一种Mn(II)配合物多光子吸收材料及其制备方法和用途与流程

一种mn(ii)配合物多光子吸收材料及其制备方法和用途
技术领域：
1.本发明涉及荧光探针技术领域，具体涉及一种mn(ii)配合物多光子吸收材料及其制备方法和用途。


背景技术：

2.粘度是流体的一种重要的固有属性，其大小直接影响流体的流动及其分散、传热等性能。粘度作为一个重要的微环境参数，分子具有的σ键在溶剂中会自由旋转消耗分子激发态能量，导致分子发射淬灭或者发射较弱。而随着环境中的黏度增大，分子内旋转受到周围粘度的限制转动变慢，分子非辐射跃迁消耗的能量减少，发射增强。因此通过的荧光强度的变化，就能检测环境中的黏度变化(anal.methods.,2019,11,2626
‑
2629)。
3.牛血清白蛋白(bsa)是牛血清中的主要蛋白质之一。它涉及许多生物功能，如运输金属离子、营养物质和药物，维持渗透压和缓冲ph值。bsa由于其含量丰富、价格低廉、易于获得、独特的配位特性以及与人血清白蛋白(hsa)的同源性而被广泛应用于医疗保健和制药领域(j.photochem.photobiol.b.,2012,112,16
–
22)。因此，检测复杂混合物中血清白蛋白具有重要的应用价值。
4.基于以上考虑，本发明用具有强螯合能力的三联吡啶配体与mn形成配合物，三联吡啶上引入三苯胺基团，其具有强推电子能力，增加了分子的共轭程度，可有效调节分子的荧光；磺酸盐基团提高了配合物的水溶性；卤素作为辅助配位原子，形成d
‑
a结构，有利于提高推拉电子能力，增强配合物的多光子吸收性质。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种mn(ii)配合物多光子吸收材料及其制备方法和用途，具体地说是通过分子设计和化学合成得到具有多光子吸收性质的三吡啶mn(ii)配合物，并成功实现该配合物作为多光子粘度响应型荧光探针和多光子bsa特异性识别荧光探针的应用。
6.本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
7.一种mn(ii)配合物多光子吸收材料，简称fs
‑
mncl2，结构式为：
8.9.上述mn(ii)配合物多光子吸收材料的制备方法，以三苯胺作为起始原料，先由三苯胺与dmf和pocl3反应制得化合物f，再由化合物f与氯磺酸反应制得化合物s，再由化合物s与2
‑
乙酰基吡啶反应制得化合物fs，最后由化合物fs与mncl2反应制得配合物fs
‑
mncl2。
10.合成路线如下：
[0011][0012]
所述三苯胺与dmf和pocl3的摩尔比为1:3:5。
[0013]
所述化合物f与氯磺酸的摩尔比为1:2
‑5[0014]
所述化合物s与2
‑
乙酰基吡啶的摩尔比为1:2
‑
5。
[0015]
所述化合物fs与mncl2的摩尔比为1:1
‑
3。
[0016]
上述多光子吸收mn(ii)配合物材料作为多光子粘度响应型荧光探针的用途。
[0017]
上述mn(ii)配合物多光子吸收材料作为多光子bsa特异性识别荧光探针的用途。
[0018]
本发明中的三苯胺三吡啶磺酸盐是含多吡啶杂环的化合物，对过渡金属离子mn(ii)有较强的配位能力，该配合物引入磺酸盐和三苯胺基团，一方面增加了配合物的水溶性，另一方面其较强的推电子能力极大增加了共轭体系的幅度，引起吸收峰的红移，可以有效调节分子的荧光；卤素作为辅助配位原子，形成d
‑
a结构，有利于提高推拉电子能力，增强配合物的多光子吸收性质。
[0019]
本发明的有益效果是：
[0020]
1、本发明设计并合成了新型三联吡啶mn(ii)配合物，结构中引入磺酸盐和三苯胺基团，一方面增加了配合物的水溶性，另一方面其较强的推电子能力极大增加了共轭体系，有利于分子内电荷转移，调节配合物发光；引入卤素原子作为辅助配位原子，提高分子的推拉电子能力，增强非线性光学性质；该配合物与其它材料相比，具有较大的三光子吸收截面。
[0021]
