一种多取代聚喹啉及其制备方法、应用

摘要

本发明公开了一种多取代聚喹啉及其制备方法、应用。所述方法为：在惰性气体氛围下，将内炔单体、酰胺基吡啶单体、铑催化剂和添加剂在溶剂中溶解，充分反应后，得到反应液；所述内炔单体为二元内炔化合物；简单过滤后，将反应液加入到沉淀剂中进行沉淀，过滤后干燥后得到多取代聚喹啉。本发明所述的制备方法简单，所用单体廉价易得，聚合反应产率高，具有很高的原子经济性；制备的多取代聚喹啉具有良好的热稳定性和形貌稳定性以及特殊的发光性能，在细胞荧光成像领域具有独特的应用价值。

权利要求

1.一种多取代聚喹啉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在惰性气体氛围下，分别将内炔单体、酰胺基吡啶单体、铑催化剂和添加剂分散在溶剂中，在预设条件下反应，得到反应液；

将所述反应液加入到沉淀剂中进行沉淀，沉淀后经过滤、干燥，得到多取代聚喹啉；

所述溶剂选自二甲基亚砜，N,N‑二甲基甲酰胺，1,4‑二氧六环和邻二甲苯中的至少一种；所述沉淀剂选自甲醇，乙醚，乙醇和丙酮中的一种或多种；

所述酰胺基吡啶单体：内炔单体的摩尔比为(0.75‑2):1；所述内炔单体的反应浓度为

0.05‑0.30mol/L；

所述铑催化剂为二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)二聚体，所述铑催化剂用量为所述内炔单体摩尔用量的10％‑20％；

所述添加剂为无水乙酸铜(II)，用量为所述内炔单体用量的3.3‑5.5摩尔当量；

所述预设条件包括：反应温度为100‑140℃；反应时间为5h‑6h；

所述多取代聚喹啉的结构通式如式(1)所示：所述内炔单体的结构通式如式(2)所示：所述酰胺基吡啶单体的结构通式如式(3)所示：

1 2 3

式(1)中，x、y、z、w分别为1‑200的整数；式(1)‑(3)中，R为芳基或芳基衍生物；R 、R 为有机基团。

1

2.根据权利要求1所述的多取代聚喹啉的制备方法，其特征在于，所述R 选自以下结构

2 3

式1‑15、17‑22中的任意一种；所述R、R选自以下结构式24‑26中的任意一种；

4 5

*为连接处；其中，m、n为1‑20的整数，R 、R 相同或者不同，独立地为氢原子、卤素原子、烷基胺、烷基、烷氧基、烯丙基或芳基，X选自氧、硫或硒元素。

3.一种多聚喹啉，其特征在于，所述多聚喹啉采用权利要求1‑2任一所述的制备方法制备得到。

4.一种权利要求3所述的多聚喹啉在细胞荧光成像领域中的应用。

说明书

一种多取代聚喹啉及其制备方法、应用

技术领域

[0001] 本发明属于稠杂环聚合物制备技术领域，具体涉及一种多取代聚喹啉及其制备方法、应用。

背景技术

[0002] 聚喹啉作为其中最重要的功能聚合物之一，因其良好的热稳定性，特殊的光电性质以及生物活性，在光学器件，耐热材料和细胞荧光成像方面有着良好的应用。

[0003] 目前已被报道的聚喹啉的制备方法尚有较多不足，如官能化的单体设计、合成步骤复杂繁琐，聚合反应条件苛刻，产物结构和功能方面仍相对单一等，很难实现多取代基的同时引入，这些不足很大程度上限制了多取代聚喹啉材料的制备。

[0004] 因此，发展一种简单高效的制备具有独特结构和先进功能的聚喹啉材料在学术和工业领域都具有重要价值。

发明内容

[0005] 为了解决以上现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种多取代聚喹啉的制备方法。

[0006] 本发明的另一目的在于提供一类利用上述方法制备得到的多取代聚喹啉材料。

[0007] 本发明的再一目的在于提供上述多取代聚喹啉的应用。所述聚喹啉在细胞荧光成像领域具有独特的应用价值。

[0008] 本发明目的通过以下技术方案实现：

[0009] 一种基于内炔、酰胺基吡啶聚合制备聚喹啉的方法，包括以下步骤：

[0010] 在惰性气体氛围下，分别将内炔单体、酰胺基吡啶单体、催化剂和添加剂分散在溶剂中，在预设条件下反应，得到反应液；

[0011] 将所述反应液加入到沉淀剂中进行沉淀，沉淀后经过滤、干燥，得到多取代聚喹啉。

[0012] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述溶剂选自二甲基亚砜，N,N‑二甲基甲酰胺，1,4‑二氧六环和邻二甲苯中的至少一种；所述沉淀剂选自甲醇，乙醚，乙醇和丙酮中的一种或多种。

