一種融合熒光素和羅丹明結(jié)構(gòu)光學(xué)信號(hào)可控的深紅氧雜蒽染料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)傳感成像檢測(cè)技術(shù)中的分子熒光染料的制備，介紹了一種將熒光 素和羅丹明結(jié)構(gòu)融合于一體來(lái)增大染料共輒基團(tuán)，從而調(diào)控染料的吸收和發(fā)射波長(zhǎng)處于深 紅區(qū)域的氧雜蒽染料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，發(fā)展高靈敏度和高選擇性的光學(xué)檢測(cè)方法進(jìn)行生物和環(huán)境中一些重要物 質(zhì)的識(shí)別、檢測(cè)和監(jiān)控已經(jīng)成為化學(xué)傳感器的重要發(fā)展方向。盡管一些常規(guī)檢測(cè)方法如：高 分辨液相色譜、質(zhì)譜、原子吸收光譜、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜、電化學(xué)傳感等方法 已經(jīng)被用于相關(guān)目標(biāo)物的分析，由于這些檢測(cè)方法需要復(fù)雜的儀器，并且具有檢測(cè)步驟繁 瑣、分析檢測(cè)耗時(shí)等缺陷。因此，發(fā)展各類高效、快速和靈敏的檢測(cè)技術(shù)一致是該領(lǐng)域的熱 點(diǎn)。近年來(lái)，以有機(jī)熒光探針為基礎(chǔ)的熒光分析檢測(cè)技術(shù)展現(xiàn)出靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、重現(xiàn) 性好等眾多優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，將一些熒光探針進(jìn)行生物相容性修飾后可獲得具有膜透性好、原位 檢測(cè)等功能的各類具有生物標(biāo)記檢測(cè)性能的熒光探針，當(dāng)與熒光成像技術(shù)相結(jié)合時(shí)，便可 以用于生物體系中目標(biāo)分子的原位、實(shí)時(shí)無(wú)損傷檢測(cè)，并可用于監(jiān)控活細(xì)胞與活體中生物 分子及其生物過(guò)程。因此，以分子熒光探針為基礎(chǔ)的各類熒光分析檢測(cè)技術(shù)日益成為現(xiàn)代 生命科學(xué)及疾病診斷等領(lǐng)域不可缺少的研究手段；同時(shí)，分子熒光探針的設(shè)計(jì)、合成及其生 物成像應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)前跨學(xué)科的前沿交叉研究領(lǐng)域。
[0003] 迄今為止，已有各種具有不同激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)的熒光染料如氧雜蒽、香豆素、芘、 1，8-萘二甲酰亞胺、花菁、氟硼螢等已經(jīng)被廣泛的用于化學(xué)傳感器的熒光信號(hào)基團(tuán)。這 些傳統(tǒng)染料均在識(shí)別與標(biāo)記領(lǐng)域中得到一定的應(yīng)用，其光譜性質(zhì)也具有一定的優(yōu)勢(shì)。但 是上述染料中，除花菁染料等少部分染料之外，其余染料其最大吸收和發(fā)射波長(zhǎng)均處于紫 外-可見(jiàn)區(qū)域，不能達(dá)到深紅或者近紅外波段，不能很好的滿足生物分子檢測(cè)中對(duì)熒光染 料的吸收和熒光發(fā)射波長(zhǎng)的要求。就花菁染料而言，雖然通過(guò)改變其甲川鏈的長(zhǎng)度可以將 其吸收和發(fā)射波長(zhǎng)調(diào)控至深紅以及近紅外區(qū)域，但普遍具有量子效率低、抗光漂白能力差 等缺陷，從而限制了其在生物分子檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用。因此設(shè)計(jì)各類具有吸收和熒光發(fā)射 波長(zhǎng)處于深紅、近紅外區(qū)域以及具有抗光漂白能力強(qiáng)等性能的熒光染料一直是新染料開發(fā) 和熒光探針設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種新的吸收和發(fā)射波長(zhǎng)處于深紅區(qū)域，并且具有熒光可 控的氧雜蒽類染料的制備方法，該熒光染料合成產(chǎn)率高，外界環(huán)境可以控制染料的熒光開 啟和關(guān)閉，具有熒光可控性。同時(shí)氧雜蒽的螺環(huán)內(nèi)酯的羧基位置能夠很容易被修飾成生物 相關(guān)的不蹤物。
