七甲川菁染料的應(yīng)用進(jìn)展文獻(xiàn)綜述KoushambiMitra課題組[13]利用中位氯代七甲川菁染料，在乙腈/N,N-二異丙基乙胺(DIPEA)混合溶劑中，與乙酰丙酮反應(yīng)制得了一種新的乙酰丙酮(Hacac)衍生物IR797-acac。該衍生物經(jīng)AgNO3預(yù)活化后與順鉑反應(yīng)制備了IR797-Platin(Scheme1-2)。該染料1IR797-Platin暴露在近紅外光下，會發(fā)生光降解，并產(chǎn)生單線態(tài)氧(Scheme1-3)。如圖1-1所示，在近紅外光誘導(dǎo)下，用1,3-二苯基異苯并呋喃(DPBF)對1產(chǎn)生單線態(tài)氧的能力進(jìn)行檢測，隨光照時間從0至10min，DPBF在415nm處的吸光度迅速下降(t1/2DPBF=30s,φΔ=0.15)，表明1有著顯著的單線態(tài)氧量子產(chǎn)率，從而滿足近紅外光動力治療劑的條件。Scheme1-2Scheme1-3圖1-1IR797-Platin處理DPBF的吸收光譜Figure1-1AbsorptionspectraofDPBFtreatedwithIR797-PlatinOranualHanmeng課題組[14]設(shè)計合成了一種基于七甲川菁染料的近紅外比色熒光傳感器Cy7C3，用于檢測Cu2+。該傳感器Cy7C3是通過Scheme1-4中的兩步合成法制備的。首先，以正丁醇和甲苯混合物為溶劑，在氬氣氣氛下，通過2與季銨鹽反應(yīng)合成了七甲基川菁染料3。之后，在氬氣氣氛下，3,7-二硫雜壬二胺4與七甲川菁染料3發(fā)生親核加成-消除反應(yīng)得到Cy7C3。在生理pH條件下，該傳感器對Cu2+在乙腈/緩沖溶液中表現(xiàn)出高靈敏度的熒光猝滅(Figure1-2)。Cy7C3對Cu2+離子的選擇性優(yōu)于其他競爭金屬離子(Figure1-3)，且顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，實現(xiàn)了對Cu2+離子的肉眼檢測(Figure1-4)。Scheme1-4圖1-2Cy7C3的熒光發(fā)射光譜Figure1-2FluorescenceemissionspectraofCy7C3圖1-3Cy7C3對各種金屬離子作用的歸一化熒光發(fā)射圖譜Figure1-3NormalizedfluorescenceemissionsofCy7C3asfunctionsofvariousmetalions圖1-4Cy7C3傳感器加入各種金屬離子后的顏色變化Figure1-4ColorchangesoftheCy7C3sensoruponadditionofvariousmetalionsLenkaS?tacková課題組[15]報道了在溫和條件下獲得具有不同取代基和取代形式的七甲川鏈上C3’-C5’位的七甲川菁染料的通用合成方法(Scheme1-5)。典型的Zincke反應(yīng)是以N-2,4-二硝基苯吡啶(Zincke鹽)為主要原料，與伯胺在高溫下反應(yīng)，將吡啶轉(zhuǎn)化為N-吡啶鹽(Scheme1-5,routeA)。在特定條件下，吡啶鹽5開環(huán)生成中間體6，其可被胺作為親核試劑攔截，制得中間體7，然后其與季銨化雜環(huán)鹽8縮合，以一鍋串聯(lián)的方式得到最終的菁9(Scheme1-6,routeB)。使用這種方法，取代吡啶主鏈作為七甲川鏈的一部分被轉(zhuǎn)移到了菁染料中，且各種取代基可以被引入到鏈的不同位置，其再與不同的雜環(huán)季銨鹽縮合，在溫和的條件下，獲得高收率和高純度的甲川鏈上有取代基的各種七甲川菁染料。這種方法為取代菁的合成提供了一個非常強大的工具，并為更復(fù)雜的基于菁的分子的特定應(yīng)用提供了可能。Scheme1-5Scheme1-6AtanasKurutos課題組[16]設(shè)計了一種全新的近紅外pH響應(yīng)型七甲川菁染料(Scheme1-7)。2-甲基苯并噻唑10與過量10%摩爾的芐溴進(jìn)行烷基化反應(yīng)得到雜環(huán)季銨鹽11。通過4-叔丁基環(huán)己酮12與N,N-二甲基甲酰胺和三氯氧磷發(fā)生的Vilsmeier-Haack甲?；磻?yīng)制備了縮合劑13。接著在無水乙酸鈉存在下，2當(dāng)量的雜環(huán)季銨鹽11與1當(dāng)量的13進(jìn)行縮合反應(yīng)得到了最終產(chǎn)物的前體菁14，其與取代哌嗪發(fā)生親核加成-消除反應(yīng)制得目標(biāo)染料15a-15e。對菁染料15a-15c連續(xù)輻照3h后，仍可檢測到初始熒光強度的16~26%。連續(xù)輻照50~71min后，動力學(xué)曲線顯示為原強度的50%(Figure1-5,A)。繼續(xù)研究染料15a-15e發(fā)現(xiàn)其在輻照下具有良好的光穩(wěn)定性。15d抗光降解的性能最高，而15c的抗性最低(Figure1-5,B)。當(dāng)pH降低時，染料具有正的光致變色現(xiàn)象，同時新出現(xiàn)的吸收帶逐漸增大。隨著環(huán)境pH的降低，吸收峰逐漸紅移。菁15a和15b的紅移最大(分別為Δλ~59nm和72nm)(Table1-1)。如圖1-6所示，隨著緩沖介質(zhì)pH的降低，熒光強度明顯增加，說明此類近紅外熒光團(tuán)可以成功地用于酸性細(xì)胞器的染色。