2、使用开孔z扫描法和荧光对比法研究配合物fs
‑
mncl2的多光子吸收性质。使用开孔z扫描法，在900nm激发波长下，fs
‑
mncl2的最大双光子吸收截面达到7150.75gm；使用荧光对比法，在1450nm激发波长时，fs
‑
mncl2的最大三光子吸收截面达到24.51
×
10
‑
80
cm6s2photon
‑2。
[0022]
3、本发明的mn(ii)配合物fs
‑
mncl2具有明显的粘度响应性能，溶液中甘油含量从0％增加至90％，随着粘度逐步提高，配合物fs
‑
mncl2单光子荧光增强了20倍；在900nm作为激发波长时，其双光子吸收截面增加了近2倍，达到10396gm；在1450nm作为激发波长时，三光子吸收截面增加了4倍左右，达到80.81
×
10
‑
80
cm6s2photon
‑2。
[0023]
4、本发明的mn(ii)配合物fs
‑
mncl2能特异性识别牛血清蛋白(bsa)，识别bsa之后，其荧光强度相对于空白样增加了12倍；在1450nm作为激发波长时，配合物识别bsa后的三光子吸收截面是78.63
×
10
‑
80
cm6s2photon
‑2，是识别前的3倍。
[0024]
5、本发明中三联吡啶锰配合物的原料易得、价格低廉、合成路线简短，合成条件温和。
附图说明：
[0025]
图1为配合物fs
‑
mncl2的晶体结构图。
[0026]
图2中(a
‑
d)为开孔z
‑
扫描方法和荧光对比法研究配合物fs
‑
mncl2在dmso溶剂中的双/三光子吸收光谱。(a)：使用开孔z
‑
扫描方法，在700
‑
1000nm激发波长下，fs
‑
mncl2的双光子吸收图；(b)：使用开孔z
‑
扫描方法，在700
‑
1000nm激发波长下，fs
‑
mncl2双光子吸收截面图；(c)：使用荧光对比法，以1150
‑
1550nm为激发波长时，fs
‑
mncl2的三光子荧光光谱；(d)：使用荧光对比法，以1150
‑
1550nm为激发波长时，fs
‑
mncl2的三光子吸收截面图。
[0027]
图3中(a
‑
d)为配合物fs
‑
mncl2在不同比例甘油混合溶剂中粘度响应图。(a)：配合物fs
‑
mncl2在不同比例甘油混合溶剂的单光子荧光光谱(c＝10
‑5mol/l)；(b)：配合物fs
‑
mncl2在0％
‑
90％甘油/h2o中的单光子荧光强度；(c)：使用荧光对比法，配合物fs
‑
mncl2在0％、50％、90％甘油/h2o中的双光子吸收截面(c＝10
‑3mol/l)；(d)：使用荧光对比法，配合物fs
‑
mncl2在0％、50％、90％甘油/h2o中的三光子吸收截面(c＝10
‑3mol/l)。
[0028]
图4中(a
‑
d)为配合物fs
‑
mncl2对bsa的特异性识别图。(a)：紫外灯照射下配合物fs
‑
mncl2中加入各种蛋白(bsa(牛血清蛋白)、cys(半胱氨酸)、gsh(谷胱甘肽)、dna(脱氧核糖核酸)、rna(核糖核酸)、hsa(人血清蛋白)、gly(甘氨酸)、pro(脯氨酸))的荧光图片及对应荧光强度；(b)：在配合物fs
‑
mncl2中加入bsa后的单光子荧光光谱(c＝10
‑5mol/l)；(c)：在1450nm激发波长，在配合物fs
‑
mncl2中加入bsa后的三光子荧光光谱(c＝10
‑3mol/l)；(d)：使用荧光对比法，以1150
‑
1550nm为激发波长时，在配合物fs
‑
mncl2中加入bsa前后的三光子吸收截面(c＝10
‑3mol/l)。
具体实施方式：
[0029]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
[0030]
1、化合物f的制备
[0031]
在冰盐浴的条件下，向250ml圆底烧瓶中加入精制无水dmf(11.70g，0.16mol)，用恒压滴液漏斗缓慢滴加pocl3(9.20g，0.06mol)，形成冻盐。将三苯胺(4.90g，0.02mol)溶于适量精制无水chcl3中，逐滴加入冻盐中，待冻盐融化后，65℃下回流6h。待反应完全后，将反应物倒入大量冰水中，用naoh水溶液调节ph至中性后，二氯甲烷萃取，常压蒸馏出溶剂，得黄色油状液体，柱色谱提纯(v
