1.本发明一般涉及能够编码信息的荧光大分子组合物。
背景技术：2.随着更大量的信息被数字化并产生更多的数字数据，需要廉价和方便的方式来存储和检索所述信息。
3.dna序列已被提议用于存储数字数据的系统中。在基于dna的系统中，通过将独一无二的整数或数字分配给dna分子中的个别核苷酸，可将信息存储在dna分子中。然后可将个别核苷酸组装成定义的序列以编码和存储一条信息。dna分子序列中核苷酸的排列可使用测序技术破译，这使得存储在dna分子中的信息能够被解码和读取。
4.然而，使用dna分子进行数据存储的一个问题是可能存在dna不稳定性问题，这可能会限制其在环境条件下长期数据存储的使用。
5.已经尝试通过使用完全合成的大分子来解决与dna相关的一些缺点。例如，已经探究了用于数据存储的合成序列定义的聚合物，其组成由精确且受控的链中单体系列组成。然而，为了读取存储在合成聚合物中的信息，必须辨别聚合物的化学组成。首先，分析技术诸如核磁共振(nmr)光谱和质谱已用于确定和表征聚合物分子的化学组成。但那些分析技术的一个问题是需要进行大量的数据处理和分析，以确定聚合物中的共聚单体序列，并从而破译编码的信息。所述处理和分析需要相当大的努力，这可能既昂贵又耗时，并且通常对最终用户来说并不方便。
6.仍然需要提供一种合成大分子，所述合成大分子可用于数字数据存储并且可使得所存储的数据能够被方便地读取和检索。
7.本说明书仅出于提供本发明的上下文的目的而包括对文档、法案、材料、装置、制品等的讨论。不暗示或表示这些内容中的任何或所有内容形成现有技术基础的一部分或已经是与本发明相关的领域中的公知常识，如同它在本技术的每一权利要求的优先权日期之前就存在一样。
技术实现要素：8.本发明提供了一种荧光大分子，其包含：
9.线性序列定义的主链；和
10.多个以预定顺序连接到主链上以形成荧光团序列的荧光团，
11.其中荧光团序列中荧光团的预定顺序使得荧光团能够相互作用以使大分子在被光照射时能够发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱，并且
12.其中荧光发射光谱具有由荧光团序列确定的分布(profile)。
13.荧光团序列中荧光团的预定顺序通常是其中荧光团彼此隔开一定距离，从而允许相邻荧光团之间相互作用，使得大分子在被光照射时发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱。
14.本发明因此还可被描述为提供荧光大分子，其包含：
15.线性序列定义的主链；和
16.多个以预定顺序连接到主链上以形成荧光团序列的荧光团，
17.其中荧光团序列中的荧光团彼此分开一定距离，从而允许相邻荧光团之间相互作用，使得大分子在被光照射时发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱，并且
18.其中荧光发射光谱具有由荧光团序列确定的分布。
19.本发明还提供了一种用于编码和检索信息的方法，其包括以下步骤：
20.提供根据本发明的荧光大分子，所述大分子具有与其连接的预定荧光团的序列以编码信息；
21.用光照射荧光大分子以获得荧光发射光谱；以及
22.分析荧光发射光谱以确定荧光团的序列并检索编码的信息。
23.本发明还提供了一种用于确定制品真实性的方法，所述方法包括以下步骤：
24.提供包含根据本发明的荧光大分子的制品，所述大分子具有与其连接的预定荧光团的序列以编码信息；
25.用光照射制品以获得荧光发射光谱；
26.分析荧光发射光谱以确定荧光团的序列并检索编码的信息；以及
27.将检索到的信息与验证码进行比较以验证制品。
28.贯穿本说明书和以下权利要求书，除非上下文另有要求，否则词语“包含(comprise)”和变型诸如“包含(comprises)”或“包含(comprising)”应理解为暗示包括所陈述的整体或步骤或者整体或步骤的组，但不排除任何其他整体或步骤或者整体或步骤的组。
29.附图简述
30.现将参考以下非限制性附图来描述本发明的实施方案，其中：
31.图1是说明(a)简化和(b)详细方案的示意图，所述方案示出了由具有马来酰亚氨基(mal)和邻甲基苯甲醛(o-mba)官能团的杂双功能单体经由光诱导的迪尔斯-阿尔德(diels-alder)反应合成序列定义的主链，所述反应涉及官能团的保护和脱保护反应。
32.图2是说明用于快速合成本发明的荧光大分子的线性、序列定义的主链的一般迭代指数增长(ieg)策略的示意图。
33.图3是说明用于合成具有“1000”和“1010”荧光团序列的四聚体的一般迭代指数增长(ieg)策略的示意图。
34.图4是说明用于合成具有“1100”荧光团序列的四聚体的一般迭代指数增长(ieg)策略的示意图。
35.图5是说明单体和激准分子荧光区分荧光团序列“1000”、“1010”和“1100”的原理的图。
36.图6是说明通过分析本发明的荧光大分子的荧光发射光谱来读取信息的过程的示意图。
37.图7描绘了单体m0、m1、m2、二聚体01、10、11、22、12和四聚体1001、1010、2121、2211的sec迹线。
38.图8描绘了序列2121和2211在溶液以及在聚合物基质中的荧光激发和发射光谱。
具体实施方式
39.如本文所用，单数形式“一个(种)”和“所述”表示单数和复数两者，除非明确说明仅表示单数。
40.术语“约”和一般范围的使用，无论是否由术语约限定，均意指所包含的数字不限于本文所阐述的精确数字，并且旨在指基本上在所引用范围内的范围，同时又不脱离本发明的范围。本文所用，“约”应被本领域的普通技术人员理解并应在使用它的上下文中在一定程度上变化。如果所述术语的使用对于本领域普通技术人员来说在使用它的上下文中是不清楚的，“约”将意指特定术语的至多正负10％。
41.如本文所使用的术语“c
1-n
烷基”意指含有一个至n个碳原子(例如n＝22)的直链或支链饱和烷基，并且包括(取决于n的身份)甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、2,2-二甲基丁基、正戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、正己基等，其中变量n是代表烷基链中最大碳原子数的整数。
42.如本文所使用的术语“c
2-n
烯基”意指含有两个至n个碳原子(例如n＝22)和至少一个双键的直链或支链的不饱和烷基，并且包括(取决于n的身份)乙烯基、烯丙基、2-甲基丙基-1-烯基、丁-1-烯基、丁-2-烯基、丁-3-烯基、2-甲基丁-1-烯基、2-甲基戊-1-烯基、4-甲基戊基-1-烯基、4-甲基戊-2-烯基、2-甲基戊-2-烯基、4-甲基戊-1,3-二烯基、己烯-1-基等，其中变量n是代表烯基链中最大碳原子数的整数。
43.如本文所使用的术语“c
2-n
炔基”意指含有两个至n个碳原子(例如n＝22)和至少一个三键的直链或支链的不饱和烷基，并且包括(取决于n的身份)乙炔基、丙炔基、2-甲基丙基-1-炔基、丁-1-炔基、丁-2-炔基、丁-3-炔基、3-甲基丁-1-炔基、2-甲基戊-1-炔基、4-甲基戊-1-炔基、4-甲基戊-2-炔基、4-甲基戊-2-炔基、戊-1,3-二炔基、己炔-1-基等，其中变量n是代表炔基链中最大碳原子数的整数。
44.如本文所使用的术语“环烷基”是指具有3至“n”个碳原子的脂族环系统，包括(取决于n的身份)，但不限于，环丙基、环戊基、环己基等，其中变量n是代表环烷基链中最大碳原子数的整数。
45.如本文所使用的术语“芳基”是指单环或多环取代或未取代的共轭芳环系统。优选的芳基在芳环系统中可含有6至n个碳原子。多环芳基在芳环系统中可有两个或更多个环。取决于n的身份，芳基的实例包括苯基、萘基、蒽基、1,2-二氢萘基、四氢萘基、芴基等，其中变量n是代表芳基部分中最大碳原子数的整数.非共轭或不饱和环可稠合到共轭环系统上。
46.如本文所使用的术语“杂环烷基”是指具有3至“n”个碳原子和至少一个杂原子，优选1至4个选自氮、氧和硫的杂原子的非芳族单环或多环系统。杂环烷基的实例包括但不限于：氮丙啶基、吡咯烷基、吡咯烷代、哌啶基、哌啶代、哌嗪基、哌嗪代、吗啉基、吗啉代、硫吗啉基、硫吗啉代、四氢呋喃基、四氢硫代呋喃基、四氢吡喃基、吡喃基等，其中变量n是代表杂环烷基部分中最大环原子数的整数。杂环烷基可未被取代或被合适的取代基取代。
47.如本文所使用的术语“杂芳基”是指含有5至14个原子的单环或多环系统，其中一个或多个，例如1-8个，适当地，1-6个，更适当地1-5个，并且更适当地1-4个原子是选自氮、氧和硫的杂原子。杂芳基的实例包括但不限于噻吩基、咪唑基、吡啶基、噁唑基、吲哚基、呋喃基、苯并噻吩基、苯并呋喃基等。
48.如本文所使用的术语“卤基”意指卤素并且包括氯、溴、碘和氟。
49.术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可发生或可不发生，并且所述描述包括其中所述事件或情形发生的情况和其中所述事件或情形不发生的情况。例如，“任选地取代的烷基”意指烷基可以是取代的或可以不是取代的，并且描述包括取代的芳基和不具有取代的芳基。
50.如本文所使用的术语“取代的”是指其中一个或多个氢原子各自独立地被相同或不同取代基替换的基团。“取代的”基团特别是指具有1个或更多个取代基，例如1至5个取代基，并且特别是1至3个取代基的基团。取代基的一些实例包括但不限于酰基、酰氨基、酰氧基、烷氧基、取代的烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰基氨基、氨基、取代的氨基、氨基羰基、氨基羰基氨基、氨基羰氧基、苯基、芳基、烷基、烯基、炔基、芳氧基、叠氮基、羧基、氰基、环烷基、取代的环烷基、卤素、羟基、酮基、硝基、硫代烷氧基、取代的硫代烷氧基、硫代芳氧基、硫代酮基、硫醇基、烷基-s(o)-、芳基-s(o)-、烷基-s(o)
2-和芳基-s(o)2。
51.如本文所使用的术语“分子”是指当被具有选定波长的光激发时，发射不同波长的光的分子。分子可在激发后立即发光或延迟发光。
52.除非另外指定，否则本文提及的所有百分比(％)均为按重量计的百分比(重量/重量或重量/体积)。
53.除非另外指定，否则本文提及的聚合物分子量是数均分子量(mn)。
54.本发明提供了一种荧光大分子，其包含：
55.线性序列定义的主链；和
56.多个以预定顺序连接到主链上以形成荧光团序列的荧光团，
57.其中荧光团序列中荧光团的预定顺序(或排列)使得荧光团能够相互作用以使大分子在被光照射时能够发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱，并且
58.其中荧光发射光谱具有由荧光团序列确定的分布。
59.如本文所述，本发明的荧光大分子包含多个连接到线性、序列定义的主链上的荧光团。荧光团沿着主链长度连接在预先选择的位置处，从而形成具有预定荧光团顺序的荧光团序列。
60.荧光大分子包含至少两个连接到主链上的荧光团。在一些实施方案中，荧光大分子可包含至少三个、至少四个、至少五个、至少六个或更多个荧光团，它们以预定的顺序连接到线性主链上(在本文中也可将其描述为荧光团序列中的荧光团的“排列”)。
61.多个荧光团以指定的间隔连接到荧光大分子的主链并沿其间隔开。这使得荧光团序列中的荧光团能够在空间上彼此分开预先选择的距离。
62.根据本发明，荧光团序列中的荧光团被排列成使得它们能够相互作用，这使得大分子在被光照射时能够发射多种波长的荧光。换言之，荧光团序列中的荧光团彼此分开一段距离，从而允许相邻荧光团之间相互作用，使得大分子在被光照射时发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱。
