用于细胞成像的双氰基二苯代乙烯衍生物双光子荧光银离子探针

双光子荧光显微成像兼具诸如近红外激发、暗场成像、避免荧光漂白和光致毒、定靶激发、高横向分辨率与纵向分辨率、降低生物组织吸光系数及降低组织自发荧光干扰等特点,显著地优于单光子荧光显微成像,为生命科学研究提供了更为便利的工具。因此双光子荧光探针适合于生物检测与成像。制备了衍生于二苯代乙烯的双光子荧光银离子探针,此探针以拥有异常大的双光子吸收截面(δTPA)的4-甲基-2,5-二氰基-4'-氨基二苯乙烯(DCS)作为双光子荧光母体,以6-芳基-3,9-二硫-6-氮杂癸烷(TAU)为Ag+配体。探针显示了大的δTPA(在Me CN中,950 GM)、对银离子有高的灵敏性与选择性、强的双光子荧光(790 nm激光激发时)。探针的络合常数为lg K=5.76±0.05。探针能选择性地检测和成像活细胞中的游离Ag+,可用于细胞中微量Ag+的分析检测与成像。此探针为开发理想的双光子荧光探针提供了可供借鉴的平台。

具有大的双光子吸收截面的A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物的合成

合成了A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物FR[2,5-二氰基-1,4-二(4'-氟苯乙烯基)苯],并采用核磁共振、红外光谱和元素分析等手段对其进行了表征.用飞秒脉冲诱导荧光光谱法分别研究了2个A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物FR与CY[2,5-二氰基-1,4-二(4'-氰基苯乙烯基)苯]以及2个D-A-D型双苯乙烯基苯类化合物MO[2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯]和MA[2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯]的单、双光子吸收与发射特性.实验结果表明,最大单光子吸收与发射波长随末端取代基供电子能力的增强而增大,末端强吸电子基化合物FR和CY具有相当高的荧光量子产率(分别为0.92与0.89)、较长的荧光寿命(分别为5.8与6.1 ns)及较大的双光子吸收系数(分别为19.1与20.5).末端带强吸电子基的化合物FR与CY的双光子吸收截面(δ,分别为6350 GM和6870 GM)比末端带供电子基的化合物MO和MA的δ(分别为270 GM与1790 GM)要大得多,表明A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物具有异常大的δ.

2,5-二甲基对苯二甲腈α-位溴代反应

用N-溴代丁二酰亚胺(NBS)作溴化剂,以2,5-二甲基对苯二甲腈为原料,合成了目标化合物2,5-二溴甲基对苯二甲腈。用正交设计实验对影响2,5-二甲基对苯二甲腈生成2,5-二溴甲基对苯二甲腈的溴代反应条件进行了考察,最佳反应条件为:n(2,5-二甲基对苯二甲腈)∶n(NBS)=1∶2.1,反应温度80℃,2,5-二甲基对苯二甲腈浓度0.1 mol/L,反应时间16 h,产率可达31.4%。溴代粗品经反相柱色谱分离〔洗脱液:V(甲醇)∶V(水)=70∶30〕,洗脱组分分别是2-甲基-5-溴甲基对苯二甲腈、2,5-二溴甲基对苯二甲腈、2-甲基-5-(1,1-二溴)甲基对苯二甲腈与2-溴甲基-5-(1,1-二溴)甲基对苯二甲腈。

