一种基于哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉衍生物铱(iii)配合物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种基于哌啶或吗啉亚甲基取代的 苯基喹啉铱（III)配合物的制备方法及其在细胞内pH值检测、成像、标记以及有机光电子 器件领域中的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着生物化学的不断发展，人们对活细胞内的活性物种、细胞信号传导及 细胞凋亡等方面的研宄越来越深入。细胞内的PH值在许多生理过程中扮演着重要的角色， 包括细胞增殖、凋亡、离子传输、内吞作用以及肌肉收缩等。此外，监控细胞内PH值的变化 对于研宄细胞内化路径也尤为重要，例如吞噬作用、内噬作用等。胞内PH值的改变，通过影 响突触传递、神经元兴奋性以及信号串联进而也会影响神经系统。PH值的偏离一般伴随着 不正常的细胞功能、细胞生长以及分裂等，同时在常见的疾病中被发现，例如癌症和阿尔海 默兹综合征。因此，定量测量胞内的PH值有着非常重要的现实意义。目前，定量测量pH值 主要是通过在确切的PH值范围内荧光探针具有发射增强或者猝灭特性来实现的。所以，实 现不同PH范围内传感的探针的需求推动不同类型的pH值探针的研宄。
[0003] 磷光重金属配合物具有优异的光物理性质，如室温下高的三线态光量子效率、较 长的发射寿命、易调节的发射波长、良好的光化学稳定性、大的斯托克斯位移和可见区激发 等，目前已被成功应用于电致发光和发光电化学池器件领域。另外，相比于有机荧光，磷光 重金属配合物大的斯托克斯位移可以很容易区分激发和发射信号，长的发射寿命可使用时 间分辨技术与背景荧光信号相区分以提高检测的信噪比和灵敏度以及可见光进行激发等。
[0004] 由于磷光具有比荧光显著的长的发射寿命的优势，磷光信号可以有效地避免细胞 内自发荧光信号造成的干扰，提高检测精度。一个性能优异的适合于细胞生理PH值下的探 针应至少满足以下三点：第一，具有简单化学结构的单分子探针；第二，具有较小的生物损 伤的较长发射波段且具有较高的发光效率；第三，在生理范围内，如近中性的条件下，具有 可逆的依赖于PH值的比率型响应。然而，据我们了解，几乎没有基于铱配合物磷光pH探针 被报道，因此，研宄开发这一类铱配合物在PH值传感领域的意义和应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是：提出一种基于哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉铱 (III)配合物的制备方法及其在细胞内pH值检测、成像、标记以及有机光电子器件领域中 的应用。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于哌啶或吗啉亚甲基 取代的苯基喹啉铱（III)配合物，由下述通式（I)表示的配合物：
[0007]
[0008] 其中，RpR2、R3、&各自独立地代表：氣、1?素 、C n烷基、C n烷氧基、C η氣代烷基、 CV4氟代烷氧基、苯基、取代苯基；X代表氧原子或者亚甲基；代表具有一个单位负电荷的 阴呙子。
[0009] 优选的，其中R1代表氢，R2、R3、R 4各自独立地代表氢、卤素、C H烷基、C H烷氧基、 tV4氣代烷基、C η氣代烷氧基、苯基、取代苯基。
[0010] 优选的，其中R2代表氢，R P R3、R4各自独立地代表氢、卤素 、C H烷基、C H烷氧基、 tV4氣代烷基、C η氣代烷氧基、苯基、取代苯基。
[0011] 优选的，其中R3代表氢，R P R2、R4各自独立地代表氢、卤素 、C H烷基、C H烷氧基、 tV4氣代烷基、C η氣代烷氧基、苯基、取代苯基。
[0012] 优选的，其中R4代表氢，R p R2、R3各自独立地代表氢、卤素 、C η烷基、C η烷氧基、 tV4氣代烷基、C η氣代烷氧基、苯基、取代苯基。
[0013] 优选的，其中Rp R2、R4代表氢，R 3各自独立地代表氢、卤素 、C η烷基、C η烷氧基、 tV4氣代烷基、C η氣代烷氧基、苯基、取代苯基。
[0014] 本发明同时提供了所述基于哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉铱（III)配合物 的制备方法，其合成路线如下：
[0016] 具体是在惰性气体保护下，2-乙氧基乙醇溶剂体系中，由通式（II)表示的基于哌 啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉衍生物配体与三水合三氯化铱按照2-2. 5:1的摩尔比，于 90-110°C回流反应获得相应配体的铱（III)氯桥二聚体；在惰性气体保护下，按照2:1的体 积比二氯甲烷和甲醇溶剂体系中，由相应配体的铱（III)氯桥二聚体、2, 2'-联吡啶以及六 氟磷酸钾（KPF6)按照1:2-2. 5:5-10的摩尔比，于30-50°C反应获得基于哌啶或吗啉亚甲基 取代的苯基喹啉铱（ΠΙ)配合物；
[0017]
[0018] 其中，R1、R2、R3、R 4各自独立地代表：氢、卤素 、C i_4烷基、C i_4烷氧基、C i_4氟代烷基、 CV4氟代烷氧基、苯基、取代苯基；X代表氧原子或者亚甲基。