63.在一些实施方案中，荧光团序列中荧光团的排列使得分子内定位于序列内的相邻荧光团彼此分开不超过所需距离。也就是说，可能希望确保荧光团序列中相邻荧光团之间的分隔距离和构象自由度允许荧光团之间发生相互作用。如果荧光团序列中的荧光团不能与其相邻的荧光团相互作用(例如，因为分隔距离太大或相互作用所需的构象在能量上太不利)，则可能无法实现所需的荧光发射。
64.相邻荧光团可彼此分开的最大距离可根据存在于大分子中的荧光团的类型而变化。例如，当荧光团是芘时，荧光团序列中的相邻荧光团彼此分开不超过3.2埃的距离。
65.荧光大分子在被光照射时会发射多种波长的荧光。可检测发射的荧光及其在各种波长的强度，从而能够形成荧光发射光谱。
66.位于大分子线性主链上不同位置的荧光团可被不同波长的光激发，并在激发时发射不同强度的荧光。由本发明的荧光大分子产生的荧光发射光谱可具有特定的分布或形状，其反映了荧光团沿线性主链排列的序列。荧光光谱分布的后续分析和表征可使荧光团序列被读取。因此，光学手段可用于检测和获得可由荧光团序列编码的信息。
67.在一个实施方案中，多个荧光团沿着线性主链均匀地间隔开，从而获得具有基本上均匀分布的荧光团的荧光团序列。
68.在另一个实施方案中，多个荧光团以两个或更多个不同的距离隔开，从而获得包含非均匀分布的荧光团的荧光团序列。
69.在另一实施方案中，存在形成荧光团序列的一部分的荧光团对。荧光团对由彼此接近的两个荧光团组成。
70.荧光团“接近”意指荧光团之间的间隔使得荧光团足够靠近以允许一个荧光团与另一个荧光团相互作用、重叠或以其他方式缔合。
71.因此，荧光团对中的荧光团足够靠近以允许改变发射性质的电子相互作用。荧光团对中的荧光团之间的相互作用可产生准分子、激发复合物或h-二聚体荧光。准分子、激发复合物或h-二聚体荧光在强度和/或发射分布上与单个荧光团发射的荧光不同。
72.连接到线性、序列定义的主链的荧光团可排列成使得形成具有一个或多个单个荧光团和一个或多个荧光团对的组合的荧光团序列。单个荧光团和荧光团对可沿线性主链以任何期望的顺序排列。
73.荧光团序列中的单个荧光团和荧光团对可各自表现出荧光最大值，其可表征为出现峰值荧光输出的波长。
74.在一个实施方案中，荧光团序列内的荧光团对和单个荧光团可在不同波长处表现出荧光最大值。在特定实施方案中，荧光团对表现出的荧光最大值可出现在比单个荧光团表现出的波长更长的波长处。
75.在一个实施方案中，本发明的荧光大分子中存在的多个荧光团可各自是相同类型。如果荧光大分子包含单一类型的荧光团，则与沿主链连接在一个位置的荧光团相比，沿线性主链连接在另一位置的荧光团可发射不同波长和/或不同强度的荧光。这可能是由于荧光团局部附近的电子环境的差异造成的。
76.在另一个实施方案中，荧光大分子可包含两种或更多种不同类型的荧光团。在一些实施方案中，存在至少两种不同类型的荧光团可能是有利的，因为可在荧光团序列中工程改造出更大的多样性，从而能够实现更复杂的荧光发射光谱和不同的光谱分布。
77.在本发明的荧光大分子中可适当地使用一系列不同的荧光团。例如，可用于本发明的荧光团可属于选自多环芳烃、多环芳族酰亚胺、多环芳族二酰亚胺、二芳基烯烃和二芳基炔烃的类别。
78.在一个实施方案中，可用于本发明的荧光团可以是包含至少一个芳基的多环部分。芳基可与选自芳基、杂芳基、环烷基和杂环烷基中的至少一种基团稠合。
79.在一个实施方案中，荧光团可以是任选取代的双环芳基、任选取代的多环芳基或任选取代的芳基杂环基。任选的取代基可选自卤基、线性或支链c
1-22
烷基、线性或支链c
2-20
烯基、线性或支链c
2-20
炔基、c
3-20
环烷基、c
6-14
芳基、c
5-14
杂芳基、n(r1)2、or1、sr1、s(o)r1、s(o2r1)、c(o)r1、c(o2)r1、c(o)nhr1和c(o)n(r1)2，其中r1选自氢原子和饱和或不饱和c1至c
22
脂族基团，所述脂族基团任选包含一个或多个选自n、o和s的杂原子、芳基，以及具有1至22个碳原子的硫醚基团、氨基、烷氧基或烷基的杂芳基。任选地，取代基可与荧光团稠合。
80.在一个实施方案中，荧光团是任选取代的c
10-40-芳基或任选取代的c
9-40-杂芳基，其中任选的取代基选自卤基、c
1-20-烷基、c
2-20-烯基、c
2-20-炔基、c
3-20
环烷基、c
6-14-芳基和c
5-14-杂芳基。
81.在另一个实施方案中，荧光团是任选取代的c
10-20-芳基或任选取代的c
9-20-杂芳基，其中任选的取代基选自卤基、c
1-20-烷基、c
2-20-烯基、c
2-20-炔基、c
3-20
环烷基、c
6-14-芳基和c
5-14-杂芳基。
82.在一个实施方案中，荧光大分子包含至少一种具有如下示出的结构的任选取代的荧光团：
[0083][0084]
其中任选的取代基选自卤基、羧基、羟基、c
1-20-烷基、c
2-20-烯基、c
2-20-炔基、c
3-20-环烷基、c
1-20-烷氧基、-nr'r”c
6-14-芳基和c
5-14-杂芳基，其中r'和r”同时或独立地是h或c
1-22
烷基，并且其中r选自任选取代的c
1-22
烷基、任选取代的c
2-20
烯基、任选取代的c
2-20
炔基、任选取代的c
3-20
环烷基、任选取代的c
6-14
芳基和任选取代的c
5-14
杂芳基。
[0085]
任选取代的荧光团可经由荧光团分子上的任何合适的位置连接到荧光大分子的线性、序列定义的主链上。因此，在上面的结构中没有描述任选取代的荧光团与线性、序列定义的主链的连接点。
[0086]
在一个实施方案中，可用于本发明的荧光团是准分子形成荧光团。准分子形成荧光团是那些能够相互作用以产生准分子荧光的荧光团。准分子荧光可被检测为在较长波长处荧光强度的增加。
[0087]
在一个示例性实施方案中，本发明的荧光大分子包含式(xv)的任选取代的荧光团：
[0088][0089]
技术人员应理解，式(xv)的荧光团是芘基荧光团。芘基荧光团能够发射准分子荧光。本领域技术人员还应理解所述特征在结构(xv)中是指示荧光团可经由荧光团分子上的任何合适的位置连接到荧光大分子的线性、序列定义的主链上的简写方式。
[0090]
在一个实施方案中，本发明的荧光大分子包含多个任选取代的式(xv)的荧光团。
[0091]
如本文所述，多个荧光团连接至线性、序列定义的主链。如本文所使用的关于荧光大分子主链的术语“序列定义的”表示主链具有定义的化学组成并且由精确定义的单体主链单元排列组成。可通过使用适当官能化的单体和通过控制主链合成过程来实现序列定义的主链的形成，从而高度控制主链的构建及其随后的组成。
[0092]
优选线性主链具有定义的长度和分子量(即它是单分散的)。这可通过控制主链的组成及其制造来实现。
[0093]
荧光大分子的线性、序列定义的主链由多个主链单元组成，所述主链单元连接在一起形成主链。如下所讨论，主链单元通常衍生自用于制备主链的单体。
[0094]
两个或更多个主链单元具有与其连接的荧光团。应当理解，每个主链单元不必都连接荧光团，只要有荧光团连接到线性主链的至少两个主链单元即可。
[0095]
荧光大分子的线性主链优选是刚性结构。由于是“刚性的”，主链具有有限的柔韧性，并且其经历构象变化，诸如旋转、弯曲或折叠的能力受到限制。因此，主链可以是基本上直的、线性的形式。
[0096]
可通过在受控条件下将选定的单体反应在一起来形成线性、序列定义的主链。反应后，单体作为单体单元掺入到主链的化学结构中。单体单元在本文中也被认为是线性主链的主链单元。
[0097]
线性主链可以是低聚部分(即由2至4个单体或主链单元组成的部分)或多聚部分(即由5个或更多个单体或主链单元组成的部分)。
[0098]
在一个实施方案中，在荧光大分子的线性主链中可有少至2个主链单元或多至100个以上主链单元。主链单元的数目影响线性主链的大小(即分子量或长度)。
[0099]
在一些实施方案中，线性的、序列定义的主链包含2个主链单元，以及至多90、80、70、60、50、40、30、25、20、15和10个主链单元。线性主链可包含这些范围内的任何数目的主链单元。
[0100]
线性主链中的主链单元可经由合适的方式彼此连接。在一组实施方案中，主链单元经由环己基部分连接。即，主链单元经由环己基部分连接到与其相邻的主链单元。使用环己基部分将主链单元彼此偶联可能有助于赋予主链刚性。
[0101]
将主链单元连接在一起的环己基部分可以是由适当官能化的单体之间的加成反应形成的产物。在一个实施方案中，环己基部分是迪尔斯-阿尔德反应的产物。本领域技术人员应理解，迪尔斯-阿尔德反应是共轭二烯和烯烃(即亲二烯体)之间的有机化学反应(具体地，[4+2]环加成)。二烯和亲二烯体在适当的反应条件下反应形成环己基部分。
[0102]
在一个优选方案中，线性主链衍生自正交反应性异双官能单体(即ab型单体)。异双官能单体通常具有两个不同的官能团，它们彼此互补并且可在正交条件下共价反应以将不同的单体分子间连接在一起。异双官能单体还可包含不反应(即聚合)以形成主链的附加官能团。
[0103]
优选地，异双官能单体含有具有互补功能性的两个不同官能团。因此，异双官能单体上的第一官能团可与另一个异双官能单体上的互补第二官能团反应，以将两个单体共价连接在一起。在两个单体反应后，形成二聚体。
[0104]
在一个实施方案中，可用于形成线性序列定义的主链的异双官能单体包含能够参与迪尔斯-阿尔德反应以形成将主链中的不同单体单元连接在一起的环己基部分的官能团。
[0105]
例如，异双官能单体可包含提供二烯的第一官能团和提供用于迪尔斯-阿尔德反应的亲二烯体的第二官能团。许多不同的官能团可能能够提供二烯和亲二烯体，并且技术人员将能够出于此目的选择合适的官能团。
[0106]
合适的亲双烯体包括不饱和的贫电子化合物，例如乙烯基酯、乙烯基酰胺、马来酰胺酯、富马酸酯和炔酸酯。二烯可由2-羟甲基苯酚、2-烷氧基甲基苯酚、8,13-二氢苯并[g]萘并[1,8-bc][1,5]二硒代苯胺或邻甲酰苯胺产生。
[0107]
使用具有能够参与迪尔斯-阿尔德反应的官能团的异双官能单体的好处是单体的偶联和线性主链的形成可高效和选择性地进行，从而允许对线性主链的大小和组成进行高度控制。
[0108]
在一个实施方案中，异双功能单体可与增长链一一偶联，从而允许线性主链以逐步、迭代的方式增长。
[0109]
在一个实施方案中，主链单元衍生自包含邻甲基苯甲醛官能团和马来酰亚氨基官能团的异双官能单体。苯甲醛官能团能够为迪尔斯-阿尔德反应提供二烯，而马来酰亚氨基官能团能够提供亲二烯体。在特定实施方案中，异双官能单体包含马来酰亚氨基官能团和2-甲基-6-烷氧基-苯甲醛(o-mba)官能团。
[0110]
在一个示例性实施方案中，当异双官能单体包含马来酰亚氨基官能团和邻甲基苯甲醛官能团时，两个不同的官能团可在单体内经由具有所需结构的连接基团彼此连接。以下描述连接基团的实例。
[0111]
邻甲基苯甲醛官能团可以是光反应性的并且当被光照射时可与马来酰亚氨基官能团反应。邻甲基苯甲醛官能团与存在于不同单体中的马来酰亚氨基官能团的共价反应可在适于光诱导[4+2]环加成的条件下发生，以产生将单体连接在一起的环己基部分。因此，连接的单体形成主链单元，它们是荧光大分子的线性、序列定义的主链的一部分。
[0112]
有利地，当异双官能单体包含邻甲基苯甲醛官能团时，邻甲基苯甲醛官能团在被紫外光照射时可转化为邻喹二甲烷官能团。形成的邻喹二甲烷官能团作为反应性二烯，并且可在光诱导的迪尔斯-阿尔德条件下与马来酰亚氨基官能团(作为亲二烯体)反应，以形
成将两个异双官能单体连接在一起的环己基部分。
[0113]
可采用合适的条件来促进邻甲基苯甲醛官能团与不同单体上的马来酰亚氨基官能团之间的光化学诱导的迪尔斯-阿尔德反应。在一组实施方案中，条件包括用光，优选可见光或紫外光照射两种或更多种异双官能单体，以诱导迪尔斯-阿尔德反应。可用于将苯甲醛官能团与马来酰亚氨基官能团偶联以形成迪尔斯-阿尔德加合物的光连接条件的一些实例描述于j.am.chem.soc.,2018,140,11848-11854中。在一个优选方案中，单体可用波长为300至450nm的光照射约5分钟至60分钟，优选约10至50分钟的时间段。
