含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料及其制备方法和应用技术

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）效应的含巯基基团的联噻吩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，分别以二甲胺基为电子给体，含氮杂环苯并吲哚阳离子为电子受体，联噻吩乙烯基为共轭桥，具有较大的电子转移能力，分子光谱吸收在近红外区域；巯基基团增强了染料分子在纳米金或银颗粒基底上的吸附能力，SERS强度高，反应灵敏；巯基与氮杂环之间的烷基链间隔基能够调控染料分子与金属基底间的距离。实验结果显示，烷基链较短时，染料在浓度很小时就有较强的SERS响应，而且随着浓度的增加迅速增大。此类近红外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】
含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料及其制备方法和应用
本专利技术属于有机材料、拉曼光谱分析领域，具体涉及一类含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料及其制备方法和应用。
技术介绍
拉曼光谱具有简单、可重复、样品无损性、水环境影响小、图谱“指纹”特性等优点，在化学、物理学、生物学和医学等各个领域拥有广泛应用。激光技术和纳米科技的发展促使了表面增强拉曼光谱分析(SERS)的产生，极大地提高了拉曼光谱检测的灵敏度，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。SERS探针一般由纳米颗粒基底和SERS染料(拉曼活性分子)以及其他保护壳层组成(参见附图1)，其中，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。在近红外630nm至785nm光谱区域，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，与苯相比芳香性更小，将联噻吩引入D-π-A分子结构中，有利于电子跃迁，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。巯基与纳米金颗粒表面共价相互作用形成稳定的Au-S键，有利于染料分子在纳米金表面吸附，调节染料分子的电子密度，增强SERS探针信号强度。
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，具有一定的水溶性；联噻吩共轭链使染料分子的吸收波长更长，使得生物体内天然的发色团和水对吸收波长影响较小；巯基基团有利于染料分子在纳米基底上吸附，使产物的SERS强度随其浓度的变化更灵敏，并且能够得到比不接巯基的相似结构染料更高的SERS灵敏度，有望在SERS标记物中得到应用。本专利技术的技术方案是：一种含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料，其特征是具有不同碳链长度的巯基基团，并利用双键将苯并吲哚盐与联噻吩基团相连，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)为含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐的结构通式：其中X为F、Cl、Br或I；n为1-6的整数。最优选地，所述含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐为如下化合物：根据本专利技术的另一方面，提供了一种所述含巯基基团的联噻吩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：a.5-溴-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和二甲胺水溶液回流反应生成以末端5位二甲胺基和醛基为取代基的二联噻吩；b.链长为1-6个碳的双卤代烷烃与硫代乙酸钾反应生成一端被巯酯取代的卤代烷烃；c.苯并吲哚与末端巯酯卤代烷在N,N-二甲基甲酰胺中回流反应生成苯并吲哚盐；d.5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛与苯并吲哚盐反应生成含巯酯的噻吩苯并吲哚盐；e.含巯酯的噻吩苯并吲哚盐与氢氧化钠反应后，用稀盐酸调pH至7得到上述的含巯基的噻吩苯并吲哚盐。更具体地包括如下步骤：(1)5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛的合成：在高压反应容器中以1:24的摩尔比加入5-溴-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和二甲胺水溶液，加入2倍摩尔量的磷酸钾提供碱性环境，在铜/碘化亚铜催化剂作用下加热反应；反应结束后多次水洗，利用柱层析的方法获得目标产物；(2)末端分别以卤素和巯酯为取代基的直链烷烃的合成：在烧瓶中以1-3:1的摩尔比加入二卤代烷烃和硫代乙酸钾，加入适量四氢呋喃，加热回流10小时；反应结束后，冷却至室温，过滤出固体，利用柱层析方法提纯；(3)苯并吲哚盐的合成：在烧瓶中以2:1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N,N-二甲基甲酰胺，加热反应12小时，冷却至室温，过滤出固体，真空干燥，最后得到灰白色苯并吲哚盐；(4)联噻吩苯并吲哚盐的合成：将5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和苯并吲哚盐以1.1:1的摩尔比加入到无水乙醇中，滴加2～3滴哌啶(0.1mL)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；(5)含巯基的联噻吩苯并吲哚盐的合成：将含巯酯的联噻吩苯并吲哚盐加入到氢氧化钠水溶液和甲醇的混合溶剂中，室温搅拌2小时；结束后用稀盐酸调pH至7，用二氯甲烷萃取并通过柱层析的方法提纯，得目标产物。