一种苯并吡喃类近红外荧光染料、探针、合成方法、应用

本发明属于生物化学，具体涉及一种苯并吡喃类近红外荧光染料、探针、合成方法、应用。

背景技术：

1、荧光探针分子成像技术在医学和生物成像领域有良好的应用前景。荧光成像技术对生物体具有便捷、无损伤、可实时监测,以及高灵敏度和专一性等特点,逐渐成为生物荧光成像的主要手段。近红外荧光染料在生物成像中能有效避免生物体及细胞自吸收和自身荧光背景因素的干扰，有利于生物活体深层组织成像研究。甲川菁类染料也被简称为菁类染料，分子结构内部含有次甲基(也称为甲川12基)共轭链，共轭链中间或两端连有环烯、芳环、杂环化合物等与共轭链组成一个大的共轭体系。菁类分子的吸收和发射波长位于近红外区(650-900nm)，在生物成像领域具有广泛的应用前景。然而在技术上用作生物标记物的近红外聚甲炔具有明显的缺点，即延长聚甲炔链会增加亲核或亲电攻击该链的机会，从而导致π系统被破坏；大共轭结构，增加了分子疏水性，不利于生物成像应用，为改善菁类的水溶性，通常可以向菁类分子中引入磺酸基、羧基等亲水性基团。2015年tan等人提出将小分子配体与γ位被苯基取代的cy5荧光核共轭，能够得到近红外的荧光探针，并在此理论基础上构建了可以在非酶条件下选择性识别蛋白质的荧光探针。该类探针在pbs缓冲液中能够自组装成j型聚集体，荧光猝灭，当有靶向蛋白存在时，通过识别结合蛋白质导致自组装解体，发出红色的荧光。这些标记染料的其他缺点包括其光稳定性和储存稳定性不足、合成和纯化阶段复杂、吸收系数低/荧光量子产率低以及在存在或与蛋白质或核酸低聚物结合后其光学性质会发生不良变化。

2、苯并吡喃及其衍生物是一类存在于生物碱、黄酮类、生育酚和花青素等天然产物的化合物。苯并吡喃及其衍生物对人类生命至关重要，在药物化学中起着至关重要的作用，常被用于创造新的药物来减轻病人的痛苦和治疗疾病。目前研究发现苯并吡喃及其衍生物具有良好的光物理和光化学性质，但其发射波长在短波区域，限制了其在活体成像中的应用。因此基于苯并吡喃类结构的荧光探针仍旧有改进的空间，通过进一步拓宽其斯诺克位移、发射波长等增加苯并吡喃类探针在活体成像中的应用。近年来也出现部分研究，利用聚次甲炔共轭链结构具有产生近红外发射波长的潜能，对共轭链两端的取代结构开展创新性研究，在缩短共轭链长度克服由于链长导致的稳定性方面的缺陷的同时，依然能具有近红外发射波长的光谱性能。比如专利cn108892654a公开的单次甲炔两端分别连接4-二氰基甲基苯并吡喃和三苯胺结构，该专利公开的荧光染料具有近红外发射波长，但是在荧光强度、稳定性等方面还有待提升。

3、因此，创新研发具有高灵敏度、高生物相容性、高发光亮度、光稳定性好、无毒且更易于排泄的小分子近红外荧光成像染料，对推动活体成像、肿瘤早期诊断等领域的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供苯并吡喃类近红外荧光染料，具有长斯托克斯位移的光谱特性，其荧光发射光谱位于近红外区，作为生物活性分子检测用荧光探针标记染料分子，具有荧光强度增强的特性，检测灵敏度高、低细胞毒性。

2、本发明的目的之二在于提供苯并吡喃类近红外荧光探针，具有长斯托克斯位移的光谱特性，其荧光发射光谱位于近红外区，应用于生物活性分子检测，具有荧光强度增强的特性，检测灵敏度高、低细胞毒性。