石油醚
/v
乙酸乙酯
＝20/1)，真空干燥24h，得黄色固体f 5.03g，产
率83.5％。
[0032]
2、化合物s的制备
[0033]
在250ml圆底烧瓶周围包裹一层碎冰，将f(4.09g，0.015mol)溶解于20ml精制二氯甲烷然后加入到烧瓶中，搅拌20min，再用恒压滴液漏斗缓慢滴加氯磺酸(14.0g，0.112mol)，滴加完毕后，在此条件下继续反应两小时。最后缓慢滴加适量水淬灭反应，再升温到40℃反应两小时，冷却至室温后用4mol/l naoh水溶液调节ph至7
‑
8，溶液呈墨绿色，加入乙醇后再旋干水分，抽滤，真空干燥24小时得黄色固体s 5.86g，产率81.9％。
[0034]
3、配合物fs的制备
[0035]
在250ml三口烧瓶中，加入naoh(2.40g，0.068mol)水溶液和2
‑
乙酰基吡啶(3.03g，0.025mol)，升温到80℃，搅拌30min。将化合物s(4.33g，0.01mol)溶于适量乙醇，加入上述反应体系中，搅拌30min。恒压滴液漏斗滴加适量nh3·
h2o，继续反应6h，停止反应后，静置一夜。抽滤，用乙醇淋洗三次，固体用甲醇重结晶，真空干燥，得黄色固体fs 4.12g，产率60.1％。1h nmr(400mhz,d2o)δppm:8.22
–
8.08(m,2h),7.72
–
7.60(m,2h),7.52
–
7.34(m,8h),7.10
–
6.98(m,2h),6.83
–
6.74(m,2h),6.73
–
6.60(m,4h),6.41
–
6.29(m,2h).
13
c nmr(100mhz,d6‑
dmso)δppm:155.58,155.04,149.29,148.79,148.61,146.67,137.41,129.72,127.91,124.82,124.44,123.86,122.26,120.87,117.11.esi
‑
ms m/z:calcd for:(m
‑
2na

)/2:317.05,found:317.04.
[0036]
4、配合物fs
‑
mncl2的制备
[0037]
将氯化锰(0.16g，1.0mmol)倒入到100ml圆底烧瓶中，再加入适量的无水乙腈使其完全溶解，在常温条件下逐滴滴加配体fs(0.68g，1.0mmol)的乙腈(10ml)溶液，搅拌两个小时后停止反应后，过滤，得橙黄色固体fs
‑
mncl2 0.56g，产率：76％。1h nmr(400mhz,d6‑
dmso)δ(ppm):8.66(d,j＝1.6hz,6h),7.99(tdd,j＝11.8,6.8,5.0hz,2h),7.82(dt,j＝14.9,7.4hz,2h),7.52(dd,j＝8.8,1.6hz,6h),7.13(dd,j＝9.0,1.6hz,2h),7.00(dd,j＝8.8,1.6hz,4h).
13
c nmr(100mhz,d6‑
dmso)δ(ppm):161.14,152.17,149.58,149.20,147.86,144.03,138.96,138.24,135.23,129.56,129.22,128.74,124.14,123.90,122.89,118.57.ft
‑
ir(kbr,cm
‑1):3908(m),3844(s),3749(m),3419(s),2358(m),1652(m),1589(s),1494(s),1398(m),1323(m),1170(s),1113(s),1037(s),834(m),789(m),713(s),618(m),567(m),522(m).maldi
‑
tof
‑
ms m/z:calcd for:804.95,found:366.41([m
‑
2na

]/z).