进一步，所述步骤2中的二卤代烷烃包括CnH2nBr2、CnH2nF2、CnH2nCl2和CnH2nI2，其中，n的取值范围为1-6。进一步，所述步骤5中甲醇与氢氧化钠水溶液的体积比1:1，所述甲醇和氢氧化钠水溶液浓度为3mol/L。一种上述含巯基的联噻吩苯并吲哚盐染料在表面增强拉曼散射光谱分析中作为拉曼活性分子的应用。根据本专利技术的另一方面，提供了所述含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐在表面增强拉曼散射光谱分析中作为SERS探针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，其中巯基碳链长度为1或2(n＝1，2)的联噻吩苯并吲哚碘盐在浓度很小时就有较强的响应，其SERS信号强度是效果良好的商用标签染料QSY的10倍以上，而且随着浓度的增加SERS强度迅速增大，反应灵敏。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。通过巯基碳链长度的改变，实现了染料分子与纳米金表面相互作用的调整，增加了拉曼信号灵敏度的可控性，有助于在生物医学检测和SERS机理研究方面的应用。附图说明图1显示了Nie小组设计的一种巯基化PEG包埋的金纳米颗粒SERS标记物。(QianX,PengX,NieS,etal.NatureBiotechnology,2008,26(1):83-90)图2是实施例1中含巯基的联噻吩苯并吲哚碘盐在甲醇溶液中的紫外-可见吸收光谱。图3是实施例1中含巯基的联噻吩苯并吲哚碘盐水溶液中的表面增强拉曼强度对溶液浓度的谱图。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JASCOV-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BrukerDMX-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DeltaNuNIR拉曼光谱仪对染料分子与纳米颗粒的复合体系进行表面增强拉曼强度测试(激光激发波长为785nm)。实施例1含巯基的联噻吩苯并吲哚碘盐(B系列)的合成(1)5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛的合成：将100mg5’-溴-2,2’-双噻吩-5-甲醛(0.37mmol)，1g二甲胺(40％的水溶液，8.9mmol)，13.9mg碘化亚铜(0.073mmol)，4.7mg铜粉(0.074mmol)，155.4mg磷酸钾(0.73mmol)和1mL的DMF加入到高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类含巯基的联噻吩苯并吲哚盐染料，其特征在于该苯并吲哚盐染料结构通式为(1)所示：（1）其中，X为F、Cl、Br或I；n为1‑6的整数。

【技术特征摘要】
1.一类含巯基的联噻吩苯并吲哚盐染料，其特征在于该苯并吲哚盐染料结构通式为(1)所示：（1）其中，X为F、Cl、Br或I；n为1-6的整数。2.根据权利要求1所述的含巯基的联噻吩苯并吲哚盐染料，其特征在于，该苯并吲哚盐染料结构式为：其中，结构通式中X为I；n为1或2。3.一种制备权利要求1或2所述的含巯基的联噻吩苯并吲哚盐染料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：步骤1.5-（二甲基氨基）-2,2'-联噻吩-5'-甲醛的合成：在高压反应容器中以1:24的摩尔比加入5-溴-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和二甲胺水溶液，加入2倍摩尔量的磷酸钾提供碱性环境，在铜/碘化亚铜催化剂作用下加热反应；反应结束后多次水洗，利用柱层析的方法获得目标产物，即末端5位二甲胺基和醛基为取代基的二联噻吩；步骤2.末端分别以卤素和巯酯为取代基的直链烷烃的合成：在烧瓶中以1-3:1的摩尔比加入二卤代烷烃和硫代乙酸钾，加入四氢呋喃溶解，加热回流10小时；反应结束后，冷却至室温，过滤出固体，利用柱层析方法提纯，获得卤代烷烃；步骤3.苯并吲哚盐的合成：在烧瓶中以2:1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N,N-二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洲，段金帅，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