一种近红外光激发荧光染料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及光功能材料领域，具体涉及一种近红外光激发荧光染料，具有如式(I)所示的结构，近红外光激发荧光染料的发射波长为700～1200nm在该范围内生物分子自身荧光较弱，可避免背景干扰而获得较高的灵敏度，与生物大分子的结合方式为共价键结合，结构稳定，且光稳定性好，灵敏性高，可用于细胞成像、荧光探针、激光染料、荧光传感器等不同应用领域，表现出良好的实用性。本发明专利技术提供的制备方法原料成本低、无污染，工艺简单、产率高，制备的荧光染料结构新颖、性能优良，适于在生物、环境等领域的广泛应用。

A near infrared excited fluorescent dye and its preparation and Application

The invention relates to the field of light functional materials, in particular to a near infrared light excited fluorescent dye, with the structure shown in the formula (I). The emission wavelength of the fluorescent dye near infrared light is 700 to 1200nm, and the fluorescence of the biomolecules is weak in this range, which can avoid the high sensitivity of the background interference and the biological mass. The combination of covalent bonds, stable structure, good light stability and high sensitivity can be used in different applications such as cell imaging, fluorescent probe, laser dye, fluorescence sensor and so on, showing good practicability. The preparation method provided by the invention has low raw material cost, no pollution, simple process and high yield. The prepared fluorescent dye has novel structure and excellent performance, and is suitable for wide application in the fields of biology, environment and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种近红外光激发荧光染料及其制备方法与应用
本专利技术涉及光功能材料领域，具体涉及一种近红外光激发荧光染料及其制备方法与应用。
技术介绍
荧光检测技术在DNA杂交测试、免疫检测、基因重组检测等方面的广泛应用极大促进了近红外光激发荧光染料的发展，仅过去几年间就有大量文献和专利对这类功能性染料的研究及应用进行了报道。近红外光激发荧光染料的发射波长为700～1200nm，在该范围内生物分子自身荧光较弱，可避免背景干扰而获得较高的分析灵敏度，同时还能减少对生命体的损伤。近红外光激发荧光染料可以作为一种安全、非侵入性的成像探针广泛应用于医学和生物学领域，具有广泛的应用前景。目前常用的近红外光激发荧光染料有菁染料酞青类染料和氮杂BODIPY类染料等。菁染料的最大吸收和发射波长一般都超过了600nm共轭体系之间的N-N原子之间的脒离子插烯物是菁染料的发色团，然而这类菁染料的缺点是光稳定差，多甲川结构容易在光照下氧化断裂，导致染料分解，影响了染料在应用方面的推广；酞青类染料的中心可容纳Zn、Ni、Pt、Pd、Al、Ge等金属原子，有两个吸收带，且对光、氧、热有较好的稳定性，但是这类酞青染料的溶解性很差，况且分子体积较大，在生物应用时会对生物分子的生理活性有一定影响；氮杂BODIPY类荧光染料是近几十年才发展起来并受重视的一类新型荧光化合物，具有较高的摩尔消光系数、很高的荧光量子产率、较高的光稳定性、低毒性、基本不受溶剂极性和pH值的影响等优点广发应用于荧光探针、生物分子标识与检测等领域，然而这类染料母体的合成往往比较困难，步骤复杂，而且原料难得，限制了在生化分析上的应用。
技术实现思路
因此，本专利技术的要解决的技术问题在于克服现有技术中的近红外光激发荧光染料光稳定性差、母体分子合成步骤复杂以及在生物识别领域存在的各种缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所述的一种近红外光激发荧光染料，具有如式(I)所示的结构：其中，可选的，R1、R2、R3选自氢、C1-C10烃基、芳香基或杂环中的一种。可选的，R1、R2、R3选自氢、甲基、乙基、苯基、2-噻吩基、3-噻吩基中的一种。可选的，其结构式如(II)(III)(IV)(V)所示：可选的，包括如下步骤：(1)中间体1-I制备在茄型瓶中加入无水氯化铝，二氯甲烷，置于冰盐浴中，搅拌，降温至0℃～-3℃，加入4-溴-2，3-二(氯甲基)-1H-吡咯，继续降温至-7℃～-10℃，开始滴加氯乙酰氯，控制温度0℃～-4℃，反应10～12小时；将反应液缓慢倒入饱和碳素氢钠溶液中，加入去离子水，并采用碳酸钠调节pH值7.0～8.0，三氯甲烷萃取三次，收集有机相，采用无水硫酸镁干燥3小时，抽滤，蒸出有机溶剂，得中间体1-I。(2)中间体2-I制备将三氟化硼乙醚和三乙胺缓慢滴加到步骤(1)所得中间体1-I的二氯甲烷溶液中，不断搅拌，控制温度在35℃～40℃，反应5～7小时，直接蒸出溶剂，得到油状物，采用乙酸乙酯和石油醚(体积比为1∶8～1∶10)重结晶得到类白色固体，即中间体2-I。(3)中间体3-I制备在茄型瓶中加入无水氯化铝，二氯甲烷，置于冰盐浴中，搅拌，降温至-2℃～-5℃，加入苯，继续降温至-7℃～-11℃，开始滴加中间体2-I的二氯甲烷溶液，控制温度-6℃～-9℃，反应16～20小时；将反应液缓慢倒入饱和碳素氢钠溶液中，加入去离子水，并采用碳酸钠调节pH值7.0～8.0，三氯甲烷萃取三次，收集有机相，采用无水硫酸镁干燥3小时，抽滤，蒸出有机溶剂，得中间体3-I。(4)化合物I制备在茄型瓶中加入无水氯化铝，二氯甲烷，置于冰盐浴中，搅拌，降温至-4℃～-7℃，加入R1，R2，R3取代的1，2，4-苯三酚，继续降温至-10℃～-13℃，开始滴加中间体3-I的二氯甲烷溶液，控制温度-8℃～-12℃，反应7～9小时；将反应液缓慢倒入饱和碳素氢钠溶液中，加入去离子水，并采用碳酸钠调节pH值7.0～8.0，三氯甲烷萃取三次，收集有机相，采用无水硫酸镁干燥3小时，抽滤，蒸出有机溶剂，得到黄色固体，即化合物I。可选的，所述步骤(1)中，加入4-溴-2，3-二(氯甲基)-1H-吡咯、氯乙酰氯、无水氯化铝物质的量比为1∶(3.0～4.0)∶(6～8)。可选的，所述步骤(2)中，加入三氟化硼乙醚、三乙胺体积比为(1.5～2.0)∶1。可选的，所述步骤(3)中，加入苯、中间体2-I、无水氯化铝物质的量比为1∶(2.5～3.0)∶(6～8)。可选的，所述步骤(4)中，加入R1，R2，R3取代的1，2，4-苯三酚、中间体3-I、无水氯化铝物质的量比为1∶(3.0～3.5)∶(6～8)。本专利技术还提供近红外光激发荧光染料的方法在细胞成像、荧光探针、激光染料、有机非线性光学材料、光电功能器件中的应用。本专利技术的上述技术方案具有以下优点：1.本专利技术实施例提供的一种近红外光激发荧光染料，由于含有苯环或杂环并带有共轭双键，由于O或N原子的非成键电子在激发态时，会被激发到π*键，表现为扩大了有机荧光分子的大π键，使整个有机荧光分子的共轭体系扩大，起到增强有机分子荧光作用。2.本专利技术实施例提供的一种近红外光激发荧光染料，该荧光染料合成工艺简单，具有良好的生物相容性、低毒性、较长的荧光发射和较高的量子产率，可以避免背景荧光用于生物体系中生物大分子如核酸或蛋白质的共价荧光标记，对于研究疾病或者生物的发育、繁殖、遗传有很重要的作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1-4近红外光激发荧光染料在乙醇中的激发和发射光谱；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。本专利技术实施例所用的试剂等基础化工原料，均可在国内化工产品市场买到，或在有关中间体制备厂定做。实施例1本实施例提供的近红外光激发荧光染料(II)的制备方法：具有式(II)结构：其制备方法如下：(1)中间体1-II制备在100ml茄型瓶中加入无水氯化铝0.06mol，二氯甲烷20ml，置于冰盐浴中，搅拌，降温至0℃，加入4-溴-2，3-二(氯甲基)-1H-吡咯0.01mol，继续降温至-10℃，开始滴加氯乙酰氯0.03mol，控制温度-4℃，反应12小时；将反应液缓慢倒入饱和碳素氢钠溶液中，加入去离子水25ml，并采用碳酸钠调节pH值8.0，三氯甲烷萃取三次，收集有机相，采用无水硫酸镁干燥3小时，抽滤，蒸出有机溶剂，得中间体1-II。(2)中间体2-II制备将三氟化硼乙醚30ml和三乙胺20ml缓慢滴加到步骤(1)所得中间体1-II的二氯甲烷溶液20ml中，不断搅拌，控制温度在38℃～40℃，反应5小时，直接蒸出溶剂，得到油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外光激发荧光染料，其特征在于，具有如式(I)结构：

