近红外电化学发光化合物、电化学发光体系及其应用的制作方法

[0001]
本发明属于电化学发光体系技术领域，具体涉及一种近红外电化学发光化合物、电化学发光体系及其应用。


背景技术：

[0002]
在过去的几十年里，基于近红外区荧光的成像技术在研究生物体生理或病理学过程的研究中发挥着巨大的作用。近红外发光具有更纵深的穿透能力，更好的空间分辨率，同时减少了对生物组织的光损伤。与近红外荧光相比，近红外电化学发光由于无需激发光源，可以极大降低背景噪音，提高信噪比。因此近红外电化学发光染料的开发受到了广泛的关注。目前，三联吡啶钌配合物ru(bpy)
32+
是最常见的一类电化学发光信号标记分子，但是发光颜色单一（橘红色，最大发射波长为610nm左右），且对其传统配体结构进行取代基团修饰极难进一步使其波长红移至近红外区。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种电化学发光化合物及其应用；其发光波长达到近红外窗口，其电化学发光效率可高于目前商品化的三联吡啶钌化合物，而且可以通过c^c
*
二齿配体引入多种活性官能团，克服了现有技术的不足，具有巨大的市场应用前景和良好的经济社会效益。
[0004]
本发明的近红外电化学发光化合物，为双齿配体金属配合物，其阴离子为一价阴离子，阳离子结构式为：，其中，c^c
*
二齿配体为第一配体，c
*
为卡宾碳；n^n二齿配体为第二配体；第一配体为以下化学结构式中的一种：，并且r
1
、r
2
、r
3
和r
4
各自独立地选自如下的任意一种：氢、烷基、甲氧基、羧基、氨基、三氟甲基、硝基、氰基、卤素；
第二配体为以上化学结构式中的一种。发光化合物的阴离子部分为氯离子或硝酸根离子或六氟磷酸根离子或三氟甲基磺酸根离子等一价阴离子。
[0005]
更进一步的：
阳离子为以上化学结构式中的一种。
[0006]
本发明的电化学发光体系，至少包括近红外电化学发光化合物、溶剂，其中近红外电化学发光化合物在电化学发光体系中浓度为：10-9
mol/l ~ 1mmol/l。
[0007]
本发明的电化学发光体系的一种改进，近红外电化学发光化合物在电化学发光体系中浓度为：10-4
mol/l。
[0008]
本发明的电化学发光体系的一种改进，溶剂为有机溶剂或水性溶剂。
[0009]
本发明的电化学发光体系的一种改进，有机溶剂为二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种，注意的是，这里为多组分时，各组分之间的比例可以为任意比，而不影响本方案的实施。
[0010]
本发明的电化学发光体系的一种改进，水性溶剂为pc缓冲液或含有三丙胺的pbs缓冲液。这里的pc缓冲液可以为罗氏pc缓冲液或者其替代产品。
[0011]
本发明的电化学发光体系的一种改进，电化学发光体系还包括电解质，其中电化学发光化合物、电解质的摩尔比为1:（100～3000）。
[0012]
本发明的电化学发光体系的一种改进，电化学发光化合物、电解质的摩尔比为1:1000。
[0013]
本发明的电化学发光体系的一种改进，电解质为四丁基六氟磷酸铵。
[0014]
本发明的电化学发光体系的一种改进，电化学发光体系还包括共反应化合物，其中电化学发光化合物、共反应化合物的摩尔比为1:（10～500）。
[0015]
本发明的电化学发光体系的一种改进，电化学发光化合物、共反应化合物的摩尔比为1:400。
[0016]
本发明的电化学发光体系的一种改进，共反应化合物至少为如下任一：三丙胺、三乙胺、2-（二丁氨基）乙醇，注意的是，这里为多组分时，各组分之间的比例可以为任意比，而不影响本方案的实施。
[0017]
本发明的近红外电化学发光化合物及其电化学发光体系在近红外区荧光成像中的应用。
[0018]
将上述电化学发光化合物与共反应分子在有机相中混合，并添加支持电解质四丁基六氟磷酸铵，或者将上述电化学发光化合物直接添加到pc缓冲溶液中，施加一定的电压，进行循环扫描电位，或者采用脉冲电位模式，或者采用恒电位模式，即可得到电化学发光信号。所以，本发明公开了上述电化学发光化合物在制备电化学发光体系中的应用。
[0019]
本发明还公开了一种电化学发光体系，由电化学发光化合物、共反应化合物、电解质以及有机溶剂组成；电化学发光化合物为上述电化学发光化合物；电化学发光化合物、共反应化合物、电解质的摩尔比为1:（10～500）:（100～3000）。
[0020]
上述技术方案中，共反应化合物为三丙胺，三乙胺，2-（二丁氨基）乙醇；有机溶剂为二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃或者n,n-二甲基甲酰胺；电解质为四丁基六氟磷酸铵。
[0021]
优选的，共反应化合物为三丙胺。
[0022]
优选的，电化学发光化合物、共反应化合物、电解质的摩尔比为1:400:1000。本发明还公开了一种电化学发光体系，由电化学发光化合物、电解质以及有机溶剂组成；电化学发光化合物为上述电化学发光化合物；电化学发光化合物、电解质的摩尔比为1:（100～3000）。本发明的电化学发光化合物无需共反应化合物也可以采集到光信号。
[0023]
上述技术方案中，有机溶剂为二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃或者n,n-二甲基甲酰胺；电解质为四丁基六氟磷酸铵。
[0024]
优选的，电化学发光化合物、电解质的摩尔比为1:1000。
[0025]
本发明还公开了一种电化学发光体系，由电化学发光化合物、水性溶剂组成；电化学发光化合物为上述电化学发光化合物；水相溶剂为pc缓冲液。
[0026]
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：（1）本发明公开的电化学发光化合物，使用一种全新的c^c
*
二齿配体，使得本发明中的钌金属配合物主体结构电荷为+1，同时可以灵活的引入羧酸、羟基、烷基等活性官能团，可以配制成电化学发光体系，在多种电位施加模式下都具有好的电化学发光效率。
[0027]
（2）本发明公开的电化学发光化合物，电化学发光峰的波长可达到近红外区，相比于其他电化学发光材料具有更纵深的穿透能力，更好的空间分辨率，同时减少了对生物组织的光损伤，在生物医学成像领域拥有很好的应用前景和良好的经济社会效益。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]
图1为实施例一中化合物循环伏安模式电化学发光图；图2为实施例一中化合物恒电位模式电化学发光图；图3为实施例二中化合物恒电位模式电化学发光图；图4为实施例二中化合物电化学发光光谱图。
具体实施方式
[0030]
以下将结合各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0031]
本发明所涉及的近红外电化学发光化合物的合成路线都与实施例一所展示的电化学发光化合物的合成部分接近或者相同，故而在所有本发明限定范围内的化合物的合成中，均可以实施例一相关内容为参照，而不一一详述。当然实施例一的展示也仅仅展示了一种路线和可能，而非限定。
[0032]
在下述实施例一至十六中选择氯离子为配位化合物的阴离子部分予以示例，而不作为限定，其它如硝酸根离子、六氟磷酸根离子、三氟甲基磺酸根离子等特别是六氟磷酸根离子、三氟甲基磺酸根离子之类的阴离子（这些阴离子的参与只要能够与限定的阳离子部分形成的配合物，以能够参与形成稳定的发光体系）同样在本方案的保护范围内。