[0005] 氧雜蒽類染料具有摩爾吸光系數(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性好、生物相容性好 等優(yōu)勢(shì)，常被用于測(cè)定量子效率的基準(zhǔn)物質(zhì)，但是這兩種染料的吸收和發(fā)射波長(zhǎng)較短，為了 提高染料的吸收和發(fā)射波長(zhǎng)，我們通過(guò)融合熒光素和羅丹明基團(tuán)于一體來(lái)增大染料的共輒 程度，并增大染料的吸收和發(fā)射波長(zhǎng)，從而設(shè)id種量子產(chǎn)率尚、吸收和發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)的雙氧 雜蒽雜化熒光染料。同時(shí)，可利用這種新型雙氧雜蒽染料的羧酸螺環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)不同環(huán)境條件 (如PH、溫度、質(zhì)子性溶劑等）的響應(yīng)，產(chǎn)生螺環(huán)開啟或者關(guān)閉所導(dǎo)致的染料共輒體系的改 變引起光學(xué)信號(hào)變化的特性來(lái)進(jìn)行各類熒光探針設(shè)計(jì)。如PH可以控制染料的光學(xué)信號(hào)：在 強(qiáng)酸性條件下，染料螺環(huán)以羧酸（-COOH)形式存在，染料結(jié)構(gòu)以共輒形式存在，因此具有光 學(xué)信號(hào)；中性條件下，螺環(huán)以內(nèi)酯形式存在，共輒體系阻斷，從而關(guān)閉染料光學(xué)信號(hào)；堿性 條件下，螺環(huán)以羧酸根負(fù)離子（-COO )形式存在，染料共輒程度達(dá)到最大，從而光學(xué)信號(hào)開 啟。
[0006] 本發(fā)明所提供的熒光染料化合物，其結(jié)構(gòu)通式如下式所示。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0009] -種融合熒光素和羅丹明結(jié)構(gòu)光學(xué)信號(hào)可控的深紅氧雜蒽染料的制備方法，詳細(xì) 步驟如下：
[0010] 1)將2-(2, 4-二羥基苯甲酰）苯甲酸和1，5-二羥基萘在甲磺酸中加熱攪拌，加熱 溫度為85-95 °C，反應(yīng)時(shí)間6-8h，冷卻后得產(chǎn)物溶液。
[0011] 2)將步驟1)所得反應(yīng)液中加水后，用碳酸氫化鈉中和，熱的乙酸乙酯萃取，收集 有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾，用二氯甲烷和乙醇進(jìn)行柱層析分離，即得到中間產(chǎn)物1。
[0012] 3)中間產(chǎn)物1和2-(4-二乙氨基-2-羥基苯甲?；┍郊姿嵊跐饬蛩嶂屑訜釘?拌，加熱溫度為83°C，反應(yīng)時(shí)間6h，冷卻后得產(chǎn)物溶液。
[0013] 4)將步驟3)所得反應(yīng)液中加水后，用碳酸氫化鈉中和，二氯甲烷萃取，收集有機(jī) 相并用無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾，用二氯甲烷和乙醇進(jìn)行柱層析分離，得到目標(biāo)產(chǎn)物2,即本發(fā) 明染料最終產(chǎn)品。
[0014] 進(jìn)一步的，步驟1)中所述2-(2, 4-二羥基苯甲酰）苯甲酸和1，5-二羥基萘的摩 爾比為1:1. 3,二者的總重量與溶劑甲磺酸的重量比為1:2-5。
[0015] 進(jìn)一步的，步驟3)中所述中間產(chǎn)物1和2-(4-二乙氨基-2-羥基苯甲酰基）苯
[0016] 甲酸的摩爾比為1:1. 2。
