一种含噻吩基团的苯并吲哚盐染料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一类式(1)所示的具有较强表面增强拉曼散射(SERS)效应的含噻吩基团的苯并吲哚盐染料及其合成制备方法和应用。该苯并吲哚盐的阳离子为D-π-A结构，分别以二烷基胺基为电子给体，含氮杂环苯并吲哚阳离子为电子受体，噻吩乙烯基为共轭桥。此类结构的染料分子可与纳米金或银颗粒复合形成SERS标记物，用于表面增强拉曼光谱检测，SERS强度高，反应灵敏；调控分子共轭链长度可使染料吸收波长可控，此类SERS染料分子有望在生物医学光谱检测中得到应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机材料、拉曼光谱分析领域，具体涉及一类含噻吩基团的苯并吲哚盐染料及其制备方法和用途。
技术介绍
高速发展的SERS技术极大地提高了拉曼光谱检测的灵敏度，能克服拉曼光谱强度方面的先天不足，再加上拉曼光谱可提供丰富结构信息的优势使得SERS技术在生化分析研究领域逐渐成为一个重要的研究手段。SERS探针技术是新兴的用于免疫、DNA和细胞细菌检测的方法。Nie小组(Qian X,Peng X,Nie S,et al.Nature Biotechnology,2008,26(1):83-90)设计了一种巯基化PEG包埋的金纳米颗粒SERS标记物(参见附图1)，将其称为第三代SERS标记物，其主要由粒径为60nm的纳米金、拉曼活性分子和巯基化PEG三部分组成。SERS染料(拉曼活性分子)是其重要的组成部分，开发兼具大SERS效应和最大吸收波长在生物光学范围的SERS染料具有重要意义。在红外630nm至785nm区域，生物体内的天然的发色团和水的吸收最小，被称为生物医学光谱窗口。噻吩是优良的共轭连接基团，相比结构类似的含有苯环的分子，含噻吩环的分子的最大吸收波长更大，更容易得到吸收在生物医学光谱窗口区域的新材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一类含噻吩基团的D-π-A型苯并吲哚盐染料及其制备方法和用途。产物是有机离子型化合物，具有较好的水溶性；通过改变噻吩基共轭链长度改变染料分子的吸收波长，使得生物体内天然的发色团和水对吸收波长影响较小；同时，产物的SERS强度随其浓度的变化较灵敏，有望在SERS标记物中得到应用。一种含噻吩基团的苯并吲哚盐染料，其特征是利用双键将苯并吲哚盐与不同的噻吩基团相连，并作为二者之间电荷转移的通道，形成D-π-A结构的SERS染料化合物。(1)为含噻吩基团的苯并吲哚盐的结构通式：其中R1，R2和R3各自独立地为C1-C4直链或支链烷基，优选C1-C2烷基，更优选均为甲基；X为F、Cl、Br或I，优选为Br或I，更优选I；n为2-5的整数，优选为2或3。最优选地，所述含噻吩基团的苯并吲哚盐为如下化合物：根据本专利技术的另一方面，提供了一种所述含噻吩基团的苯并吲哚盐的制备方法，该方法如下所示：具体包括如下步骤：(1)末端5位分别以溴和甲醛为取代基的n联噻吩和二烷基胺水溶液回流反应生成以末端5位二烷基胺基和甲醛为取代基的n联噻吩；(2)苯并吲哚与卤代烷在乙醇中回流反应生成苯并吲哚盐；(3)末端5位分别以二烷基胺基和甲醛为取代基的n联噻吩与苯并吲哚盐反应生成所述的含噻吩基团的苯并吲哚盐。更具体地包括如下步骤：(1)末端5位分别以二烷基胺基和甲醛为取代基的n联噻吩的合成：在圆底烧瓶中以1:4的摩尔比加入末端5位分别以溴和甲醛为取代基的n联噻吩和二烷基胺水溶液，在催化剂(例如4-甲基苯磺酸、双三苯基膦氯化镍等)作用下加热反应，反应过程中点板追踪反应进程。二烷基胺等有机胺易挥发，每隔6小时补充一定量的二烷基胺水溶液，直到原料(末端5位分别以溴和甲醛为取代基的n联噻吩)反应完全。反应结束后利用柱层析的方法获得目标产物；(2)苯并吲哚盐的合成：在圆底烧瓶中以1:1的摩尔比加入卤代烷和1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚，并加入适量无水乙醇，加热回流6小时，冷却至室温，过滤出固体，真空干燥，最后得到淡蓝色苯并吲哚盐；(3)联噻吩苯并吲哚盐的合成：将末端5位分别以二烷基胺基和甲醛为取代基的n联噻吩和苯并吲哚盐以1.1:1的摩尔比加入到无水乙醇中，滴加2～3滴哌啶作为催化剂，85℃回流反应12小时；反应结束后冷却至室温，旋蒸除去大部分溶剂。然后倒入乙醚中沉析，过滤得到粗产物，通过柱层析的方法分离提纯，得目标产物。