一种新型近红外二区染料及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种新型近红外二区有机荧光染料及其合成方法，其结构式如式Ⅰ所示，

【技术实现步骤摘要】
一种新型近红外二区染料及其合成方法
本专利技术属于荧光成像
，具体涉及一种近红外二区有机荧光染料及其合成方法。
技术介绍
荧光成像由于其非侵入性，卓越的灵敏度和可视化不可见结构或过程的特殊能力，已被广泛用于研究生物系统。因此，结合适当的分子探针的荧光成像已成为检测生物学相关物种的便捷而强大的工具。为了满足对荧光探针不断增长的需求，近年来，各种具有独特光物理性质的荧光团被相继开发出来。与可见光(400-700nm)和第一个近红外(NIR-I，700-900nm)荧光成像相比，在第二近红外(NIR-II，900-1700nm)窗口的荧光成像具有独特的优势，例如减少背景自发荧光，减少光子散射和更深的穿透力，这使得在厘米深度对组织成像并在毫米深度获得微米级分辨率成为可能，因此NIR-II成像在过去十年中受到越来越多的关注。不幸的是，目前大多数的NIR-II有机染料均具有亮度弱，稳定性差和溶剂溶致变色导致的猝灭现象，导致信噪比较差，并且在生物系统中虚假信号失真。另外，当前的NIR-II有机染料的不可控制的荧光进一步阻碍了它们的生物学应用。因此发展一类具有优良发光性能且拥有可调控位点的近红外二区荧光染料具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高亮度和高稳定性且荧光可控的近红外二区染料及其合成方法本专利技术中的NIR-II荧光染料，其结构通式如式Ⅰ所示：其中：m和n的值为1、2或3；R1和R2为H、C1-20的烷基的一种；R3为H、烃基、取代烷基、芳基、取代芳基中的一种；R4为H、烷基、取代烷基、环烷基、芳基中的一种。优选的，所述的NIR-II荧光染料，其结构通式为Ⅱ或Ⅲ中的一种：本专利技术这种NIR-II荧光染料的制备方法，包括以下步骤：将中间体c、碱和中间体d溶解在有机溶剂中，然后在设定温度下，进行反应，反应完毕后加水抽滤，再用柱层析对所得物质进行分离提纯得到所述新型近红外二区染料(I)；合成路线如下：所述的中间体c与中间体d的摩尔比为(0.5～1.5):(0.5～1.5)，中间体c与碱的摩尔比为1:(1.5～2)，中间体c与有机溶剂的摩尔体积比为1:(4～15)mol/L；碱为乙酸钾，碳酸钾中的一种，有机溶剂为乙酸酐，设定温度为110～130℃，反应时间为2～3h；n为1，2或3，n1＝n-1。一种中间体c的合成方法，包括以下步骤：将化合物a与化合物b溶解于乙腈中，在设定温度下进行反应，反应结束后浓缩并用柱色谱分离得到中间体c；合成路线如下：所述的化合物a与化合物b的摩尔比为1:(1.5～2)，化合物a与乙腈的摩尔比为1:(1.2～2.5)mol/L；设定温度为70～90℃，反应时间为3-6h。一种中间体D的合成方法，包括以下步骤：1)将4-甲氧基邻苯二胺和1,2-环己二酮溶解于乙醇中，在设定温度下进行反应，反应结束后，进行浓缩并用柱色谱分离，得到淡黄色固体化合物1；2)将步骤1)中的化合物1与硼氢化钠溶于甲苯中，在冰浴环境下滴加R4-COOH，滴加完毕后，在冰浴中进行搅拌，随后在设定温度条件下继续反应；反应完成后，加水淬灭反应，用乙酸乙酯萃取，对得到的有机相进行浓缩并用柱色谱分离，得到棕黄色粘稠状化合物2；3)将步骤2)中的化合物2与1-苯基-1,3-丁二酮溶于甲基磺酸中，在设定温度下，进行搅拌反应，反应结束后，将反应液倒入冰水中，边搅拌边加入无机酸以析出固体，过滤后得到的固体经柱色谱进一步提纯得到红黑色固体中间体d；合成路线如下：所述步骤(1)中，4-甲氧基邻苯二胺和1,2-环己二酮摩尔比为1:(0.4～1.5)；4-甲氧基邻苯二胺与乙醇的摩尔体积比为3:(7～25)mol/L；设定温度为50～70℃，反应时间为2～4h。所述步骤(2)中，化合物1和R4-COOH的摩尔体积比5:(8～12)mol/L，化合物1与甲苯的摩尔体积比为1:(2.5～3.0)mol/L；搅拌时间为0.5～2h，设定温度为100～120℃，继续反应时间为8～24h。所述步骤(3)中，化合物2和1-苯基-1,3-丁二酮摩尔比1:(1～2)；化合物2和甲基磺酸的摩尔体积比为1:(10～25)mol/L；所述的无机酸为硫酸、甲基磺酸、高氯酸、对甲苯磺酸中的一种。所述步骤(1)～(3)中，所述柱色谱所用固定相优选100-200目的硅胶；化合物1与化合物2的分离提纯所用柱色谱的流动相为石油醚-二氯甲烷混合溶液，体积比为(1～30):1；中间体d的分离提纯所用柱色谱的流动相为二氯甲烷-乙醇混合溶液，体积比为(20～200):1。本专利技术的有益效果:本专利技术首次提供了一种基于结构式I所示的新型荧光染料及其合成方法，该染料的发射波长达到了近红外二区，拥有较强的组织穿透深度，较好的抗散射能力和较大的斯托克斯位移等优点，并且该类染料具有可调控的位点,为发射在近红外二区的荧光探针的设计提供了一个新的平台。附图说明图1为实施案例一的近红外二区染料NIRII-RT1的质谱图；图2为实施案例一的近红外二区染料NIRII-RT1的核磁共振氢谱图；图3为实施案例二的近红外二区染料NIRII-RT2的质谱图；图4为实施案例二的近红外二区染料NIRII-RT2的核磁共振氢谱图；图5为实施案例二的近红外二区染料NIRII-RT2的吸收/发射光谱图(a)及溶剂效应研究(b)；图6为实施案例二的近红外二区染料NIRII-RT2的稳定性研究；(a)化学稳定性；(b)光稳定性。具体实施方式所述的m＝1，n＝1的新型近红外二区染料NIRII-RT1的合成路线：(1)中间体c1的制备：将化合物a1与化合物b1溶解于乙腈中，搅拌条件下在70～90℃反应3-6h，反应结束后浓缩除去溶剂并用柱色谱分离得到中间体c1。其中，所涉及的化合物的结构如合成路线所示，R1，R2，R3各自独立的选自氢原子、未取代的烷基，苯基取代的烷基或烷磺酸基。化合物a1与化合物b1的摩尔比为1:(1.5～2)，化合物a1与乙腈的摩尔比为1:(1.2～2.5)mol/L。(2)染料的制备：将中间体c1、碱和中间体d溶解在有机溶剂中，所用到的碱可以是乙酸钾，碳酸钾等有机与无机碱，有机溶剂优选乙酸酐，反应温度为110～130℃，反应2～3h后加水抽滤，所得固体再用柱层析对所得物质进行分离提纯得到所述新型近红外二区染料NIRII-RT1。其中所涉及的化合物的结构如合成路线所示，R4为H、烷基、取代烷基、环烷基、芳基等基团中的一种，中间体c1与中间体d的摩尔比为1:1，中间体c与碱的摩尔比为1:1.5～2，中间体c1与有机溶剂的摩尔体积比为1:(4～15)mol/L。所述的m＝2，n＝1新型近红外二区染料NIRII-RT2的合成路线：(1)中间体c2的制备：将化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NIR-II荧光染料，其特征在于，其结构通式如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种NIR-II荧光染料，其特征在于，其结构通式如式Ⅰ所示：