[0114]
在一些实施方案中，异双官能单体中的马来酰亚氨基官能团和邻甲基苯甲醛官能团可各自被合适的保护基保护，所述保护基使得官能团在脱保护之前不反应。
[0115]
在一个实施方案中，马来酰亚氨基官能团可用呋喃基团保护，而邻甲基苯甲醛官能团可用亚胺基团、o,o-缩醛、o,s-缩醛或s,s-缩醛保护。可使用其他合适的保护基。可经由脱保护步骤选择性地去除保护基以揭示反应性官能团。例如，保护邻甲基苯甲醛基团的苯甲醛官能团的二甲基缩醛基团可通过酸介导的裂解去除以产生反应性邻甲基苯甲醛(o-mba)基团，同时呋喃保护的马来酰亚氨基官能团的脱保护可经由逆迪尔斯-阿尔德反应来实现，以揭示反应性马来酰亚氨基基团。然后，互补和脱保护的马来酰亚氨基和苯甲醛官能团可在光诱导的迪尔斯-阿尔德反应下共价反应。
[0116]
两个具有互补官能团的异双功能单体可连接在一起形成二聚体。二聚体可具有与异双官能单体相同的末端官能团(无论是保护还是脱保护形式)。二聚体可经历相同的脱保护和/或共价反应步骤以使至少一种另外的异双官能单体能够与二聚体偶联，从而使线性主链能够以模块化方式延伸。说明异双功能单体脱保护和共价偶联形成二聚体的示意图示于图1中。
[0117]
在一些实施方案中，多于一种单体可同时与增长的线性主链偶联。例如，可能有一个初始的对称官能化分子作为起始核心具有活性。然后可经由单体在核心两端的同时偶联发生链延伸和线性、序列定义的主链的形成。
[0118]
在一些实施方案中，代替线性主链的逐步增长，最初组装由几个主链单元组成的低聚物是可能的，所述主链单元衍生自异双官能单体。在一种形式中，低聚物可以是由2至4个主链单元组成的分子。
[0119]
预形成的低聚物可含有提供二烯的第一官能团和提供亲二烯体的第二官能团，它们能够在合适的条件下在迪尔斯-阿尔德反应中反应。因此，预形成的低聚物可通过迪尔斯-阿尔德反应偶联在一起，从而允许使用迭代指数增长(ieg)策略来快速增长线性主链。例如，经由不同二聚体上的互补官能团的共价反应将两个二聚体偶联可导致形成四聚体，而两个四聚体的偶联可导致形成八聚体，以此类推。不同大小的低聚物可偶联在一起。例如，二聚体可与四聚体偶联以提供六聚体。说明从预形成的二聚体合成四聚体的示意图示于图2中。
[0120]
本文所述的线性、序列定义的主链包含多个主链单元。理想的是，形成线性的、序列定义的主链的两个或更多个主链单元具有与其连接的荧光团。具有与其连接的荧光团的主链单元在本文中也被描述为荧光团主链单元。
[0121]
荧光团优选经由连接基团连接到线性、序列定义的主链的主链单元。连接基团优选具有促进相邻荧光团之间相互作用的大小和结构，所述相邻荧光团沿线性主链间隔开期
望的距离。可调整连接基团的大小以适应选定的荧光团。
[0122]
连接基团可以是直链的、支链的、环状的或芳基，或所有三者的组合，并将荧光团与线性、序列定义的主链连接。连接基团可任选地含有杂原子，诸如氮、氧或硫杂原子，或二价官能团，诸如酰胺、酯、醚或羰基官能团。
[0123]
在一些实施方案中，可选择将荧光团连接至线性、序列定义的主链的连接基团以增强荧光大分子在所需溶剂中的溶解度。例如，衍生自α-、β-、γ-或δ-氨基酸或所需分子量的聚(乙二醇)的连接基团可能有助于提高大分子在各种溶剂中的溶解度。
[0124]
如下文所述，线性、序列定义的主链中的荧光团主链单元可具有选自式(i)、(ii)或(iii)的那些的结构。
[0125]
在一个实施方案中，荧光大分子的线性、序列定义的主链包含式(i)的荧光团主链单元：
[0126][0127]
其中：
[0128]
代表与将主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；
[0129]
z选自o、n和s(优选o或s)；
[0130]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0131]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0132]
f1是荧光团。
[0133]
在式(i)的主链单元中，存在苯基部分和琥珀酰亚胺基部分。苯基和琥珀酰亚胺基部分分别是苯甲醛官能团和马来酰亚氨基官能团在迪尔斯-阿尔德反应中反应后形成的残基。
[0134]
在式(i)中，l1是将主链单元的苯基和琥珀酰亚胺基部分连接在一起的连接基团，而l2是将荧光团部分(f1)与主链单元的第一接头基团(l1)偶联的连接基团。
[0135]
可根据主链单元中的荧光团和其他结构特征来选择本文所述的连接基团l2的组成和大小。
[0136]
在式(i)的一个实施方案中，l2选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含二价官能团。二价官能团的实例包括羰基、酰胺、酯、醚、硫酯和硫醚官能团。
[0137]
在一些实施方案中，式(i)中的基团-(z-l
1-l
2-f1)可具有选自以下的结构：
[0138][0139]
在另一个实施方案中，荧光大分子的线性、序列定义的主链包含式(ii)的荧光团主链单元：
[0140][0141]
其中：
[0142]
代表与将主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；
[0143]
z选自o、n和s(优选o或s)；
[0144]
x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
[0145]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0146]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0147]
f1是荧光团。
[0148]
在式(ii)的主链单元的一个实施方案中，x不存在或为o。
[0149]
当x不存在时，主链单元的苯基和琥珀酰亚胺基部分经由连接基团l1彼此连接。
[0150]
在式(ii)的主链单元的一个实施方案中，x不存在且l1不存在。技术人员应理解，当x和l1各自不存在时，则主链单元的苯基和琥珀酰亚胺基部分经由键，优选单键彼此直接连接。
[0151]
在式(ii)的主链单元中，l2是将荧光团(f1)与主链单元的苯基部分偶联的连接基团。
[0152]
在式(ii)的一个实施方案中，l2选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含二价官能团。二价官能团的实例包括羰基、酰胺、酯、醚、硫酯和硫醚官能团。
[0153]
在一些实施方案中，式(ii)中的基团-(z-l
2-f1)可具有选自以下的结构：
[0154][0155]
在另一个实施方案中，荧光大分子的线性、序列定义的主链包含式(iii)的荧光团主链单元：
[0156][0157]
其中：
[0158]
代表与将主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；
[0159]
y选自or2、nr2r3、sr2、s(o)r2和s(o2)r2；
[0160]
r2和r3可各自独立地选自h、包含一个或多个选自o、n和s的杂原子的任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
脂族基团、任选取代的c6至c
12
环烷基或稠合的多环烷基、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基；
[0161]
x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
[0162]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0163]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；或
[0164]
l2是与苯基环和f1稠合的杂环烷基；并且
[0165]
f1是荧光团。
[0166]
在式(iii)的主链单元的一个实施方案中，x不存在。
[0167]
在式(iii)的主链单元的一个实施方案中，l1是任选取代的c
1-c3饱和或不饱和脂族基团。
[0168]
在式(iii)的主链单元的一个实施方案中，l2是任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子、二价官能团(诸如酰胺基团)的c1至c
16
脂族基团，以及与苯基环和f1稠合的杂环烷基。
[0169]
在式(iii)的一个实施方案中，l2选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自羰基、酰胺、酯、醚、硫酯和硫醚官能团的二价官能团。
[0170]
在一些实施方案中，式(iii)中的基团-(l
2-f1)可具有选自以下的结构：
[0171][0172]
线性、序列定义的主链可包含至少两种不同类型的荧光团主链单元的组合。在一个实施方案中，不同的荧光团主链单元可以是选自本文所定义的式(i)、(ii)和(iii)的至少两种。
[0173]
在式(i)、(ii)和(iii)的一些实施方案中，荧光团部分(f1)可选自本文所述的那些荧光团部分中的任一种。在式(i)、(ii)和(iii)的一些具体实施方案中，f1是芘基部分。
[0174]
形成线性、序列定义的主链的一部分的荧光团主链单元可排列成确保线性主链包含至少一对荧光团主链单元。一对荧光团主链单元由两个主链单元组成，其中所述对中的每个主链单元都具有连接到其上的荧光团。所述对中的荧光团主链单元因此彼此相邻并彼此连接。至少一对荧光团主链单元的存在有助于确保大分子的荧光团序列包含至少一个荧光团对。在一个优选方案中，所述对荧光团主链单元包含一对芘荧光团。
[0175]
下面示出了包含芘基荧光团的一对荧光团主链单元的实例。
[0176][0177]
荧光大分子的线性、序列定义的主链还包含非荧光团主链单元与荧光团主链单元组合。非荧光团主链单元是没有荧光团连接到其上的主链单元。
[0178]
非荧光团主链单元可用于将存在于线性主链中的荧光团主链单元分开和隔开选定距离。非荧光团主链单元因此用于修改荧光团主链单元之间的间隔，从而能够控制线性主链中荧光团主链单元的分布和顺序。反过来，这可形成所需的荧光团序列。
[0179]
非荧光团主链单元可具有与式(i)、(ii)和(iii)的主链单元类似的结构，然而，将不存在荧光团部分(f1)。
[0180]
在一个实施方案中，荧光大分子的线性、序列定义的主链包含式(ia)的非荧光团主链单元：
[0181][0182]
其中：
[0183]
代表与将主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；
[0184]
z选自o、n和s(优选o或s)；
[0185]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原
子；
[0186]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0187]
x3选自h、oh、任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基。
[0188]
在另一个实施方案中，荧光大分子的线性、序列定义的主链包含式(iia)的非荧光团主链单元：
[0189][0190]
其中：
[0191]
代表与将主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；
[0192]
z选自o、n和s(优选o或s)；
[0193]