根据本专利技术的另一方面，提供了所述含噻吩基团的苯并吲哚盐在表面增强拉曼散射光谱分析中作为SERS标记物的拉曼活性分子的应用。首先测试染料分子在水溶液中的最大吸收波长，然后对染料分子进行表面增强拉曼散射强度测试。所得的染料分子在表面增强拉曼散射强度测试中均表现出一定的表面增强拉曼活性，其中联噻吩苯并吲哚碘盐在浓度很小时就有较强的响应，而且随着浓度的增加迅速增大，反应灵敏，其SERS信号强度比效果良好的商用标签染料QSY(3,6-二(2,3-二氢-1H-吲哚-1-基)-9-[2-[[4-[[(2,5-二氧代-1-吡咯烷基)氧]羰基]-1-哌啶基]磺酰基]苯基]-氯化呫吨鎓(Xanthylium,3,6-bis(2,3-dihydro-1H-indol-1-yl)-9-[2-[[4-[[(2,5-dioxo-1-pyrrolidinyl)oxy]car bonyl]-1-piperidinyl]sulfonyl]phenyl]-,chloride))大10倍以上。总之，本专利技术的主要优势在于：利用简单的液相反应制备了D-π-A型染料，节约了成本；具有易于制备，原材料成本低廉，表面增强拉曼强度灵敏等优点。通过噻吩共轭链长度的改变，实现了材料的近红外吸收的调整，增加了材料吸收波长的可控性，有助于在生物医学检测方面的应用。附图说明图1显示了现有技术中的一种巯基化PEG包埋的金纳米颗粒SERS标记物。图2是实施例1中含联噻吩基团的苯并吲哚碘盐在水溶液中的紫外-可见吸收光谱。图3是实施例1中含联噻吩基团的苯并吲哚碘盐在水溶液中的表面增强拉曼强度对溶液浓度的谱图。图4是实施例1中联噻吩苯并吲哚碘盐与效果良好的商用标签染料QSY在同样实验条件下的表面增强拉曼效果比较。图5是实施例2中含三联噻吩基团的苯并吲哚碘盐的在水溶液中的紫外-可见吸收光谱。图6是实施例2中含三联噻吩基团的苯并吲哚碘盐在水溶液中的表面增强拉曼强度对溶液浓度的谱图。图7为联噻吩苯并吲哚盐在癌细胞检测方面的应用示例。图8为含噻吩基团的苯并吲哚盐染料的结构通式。具体实施方案下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明，但本专利技术不限于此。在本专利技术具体实施方式中所用的原料和试剂均为普通的市售获得。采用JASCO V-570型紫外光谱仪对染料分子的紫外吸收光谱进行测定，波长范围为400～800nm；采用Bruker DMX-500型核磁共振谱仪对中间体和产物的化学结构进行表征，溶剂为CDCl3或DMSO；采用DeltaNu NIR拉曼光谱仪对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含噻吩基团的苯并吲哚盐染料，其特征在于该苯并吲哚盐染料结构通式为(1)所示：其中R1，R2和R3各自独立地为C1‑C4直链或支链烷基，X为F、Cl、Br或I；n为2‑5的整数。

【技术特征摘要】
1.一种含噻吩基团的苯并吲哚盐染料，其特征在于该苯并吲哚
盐染料结构通式为(1)所示：
其中
R1，R2和R3各自独立地为C1-C4直链或支链烷基，
X为F、Cl、Br或I；
n为2-5的整数。
2.根据权利要求1所述的含噻吩基团的苯并吲哚盐染料，其特
征是结构通式中，R1，R2和R3各自独立地为C1-C2烷基；
X为Br或I；
n为2或3。
3.根据权利要求1所述的含噻吩基团的苯并吲哚盐染料，其特
征是结构通式中R1，R2和R3均为甲基；
X为I；
n为2或3。
4.根据权利要求1所述的含噻吩基团的苯并吲哚盐染料，其特
征在于该苯并吲哚盐染料结构式为：
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的含噻吩基团的苯并吲哚
盐类染料的制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：
a.末端5位分别以溴和甲醛为取代基的n联噻吩和二烷基胺水
溶液回流反应生成以末端5位二烷基胺基和甲醛为取代基的n联噻
吩；
b.苯并吲哚与卤代烷在乙醇中回流反应生成苯并吲哚盐；
c.末端5位分别以二烷基胺基和甲醛为取代基的n联噻吩与苯
并吲哚盐反应生成所述的含噻吩基团的苯并吲哚盐。
6.如权利要求5所述的含噻吩基团的苯并吲哚盐类染...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洲，段金帅，戴艺强，钱细妹，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11