[0019] 上述通式（II)表示的基于哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉衍生物的制备方 法，具体是在惰性气体保护下，在四氯化碳溶剂体系中，由2-溴-4-甲基喹啉与N-溴代 丁二酰亚胺（NBS)按照1:0. 9-1. 1的摩尔比，在0. 05-0. 1倍当量的过氧化苯甲酰（BPO) 的引发下，于70-80°C回流反应获得2-溴-4-溴甲基喹啉；再在无水乙腈溶剂体系中，由 2_溴-4-溴甲基喹啉与哌啶或吗啉按照1:0. 9-1. 1的摩尔比，在5-10倍当量的无水碳酸 钾或无水碳酸钠的催化下，于20-30°C常温反应获得2-溴-4-(哌啶-1-基甲基）喹啉或 2_溴-4-(吗啉-1-基甲基）喹啉；最后在按照2. 5-3:0. 8-1. 1:0. 8-1. 1的体积比甲苯、乙 醇和水混合溶剂体系中，由2-溴-4-(哌啶-1-基甲基）喹啉或2-溴-4-(吗啉-1-基甲 基）喹啉与多取代苯硼酸按照1:0. 9-1. 1的摩尔比，在0. 01-0. 05倍当量的四三苯基膦钯 (Pd(PPh3)4)以及2-3倍当量的碳酸钠或者碳酸钾的催化下，于70-90°C回流反应获得由通 式（II)表示的基于哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉衍生物配体。
[0020] 本发明制备得到的基于哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉衍生物铱（III)配合 物的应用，其特征在于该铱配合物应用于细胞检测、成像和标记，或电致发光和发光电化学 池器件，器件为单层或多层结构。
[0021] 有益效果：本发明涉及的磷光铱配合物具有优异的pH值响应性质，实现了在生理 PH值范围内（pH = 6-8)的响应，同时实现了单分子的比率法检测，提高了检测精度，与传统 荧光探针相比，长的磷光发射寿命可使用时间分辨技术与背景荧光信号相区分以实现降低 信噪比，还可以使用寿命成像和时间门技术成像。
[0022] 该类配合物由哌啶或吗啉通过亚甲基连接取代的环金属C~N二齿配体、中心金属 铱（III)离子和2, 2'-联吡啶构成。该类配合物通过哌啶或吗啉亚甲基取代的苯基喹啉衍 生物CTN二齿配体与三水合三氯化铱反应，获得相应配体的铱（III)氯桥二聚体，进一步与 2, 2'-联吡啶反应，最后通过离子交换制备得到。本发明制得的目标铱（III)配合物对质子 具有响应性，与质子结合后可使发射波长红移且发射强度增强，并且磷光寿命发生显著变 化，此外质子化后增强了配合物的水溶性，从而在细胞内PH值检测、成像及标记领域有良 好的应用前景。
【附图说明】
[0023] 下面结合附图对本发明的作进一步说明。
[0024] 图1为实施例1配合物[Ir(PQ-C-N)2(bpy)]+PF6_的核磁共振氢谱。
[0025] 图2为实施例1配合物[Ir(PQ-C-N)2(bpy)]+PF6_的核磁共振碳谱。
[0026] 图3为实施例2配合物[Ir (PQ-C-NO) 2 (bpy) ]+PF6_的核磁共振氢谱。
[0027] 图4为实施例2配合物[Ir (PQ-C-NO) 2 (bpy) ]+PF6_的核磁共振碳谱。
[0028] 图5为实施例3配合物[Ir(4FPQ-C-N)2(bpy)]+PF6_的核磁共振氢谱。
[0029] 图6为实施例3配合物[Ir(4FPQ-C-N)2(bpy)]+PF6_的核磁共振碳谱。
[0030] 图7为实施例4配合物[11*(345??0-(：-的20^7)]卞? 6-的核磁共振氢谱。
[0031] 图8为实施例4配合物[11*(345??0-(：-的20^7)]卞? 6-的核磁共振碳谱。
[0032] 图 9 为实施例 1、2、3 和 4 配合物[Ir(PQ-C-N)2(bpy)]+PF6_、 [Ir (PQ-C-NO) 2 (bpy) ] +PF6、[Ir (4FPQ-C-N) 2 (bpy) ] +PF6' [Ir (345FPQ-C-N) 2 (bpy) ] +PF6-在无 水乙腈中的光致发光光谱。
[0033] 图10为实施例5配合物[Ir(PQ-C-N)2(bpy)]+Cl_在不同pH值PBS缓冲液中的光 致发光光谱。
[0034] 图11为实施例5配合物[Ir (PQ-C-N)2(bpy)]+Cl_在不同pH值PBS缓冲液中发射 光谱相对强度与pH值的变化曲线。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明，但下述实施例并不是用于限定本 发明的实施范围，凡是依据本发明技术内容所做的等效变化与润饰，均应包含在本发明的 技术范畴之内。
[0036] 实施例 1 :配合物[Ir (PQ-C-N) 2 (bpy) ] +PF6_的合成
[0038] ⑴2-溴-4-溴甲基喹啉的合成
[0039] 取2-溴-4-甲基喹啉I. llg，N-溴代丁二酰亚胺（NBS)O. 98g，过氧化苯甲酰 (BP0)240mg，50mL四氯化碳，依次加入到带搅拌子的三口烧瓶中，通氮气，80°C回流反应 24h后，减压旋干，用石油醚/乙酸乙酯（V:V= 100:1)柱层析得无色结晶性粉末，产率 49 %。1H NMR(600MHz，DMS0-d6) δ (ppm) :8. 24(d J = 8· 40Ηζ ;1Η) ;8· 01 (d J = 8. 40Hz ; 1H) ;7. 89(s ;1