x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
[0194]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0195]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0196]
x3选自h、oh、任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基。
[0197]
在另一个实施方案中，荧光大分子的线性、序列定义的主链包含式(iiia)的非荧光团主链单元：
[0198][0199]
其中：
[0200]
代表与将主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；
[0201]
y选自or2、nr2r3、sr2、s(o)r2和s(o2)r2；
[0202]
r2和r3可各自独立地选自h、包含一个或多个选自o、n和s的杂原子的任选取代的饱
和或不饱和c
1-c
22
脂族基团、任选取代的c6至c
12
环烷基或稠合的多环烷基、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基；
[0203]
x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
[0204]
l1是的第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0205]
l2是第二接头基团，其可不存在或存在并且当存在时选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基或与苯基环和x3稠合的杂环烷基，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0206]
x3可不存在或存在并且当存在时选自h、oh、任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基。
[0207]
在一些实施方案中，存在于线性主链中的非荧光团主链单元可具有如本文所述的式(ia)、(iia)或(iiia)的结构。两种或更多种不同类型的非荧光团主链单元的组合可存在于主链中。
[0208]
在一组实施方案中，本发明的荧光大分子包含线性的、序列定义的主链，所述主链包含至少一个非荧光团主链单元和多个荧光团主链单元。
[0209]
多个荧光团主链单元可优选地包含至少一对荧光团主链单元。
[0210]
线性、序列定义的主链可包含多个非荧光团主链单元与多个荧光团主链单元组合。
[0211]
排列荧光团和非荧光团主链单元以提供预定的荧光团序列。
[0212]
如上所述，线性序列定义的主链的主链单元经由环己基部分彼此连接。环己基部分因此是位于相邻主链单元之间的中间部分，并与主链单元融合以将它们缀合在一起。
[0213]
在一些实施方案中，荧光大分子的线性主链中的环己基连接的主链单元可具有式(iv)的结构：
[0214][0215]
其中：
[0216]
a和b各自代表一个主链单元部分；
[0217]
r4是oh，
[0218]
r5选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-22
烷氧基，
[0219]
r6和r7各自独立地选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-22
烷氧基，或
[0220]
r6和r7一起形成任选取代的4至8元环烷基或杂环烷基环；或
[0221]
r6和r7之一形成与a或b稠合的任选取代的6至9元环烷基或杂环烷基环，而r6和r7中的另一个是h。
[0222]
应当理解，部分a和b各自属于不同的主链单元，并且式(iv)中的环己基部分经由部分a和b将不同的主链单元偶联在一起。
[0223]
在式(iv)的一个实施方案中，a和b之一是任选取代的包含选自n、o和s的杂原子的5元杂环烷基部分，而a和b中的另一个是5-6元芳基部分。
[0224]
在式(iv)的一个实施方案中，a是琥珀酰亚胺基部分。琥珀酰亚胺基部分可以是衍生自马来酰亚氨基官能团的残基并且可在马来酰亚氨基官能团在迪尔斯-阿尔德反应中反应形成环己基部分之后形成。
[0225]
在式(iv)的一个实施方案中，b是苯基部分。苯基部分可以是衍生自苯甲醛官能团的残基并且可在苯甲醛官能团在迪尔斯-阿尔德反应中反应形成环己基部分之后形成。
[0226]
在特定实施方案中，荧光大分子的线性主链中的环己基连接的主链单元可具有式(v)的结构：
[0227][0228]
其中：
[0229]
r4是oh，
[0230]
r5选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-c
22
烷氧基，
[0231]
r6和r7各自独立地选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-c
22
烷氧基，或
[0232]
r6和r7一起形成任选取代的4至8元环烷基或杂环烷基环；或
[0233]
r6和r7之一形成与苯基环稠合的任选取代的6至9元环烷基或杂环烷基环。
[0234]
式(v)的结构可视为四氢-1h-苯并[f]异吲哚-1,3(2h)-二酮基团，并且可在线性、序列定义的主链中形成重复的结构主链单元。
[0235]
在一些特定实施方案中，荧光大分子的线性主链中的环己基连接的主链单元可具有式(va)的结构：
[0236][0237]
其中：
[0238]
r4是oh，
[0239]
r5选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-c
22
烷氧基，
[0240]
x1选自o和nh；并且
[0241]
t是1至4范围内的整数。
[0242]
在一些特定实施方案中，荧光大分子的线性主链中的环己基连接的主链单元可具有式(vb)的结构：
[0243][0244]
其中：
[0245]
r4是oh，
[0246]
r5选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-22
烷氧基，
[0247]
x2选自o和nh；
[0248]
r8是羰基(＝o)；并且
[0249]
s是0至3范围内的整数。
[0250]
为避免任何疑问，当结构vb中的s＝0时，相关环旨在代表5元环。
[0251]
如本文所讨论的，线性主链的环己基连接的主链单元可衍生自具有提供二烯的第一官能团和提供亲二烯体的第二官能团的异双官能单体。
[0252]
在一种形式中，线性主链的主链单元可衍生自具有提供亲二烯体的马来酰亚氨基官能团和在被光照射时可转化为邻喹二甲烷(二烯)部分的邻甲基苯甲醛官能团的异双官能单体。
[0253]
在一个实施方案中，可用于形成本发明的大分子的异双官能单体可包含荧光团部分。此类含荧光团的单体在本文中可以描述为“荧光团异双官能单体”。荧光团异双官能单体可与其他异双官能单体共价反应和聚合以形成本发明的荧光大分子。荧光团异双功能单
体被掺入到荧光大分子的线性主链中以提供荧光团主链单元。
[0254]
在另一方面，本发明提供了一种式(x)的荧光团异双官能单体：
[0255][0256]
其中：
[0257]
z选自o、n和s(优选o或s)；
[0258]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0259]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0260]
f1是荧光团。
[0261]
在一组实施方案中，式(x)的荧光团异双官能单体可具有式(xa)的结构：
[0262][0263]
其中：
[0264]
f1是荧光团部分；
[0265]
x是o或nh；
[0266]
n是在0至4范围内的整数；
[0267]
式(x)的荧光团异双官能单体的一些具体实例包括以下：
[0268][0269]
在另一方面，本发明提供了一种式(xi)的荧光团异双官能单体：
[0270][0271]
其中：
[0272]
z选自o、n和s(优选o或s)；
[0273]
x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
[0274]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0275]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且
[0276]
f1是荧光团。
[0277]
式(xi)的荧光团异双官能单体的一些具体实例包括以下：
[0278][0279]
在另一方面，本发明提供了一种式(xii)的荧光团异双官能单体：
[0280][0281]
其中：
[0282]
y选自or9、nr9r
10
、sr9、s(o)r9和s(o2)r9；
[0283]
r9和r
10
可各自独立地选自h、包含一个或多个选自o、n和s的杂原子的任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
脂族基团、任选取代的c6至c
12
环烷基或稠合的多环烷基、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基；
[0284]
x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
[0285]
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；
[0286]
l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
16
脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含选自杂原子和二价官能团的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；或
[0287]
l2是与苯基环和f1稠合的杂环烷基；并且
[0288]
f1是荧光团。
[0289]
式(xii)的荧光团异双官能单体的一些具体实例包括以下：
[0290][0291]
式(x)、(xi)和(xii)的单体可用于形成荧光大分子的线性、序列定义的主链，并且可提供线性主链中的荧光团主链单元。
[0292]
本文所述的异双官能单体可使用本领域技术人员已知的常规化学程序和技术来制备。用于合成单体的说明性程序描述于本文所提供的实施例中。
[0293]
本发明能够使用涉及荧光团官能化单体的光化学驱动的迭代指数增长(ieg)策略来形成荧光大分子库。
[0294]
本发明的荧光大分子包含线性、序列定义的主链，所述主链包含以预定序列排列以编码信息的多个主链单元。主链单元的预定序列包含多个荧光团主链单元与至少一个非荧光团主链单元组合，优选与多个非荧光团主链单元组合。在一个优选方案中，线性主链包含至少一对荧光团主链单元。
[0295]
在一个实施方案中，可提供根据本文所述的任何实施方案的荧光大分子，其中所述主链包含以预定序列排列以编码信息的主链单元，主链单元的所述序列包含至少一个非荧光团主链单元，以及多个荧光团主链单元，其中所述多个荧光团主链单元任选地包含一对荧光团主链单元。
[0296]
非荧光团主链单元优选衍生自非荧光团异双官能单体，而荧光团主链单元优选衍生自荧光团异双官能单体。本文描述了非荧光团和荧光团异双官能单体的实例。为了便于参考，荧光团异双功能单体在本文中可表示为“m
1”，而非荧光团异双功能单体可表示为“m
0”。
[0297]