[0038]
附图分析：
[0039]
图1为配合物fs
‑
mncl2晶体结构图，证明了分子的确切结构。为了清晰的显示晶体结构，删除了氢原子及溶剂分子。配合物fs
‑
mncl2的单晶是通过溶剂挥发法获得的，将适量的fs
‑
mncl2溶于10ml二氯甲烷,过滤至25ml的锥形瓶，上面覆盖5ml的乙醇，放置于无震动的暗环境中，两周后获得橙黄色棱形晶体，单晶的尺寸大小为0.30
×
0.20
×
0.10mm。该配合物属于单斜晶系、c2/c空间群。在fs
‑
mncl2的晶体结构中，三苯胺磺酸盐三联吡啶作为主配体与中心mn配位，两个cl离子作为配位原子与中心mn配位，配位后的配体与金属离子处于同一平面即n^n^n
‑
mn部分位于同一平面。
[0040]
图2中a
‑
b图使用开孔z
‑
扫描方法，使用700nm,800nm,900nm,1000nm作为激发波长，fs
‑
mncl2的双光子吸收性质。其中，在900nm激发波长下时，fs
‑
mncl2的最大双光子吸收截面达到7150.75gm；c
‑
d图说明使用荧光对比法，在1150nm
‑
1550nm作为连续激发波长时，
fs
‑
mncl2的三光子荧光性质。其中，在1450nm激发波长时，fs
‑
mncl2最大三光子吸收截面达到24.51
×
10
‑
80
cm6s2photon
‑2。
[0041]
5、粘度测试
[0042]
配置配合物fs
‑
mncl2在不同比例甘油/pbs缓冲液的混合溶剂(甘油量从0％增加到90％,c＝10
‑3mol/l)。测量配合物fs
‑
mncl2在不同比例甘油/pbs缓冲液的混合溶剂三光子荧光。
[0043]
图3中a
‑
b图说明随着溶液中甘油含量从0％增加至90％，溶液粘度逐渐增加，配合物fs
‑
mncl2荧光强度增强了20倍；c图说明在900nm激发波长时，在90％甘油/水中配合物fs
‑
mncl2双光子吸收截面增加了2倍，达到10396gm；d图说明在1450nm激发波长时，配合物fs
‑
mncl2的三光子吸收截面增加了4倍，最大三光子吸收截面达到80.81
×
10
‑
80
cm6s2photon
‑2。
[0044]
6、特异性识别bsa筛选实验
[0045]
取fs
‑
mncl2的dmso母液(c＝10
‑3mol/l)，用pbs缓冲溶液稀释至10
‑5mol/l,往fs
‑
mncl2的pbs溶液里分别加入200μl(c＝10
‑2mol/l)的bsa(牛血清蛋白)、cys(半胱氨酸)、gsh(谷胱甘肽)、dna(脱氧核糖核酸)、rna(核糖核酸)、hsa(人血清蛋白)、gly(甘氨酸)、pro(脯氨酸)，然后进行荧光测试。
[0046]
图4中a
‑
b图说明配合物fs
‑
mncl2对bsa(牛血清蛋白)具有良好的荧光响应，且随着的bsa浓度增加(c＝10
‑2mol/l，从0μl至460μl，每次20μl)，其荧光强度相对于空白样增加了6倍，而其它的生物大分子加入后单光子荧光光谱无变化；c图说明在1450nm激发波长时，bsa加入后，配合物fs
‑
mncl2的三光子荧光明显增强，识别后的荧光强度是识别前的4倍；d图说明在1450nm激发波长时，配合物fs
‑
mncl2的三光子吸收截面增加了3倍，最大三光子吸收截面达到78.63
×
10
‑
80
cm6s2photon
‑2。
[0047]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。