[0013] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述酰胺基吡啶单体：内炔单体的摩尔比为(0.75‑2):1；优选为1.25:1，通过适当提高酰胺单体比例有助于催化反应中相应活性中间体的生成，从而提高聚合反应效率。

[0014] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，惰性气体可以是氮气、氩气或者是其他惰性气体。

[0015] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述内炔单体的反应浓度为0.05‑0.30mol/L；优选地，所述内炔单体的反应浓度为0.20mol/L，通过控制内炔单体的反应浓度，可以在保证反应活性的同时避免凝胶化的发生。

[0016] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述铑催化剂为二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)二聚体，所述铑催化剂用量为所述内炔单体摩尔用量的10％‑20％。

[0017] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述添加剂为无水乙酸铜(II)，用量为所述内炔单体用量的3.3‑5.5当量。

[0018] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述预设条件包括：反应温度为100‑140℃；反应时间为5h‑6h。

[0019] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中，所述多取代聚喹啉的结构通式如式(1)所示：

[0020]

[0021] 所述内炔单体的结构通式如式(2)所示：

[0022]

[0023] 所述酰胺基吡啶单体的结构通式如式(3)所示：

[0024]

[0025] 式(1)中，x、y、z、w分别为1‑200的整数；式(1)‑(3)中，R1为芳基或芳基衍生物；R2、3
R为有机基团。

[0026] 可选地，所述的多取代聚喹啉的制备方法，其中：R1为芳基或芳基衍生物，R2、R3为芳基、芳基衍生物、烷基和氢原子；

[0027] 其中，所述R1选自以下结构式1‑23中的任意一种；R2、R3选自以下结构式24‑26中的任意一种；

[0028]

[0029] *为连接处；其中，m、n为1‑20的整数，R4、R5相同或者不同，独立地为氢原子、卤素原子、烷基胺、烷基、烷氧基、烯丙基或芳基，X选自氧、硫或硒元素。

[0030] 基于相同的发明构思，本发明还提供一种多聚喹啉，其中，所述多聚喹啉采用上述所述的制备方法制备得到。

[0031] 基于相同的发明构思，本发明还提供一种上述所述的多聚喹啉在细胞荧光成像领域中的应用。

[0032] 有益效果：与现有技术相比，本发明所述的聚合方法所用的单体廉价易得，产率良好，所得聚合物分子量高(重均分子量为4‑7万，PDI为1.4‑1.7)。本发明所述的聚合方法具有良好的原子经济性，反应效率高。本发明所述的聚喹啉产物很容易分离，只需要在沉淀剂中沉淀一次就可以得到纯度很高的聚合物。本发明所制备的聚喹啉具有良好的荧光成像效果，在细胞荧光成像领域具有独特的应用价值。

附图说明

[0033] 图1为实施例1得到的聚喹啉P1在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图；

[0034] 图2为实施例2得到的聚喹啉P2在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图；

[0035] 图3为实施例3得到的聚喹啉P3在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图；

[0036] 图4为实施例4得到的聚喹啉P4在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图；

[0037] 图5中a为实施例4得到的聚喹啉P4在不同甲苯含量的二甲亚砜溶液中的光致荧光曲线图；图5中b为实施例4得到的聚喹啉P4的聚集诱导发光曲线；

[0038] 图6为实施例4得到的聚喹啉P4(5μM,30min),LysoTracker Deep Red(1μM,15min)与Hoechst(1μg/mL,15min)对4T1细胞进行染色的共聚焦图像及其合并图像以及荧光图像和亮光图像的叠加场图像。

