默飛；UV5900 PC型紫外可見分光光度計，上海元析；HITACHI F4600型熒光分光光度計（激發(fā)波長為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，德國徠卡。

試劑：氯仿，三氟甲烷磺酸甲酯，二氯甲烷，甲醇等，購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；實驗值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；實驗值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結果與討論

2.1光物理性質(zhì)研究

首先測試了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個吸收峰（除溶劑DMSO外），而AA2在300～580 nm范圍內(nèi)顯示出3個吸收峰，有可能是分子內(nèi)電荷轉移躍遷（混合π-π×躍遷）產(chǎn)生的結果。

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

2.2細胞實驗研究

為研究AA1和AA2在活細胞中進行熒光成像的可行性，進行了MTT實驗。將濃度為4～24 μmol/L的AA1和AA2分別與HepG2細胞共培養(yǎng)24 h，實驗結果如圖4所示，細胞存活率均在85%以上，說明二者的細胞毒性低，可進行后續(xù)的細胞實驗。

為了進一步研究AA1和AA2在細胞內(nèi)的成像能力，以HepG2細胞為模型，分別將AA1和AA2（10 μmol/L）與HepG2細胞共孵育30 min，利用共聚焦熒光顯微鏡進行細胞成像，結果如圖5所示，AA1和AA2均成功進入細胞，呈現(xiàn)出明顯的熒光。

3結論

在化合物A1和A2的基礎上，利用三氟甲烷磺酸甲酯甲基化，合成了2種D-A-π-A構型的化合物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。結果表明，AA1相較于AA2具有更長的發(fā)射波長。細胞實驗結果表明二者均具有較高的細胞存活率，可被細胞攝取。此實驗結果可推動后續(xù)基于三苯胺和咔唑的D-A-π-A構型熒光分子的研究。

參考文獻：

［1］梁俊飛.新型有機熒光材料設計機理［J］.化學推進劑與高分子材料，2024，22（1）：3336.

［2］樊宇軒.三苯胺咔唑有機分子的設計、合成與光電性能研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學，2019.

［3］王志宇，楊靜，汪捷，等.三種具有D-A-π-A構型化合物的合成及細胞成像研究［J］.杭州師范大學學報，2024，23（4）：16.