3、本发明的目的之三在于提供苯并吡喃类近红外荧光探针的合成方法。

4、本发明的目的之四在于提供苯并吡喃类近红外荧光探针在制备生物体内成像试剂方面的应用，用于癌症诊断成像等。

5、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

6、一种苯并吡喃类近红外荧光染料，其化学结构通式为：

7、

8、

9、其中r2为c1-6的烷基或取代的烷基；x选自o、s或n；r1为用于置换连接生物活性分子官能团的取代结构。

10、可选的，r1选自：

11、

12、其中n＝0～10；m＝1～10；

13、进一步可选的，r1选自：

14、一种苯并吡喃类近红外荧光探针，其化学结构通式为：

15、

16、其中r2为c1-6的烷基或取代的烷基；r3为能够与生物分子反应的官能团。

17、

18、可选的，r3选自

19、作为优选的，上述荧光探针化学结构为：

20、

21、上述苯并吡喃类近红外荧光探针的合成方法，包括以下操作步骤：

22、1)以取代水杨醛和丙烯醛为原料合成中间产物1，其化学结构通式为r如权利要求2所述；

23、2)以中间产物1和(3,5,5-三甲基环己-2-烯亚基)丙二腈为原料合成如权利要求1所述式(ⅰ)化合物；

24、3)以式(ⅰ)化合物和氯代丙烯酮为原料合成权利要求5所述荧光探针。

25、具体的，步骤1)还包括以1,4-二氧六环为溶剂，无水碳酸钾做碱，在70-100℃下反应24-96小时，过滤除去无机盐，有机相用饱和食盐水洗涤2-3次，无水硫酸镁或硫酸钠干燥，减压除去有机溶剂后，通过柱层分离获得中间产物1；

26、可选的，步骤2)还包括将原料溶解于无水甲醇或乙醇，以哌啶、吡咯、吡啶或冰乙酸做催化剂，回流反应12-24小时，待原料全部消耗完毕后，减压除去溶剂，残余物通过柱层分离，获得式(ⅰ)化合物；

27、可选的，步骤3)还包括以干燥的二氯甲烷、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮或氯仿作溶剂，三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、四氢吡咯、哌啶或吡啶做酸束缚剂，在室温下反应2-12小时，待原料全部消耗完毕后，减压除去溶剂，残余物通过柱层分离，获得所述荧光探针。

28、上述苯并吡喃类近红外荧光探针能够应用于制备生物体内成像试剂。

29、进一步的，上述苯并吡喃类近红外荧光探针能够应用于制备生物体内成像癌症诊断试剂。

30、本发明提供的苯并吡喃类近红外荧光染料及荧光探针，其荧光发射波长位于近红外区，通过对分子结构进行优化创新，提升荧光强度及稳定性。

31、本发明荧光染料及荧光探针，应用于生物活性分子检测，具有荧光强度增强的特性，检测灵敏度高、低细胞毒性生物相容性好，易被生物体吸收和代谢，能够作为生物体内成像试剂，用于癌症诊断等。

32、本发明荧光染料及荧光探针合成路线简单，反应效率高，收率高，具有较高的工业应用前景。

技术特征：

1.一种苯并吡喃类近红外荧光染料，其特征在于，其化学结构通式为：

2.如权利要求1所述的苯并吡喃类近红外荧光染料，其特征在于，r1选自：

3.一种苯并吡喃类近红外荧光探针，其特征在于，其化学结构通式为：

4.如权利要求3述的苯并吡喃类近红外荧光探针，其特征在于，r3选自

5.如权利要求3或4所述的苯并吡喃类近红外荧光探针，其特征在于，其化学结构为：

6.一种如权利要求5所述的苯并吡喃类近红外荧光探针的合成方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

7.如权利要求6所述的苯并吡喃类近红外荧光探针的合成方法，其特征在于，步骤1)还包括以1,4-二氧六环为溶剂，无水碳酸钾做碱，在70-100℃下反应24-96小时，过滤除去无机盐，有机相用饱和食盐水洗涤2-3次，无水硫酸镁或硫酸钠干燥，减压除去有机溶剂后，通过柱层分离获得中间产物1；

8.权利要求3-5任一项所述的苯并吡喃类近红外荧光探针在制备生物体内成像试剂中的应用。

9.如权利要求8所述应用，其特征在于，制备生物体内成像癌症诊断试剂中的应用。

技术总结本发明属于生物化学技术领域，具体涉及一种苯并吡喃类近红外荧光染料、探针、合成方法、应用。本发明提供的近红外荧光染料及荧光探针，具有长斯托克斯位移的光谱特性，其荧光发射波长位于近红外区，通过对分子结构进行优化创新，尤其是生物活性反应官能团的取代位置结合分子结构进行优化创新，提升荧光强度及稳定性。应用于生物活性分子检测，具有荧光强度增强的特性，检测灵敏度高、低细胞毒性生物相容性好，易被生物体吸收和代谢，能够作为生物体内成像试剂，用于癌症诊断等。本发明荧光染料及荧光探针合成路线简单，反应效率高，收率高，具有较高的工业应用前景。技术研发人员：葛春坡,裴枫,张知非,张杨,张鹏程,王小彧,常开文,杨志军受保护的技术使用者：新乡医学院技术研发日：技术公布日：2024/9/12