2,5-二溴甲基对苯二甲腈的合成

以对二甲苯为原料,分别通过芳环上的溴代、亲核取代及α-位溴代3步反应,合成了2,5-二溴甲基对苯二甲腈。以碘作催化剂,对二甲苯与液溴在二氯甲烷中于12℃严格避光条件下搅拌反应18 h,得到2,5-二溴对二甲苯;2,5-二溴对二甲苯与氰化亚铜在DMF中加热回流48 h得到2,5-二甲基对苯二甲腈;2,5-二甲基对苯二甲腈与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)在四氯化碳中被偶氮二异丁腈催化反应16 h得到2,5-二溴甲基对苯二甲腈,各步收率分别为96.3%、87.5%、31.4%。借助正交实验优化了各步的反应条件:溴代n(B r2)∶n(p-xylene)=2.2∶1,c(p-xylene)=3.2 mol/L,反应温度12℃,反应时间18 h;亲核取代n(CuCN)∶n(2,5-二溴对二甲苯)=2.5∶1,c(2,5-二溴对二甲苯)=0.2 mol/L,反应温度155℃,反应时间48 h;α-位溴代n(NBS)∶n(2,5-二氰基对二甲苯)=2.1∶1,c(2,5-二氰基对二甲苯)=0.1 mol/L,反应温度80℃,反应时间16 h。并对各步产品进行了质谱和核磁共振氢谱表征。

衍生于苯并-12-冠-4的双光子荧光Fe^(3+)探针

合成了双光子荧光探针2,5-二氰基-1,4-二[2′-(4′-苯并-12-冠-4)乙烯基]苯(1),并进行了红外、质谱及元素分析。探针1在单、双光子荧光发射中对金属离子显示了相似的选择性,双光子过程中的选择性略优于单光子过程,并对Fe3+显示出高度选择性识别。探针1对Fe3+的单、双光子荧光强度随Fe3+浓度的升高而急剧降低;单、双光子荧光滴定过程中探针对Fe3+的络合常数分别是:5.70±0.03(logK11)与4.74±0.05(logK12)、5.76±0.04(logK11)与4.81±0.07(logK12)。探针1的双光子吸收截面(δTPA)随溶剂极性增加而减小,在甲苯与乙腈中的δTPA分别是2198,1125GM,探针与Fe3+络合后其双光子吸收截面显著减小。研究结果表明,化合物1可以作为Fe3+探针应用到单光子激发荧光与双光子激发荧光检测;可以用开发单光子荧光探针的策略来设计应用于生物成像的双光子荧光探针。

对位氨基能显著提高D-A-D型化合物的双光子吸收性能

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS-CN),2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯(MAS-CN)和1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS)的合成.用核磁、红外和元素分析进行了表征.测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱、双光子吸收系数及双光子吸收截面.在800nm的飞秒脉冲激光激发下,化合物MOS-CN,MAS-CN和MOS分别发出很强的绿色、黄色和蓝色上转换荧光.化合物MOS-CN,MAS-CN和MOS的最大吸收波长、单光子发射波长、双光子诱导荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数、双光子吸收截面及双光子荧光寿命各分别是393,473,367nm;470,569,434nm;475,574,438nm;0.12,0.72,0.21;0.8,5.3,0.3cm/GW;270,1790,101GM;140ps,1.32ns,54ps.MAS-CN的双光子吸收截面是MOS-CN的6.63倍,MOS-CN的双光子吸收截面是MOS的2.67倍,表明对位氨基显著地提高了化合物的双光子吸收性能,氰基也较大地提高了双光子吸收截面.

有机化学中的p-电子云分析法

系统阐述了p-电子云分析法的孤单电子分析法、孤对电子分析法及空穴分析法（正电子分析法）三种方式，揭示了p-电子云分析法是开启物质反应及其转化规律的钥匙，是正确掌握有机化学理论体系的有效方法，论述了运用p-电子云分析法来理解与掌握有机化学理论体系。

具有“开-关”特性的pH荧光探针DPVF的合成与表征

合成并表征了{4-[2-(4-氟苯基)-乙烯基]-苯基}-二甲基胺(DPVF)。结果表明,DPVF(10.0μmol.L-1)的水∶乙醇=1∶1(体积比)溶液的紫外可见吸收强度对pH值(7.02-2.22)变化灵敏,荧光强度对pH值(7.02-1.66)变化灵敏。荧光增强阶段是氟原子质子化,荧光减弱阶段是氟原子与氮原子同时质子化,氮原子与氟原子都是pH功能基。该化合物显示了“开-关”荧光发射性能,可应用于荧光分子开关;同时又是一个很好的pH荧光探针,检测pH值范围为7.02-1.66,pH值检测最高灵敏度为ΔpH=0.04。