【技术特征摘要】
1.一种近红外光激发荧光染料，其特征在于，具有如式(I)结构：其中，R1、R2、R3选自氢、C1-C10烃基、芳香基或杂环中的一种。2.根据权利要求1所述的一种近红外光激发荧光染料，其特征在于，R1、R2、R3选自氢、甲基、乙基、苯基、2-噻吩基、3-噻吩基中的一种。3.根据权利要求1或2所述的一种近红外光激发荧光染料，其特征在于，其结构式如所示：4.一种制备权利要求1-3任一项所述的一种近红外光激发荧光染料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)中间体1-I制备在茄型瓶中加入无水氯化铝，二氯甲烷，置于冰盐浴中，搅拌，降温至0℃～-3℃，加入4-溴-2，3-二(氯甲基)-1H-吡咯，继续降温至-7℃～-10℃，开始滴加氯乙酰氯，控制温度0℃～-4℃，反应10～12小时；将反应液缓慢倒入饱和碳素氢钠溶液中，加入去离子水，并采用碳酸钠调节pH值7.0～8.0，三氯甲烷萃取三次，收集有机相，采用无水硫酸镁干燥3小时，抽滤，蒸出有机溶剂，得中间体1-I。(2)中间体2-I制备将三氟化硼乙醚和三乙胺缓慢滴加到步骤(1)所得中间体1-I的二氯甲烷溶液中，不断搅拌，控制温度在35℃～40℃，反应5～7小时，直接蒸出溶剂，得到油状物，采用乙酸乙酯和石油醚(体积比为1∶8～1∶10)重结晶得到类白色固体，即中间体2-I。(3)中间体3-I制备在茄型瓶中加入无水氯化铝，二氯甲烷，置于冰盐浴中，搅拌，降温至-2℃～-5℃，加入苯，继续降温至-7℃～-11℃，开始滴加中间体2-I的二氯甲烷溶液，控制温度-6℃～-9℃，反应16～20小时；将反应液缓慢倒入饱和碳素氢钠溶液中，加入去离子水，并采用碳酸钠调节pH值7.0～8.0，三氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：车团结，徐进章，赵芳，
申请(专利权)人：苏州百源基因技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32