具有大Stokes位移的氟硼吡咯、类氟硼吡咯衍生物及其功能化

To overcome the limitation of BODIPYs with small Stokes shifts, two series of BODIPYs with relatively large Stokes shifts are developed based on excited-states proton transfer. One target is construction of BODIPYs containing phenol group, in which intermolecular proton transfer can be observed; the other is the development of BODIPYs with excited-states intramolecular proton transfer properties. By the above study, we aim to construct the platform for novel BODIPYs with relatively large Stokes shifts. Furthermore, we present the design and synthesis of new classes of NIR probes by the incorporation of responsive receptors into 6-hydroxyindole-based BODIPY framework, which gives a turn-on NIR emission through the synergical effect of chelation and deprotonation. Several fluorescent probes for biomolecules are also developed based on the new designed BODIPYs, in which the phenol group is capped by protecting group and excited-states intramolecular proton transfer is blocked. Specific reaction induced by target molecules can release the core BODIPYs, recalling excited-states intramolecular proton transfer properties.

针对BODIPY类化合物Stokes位移小的致命缺点，本项目拟利用激发态质子转移发光的原理，发展两大类具有大Stokes位移的氟硼吡咯及类氟硼吡咯化合物。(I）发展一系列含活泼酚羟基的氟硼吡咯及类氟硼吡咯化合物，利用分子间的质子转移，获得具有大Stokes位移的目标分子；(II）利用分子内质子转移原理，合成几个新型氟硼吡咯化合物。通过上述研究，建立合成具有大Stokes位移的含活泼羟基的BODIPY或类BODIPY的新型有机共轭分子体系的研究平台。在具有分子间质子转移现象的分子中，酚羟基的邻位引入金属离子配体，根据配位与脱氢原理，发展在近红外区（NIR）有强发光特性的新型荧光探针体系；在具有分子内质子转移现象的分子中引入cage 基团，阻止分子内质子转移现象，根据去除cage 基团前后，分子吸收、发光发生明显变化的机制，创建几个生物活性小分子荧光探针。

1. 具有激发态质子转移现象的染料一般具有大的Stokes位移。根据此原理，我们合成一系列具有激发态分子内质子转移的BODIPY，获得了具有大Stokes位移（200纳米）的近红外发光的氟硼吡咯染料。重要的是，通过简单修饰类染料中的自由羟基，可发展一系列特异性荧光探针。.根据ESIPT原理我们构建了一个具有双响应功能团的荧光探针，该染料探针分子可与被分析物Cys在识别检测的过程中生成激发态质子转移现象的染料，从而产生具有大Stokes位移的近红外荧光。.2. 环境的变化很容易调节巯基取代BODIPY光谱的变化，比如改变S原子与周围环境中H质子之间的氢键作用。水体系中S-H间氢键作用降低了S的给电子能力，最终导致巯基取代BODIPY吸收光谱的蓝移。根据此性质，我们构建了第一个基于光声成像的可激活型硫化氢探针，目的充分利用光声成像在深组织层次具有高分辨率的特性。硫化氢存在下，该探针可在780纳米处产生强的吸收，从而具有好的光声信号。利用该特性，我们成功实现了HCT116结肠癌中内源性硫化氢的跟踪检测研究。.3.基于FRET的染料一般具有“假”大Stokes位移。我们报道了一个基于改变FRET效率的纳米荧光探针，用于比率法检测硫化氢。该探针是2个基于BODIPY的能量给受体与两性聚合物在水中自组装形成的纳米胶束。硫化氢可引起受体吸收光谱200纳米的红移，从而阻断了FRET，进而实现基于比值法硫化氢快速检测。由于该纳米探针具有好的水溶性、生物相容性，易被细胞摄取等，我们成功实现了活细胞内实时在线检测内源性硫化氢的产生。.4.我们设计合成了几个基于BODIPY染料的荧光探针，可用于区分含巯基氨基酸。这几个探针的作用机制是：氨基酸中的巯基与染料发生芳香亲核取代反应以及分子内硫到氮的碳转移等序列反应，进而引起光谱性质的变化。.5.肿瘤标志物如酶的检测对于癌症的早期诊断起着重要的作用。我们设计了几个用于检测GGT酶和偶氮还原酶等的荧光探针，并成功用于细胞中酶标志物的检测。