2,5-二氰基-1,4-二(4′-甲氧基苯乙烯基)苯的合成和非线性光学性质

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(4′-甲氧基苯乙烯基)苯(DCHO)的合成。用核磁、红外和元素分析进行了表征。测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱及双光子吸收截面。在800 nm的飞秒脉冲激光激发下,标题化合物发出很强的绿色上转换荧光。化合物2,5-二氰基-1,4-二(4′-甲氧基苯乙烯基)苯的最大吸收波长、单光子发射波长、最大双光子荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数及双光子吸收截面分别是393 nm、470 nm、475 nm、0.12、0.8 cm/GW、270 GM。这些数据表明,对位甲氧基的D-A-D型化合物具有较好的双光子吸收性能,DCHO是双光子荧光显微与成像应用的一个良好的候选材料。

一个发射波长明显红移的二苯乙烯类pH探针

该文选用有别于文献报道的合成路线合成并表征了4-二甲胺基-4′-二苯胺基二苯乙烯（DPVP）。当pH从7.04减小到2.90时,c（DPVP）=1.0μmol/L的V（水）/V（乙醇）=1溶液的紫外-可见吸收强度减弱,且变化灵敏。当该溶液的pH从7.04减小到4.20时,荧光强度减弱相对较慢,最大发射波长保持不变,且pKa=6.13±0.07;当pH从4.20继续减小到2.65时,荧光强度减弱相对较快,最大发射波长持续红移,直至最终红移12 nm,且pKa=3.48±0.01。荧光减弱的原因是二甲胺基上的氮原子质子化。该化合物是一个很好的pH荧光探针,pH响应灵敏,检测pH范围为7.04-2.65。

2,5-二氰基-1,4-二(3′,4′,5′-三甲氧基苯乙烯基)苯的合成和非线性光学性质

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(3′,4′,5′-三甲氧基苯乙烯基)苯(TMOS)的合成和非线性光学性质。用核磁、红外和元素分析进行了表征。测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱及双光子吸收截面。在800 nm的飞秒脉冲激光激发下,目标化合物发出很强的黄绿色上转换荧光。TMOS的最大吸收波长、单光子荧光波长、双光子荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数、最大双光子吸收截面及双光子荧光寿命分别是395 nm、523 nm5、26 nm、0.26、1.2 cm.GW-14、05 GM、230 ps。这些数据表明对位甲氧基的D-A-D型化合物具有较好的双光子吸收性能,TMOS是细胞中DNA双光子荧光显微与成像应用的良好候选材料。

双光子荧光探针

双光子吸收是指在强光激发下,介质分子同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量的激发态的过程。荧光显微成像是研究活体生物的重要工具,而最通常的细胞成像方法则是使用单光子激发荧光团的单光子显微成像。近红外光源激发的双光子荧光探针克服了单光子荧光探针的光漂白与光致毒而更适于生物检测与成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。双光子荧光探针的作用机理包括分子内电荷迁移(ICT)、荧光共振能量迁移(FRET)、光诱导电子迁移(PET)与基团转换(GC)4种方式。该文综述了双光子阳离子探针(Mg2+,Ca2+,Pb2+,Hg2+,Ag+,Fe3+,Zn2+,Na+,Cr3+)、双光子阴离子探针(F-)、pH探针、双光子葡萄糖示踪器、双光子脂筏探针、双光子巯基探针、双光子半胱氨酸探针和双光子生物标记探针,以及双光子荧光探针在生物成像方面的应用,展望了双光子荧光探针的发展趋势与应用前景。