具体实施方式

[0039] 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

[0040] 实施例1

[0041] 一种含喹啉聚合物的制备方法，步骤如下：

[0042] 将17.0mg N‑甲基异烟酰胺，47.1mg 1,6‑双(4‑(苯乙炔基)苯氧基)己烷,9.3mg二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)二聚体和100mg乙酸铜(II)加入到0.5mL干燥N,N‑二甲基甲酰胺中溶解，120℃下搅拌反应5h；

[0043] 反应完全后，用2mL四氢呋喃稀释反应母液，通过2cm厚度的中性氧化铝柱过滤后，直接在100mL乙醚溶液中进行沉淀，收集沉淀物，真空干燥(干燥温度是55℃)至恒重，得到聚喹啉。本实施例的产物产率为90％，重均分子量为71000g/mol，PDI为1.6。其中，N‑甲基异烟酰胺可直接购买，1,6‑双(4‑(苯乙炔基)苯氧基)己烷按照文献(Gao,M.；Lam,J.W.Y.；Liu,Y.；Li,J.；Tang,B.Z.Polymer Chemistry 2013,4(9),2841‑2849.)公开的方法制备。

[0044] 本实施例得到的聚喹啉具有P1所示的结构式：

[0045]

[0046] 本实施例所涉及的反应方程式如下：

[0047]

[0048] 所涉及到的反应机理为，该反应属于碳氢活化反应。首先，铑催化剂和酰胺基团配位活化了邻位碳氢键，生成了一个五元环状活性中间体，然后炔烃插入碳金属键，接着铑催化剂活化吡啶环第二个碳氢键，发生同样的炔烃插入反应，最后铑催化剂还原消除，关环生成喹啉环。

[0049] 本实施例的聚喹啉P1在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图如图1所示。从图1中可以看出，氘代氯仿的溶剂峰和水峰分别位于7.26和1.56ppm处。除此之外均为聚喹啉中的氢原子信号，特征的几种氢原子信号也可以进行相应的归属。其中5.49、5.42ppm处为聚喹啉P1中的氨基氢的特征峰，2.32、2.39ppm处为氮上甲基的峰，8.85ppm处为喹啉环上N邻位氢原子的特征峰。

[0050] 实施例2

[0051] 一种含喹啉聚合物的制备方法，步骤如下：

[0052] 将17.0mg N‑甲基异烟酰胺，44.3mg 1,4‑双(4‑(苯乙炔基)苯氧基)丁烷,9.3mg二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)二聚体和100mg乙酸铜(II)加入到0.5mL干燥N,N‑二甲基甲酰胺中溶解，120℃下搅拌反应5h；

[0053] 反应完全后，用2mL四氢呋喃稀释反应母液，通过2cm厚度的中性氧化铝柱过滤后，直接在100mL乙醚溶液中进行沉淀，收集沉淀物，真空干燥(干燥温度是55℃)至恒重，得到聚喹啉。本实施例的产物产率为94％，重均分子量为55400g/mol，PDI为1.5。其中，N‑甲基异烟酰胺可直接购买，1,4‑双(4‑(苯乙炔基)苯氧基)丁烷按照文献(Gao,M.；Lam,J.W.Y.；Liu,Y.；Li,J.；Tang,B.Z.Polymer Chemistry 2013,4(9),2841‑2849.)公开的方法制备。

[0054] 本实施例得到的聚喹啉具有P2所示的结构式：

[0055]

[0056] 本实施例所涉及的反应方程式如下：

[0057]

[0058] 所涉及到的反应机理为，该反应属于碳氢活化反应。首先，铑催化剂和酰胺基团配位活化了邻位碳氢键，生成了一个五元环状活性中间体，然后炔烃插入碳金属键，接着铑催化剂活化吡啶环第二个碳氢键，发生同样的炔烃插入反应，最后铑催化剂还原消除，关环生成喹啉环。

[0059] 本实施例的聚喹啉P2在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图如图2所示。从图2中可以看出，氘代氯仿的溶剂峰和水峰分别位于7.26和1.56ppm处。除此之外均为聚喹啉中的氢原子信号。

[0060] 实施例3

[0061] 一种含喹啉聚合物的制备方法，步骤如下：

[0062] 将49.6mg N‑苯基吡啶‑4‑酰胺，106.5mg 1,2‑二苯基‑1,2‑双(4‑(苯乙炔基)苯基)乙烯,18.6mg二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)二聚体和200mg乙酸铜(II)加入到1.0mL干燥N,N‑二甲基甲酰胺中溶解，120℃下搅拌反应5h；