[0033]
实施例一所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：电化学发光化合物的合成：
首先将苯并咪唑与对碘三氟甲苯反应，得到配体前体，然后再将配体前体与碘甲烷反应，得到c^c二齿配体，然后进一步将c^c*二齿配体与二氯双(4-甲基异丙基苯基)钌(ii)反应，得到中间体，最后将中间体与n^n二齿配体反应，得到最终的电化学发光化合物。
[0034]
本发明所涉及的电化学发光体系中的玻碳电极皆用al
2
o
3
抛光粉打磨、清洗、晾干。
[0035]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.1 mol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-1.00v ~ +1.69 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为782 nm。
[0036]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.1 mol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.69 v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为782 nm。
[0037]
在pc缓冲液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.85 v，持续时间为6秒，电位以氯化银电极作为参比电极），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为782 nm。
[0038]
实施例二所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.1 mol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为824 nm。
[0039]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.1 mol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为824 nm。
[0040]
实施例三所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作
mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为808 nm。
[0047]
实施例六所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在二氯甲烷、乙腈体积比1:4的溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为10mmol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为808nm。
[0048]
在二氯甲烷、乙腈体积比1:4的溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为10mmol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为828 nm。
[0049]
实施例七所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺体积比1:2:2的溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为10mmol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为815nm。
[0050]
在二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺体积比1:1:1:1的溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为10mmol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为818 nm。
[0051]
实施例八所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：
在罗氏pc缓冲液体系中，电化学发光化合物的浓度为1mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为814 nm。
[0052]
在罗氏pc缓冲液体系中，电化学发光化合物的浓度为1mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为826 nm。
[0053]
实施例九所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在含有三丙胺的pbs缓冲液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1mmol/l，三丙胺作为共反应分子，体系中浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为807nm。
[0054]
在含有三丙胺的pbs缓冲液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，三丙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为814 nm。
[0055]
实施例十所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为10-9
mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为3*10-6
mol/l，采用三乙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为816 nm。
[0056]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为1mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作
为支持电解质，浓度为0.1 mol/l，采用三乙胺作为共反应分子，浓度为40 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为820 nm。
[0057]
实施例十一所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为10-5 mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为1mmol/l，采用2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，浓度为5mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为804 nm。
