含甲氧基四苯乙烯咪唑化合物的合成、光物理性质、理论计算及细胞成像

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230019

摘要/Abstract

摘要：

通过一步法合成了一例含甲氧基四苯乙烯咪唑化合物4，5-双-4-甲氧基苯基-2-（4-（1，2，2-三苯基乙烯基）苯基）-1-咪唑（BTI），通过核磁共振波谱仪（NMR）、质谱（MS）和元素分析等技术手段对BTI进行了全面的表征，解析了化合物的单晶结构，通过紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究了BTI的光物理性质，借助理论计算对化合物的激发态性质进行了阐述，最后研究了化合物BTI在细胞成像方面的应用。结果表明，该化合物表现出明显的分子内电荷转移（ICT）型聚集诱导发光（AIE）性质，光谱实验数据与理论计算结果吻合较好。细胞成像研究显示化合物BTI可以很好地穿越人肝癌细胞（HepG2）的细胞膜，并可进行单、双光子激发共聚焦荧光显影。

关键词: 聚集诱导发光, 晶体结构, 理论计算, 双光子, 细胞显影

Abstract:

A titled tetraphenylethene imidazole compound with methoxy group named 4，5-bis（4-methoxyphenyl）-2-（4-（1，2，2-triphenylvinyl）phenyl）-1H-imidazole（BTI） is synthesized by one step. The target BTI is fully characterized by NMR spectroscopy， mass spectrometry and elemental analysis. The single crystal structure of BTI is obtained by evaporation of the mother solutions. The photophysical properties of BTI are studied by UV-Vis absorption and fluorescence emission spectrum. By means of theoretical calculation， the excited state properties of BTI are elaborated. Finally， the application of BTI in cell imaging is studied. The results show that BTI exhibits typical aggregation-induced emission （AIE） properties with intramolecular charge transfer （ICT） character， and the experimental spectral data agree well with the theoretical calculation results. The cell imaging study shows that BTI can well penetrate the HepG2 cell membrane and perform one-and two-photon excitated confocal fluorescence imaging.

Key words: Aggregation-induced emission, Crystal structure, Theoretical calculation, Two-photon, Cell imaging

中图分类号:

O621.2

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图/表 8

图1 化合物BTI的合成路线

Fig.1 Synthetic route of BTI

图2 （A）化合物BTI的晶体结构示意图（椭球率为30%；为了清晰显示，氢原子已隐藏）；（B）分子间氢键作用示意图

Fig.2 The crystal structure of BTI （Thermal ellipsoids shown at the 30% probability level and the hydrogen atoms has been omitted for clarity）；（B） The hydrogen bonding interactions between adjacent molecules

图3 化合物BTI的TG曲线图（A）和DSC曲线图（B）

Fig.3 The TG （A） and DSC （B） curve of BTI

图4 化合物BTI在不同溶剂中的吸收光谱（A）和荧光发射光谱（B）（浓度： 1×10-5 mol/L，狭缝宽度： 5 nm）

Fig.4 The absorption （A） and emission （B） spectra of BTI in different solvents （concentration： 1×10-5 mol/L， slit width： 5 nm）

图 5 化合物BTI在不同体积比的乙醇-水混合体系中的荧光发射谱图（A）和荧光强度随水体积分数的变化图（B）（浓度：1×10-5 mol/L，狭缝宽度为5 nm）

Fig.5 The fluorescence emission spectra of BTI in different volume fraction of ethanol and water mixed solution （A） and the variation of fluorescence intensity according to the water volume fraction （B）（concentration： 1×10-5 mol/L， slit width： 5 nm）

表1 通过TD-DFT计算的化合物的主要电子跃迁能级及其归属

Table 1 The major electronic energy level of electron transitions and attributions for compound by TD-DFT calculations

Compound	OI ^a	ΔE/eV ^b	Cal.λ_max/nm ^c	Obs.λ_max/nm ^d	f ^e	Character
BTI	HOMO→LUMO	4.176 9	335	344	0.5457	ICT/π→π^*
BTI	HOMO→LUMO+1	4.639 8	302	299	0.1578	π→π^*

图6 优化分子结构图和部分前线分子轨道图（A）、TD-DFT理论计算获得的化合物的吸收光谱图（B）

Fig.6 The optimize molecular structure and selected frontier molecular orbitals of BTI（A）， the calculated UV-Vis spectra from TD-DFT calculation（B）

图7 化合物BTI的细胞毒性测试图（A）和化合物BTI在HepG2细胞中不同时间下的单光子（SP）和双光子（TP）共聚焦细胞荧光成像（B）（ BTI浓度： 10 μmol/L；双光子激发波长为700 nm，共聚焦荧光成像信号范围450~600 nm）

Fig.7 The cytotoxic diagram in HepG2 cells of BTI （A） and the one- and two-photon confocal fluorescence images of BTI in HepG2 cells at different time （B）（incubated with the concentrations 10 μmol/L， two-photon excited wavelength at 700 nm， confocal fluorescence images were received by collecting the emissions at 450~600 nm）

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