衍生自荧光团单体(m1)的荧光团主链单元在本文中也可表示为数字“1”以指示荧光团的存在。同时，衍生自非荧光团单体(m0)的非荧光团主链单元可用数字“0”表示，指示不存在荧光团。应当理解，用于表示非荧光团或荧光团主链单元(即“0”或“1”)的数字仅出于说明目的，而非限制性的。
[0298]
在一个实施方案中，荧光大分子包含一对荧光团主链单元，其提供大分子中的荧光团对。荧光团对可用数字序列“11”表示，其指示两个彼此相邻的荧光团。可提供“11”序列的荧光团对的一个实例在下文示出。
[0299][0300]
应当理解，荧光大分子可包含其他荧光团对，包括不同的荧光团和/或使用不同的连接基团将荧光团连接到线性主链上。
[0301]
荧光团主链单元和非荧光团主链单元可组合并以任何选定的顺序排列，以产生所需的荧光团序列。例如，荧光大分子中的一组4个主链单元(即四聚体)可能具有如下荧光团序列：0001、1100、0111、1111、0101、1010、1110、0110和1001。
[0302]
例如，具有1000和1010序列的四聚体示于图3中。在图3中示出的序列中，序列中的荧光团(表示为“1”)不是荧光团对的一部分，也不与另一个荧光团相邻。此类荧光团可被认为是荧光团序列中的单个荧光团，并且当被光照射时可发射与荧光团对不同的最大波长和/或不同强度的荧光。由荧光团序列内的单个荧光团发射的荧光在本文中可描述为“单体荧光”。
[0303]
在另一个实例中，具有1100序列的四聚体示于图4中。图4中示出的序列包含一个荧光团对(表示为“11”)。在一个优选方案中，荧光团对可发射准分子荧光。
[0304]
技术人员应理解具有多种不同荧光团组合的荧光团序列是可能的。荧光团序列中可能的荧光团组合的数目可能取决于线性、序列定义的主链的长度，以及连接到线性主链上的荧光团的类型和数量。
[0305]
可通过将个别单体单元或单体单元的嵌段(即预形成的低聚物)连续添加到增长的主链中来获得所需的荧光团序列。本发明通过选择何时将荧光团单体添加到主链中，能够将荧光团主链单元掺入线性主链中的精确位置处。
[0306]
通过选择何时将荧光团和非荧光团单体(m1和m0单体)添加到增长的主链中，可构
建具有所需荧光团顺序的荧光团序列。这是由于通过使用用于合成大分子的高效和选择性反应来控制荧光团引入大分子的能力。因此，通过控制单体添加到线性主链中，可在分子水平上将信息的编码工程改造到大分子中。
[0307]
本发明的荧光大分子在被光照射时发射荧光。在一组实施方案中，荧光大分子可用紫外(uv)或可见光照射。
[0308]
可用于照射荧光大分子的光可获自宽带光源。可选地，可用于照射荧光大分子的光可以是用led和/或滤光片产生的单色光。
[0309]
照射后，荧光大分子由于连接到大分子线性主链上的荧光团的激发而发射荧光。可光学检测发射的荧光。发射的荧光可用rgb芯片检测为rgb(红、绿、蓝)数据。然后可使用rgb响应度曲线将rgb原始数据转换为光谱数据。
[0310]
常规设备和技术可用于光学检测由荧光大分子发射的荧光以及用于构建荧光光谱。例如，可使用光学扫描仪来检测发射的荧光。
[0311]
有利地，使用光学方法分析荧光团序列能够实现更快、更简单和更普遍适用的方法来阐明荧光团序列并因此阐明荧光大分子的结构。
[0312]
荧光团序列内的不同荧光团可能具有不同的局部电子环境，这会影响最大荧光发生的波长以及发射荧光的强度。例如，可在荧光光谱中区分单体荧光与准分子荧光，因为准分子荧光可能出现在比单体荧光更长的波长处。单体荧光和准分子荧光的实例在图5中说明。
[0313]
因此，荧光光谱的分布或形状可反映荧光团周围的环境，并且因此可提供关于荧光团在特定荧光团序列内的相对位置的信息。因此，荧光光谱的分布可充当荧光大分子中荧光团序列的“指纹”。这种指纹反映了荧光团沿荧光大分子线性主链的分布和顺序。
[0314]
荧光团序列提供了独特的荧光发射光谱。可检查和解释光谱以揭示构成光谱的潜在峰。可对光谱进行解卷积以区分构成光谱分布的个别峰。可分析从解卷积光谱中鉴定的选定的个别特征峰，并且然后与含有来自已知参考荧光团序列的光谱分配的数据库进行比较。峰比较和数据库匹配允许确定来自给定样品的荧光团序列。因此，荧光团序列的确定可使由大分子编码的信息能够被破译和读取。
[0315]
在另一方面，本发明提供了一种用于编码和检索信息的方法，其包括以下步骤：
[0316]
提供根据本文所述的任一实施方案的荧光大分子，所述大分子具有与其连接的荧光团的预定序列以编码信息；
[0317]
用光照射荧光大分子以获得荧光发射光谱；以及
[0318]
分析荧光发射光谱以确定荧光团的序列并检索编码的信息。
[0319]
在使用中，本发明的荧光大分子可掺入到组合物中。因此，在另一方面，本发明提供了一种组合物，其包含本文所述的任一实施方案的荧光大分子。所述组合物可以是任何合适的形式，包括液体和固体组合物。在一些实施方案中，组合物可以是涂覆组合物或聚合物组合物。荧光大分子可以相对低的量存在于组合物中，诸如约10-6
至10-8
mol/cm3的量。除荧光大分子之外，所述组合物还可任选地包含其他组分。
[0320]
可检测由包含荧光大分子的组合物发射的荧光。在一个优选方案中，发射的荧光与组合物中荧光大分子的浓度无关。
[0321]
在一个实施方案中，可将包含荧光大分子的组合物应用到或涂覆到制品上。例如，
可将荧光大分子掺入应用到制品表面的涂覆组合物中。
[0322]
在另一个实施方案中，可使包含荧光大分子的组合物形成制品。例如，可将荧光大分子掺入散装材料中，然后由包含荧光大分子的散装材料形成制品。以所述方式，荧光大分子被掺入到制品的结构中。荧光大分子可与散装材料诸如例如散装聚合物材料共混以形成合适的组合物。
[0323]
当荧光大分子被掺入制品中时，由大分子提供的荧光光谱分布可用于鉴别制品，并且从而降低消费者接触假冒制品的可能性。荧光大分子发射的荧光是一种独特的标识符，可使用光学方法检测。在此应用中，可对荧光光谱进行解卷积以鉴定光谱中的特征峰。可将解卷积的峰与验证码进行比较以验证制品。因此，制品中荧光大分子的存在能够区分真品与非真品产品和制品。
[0324]
在另一方面，本发明提供了一种用于确定制品真伪的方法，所述方法包括以下步骤：
[0325]
提供包含根据本文所述的任一实施方案的荧光大分子的制品，所述大分子具有与其连接的荧光团的预定序列以编码信息；
[0326]
用光照射制品以获得荧光发射光谱；
[0327]
分析荧光发射光谱以确定荧光团的序列并检索编码的信息；以及
[0328]
将检索到的信息与验证码进行比较以验证制品。
[0329]
用于验证制品的方法的一个实例示于图6中。如图6中所见，具有已知和预定荧光团光谱的荧光大分子可以低浓度(10-6
至10-8
mol/cm-3
)与散装材料诸如涂覆组合物共混。然后可由制造商将涂覆组合物应用到制品上(步骤1)。涂层制品可进入消费市场。当消费者或最终用户希望确定制品是否为真品时，可用光(例如使用来自智能手机相机的光)照射涂层制品。涂层制品的照射导致荧光大分子中的荧光团被激发并发射荧光。可使用rgb芯片将发射的荧光作为原始rgb数据进行检测和测量(步骤2)。然后将原始rgb数据转换为rgb光谱(步骤3)。rgb光谱具有特征分布，其由对应于大分子荧光团序列内不同荧光团表现出的不同荧光最大值的个别峰确定。可对光谱进行解卷积以鉴定构成光谱的特征峰(步骤4)。可分析解卷积峰，并与由已知的参考荧光团序列表现出的参考峰进行比较(步骤5)。参考荧光团序列可代表验证码，样品荧光团序列可以与所述验证码进行比较。如果样品荧光团序列与参考荧光团序列匹配，则可验证制品。
[0330]
现在将参考以下实施例来描述本发明。然而，应当理解，这些实施例是通过说明本发明而提供的，并且它们决不限制本发明的范围。
[0331]
实施例
[0332]
化学品和材料：
[0333]
如果没有另外说明，则化学品不经进一步纯化按原样使用：(环氧乙烷-2-基甲基)氨基甲酸叔丁酯(97％，sigma-aldrich)、2-羟基-6-甲基苯甲醛(根据文献程序合成，参考angew.chem.int.ed.2013,52(2),762-766)、2-叔丁基亚氨基-2-二乙基氨基-1,3-二甲基-全氢-1,3,2-二氮杂膦(bemp，纯度98.0％，sigma-aldrich)、原甲酸三甲酯(tmof，99.8％，merck)、对甲苯磺酸一水合物(tsoh，99.6％，merck)、3a,4,7,7a-四氢-1h-4,7-环氧异吲哚-1,3(2h)-二酮(fmalh，根据文献程序合成，参考chem.mater.2008,20(18),5859-5868)、偶氮二甲酸二异丙酯(diad，97％ merck)、三苯膦(pph3，99％ chem-supply)、三乙胺(tea，
99％，chem-supply)、1-羟基苯并三唑(hobt，99,5％，merck)、正丙胺(99％，sigma-aldrich)、n,n-二异丙基乙胺(dipea，99.5％ sigma-aldrich)、硫酸钠(99.5％，chem-supply)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf，无水99.8％，sigma-aldrich)、三氟乙酸(tfa，99％，alfa aesar)、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(edc，98％，sigma-aldrich)、乙腈(hplc级，fisher)、二甲基亚砜(dmso，无水99.9％，sigma-aldrich)、甲醇(分析试剂，ajax finechem)、thf(分析试剂，fisher)、氯仿(分析试剂，fisher)、环己烷(ch，分析试剂，ajax finechem)、乙酸乙酯(ee，分析试剂，fisher)、二氯甲烷(dcm，分析试剂，fisher)、乙腈-d3(99.8％d，cambridge isotope laboratories)、氯仿-d(99.8％d，cambridge isotope laboratories)、二甲基亚砜-d6(99.9％d，cambridge isotope laboratories)。
[0334]
仪器
[0335]
bruker 600mhz nmr
[0336]1h和
13
c光谱记录在bruker system 600ascend lh上，其配备有带z梯度的bbo-probe(5mm)(1h:600.13mhz，
13
c:150.90mhz)。所有测量均在氘代溶剂中进行。化学位移(δ)以百万分率(ppm)为单位并相对于残留溶剂质子进行记录。2测量的耦合常数以赫兹(hz)为单位计算。为了分析光谱，使用软件mestrenova 11.0。共振引用如下：s＝单峰，bs＝宽单峰，d＝双重峰，t＝三重峰，q＝四重峰，quin＝五重峰，dd＝双二重峰和m＝多重峰。共振分配基于cosy、hsqc和hmbc测量。
[0337]
thf-sec测量
[0338]
sec测量在pss security2系统上进行，所述系统由以下组成：pss security脱气机、pss security tcc6000柱温箱(35℃)、pss sdv柱组(8
×
150mm 5μm前置柱，8
×
300mm 5μm分析柱，和)以及agilent 1260 infinity等度泵、agilent 1260 infinity标准自动进样器、agilent 1260 infinity二极管阵列和多波长检测器(a:254nm，b:360nm)、agilent 1260 infinity折射率检测器(35℃)。使用由bht稳定的hplc级thf作为洗脱液，流速为1ml
·
min-1
。窄分散线性聚(甲基丙烯酸甲酯)(202g
·
mol-1
至2.2x106g
·
mol-1
)标准品(pss readycal)用作校准物。所有样品均通过0.22μm ptfe膜过滤器。在pss wingpc unichrom软件(8.2版)中进行分子量和分散度分析。