[0017] 進(jìn)一步的，步驟3)中所述中間產(chǎn)物1和2-(4-二乙氨基-2-羥基苯甲?；┍郊?酸的總重量與溶劑濃硫酸的重量比為1:2-5。
[0018] 進(jìn)一步的，步驟4)中所述中和時(shí)加入水的體積與反應(yīng)液的體積比是10-14:1。
[0019] 本發(fā)明提供的熒光化合物2在多數(shù)有機(jī)溶劑中以螺環(huán)內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在，但對(duì) 酸較敏感?；衔?在不同溶劑中的光物理性質(zhì)如表1所示。
[0020] 表1化合物2在不同溶劑中的光物理性質(zhì)
[0022] 注：a: "-TFA" 不加 TFA ;b: "+TFA" 加 1% TFA ;c: "一" 吸收值為負(fù)數(shù)。
[0023] 控制染料介質(zhì)的pH可以控制染料的光學(xué)信號(hào)。如下式所示，于酸性介質(zhì)下，染 料2的雙螺環(huán)以雙羧酸a形式存在，于529nm和和573nm處分別呈現(xiàn)最大吸收峰；在中性 溶劑介質(zhì)中，雙螺環(huán)以內(nèi)酯的關(guān)環(huán)b形式存在，吸收強(qiáng)度很弱；在強(qiáng)堿性條件下，染料螺環(huán) 內(nèi)酯開啟，以雙羧酸負(fù)離子c形式存在，共輒程度達(dá)到最大，最大吸收峰分別位于557nm和 605nm〇
[0024]
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0026] 本發(fā)明設(shè)計(jì)并合成了一種新型氧雜蒽染料，該染料將融合傳統(tǒng)染料熒光素和羅丹 明于一體，形成具有雙螺環(huán)的六元環(huán)稠合體系。染料的吸收和發(fā)射波長(zhǎng)處于深紅區(qū)域，從而 具備能夠用于生物熒光標(biāo)記成像的可能性。同時(shí)染料的光學(xué)信號(hào)具有可控性，染料的雙螺 環(huán)結(jié)構(gòu)可以在螺環(huán)內(nèi)酯和開環(huán)羧酸以及羧酸負(fù)離子之間轉(zhuǎn)換，通過(guò)螺環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，調(diào)控整 個(gè)分子結(jié)構(gòu)中熒光團(tuán)氧雜蒽環(huán)共輒體系（醌式體系形成或消失），拓展其吸收和發(fā)射波長(zhǎng)， 使光學(xué)信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)變化。同時(shí)所設(shè)計(jì)的氧雜蒽染料螺環(huán)內(nèi)酯的羧基位置能夠很容易 被修飾，從而得到可用于細(xì)胞標(biāo)記成像的熒光探針。 【【附圖說(shuō)明】】
[0027] 圖1是本發(fā)明的熒光染料化合物2的結(jié)構(gòu)式；
[0028] 圖2是化合物2在不同pH水溶液中的紫外吸收光譜圖；
[0029] 圖3是化合物2在不同pH水溶液中的熒光發(fā)射光譜圖；
[0030] 圖4是化合物2在二氯甲烷溶劑中逐漸滴加 TFA的紫外吸收光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ] 實(shí)施例1、中間體產(chǎn)物1的制備，具體方法如下：
[0032] 氧雜蒽中間產(chǎn)物1的制備步驟如下：
[0034] 1)將2-(2, 4-二羥基苯甲酰）苯甲酸（0· 492g，2mmol)和1，5-二羥基萘 (0. 427g，2. 6mmol)加入5mL甲磺酸中攪拌，85°C油浴加熱反應(yīng)6-8h，冷卻后得產(chǎn)物溶液。
[0035] 2)將上步所得反應(yīng)液中加入60mL水中，加適量~&!10)3固體中和反應(yīng)液，熱的乙 酸乙酯萃取收集有機(jī)相，并用無(wú)水Na 2SO4干燥，過(guò)濾，所得固體粗產(chǎn)物用二氯甲烷和乙醇過(guò) 硅膠色譜柱進(jìn)行柱層析分離，得到中間產(chǎn)物1，粉白色固體粉末〇.471g，產(chǎn)率62%。熔點(diǎn)： 25