其中：m和n的值为1、2或3；R1和R2为H、C1-20的烷基的一种；R3为H、烃基、取代烷基、芳基、取代芳基中的一种；R4为H、烷基、取代烷基、环烷基、芳基中的一种。


2.一种根据权利要求1所述的所述的NIR-II荧光染料，其特征在于，其结构通式为Ⅱ或Ⅲ中的一种：





3.根据权利要求1或3所述的NIR-II荧光染料的制备方法，包括以下步骤：
将中间体c、碱和中间体d溶解在有机溶剂中，然后在设定温度下，进行反应，反应完毕后加水抽滤，再用柱层析对所得物质进行分离提纯得到所述新型近红外二区染料(I)；
合成路线如下：





4.根据权利要求3所述的NIR-II荧光染料的制备方法，其特征在于，所述的中间体c与中间体d的摩尔比为(0.5～1.5):(0.5～1.5)，中间体c与碱的摩尔比为1:(1.5～2)，中间体c与有机溶剂的摩尔体积比为1:(4～15)mol/L；碱为乙酸钾，碳酸钾中的一种，有机溶剂为乙酸酐，设定温度为110～130℃，反应时间为2～3h；n为1、2或3，n＝n1+1。


5.一种权利要求3所述中间体c的合成方法，包括以下步骤：
将化合物a与化合物b溶解于乙腈中，在设定温度下进行反应，反应结束后浓缩并用柱色谱分离得到中间体c；
合成路线如下：





6.一种根据权利要求5所述的中间体c的合成方法，其特征在于，所述的化合物a与化合物b的摩尔比为1:(1.5～2)，化合物a与乙腈的摩尔比为1:(1.2～2.5)mol/L；设定温度为70～90℃，反应时间为3-6h。


7.一种权利要求3所述中间体D的合成方法，包括以下步骤：
1)将4-甲氧基邻苯二胺和1,2-环己二酮溶解于乙醇中，在设定温度下进行反应，反应结束后，进行浓缩并用柱色谱分离，得到淡黄色固...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓兵，袁林，任天兵，卢鹏，赖焕华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43