[0339]
lc-ms测量
[0340]
lc-ms测量在ultimate 3000 uhplc系统(dionex，sunnyvale，ca，usa)上进行，所述系统由泵(lpg 3400sz，自动进样器wps 3000tsl)和温控柱部(tcc 3000)组成。在于40℃下操作的c18 hplc柱(phenomenex luna 5μm，250
×
2.0mm)上进行分离。15min内acn:h2o的梯度为10:90
–
80:20体积/体积(添加剂10mmol l-1
nh4ch3co2)，流速为0.40ml
·
min-1
，用作洗脱溶剂。流以9:1的比分流，其中将90％(0.18ml
·
min-1
)的洗脱液引导通过紫外检测器(vwd 3400，dionex，检测器波长215、254、280、360nm)，并且将10％(0.02ml
·
min-1
)注入电喷雾源。在配备有hesi ii探针的ltq orbitrap elite质谱仪(thermo fisher scientific，san jose，ca，usa)上记录光谱。使用预混合校准溶液(thermo scientific)在m/z范围74-1822校准仪器。分别应用3.5kv的恒定喷射电压、流速5和2的无量纲鞘气和无量纲辅助气体。毛细管温度设置为300℃，s-lens rf水平设置为68，并且辅助气体加热器温度设置为125℃。
(2-甲酰基-3-甲基苯氧基)丙基)氨基甲酸叔丁酯的合成
[0355][0356]
将(3-(2-甲酰基-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基)氨基甲酸叔丁酯(2.10g，6.79mmol，1.00当量)、tmof(原甲酸三甲酯,2.97ml，2.88g，27.15mmol，4.00当量)和tsoh(对甲苯磺酸，93.51mg，0.543mmol)在惰性气氛下溶解在干meoh(15ml)中。之后将混合物在40℃下搅拌过夜。粗产物经由快速柱色谱法(dcm:et3n 95:5体积/体积)纯化。去除挥发物，并以定量产率得到粗(3-(2-(二甲氧基甲基)-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基)氨基甲酸叔丁酯，并且不经进一步纯化即用于下一步骤。
[0357]
将(3-(2-(二甲氧基甲基)-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基)氨基甲酸叔丁酯、fmalh(3a,4,7,7a-四氢-1h-4,7-环氧异吲哚-1,3(2h)-二酮，1.18g，7.13mmol，1.10当量)和pph3(2.06g，10.18mmol，1.50当量)添加到火焰干燥的舒伦克烧瓶中。在惰性气氛下经由注射器加入thf(25ml)并将溶液浸入冰浴中。之后在0℃下于1h内经由注射器加入diad溶液(偶氮二羧酸二异丙酯1.92g，9.50mmol，1.40当量，溶解在10ml干thf中)，将反应物在0℃下再搅拌2h，并且之后在室温下过夜。在减压下去除挥发物，将粗产物溶解在meoh:h2o 99:1体积/体积中并加入0.5ml乙酸。将混合物搅拌4h，之后去除挥发物，并且将粗产物经由快速色谱法(第一梯度ch:ee 10:90-50:50体积/体积，第二梯度dcm:meoh 97:3体积/体积)纯化。得到呈无色结晶物质的产物，2.29g(74％产率)。
[0358]1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.48(s,1h),7.33(t,j＝8.0hz,1h),6.80(d,j＝7.7hz,1h),6.77(d,j＝8.4hz,1h),6.50(s,2h),5.25(d,j＝22.8hz,2h),5.00
–
4.91(m,1h),4.78
–
4.64(m,1h),4.47(t,j＝9.0hz,1h),4.29(dd,j＝9.5,5.6hz,1h),3.64(dt,j＝15.2,7.6hz,1h),3.61
–
3.52(m,1h),2.89
–
2.79(m,2h),2.53(s,3h),1.41(s,9h)。
[0359]
13
c nmr(151mhz,氯仿-d)δ192.09,176.74,176.61,161.65,156.04,142.24,136.66,136.52,134.45,124.82,123.51,110.02,81.36,81.27,79.86,65.42,52.04,47.36,47.34,39.11,28.43,21.54。
[0360]
(步骤3)合成具有与其连接的荧光团的单体的一般程序
[0361]
基)-3-(2-甲酰基-3-甲基苯氧基)丙基)氨基)-3-氧代丙基)硫代)萘-2,3-二羧酸二甲酯
[0371][0372]
使用3-((6,7-双(甲氧基羰基)萘-1-基)硫代)丙酸(f
2-l-cooh)。得到呈淡黄色结晶固体的产物(产率76％)。
[0373]
1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.43(s,1h),8.75(s,1h),8.22(s,1h),7.79(d,j＝8.1hz,1h),7.72(d,j＝7.4hz,1h),7.60
–
7.49(m,1h),7.30(t,j＝7.7hz,1h),6.78(d,j＝7.6hz,1h),6.75(d,j＝8.4hz,1h),6.46(s,2h),6.32(s,1h),5.22(s,1h),5.13(s,1h),4.70(td,j＝8.2,4.1hz,1h),4.41(t,j＝8.8hz,1h),4.29(dd,j＝9.4,5.9hz,1h),3.95(dd,j＝3.4,1.1hz,6h),3.87(dt,j＝14.8,7.6hz,1h),3.68(dt,j＝14.0,5.3hz,1h),3.25(ddt,j＝29.7,13.5,7.1hz,2h),2.88
–
2.78(m,2h),2.52(s,3h),2.45(t,j＝7.1hz,2h)。
[0374]
13c nmr(151mhz,氯仿-d)δ191.87,176.69,176.65*,171.19,168.35,167.96,161.18,142.44,136.48,134.81,134.59*,134.18,133.50,131.10,130.85,129.17,128.83,128.50,128.04,127.37,124.85,123.36,110.09,81.37,65.62,52.96,52.88,51.46,47.38,47.31*,38.14,35.93,30.39,21.30。(标有*的信号是呋喃保护的马来酰亚胺基团分子中旋转势垒的结果。)
[0375]
hrms[m+h]
+
；c
36h35
n2o
10s+
；计算值：687.2007，实测值：687.1990。
[0376]
单体3n-(-2-(-1,3-二氧代-1,3,3a,4,7,7a-六氢-2h-4,7-环氧异吲哚-2-基)-3-(2-甲酰基-3-甲基苯氧基)丙基)-3-(1,3-二氧代-1h-苯并[脱]异喹啉-2(3h)-基)丙酰胺
[0377][0378]
使用3-(1,3-二氧代-1h-苯并[脱]异喹啉-2(3h)-基)丙酸(f
1-l-cooh)。得到呈米色固体的产物(61％产率)。
[0379]
1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.41(s,1h),8.55(dd,j＝7.3,1.1hz,2h),8.17(d,j＝7.6hz,2h),7.71(t,j＝7.7hz,2h),7.31(t,j＝8.0hz,1h),6.77(dd,j＝12.0,8.0hz,2h),6.62(t,j＝6.2hz,1h),6.56
–
6.44(m,2h),5.30(d,j＝1.5hz,1h),5.26(d,j＝1.5hz,1h),4.71(tt,j＝8.2,5.6hz,1h),4.52
–
4.39(m,3h),4.27(dd,j＝9.5,5.6hz,1h),3.87
–
3.71(m,2h),2.96
–
2.78(m,2h),2.65(t,j＝7.6hz,2h),2.51(s,3h)。
[0380]
13c nmr(151mhz,氯仿-d)δ192.00,176.79,176.71*,171.07,164.27,161.36,
142.32,136.60,136.51,134.55,134.21*,131.67,131.47,128.24,127.05,124.76,123.34,122.57,110.12,81.38,81.35*,51.59,47.43,47.39,38.05,36.86,35.00,21.39。(标有*的信号是呋喃保护的马来酰亚胺基团分子中旋转势垒的结果。)
[0381]
hrms：[m+h]
+
；c
34h30
n3o
8+
；计算值：608.2027，实测值：608.2025。
[0382]
实施例2
[0383]
(步骤1)n-(3,4-二甲基-2-硝基苯基)乙酰胺的合成
[0384][0385]
向0℃的16ml乙酸和16ml乙酸酐的3,4-二甲基乙酰苯胺(5g，33.5mmol，1.00当量)混合溶剂的溶液中逐滴添加65％硝酸(3.0ml，43.5mmol，1.3当量)。将所述混合物在室温下搅拌过夜，并且然后倒在碎冰上，用乙酸乙酯萃取。将合并的萃取物用nahco3水溶液和盐水洗涤，干燥，浓缩，并通过快速色谱(硅胶，梯度90:10-50:50乙酸乙酯/己烷体积/体积)纯化以提供n-乙酰基-2-甲基-6-硝基苯胺(5.1g，78.3％产率)。
[0386]1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.29(s,1h),8.53(s,1h),7.97(s,1h),2.34(s,3h),2.28(s,3h),2.27(s,3h)。
[0387]
13
c nmr(151mhz,氯仿-d)δ169.07,147.00,134.31,132.89,132.50,126.04,122.80,25.78,20.67,19.28。
[0388]
(步骤2)n-(3-甲酰基-4-甲基-2-硝基苯基)乙酰胺的合成
[0389][0390]
向n-(3,4-二甲基-2-硝基苯基)乙酰胺(1.60g，7.684mmol，1.00当量)在19.1ml n,n-二甲基甲酰胺中的搅拌溶液中加入n,n-二甲基甲酰胺二甲基缩醛(3.06ml，2.75g，23.05mmol，3.00当量)。将反应混合物在85℃下搅拌72h。通过tlc(ee:ch 1:10体积/体积)和在乙腈-d3中的1h-nmr监测反应。在起始材料完全转化后，将反应混合物冷却至环境温度。在45℃下制备naio4(5.34g，24.97mmol，3.25当量)在h2o(4.7ml)和dmf(4.7ml)中的溶液。使用冰浴快速冷却溶液，并经由注射器快速加入来自前一步骤的反应混合物。之后将所得悬浮液在0℃下搅拌1/2h，并且之后在室温下搅拌3h。然后将混合物用乙酸乙酯稀释，过滤，滤饼用乙酸乙酯洗涤，并且滤液用h2o(3
×
25ml)和盐水溶液(3
×
25ml)洗涤。有机层经na2so4干燥，并在减压下过滤后浓缩。通过快速色谱纯化(硅胶，梯度80:20-30:70乙酸乙酯/己烷体积/体积)提供呈米色固体状的产物(1.70g，87％产率)。
[0391]1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.24(s,1h),10.08(s,1h),9.18(s,1h),8.07(s,1h),2.66(s,3h),2.31(s,3h).