[0058]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为10-5 mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为1mmol/l，采用三乙胺作为共反应分子，浓度为5mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为808 nm。
[0059]
实施例十二所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.01 mol/l，采用摩尔比为1:1的三乙胺与三丙胺共同作为共反应分子，共反应分子总浓度为1mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为816 nm。
[0060]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.2 mol/l，采用摩尔比为1:1的三乙胺与三丙胺共同作为共反应分子，共反应分子总浓度为30 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为813nm。
[0061]
实施例十三所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.05 mol/l，采用摩尔比为1:1:1的三丙胺、三乙胺、2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，共反应分子总浓度为40 mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为828 nm。
[0062]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.1 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.2mol/l，采用摩尔比为1:1:1的三丙胺、三乙胺、2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，共反应分子总浓度为50 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为821 nm。
[0063]
实施例十四所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.001mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.1 mmol/l，采用摩尔比为1:2的三乙胺、2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，共反应分子总浓度为0.1mmol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为802nm。
[0064]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为0.001 mmol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为0.9mmol/l，采用摩尔比为1:2的三乙胺、2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，共反应分子总浓度为0.5 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为803 nm。
[0065]
实施例十五所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为10-7
mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为2*10-5 mol/l，采用摩尔比为1:3的三丙胺、2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，共反应分子总浓度为2*10-5
mol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为825 nm。
[0066]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为10-8
mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为6*10-5
mol/l，采用摩尔比为1:3的三丙胺、2-（二丁氨基）乙醇作为共反应分子，共反应分子总浓度为5*10-7 mmol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为824 nm。
[0067]
实施例十六所用的电化学发光化合物的正一价阳离子部分结构如下所示：在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为5*10-9
mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为1.5*10-6 mol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为3.5*10-7
mol/l，利用循环电位扫描方式（电势范围为-0.95v ~ +1.74 v，扫描速度为50mv/s，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为813 nm。
[0068]
在乙腈溶液体系中，电化学发光化合物的浓度为8*10-6 mol/l，以四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，浓度为2*10-3 mol/l，采用三丙胺作为共反应分子，浓度为3.2*10-3 mol/l，利用恒电位方式（电势为1.74v，持续时间为6秒，电位以nhe作为参比），利用光电倍增管收集电化学发光信号。电化学发光峰的波长为817 nm。
[0069]
对实施例一到实施例十六中所得的电化学发光信号进行面积积分（is）并与三联吡啶钌化合物在同等条件进行测试得到的信号面积积分（iref）进行比较，结果见表1。通过面积积分，可以看出本发明专利保护的化合物的电化学发光效率可高于三联吡啶钌化合物。
[0070]
实施例十七至二十实施例九至十二的区别仅在于配合物的阴离子由氯离子替换为六氟磷酸根离子，电化学发光峰的波长分别为：813 nm、815 nm、810 nm、812 nm；实施例二一至二四实施例十三至十六的区别仅在于配合物的阴离子由氯离子替换为三氟甲基磺酸根离子，电化学发光峰的波长分别为：818 nm、808 nm、820 nm、815 nm。
[0071]
表1 本发明电化学发光化合物与三联吡啶钌化合物的电化学发效率的比值
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0072]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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