[0063] 反应完全后，用4mL四氢呋喃稀释反应母液，通过2cm厚度的中性氧化铝柱过滤后，直接在200mL乙醚溶液中进行沉淀，收集沉淀物，真空干燥(干燥温度是55℃)至恒重，得到聚喹啉。本实施例的产物产率为95％，重均分子量为43100g/mol，PDI为1.4。其中，N‑苯基吡啶‑4‑酰胺可直接购买，1,2‑二苯基‑1,2‑双(4‑(苯乙炔基)苯基)乙烯按照文献(Gao,M.；Lam,J.W.Y.；Liu,Y.；Li,J.；Tang,B.Z.Polymer Chemistry 2013,4(9),2841‑2849.)公开的方法制备。

[0064] 本实施例得到的聚喹啉具有P3所示的结构式：

[0065]

[0066] 本实施例所涉及的反应方程式如下：

[0067]

[0068] 所涉及到的反应机理为，该反应属于碳氢活化反应。首先，铑催化剂和酰胺基团配位活化了邻位碳氢键，生成了一个五元环状活性中间体，然后炔烃插入碳金属键，接着铑催化剂活化吡啶环第二个碳氢键，发生同样的炔烃插入反应，最后铑催化剂还原消除，关环生成喹啉环。

[0069] 本实施例的聚喹啉P3在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图如图3所示。

[0070] 实施例4

[0071] 一种含喹啉聚合物的制备方法，步骤如下：

[0072] 将49.6mg N‑苯基吡啶‑4‑酰胺，88.9mg N‑苯基‑4‑(苯乙炔基)‑N‑(4‑(苯乙炔基)苯基)苯胺,18.6mg二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)二聚体和200mg乙酸铜(II)加入到1mL干燥N,N‑二甲基甲酰胺中溶解，120℃下搅拌反应5h；

[0073] 反应完全后，用4mL四氢呋喃稀释反应母液，通过2cm厚度的氧化铝柱过滤后，直接在200mL乙醚溶液中进行沉淀，收集沉淀物，真空干燥(干燥温度是55℃)至恒重，得到聚喹啉。本实施例的产物产率为99％，重均分子量为50000g/mol，PDI为1.7。其中，N‑苯基吡啶‑4‑酰胺可直接购买，N‑苯基‑4‑(苯乙炔基)‑N‑(4‑(苯乙炔基)苯基)苯胺按照文献(Gao,M.；
Lam,J.W.Y.；Liu,Y.；Li,J.；Tang,B.Z.Polymer Chemistry 2013,4(9),2841‑2849.)公开的方法制备。

[0074] 本实施例得到的聚喹啉具有P4所示的结构式：

[0075]

[0076] 本实施例所涉及的反应方程式如下：

[0077]

[0078] 本实施例的聚喹啉P4在氘代氯仿中的氢谱核磁谱图如图4所示。

[0079] 本实施例的聚喹啉P4在不同甲苯含量的二甲亚砜溶液中的光致荧光曲线图如图5所示。从图5中a可看出，该聚合物的随着甲苯含量的增加，荧光逐渐增强，在80％甲苯含量时达到最大。从图5中b可看出该聚合物表现出明显的聚集诱导发光现象。

[0080] 图6为实施例4得到的聚喹啉P4(5μM,30min),LysoTracker Deep Red(1μM,15min)与Hoechst(1μg/mL,15min)对4T1细胞进行染色的共聚焦图像及其合并图像以及荧光图像和亮光图像的叠加场图像。

[0081] 综上所述，本发明提供了一种多取代聚喹啉及其制备方法、应用。所述方法包括：在惰性气体氛围下，将内炔单体、酰胺基吡啶单体、铑催化剂和添加剂在溶剂中溶解，充分反应后，得到反应液；所述内炔单体为二元内炔化合物；简单过滤后，将反应液加入到沉淀剂中进行沉淀，过滤后干燥后得到多取代聚喹啉。本发明所述的制备方法简单，所用单体廉价易得，聚合反应产率高，具有很高的原子经济性；制备的多取代聚喹啉具有良好的热稳定性和形貌稳定性以及特殊的发光性能，在细胞荧光成像领域具有独特的应用价值。