[0392]
13
c nmr(151mhz,氯仿-d)δ191.86,169.14,138.86,138.07,134.75,132.91,128.52,127.64,25.62,19.45。
[0393]
(步骤3)3-氨基-6-甲基-2-硝基苯甲醛的合成
[0394][0395]
将n-(3-甲酰基-4-甲基-2-硝基苯基)乙酰胺(1.70g，7.65mmol，1.00当量)溶解在48ml meoh中并加入25％ hcl(45ml)。使溶液通过氮气脱气30min，并且然后在惰性气氛下将溶液加热至80℃持续12h。之后在减压下去除挥发物，并得到呈橙色结晶针状物的产物(1.38g，99％产率)。
[0396]1h nmr(600mhz,dmso-d6)δ10.14(s,1h),7.89(s,1h),7.48(s,1h),7.41(s,2h),2.46(s,3h)。
[0397]
13
c nmr(151mhz,dmso-d6)δ192.89,144.02,138.96,127.33,124.59,122.97,17.48。
[0398]
(步骤4)3-(2,5-二氧代-2,5-二氢-1h-吡咯-1-基)-6-甲基-2-硝基苯甲醛的合成
[0399][0400]
在火焰干燥的舒伦克管中，将马来酸酐(746.5mg，7.613mmol，1.01当量)溶解在15ml干1,4-二噁烷中。将3-氨基-6-甲基-2-硝基苯甲醛(1.380g，7.61mmol，1.00当量)添加到管中并使溶液通过氮气流脱气15min。之后，将溶液在105℃下加热96h。然后在高真空下去除2/3的二噁烷并加入30ml干乙酸。使溶液通过氮气流脱气15min，并再次在125℃下加热。之后，在高真空下去除乙酸，并且粗产物经由快速色谱(硅胶，梯度dcm:meoh 99:1-90:10体积/体积)纯化。得到呈米色固体的产物(636mg，59％产率)。
[0401]
1h nmr(600mhz,乙腈-d3)δ10.33(s,1h),8.06(s,1h),7.91(s,1h),7.03(s,2h),2.77(s,3h)。
[0402]
13
c nmr(151mhz,乙腈-d3)δ191.55,169.78,144.07,138.67,136.28,132.54,129.91,129.70,123.75,18.75。
[0403]
(步骤5)3-(1,3-二氧代-1,3,3a,4,7,7a-六氢-2h-4,7-环氧异吲哚-2-基)-6-甲基-2-硝基苯甲醛的合成
[0404][0405]
将呋喃(603μl，949mg，5.77mmol，3.00当量)添加到3-(2,5-二氧代-2,5-二氢-1h-吡咯-1-基)-6-甲基-2-硝基苯甲醛(500mg，1.92mmol，1.00当量)在75ml甲苯的溶液中，并且将混合物在80℃下加热18h。之后在减压下去除挥发物，并且粗产物经由快速色谱(硅胶，梯度dcm:meoh 98:2-90:10体积/体积)纯化。得到呈米色结晶固体状的产物(573mg，91％)。
[0406]
1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.31(s,1h),8.04(s,1h),7.82(s,1h),6.59(d,j＝0.9hz,2h),5.52
–
5.33(m,2h),3.11(s,2h),2.79(s,3h)。
[0407]
13
c nmr(151mhz,氯仿-d)δ189.70,174.25,147.22,143.15,136.86,133.32,128.97,123.76,81.49,48.18,19.40。
[0408]
hrms：[m+na]
+
；c
16h12
n2nao
6+
计算值：351.0588，实测值：351.0585。
[0409]
(步骤6)3-(-1,3-二氧代-1,3,3a,4,7,7a-六氢-2h-4,7-环氧异吲哚-2-基)-2-(十二烷基硫基)-6-甲基苯甲醛的合成
[0410][0411]
向干燥的舒伦克圆底烧瓶中装入3-(1,3-二氧代-1,3,3a,4,7,7a-六氢-2h-4,7-环氧异吲哚-2-基)-6-甲基-2-硝基苯甲醛(50mg，0.152mmol，1.00当量)、1-丁基硫醇(16.48mg，19.58μl，0.183mmol，1.20当量)，并在氩气气氛下将混合物溶解在干acn(2.75ml)中。加入三乙胺(38.53mg，53.07μl，0.381mmol，2.50当量)并使反应溶液通过氮气流脱气10min。之后将反应混合物避光加热至55℃保持16h。将反应混合物冷却至环境温度，在减压下去除挥发物，并且最后经由快速柱色谱纯化产物(硅胶，梯度ch:ee 80:20-50:50体积/体积)。得到淡黄色固体的产物(52.1mg，92％)。
[0412]
hrms：[m+h]
+
；c
20h22
no4s
+
计算值：372.1270，实测值：372.1264。
[0413]
nmr光谱反映了导致两组信号的c
ar-n键的旋转势垒。
[0414]
旋转异构体1：
[0415]1h nmr(600mhz,乙腈-d3)δ10.16(s,1h),7.54(s,1h),7.31(d,j＝0.9hz,1h),6.57(t,j＝0.9hz,2h),5.24(t,j＝0.9hz,2h),3.01(s,2h),3.00
–
2.95(m,2h),2.68(s,3h),1.66
–
1.53(m,2h),1.48
–
1.38(m,2h),0.92(t,j＝7.4,3h)。
[0416]
13
c nmr(151mhz,乙腈-d3)δ191.73,176.30,146.15,143.30,137.68,132.35,131.40,130.04,129.56,81.95,49.15,31.89,31.27,22.58,13.84。
[0417]
旋转异构体2：
[0418]1h nmr(600mhz,乙腈-d3)δ10.13(s,1h),7.36(d,j＝0.8hz,1h),7.34(s,1h),6.5kk8(t,j＝1.0hz,2h),5.28(t,j＝0.9hz,2h),3.12(s,2h),3.05
–
3.02(m,2h),2.68(s,3h),1.68
–
1.51(m,2h),1.50
–
1.35(m,2h),0.92(t,j＝7.4,3h)。
[0419]
13
c nmr(151mhz,乙腈-d3)δ191.81,176.38,145.47,143.52,137.62,132.55,131.35,130.31,129.31,82.58,48.71,32.04,31.27,22.56,19.25,13.81。
[0420]
低聚物合成
[0421]
gp 1：将fmal-omba-单体转化为mal-ombac-单体的一般程序
[0422][0423]
将fmal-omba单体(1.00当量)溶解在甲苯(5mg ml-1
)中，通过n2脱气10min并加热至100℃持续16h。之后，去除甲苯，将残余物溶解在meoh(5mg ml-1
)中，加入tmof(8.00当量)和et4nbr3(0.02当量)并将反应混合物搅拌2h。之后将meoh溶液添加到0.1n nahco3与含有
1％diepa(1:2体积/体积)的甲苯的混合物中。分离有机相，水相用含有1％dipea的甲苯第二次萃取，合并的有机相用盐水洗涤并经na2so4干燥。之后过滤悬浮液，将滤液浓缩并在高真空下干燥。残留中间体不经进一步纯化(定量产率)即用于光连接反应。
[0424]
gp 2：fmal-omba-单体与mal-ombac-单体光连接产生fmal-omba-二聚体的一般程序
[0425][0426]
将fmal-omba-单体(1.05当量)和mal-omba-单体(1.00当量)溶解在含有0.1％ dipea(5mmol l-1
)的甲苯:dcm 1:1(体积/体积)中。使溶液通过氮气脱气15min。溶液在光流反应器中照射(pfa管0.004”孔径，1/16”直径，保留时间10-20min，用10w 385nm luminous devices smb-120-uv照射，4cm距离)。通过与1％的于水:meoh 3:97体积/体积中的乙酸一起搅拌去除缩醛保护基。粗产物经由制备型hplc纯化。
[0427]
实施例3
[0428]
(2-(5-(2-(-1,3-二氧代-1,3,3a,4,7,7a-六氢-2h-4,7-环氧异吲哚-2-基)-3)-(2-(芘-1-基)乙酰氨基)丙氧基)-4-羟基-1,3-二氧代-1,3,3a,4,9,9a-六氢-2h-苯并[f]异吲哚-2-基)-3-(2-甲酰基-3-甲基苯氧基)丙基)氨基甲酸叔丁酯的合成
[0429][0430]
在制备型hplc纯化(73:25:2-70:28:2己烷:乙酸乙酯:甲醇体积/体积/体积)之后，采用gp1和gp2得到呈米色固体的产物(82％产率)。
[0431]1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.51(s,1h),8.23
–
8.11(m,5h),8.11
–
8.01(m,3h),7.90(d,j＝7.7hz,1h),7.33(t,j＝8.0hz,1h),6.98(t,j＝8.1hz,1h),6.82
–
6.73(m,3h),6.41(d,j＝8.3hz,1h),6.20
–
6.07(m,2h),5.75
–
5.66(m,1h),5.40(dd,j＝10.1,4.0hz,1h),5.18
–
5.03(m,2h),4.84(d,j＝20.8hz,1h),4.80
–
4.73(m,1h),4.50(qd,j＝9.5,9.0,4.1hz,2h),4.34
–
4.23(m,3h),4.10(t,j＝9.5hz,1h),3.91(dd,j＝9.7,5.1hz,1h),3.77
(ddd,j＝15.0,9.0,6.6hz,1h),3.67
–
3.56(m,2h),3.53(dt,j＝14.3,5.2hz,1h),3.13
–
2.98(m,4h),2.86
–
2.76(m,1h),2.53(s,3h),1.97
–
1.91(m,2h),1.43
–
1.27(m,9h)。
[0432]
13
c nmr(151mhz,氯仿-d)δ192.15,180.18,177.78,176.53,175.89,171.59,161.84,156.15,153.72,142.22,138.29,136.08,135.96,134.43,134.33,131.41,131.24,130.83,129.54,129.50,129.38,128.73,128.69,128.40,127.77,127.57,127.11,126.49,126.01,125.75,125.73,125.61,125.46,125.23,124.76,124.66,123.56,123.10,121.48,110.09,109.74,80.95,80.72,79.55,65.86,65.47,64.08,64.00,60.90,51.60,51.14,51.06,46.70,46.49,46.03,42.20,38.43,37.84,37.44,31.58,30.45,30.34,29.84,28.48,28.47,27.60,21.60,21.58。
[0433]
hrms：[m+h]
+
；c
57h55
n4o
12+
计算值：987.3811，实测值：987.3798。
[0434]
(2-((3ar,4s,7r,7as)-1,3-二氧代-1,3,3a,4,7,7a-六氢-2h-4,7-环氧异吲哚-2-基))-3-((2-(1-(2-甲酰基-3-甲基苯氧基)-3-(2-(芘-1-基)乙酰氨基)丙烷-2-基)-4-羟基-1,3-二氧代-2,3,3a,4,9,9a-六氢-1h-苯并[f]异吲哚-5-基)氧基)丙基)氨基甲酸叔丁酯的合成
[0435][0436]
在制备型hplc纯化(73:25:2-70:28:2己烷:乙酸乙酯:甲醇体积/体积/体积)之后，采用gp1和gp2得到呈米色固体的产物(76％产率)。产物作为内和外-迪尔斯-阿尔德反应的异构体混合物获得，在
13
c-nmr光谱中产生额外的信号。
[0437]
1h nmr(600mhz,氯仿-d)δ10.43(s,1h),8.16(d,j＝7.6hz,1h),8.11(t,j＝6.3hz,3h),7.99(t,j＝7.6hz,1h),7.94(d,j＝7.7hz,1h),7.89(d,j＝8.9hz,1h),7.79(dd,j＝10.7,8.3hz,2h),7.22(t,j＝8.0hz,1h),7.13(t,j＝7.9hz,1h),6.74(d,j＝7.6hz,1h),6.65(dd,j＝14.2,8.4hz,2h),6.50(d,j＝7.6hz,1h),6.40
–
