一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法，属于小分子荧光探针的合成技术领域。本发明专利技术的一类基于单个苯环的荧光小分子探针，以单个苯环作为基础结构，以氮杂环丁烷和烷氧羰基分别作为电子供体和电子受体，通过调控两种取代基在苯环上的相对位置和数量设计合成了系列单苯环类荧光小分子，为一系列溶剂适用范围宽、荧光颜色灵活可调的单苯环类小分子荧光探针，基于电子推‑拉结构，该类化合物可表现出不同的溶致变色行为；引入活性反应基团乙氧羰酰基，便于后续在实际应用中对其进一步衍生。

A kind of fluorescent small molecule probe based on single benzene ring and its synthesis method

【技术实现步骤摘要】
一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法
本专利技术属于小分子荧光探针的合成
，涉及一类基于单个苯环的荧光小分子探针及其合成方法。
技术介绍
荧光分子探针由于具有结构灵活可调、光谱覆盖范围宽和荧光量子效率高等优势，在环境监测、生物传感以及有机光电材料等领域备受关注。根据结构特征主要分为两类：一类是含多个芳环或稠环的π-π共轭系统，另一类是体积相对较小的π共轭片段中连有电子供体和电子受体的推拉型荧光化合物。前者具有较大的刚性骨架，往往在许多方面表现不足，如溶解性较差、较强的π-π堆积易引起自猝灭以及光化学稳定性差等。相反，含推拉电子结构的荧光化合物由于体积相对较小，溶剂适用范围宽和可修饰性强等，常被作为小分子荧光探针和光电器件的基本单元。截至目前，科学家们已发现并设计合成数万种含推拉结构的荧光化合物，如6-丙酰基-2-(二甲氨基)萘(PRODAN)、4-二甲氨基-7-硝基苯并呋咱(NBD)类衍生物、尼罗红(Nilered)、花菁类染料和丹磺酰氯衍生物等。然而现已报道的该类探针仍存在诸多缺陷，如尼罗红类在极性溶剂中的荧光量子产率低，菁类染料在质子性溶剂中易引起荧光猝灭且光化学稳定性较差，BODIPY类衍生物的斯托克斯位移(Stokesshift)较小。因此，发展一类具有广谱溶剂适应性及优异光学性能的荧光探针仍具有重要意义。苯是构建π-π共轭系统的基本单元，一般的，具有光学活性的化合物以多个苯环作为芳香结构。最近，文献中相继报道了一类只含单个苯环、且在固体态和溶液态均具有较高荧光量子产率的小分子化合物。例如，Katagiri小组设计合成了一个基于单苯环结构的荧光化合物2,5-二(甲磺酰基)-1,4-二氨基苯，研究发现该化合物在较大极性溶剂及水中均具有较高的荧光量子产率和较大的Stokesshift，且在固体态也呈现较强的荧光。张红雨课题组设计合成了系列单苯环类化合物2,5-二烷氨基对苯二甲酸甲酯，该类化合物在晶体态均呈现出较强的红色荧光。该类化合物具有较高荧光量子产率的本质是分子内和分子间存在较强的氢键，然而，其光谱学性质随溶剂的极性几乎不发生变化，并且如果对其进一步衍生，一定会严重破坏其荧光行为甚至使其没有荧光。因此，发展一类结构更小且具有优异光谱学特性的环境敏感型荧光探针仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点：1)溶剂适用范围较窄；2)探针分子的溶致变色能力较弱；3)进一步衍生可能严重破坏其荧光行为甚至使其没有荧光。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一类基于单个苯环的荧光小分子探针，其结构式为：上述结构式分别为4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯、2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯、2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯。上述基于单个苯环的荧光小分子探针中4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，包括以下步骤：1)将4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；其中，4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；步骤2)在惰性气体保护下进行。进一步的，步骤3)中提纯采用二氯甲烷-石油醚体系进行柱分离，二氯甲烷-石油醚体系中二氯甲烷-石油醚的体积比为1：1。基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，包括以下步骤：1)将2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；其中，2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯。步骤2)在惰性气体保护下进行。上述基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯的合成方法，包括以下步骤：1)称取2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯，溶于甲醇，加入氯化亚铜和硼氢化钠，得到反应液；其中，2-氮杂环丁烷基-5-溴对苯二甲酸乙酯、氯化亚铜、硼氢化钠和甲醇的摩尔比为1：(0.5～1.5)：(5～10)：(5～15)；2)室温搅拌进行反应1～3h，得到反应产物；3)将反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离，得到2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯；步骤2)在惰性气体保护下进行。上述基于单个苯环的荧光小分子探针中2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯的合成方法，包括以下步骤：1)将2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；其中，2,5-二溴苯甲酸甲酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(2～3)：(2～4)：(10～20)；2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，得到反应产物；3)将上述反应产物进行过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用乙酸乙酯-石油醚柱分离，得到2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯；步骤2)在惰性气体保护下进行。上述基于单个苯环的荧光小分子探针中2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯的合成方法，1)将2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；其中，2,5-二溴对苯二甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷和1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一类基于单个苯环的荧光小分子探针，其特征在于，其结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一类基于单个苯环的荧光小分子探针，其特征在于，其结构式为：



上述结构式分别为4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯、2-氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯、2,5-二氮杂环丁基苯甲酸甲酯、2,5-二氮杂环丁基对苯二甲酸乙酯。


2.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，4-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到4-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。


3.根据权利要求2所述的基于单个苯环的荧光小分子探针的合成方法，其特征在于，步骤3)中提纯采用二氯甲烷-石油醚体系进行柱分离，二氯甲烷-石油醚体系中二氯甲烷-石油醚的体积比为1：1。


4.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯和碳酸铯溶于1,4-二氧六环中，逐滴加入氮杂环丁烷，得到反应液；
其中，2-溴苯甲酸乙酯、RuPhos-G3-Palladacycle、2-二环己基磷-2′,6′-二异丙氧基-1,1′-联苯、碳酸铯、氮杂环丁烷、1,4-二氧六环的摩尔比为1：(0.05～0.2)：(0.05～0.2)：(1～2)：(1～3)：(10～20)；
2)将所述反应液加热回流，直至溶液颜色由棕色变为浅黄色，停止反应，得到反应产物；
3)将上述反应产物过滤后浓缩，得到粗产物，之后采用二氯甲烷-石油醚柱分离得到2-氮杂环丁基苯甲酸乙酯；
步骤2)在惰性气体保护下进行。


5.一种权利要求1所述的基于单个苯环的荧光小分子探针中2-氮杂环丁基对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧景，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61