Scheme1-7圖1-5染料15a-15e在光降解條件下的熒光光譜Figure1-5Fluorescencespectraofdye15a-15eunderphotodegradationconditions表1-1近紅外菁染料15a-15e在中性和酸性條件下的光學(xué)特性Table1-1OpticalcharacteristicsoftheNIRcyaninedyes15a-15eunderneutralandacidicconditionsDyeterminal(piperazine)Absorption-λabs(nm)Emission-λem(nm)pKa±errorNeutrapH<7NeutrapH<715aH6767358028157.06±0.0415bCH36777498038166.53±0.0615cCH(C6H4)26496638038046.08±0.1915dC6H56536618038045.79±0.0315eC6H4CF35586588038045.13±0.03圖1-6A)近紅外菁15b的熒光成像應(yīng)用，B)不同pH的平均熒光強度Figure1-6A)FluorescenceimagingapplicationoftheNIRcyanine15b,B)AveragedfluorescenceintensityovereachpHrange參考文獻(xiàn)：[1]LeeH.,AkersW.,BhushanK.,etal.Near-infraredpH-activatablefluorescentprobesforimagingprimaryandmetastaticbreasttumors[J].BioconjugateChemistry,2011,22(4):777-784.[2]MyochinT.,KiyoseK.,HanaokaK.,etal.Rationaldesignofratiometricnear-infraredfluorescentpHprobeswithvariouspKavalues,basedonaminocyanine[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2011,133(10):3401-9.[3]WenS.,GuoS.,ChongH.,etal.RecentDevelopmentofchemosensorsbasedoncyanineplatforms[J].ChemicalReviews,2016,116(14):7768.[4]Karton-LifshinN.,SegalE.,OmerL.,etal.AuniqueparadigmforaTurn-ONnear-infraredcyanine-basedprobe:noninvasiveintravitalopticalimagingofhydrogenperoxide[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2011,133(28):10960-10965.[5]OushikiD.,KojimaH.,TeraiT.,etal.Developmentandapplicationofanear-infraredfluorescenceprobeforoxidativestressbasedondifferentialreactivityoflinkedcyaninedyes[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2010,132(8):2795-2801.[6]KunduK.,KnightS.,WillettN.,etal.Hydrocyanines:Aclassoffluorescentsensorsthatcanimagereactiveoxygenspeciesincellculture,tissue,andinvivo[J].AngewandteChemie,2009,48(2):299-303.[7]BatesM.,HuangB.,DempseyG.T.,etal.Multicolorsuper-resolutionimagingwithphoto-switchablefluorescentprobes[J].Science(AmericanAssociationfortheAdvancementofScience),2007,317(5845):1749-1753.[8]VaughanJ.C.,ShuJ.,ZhuangX.Ultrabrightphotoactivatablefluorophorescreatedbyreductivecaging[J].NatureMethods,20129(12):1181-1184.[9]ShimS.H.,XiaC.,ZhongG.,etal.Super-resolutionfluorescenceimagingoforganellesinlivecellswithphotoswitchablemembraneprobesn[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences-PNAS,2012,109(35):13978-13983.[10]UsamaS.M.,ThavornpraditS.,BurgessK.Optimizedheptamethinecyaninesforphotodynamictherapy[J].ACSAppliedBioMaterials,2018,1(4):1195-1205.[11]GorkaA.P.,NaniR.R.,ZhuJ.,etal.Anear-IRuncagingstrategybasedoncyaninephotochemistry[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2014,136(40):14153-14159.[12]NaniR.R.,GorkaA.P.,NagayaT.,etal.Invivoactivationofduocarmycin–antibodyconjugatesbynear-infraredlight[J].AcsCentralScience,2017,3(4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