6.34(m,1h),6.26(dd,j＝5.9,1.6hz,1h),6.11(dd,j＝8.1,4.5hz,1h),5.27(d,j＝1.7hz,1h),5.17(d,j＝3.9hz,1h),4.94(s,1h),4.89(s,1h),4.65(tt,j＝9.4,4.6hz,1h),4.58(s,1h),4.42(t,j＝9.1hz,1h),4.30(t,j＝9.4hz,1h),4.20(dd,j＝15.9,5.7hz,3h),4.16
–
4.12(m,1h),3.99(ddd,j＝12.3,7.9,3.8hz,1h),3.66(dd,j＝13.9,7.0hz,1h),3.57(ddd,j＝14.3,10.3,4.5hz,1h),3.49(s,3h),2.85
–
2.71(m,3h),2.66(dd,j＝15.3,9.4hz,1h),2.49(s,3h),2.25(dd,j＝34.3,4.5hz,1h),1.41(s,9h)。
[0438]
13
c nmr(151mhz,氯仿-d)δ191.97,179.91,177.62,176.68,171.47,161.62,156.07,153.72,142.20,137.63,136.47,136.34,134.36,131.33,130.91,129.72,129.57,128.84,128.47,128.26,127.57,127.13,126.26,125.57,125.43,125.12,124.97,124.94,
124.78,124.59,123.52,123.21,121.53,110.05,109.88,81.29,81.09,65.67,64.28,61.01,51.98,51.55,51.05,47.27,47.00,45.60,41.81,39.04,36.88,36.66,28.45,26.79,21.55。
[0439]
hrms：[m+h]
+
；c
57h55
n4o
12+
计算值：987.3811，实测值：987.3789。
[0440]
序列1001、1010、21、11、22、2121、2211的合成
[0441]
使用gp1和gp2得到序列1001、1010、21、11、22、2121、2211。由于产物的复杂性质，没有进行nmr光谱。反而sec和lcms证实了这些分子的成功合成。
[0442][0443]
序列21：hrms：[m+h]
+
；c
69h61
n4o
15s+
计算值：1217.3849，实测值：1217.3805。
[0444]
序列11：hrms：[m+h]
+
；c
70h57
n4o
11+
计算值：1129.4018，实测值：1129.3967。
[0445]
序列22：hrms：[m+h]
+
；c
68h65
n4o
19s2+
计算值：1305.3679，实测值：1305.3629。
[0446]
序列1001：hrms：[m+h]
+
；c
110h105
n8o
23+
计算值：1906.7321，实测值：1906.7382。
[0447]
序列1010：hrms：[m+h]
+
；c
110h105
n8o
23+
计算值：1906.7321，实测值：1906.7447。
[0448]
序列2121：hrms：[m+nh4]
+
；c
134h120
n9o
29s2+
计算值：2383.7661，实测值：2383.7622。
[0449]
序列2211：hrms：[m+h]
+
；c
134h120
n9o
29s2+
计算值：2383.7661，实测值：2383.7723。
[0450]
相应的sec迹线描绘于图7中。
[0451]
从荧光序列定义的大分子中结合并获得光学读出的一般程序
[0452]
1.)将一定量的散装材料与低浓度(10-6
至10-8
mol/cm-3
)的荧光大分子共混；
[0453]
2.)使用宽带光源(或者使用led和滤光片的单色光)用荧光大分子激发散装材料并使用rgb-芯片测量荧光；
[0454]
3.)将rgb-原始数据转换为光谱数据(所用相机的rgb灵敏度曲线或针对参考材料的校准是必要的)；
[0455]
4.)对所述光谱进行解卷积；
[0456]
5.)选择解卷积光谱中的特征性特征并与数据库匹配，所述数据库含有光谱分别对相应荧光团序列或相应荧光团对的分配；
[0457]
6.)对单个序列进行分配。如果序列匹配令人满意，则可成功实现读出。
[0458]
溶液和聚合物基质中序列2121和2211的特征荧光光谱的代表性实例描绘于图8中。在这种情况下，通过将给定荧光大分子在二氯甲烷中的溶液与苯乙烯-丁二烯粘合剂混合来制备固态样品，最终荧光大分子浓度为0.02wt％。将混合物涂在载玻片上并在室温下干燥24h，然后进行荧光测量。对于温度稳定性测试，将这些固态样品加热到6℃持续24h，并且重新获得它们的荧光光谱。
[0459]
应当理解，在不脱离本文概述的本发明的精神的情况下，可进行各种其他修改和/或改变。
技术特征：1.一种荧光大分子，其包含：线性序列定义的主链；和多个以预定顺序连接到所述主链以形成荧光团序列的荧光团，其中所述荧光团序列中的所述荧光团彼此分开一定距离，从而允许相邻荧光团之间相互作用，使得所述大分子在被光照射时发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱，并且其中所述荧光发射光谱具有由所述荧光团序列确定的分布。2.根据权利要求1所述的荧光大分子，其中所述荧光团序列包含至少一个提供准分子、激发复合物或h-二聚体荧光的荧光团对。3.根据权利要求1或权利要求2所述的荧光大分子，其中所述线性、序列定义的主链包含式(i)的荧光团主链单元：其中：代表与将所述主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；z选自o、n和s；l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
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脂族基团、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基的第二接头基团，其中所述脂族基团、芳基或杂芳基任选地包含杂原子和二价官能团中的至少一种，所述杂原子选自o、n和s；并且f1是荧光团。4.根据权利要求1或2所述的荧光大分子，其中所述主链包含式(ii)的荧光团主链单元：其中：代表与将所述主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；z选自o、n和s；x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；
l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
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脂族基团、任选取代的芳基基团和任选取代的杂芳基基团的第二接头基团，其中所述脂族、芳基或杂芳基基团任选地包含以下项中的至少一种：选自o、n和s的杂原子和二价官能团；并且f1是荧光团。5.根据权利要求1或权利要求2所述的荧光大分子，其中所述主链包含式(iii)的荧光团主链单元：其中：代表与将所述主链单元与相邻主链单元偶联的环己基部分的键联；y选自or2、nr2r3、sr2、s(o)r2和s(o2)r2；r2和r3可各自独立地选自h、包含一个或多个选自o、n和s的杂原子的任选取代的饱和或不饱和c
1-c
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脂族基团、任选取代的c6至c
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环烷基或稠合的多环烷基、任选取代的芳基和任选取代的杂芳基；x可不存在或存在，并且当存在时是选自o、n和s的杂原子；l1是第一接头基团，其可不存在或存在并且当存在时，选自任选取代的线性或支链c1至c4饱和或不饱和脂族基团，所述脂族基团任选地包含一个或多个选自o、n和s的杂原子；l2是选自任选取代的饱和或不饱和c1至c
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脂族基团、任选取代的芳基基团和任选取代的杂芳基基团的第二接头基团，其中所述脂族、芳基或杂芳基基团任选地包含以下中的至少一种：选自o、n和s的杂原子，和二价官能团；或l2是与苯基环和f1稠合的杂环烷基基团；并且f1是荧光团。6.根据前述权利要求中任一项所述的荧光大分子，其中所述线性主链包含两种或更多种选自式(i)、(ii)和(iii)的荧光团主链单元的组合。7.根据前述权利要求中任一项所述的荧光大分子，其中所述主链单元衍生自包含马来酰亚氨基官能团和苯甲醛官能团的异双官能单体，并且其中所述马来酰亚氨基官能团和苯甲醛官能团在光照射下相互反应形成将所述主链单元连接在一起的环己基部分。8.根据权利要求3至7中任一项所述的荧光大分子，其中所述环己基连接的主链单元具有式(v)的结构：
其中：r4是oh，r5选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-c
22
烷氧基，r6和r7各自独立地选自氢、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
烷基、任选取代的饱和或不饱和c
1-c
22
杂烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的氨基和任选取代的c
1-c
22
烷氧基，或r6和r7一起形成任选取代的4至8元环烷基或杂环烷基环；或r6和r7之一形成与苯基环稠合的任选取代的6至9元环烷基或杂环烷基环。9.根据前述权利要求中任一项所述的荧光大分子，其中所述荧光团选自任选取代的双环芳基、任选取代的多环芳基和任选取代的芳基杂环基，其中所述任选的取代基选自卤基、线性或支链c
1-22
烷基、线性或支链c
2-20
烯基、线性或支链c
2-20
炔基、c
3-20
环烷基、c
6-14
芳基、c
5-14
杂芳基、n(r1)2、or1、sr1、s(o)r1、s(o2r1)、c(o)r1、c(o2)r1、c(o)nhr1和c(o)n(r1)2，其中r1选自氢原子和任选地包含一个或多个选自n、o和s的杂原子的饱和或不饱和c1至c
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脂族基团、芳基基团，以及具有1至22个碳原子的具有硫醚基团、氨基、烷氧基或烷基基团的杂芳基基团，并且其中取代基基团任选地与所述荧光团稠合。10.根据权利要求1所述的荧光大分子，其中所述荧光团选自以下任选取代的结构中的一种或多种：
其中所述任选的取代基选自卤基、羧基、羟基、c
1-20-烷基、c
2-20-烯基、c
2-20-炔基、c
3-20-环烷基、c
1-20-烷氧基、-nr'r”c
6-14-芳基和c
5-14-杂芳基，其中r'和r”同时或独立地是h或c
1-22
烷基，并且其中r任选地选自任选取代的c
1-22
烷基、任选取代的c
2-20
烯基、任选取代的c
2-20
炔基、任选取代的c
3-20
环烷基、任选取代的c
6-14
芳基和任选取代的c
5-14
杂芳基。11.根据前述权利要求中任一项所述的荧光大分子，其中所述荧光团是式(xv)的任选取代的荧光团：
12.根据前述权利要求中任一项所述的荧光大分子，其中所述主链包含以预定序列排列以编码信息的主链单元，所述主链单元的序列包含至少一个非荧光团主链单元，以及多个荧光团主链单元，其中所述多个荧光团主链单元任选地包含一对荧光团主链单元。13.一种包含如前述权利要求中任一项所述的荧光大分子的制品。14.一种用于编码和检索信息的方法，其包括以下步骤：提供根据权利要求1至12中任一项所述的荧光大分子，所述大分子具有与其连接的荧光团的预定序列以编码信息；用光照射所述荧光大分子以获得荧光发射光谱；以及分析所述荧光发射光谱以确定所述荧光团的序列并检索所编码的信息。15.一种用于确定制品真伪的方法，所述方法包括以下步骤：提供包含根据权利要求1至12中任一项所述的荧光大分子的制品，所述大分子具有与其连接的荧光团的预定序列以编码信息；用光照射所述制品以获得荧光发射光谱；分析所述荧光发射光谱以确定所述荧光团的序列并检索所编码的信息；以及将所检索到的信息与验证码进行比较以验证所述制品。
技术总结一种荧光大分子，其包含：线性序列定义的主链；以及以预定顺序连接到所述主链上以形成荧光团序列的多个荧光团，其中所述荧光团序列中的所述荧光团彼此分开一定距离，从而允许相邻荧光团之间相互作用，使得所述大分子在被光照射时发射多个波长的荧光以形成荧光发射光谱，并且其中所述荧光发射光谱具有由所述荧光团序列确定的分布。团序列确定的分布。团序列确定的分布。
技术研发人员：C
受保护的技术使用者：昆士兰科技大学
技术研发日：2021.04.15
技术公布日：2022/12/2
