本发明专利技术公开了一类氮杂吲哚半花菁类荧光化合物、其合成方法及其应用，涉及氮杂吲哚半花菁类荧光化合物的合成及在生物和医药领域的应用。该类染料通过使用氮杂吲哚为母体，同时在共轭链的右端连接氰基、羧基或酯等结构，从而提高染料分子内共轭体系的电荷分离程度和电子流动性，使染料具有更长吸收和发射波长。同时，在甲川链结构中修饰了不饱和六元环，使得染料分子部分刚性化，从而提升染料的光稳定性。除此之外，这类染料还具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性。通过实验证明该类染料具有良好的光物理性能，可以用于生物识别成像、核酸标记、DNA测序以及肿瘤光动力和光热治疗等领域。疗等领域。
【技术实现步骤摘要】
一类氮杂吲哚半花菁类染料、其合成方法和应用
[0001]本专利技术属于有机染料
，涉及一类氮杂吲哚半花菁类荧光化合物、其合成方法，以及在生物和医药领域的应用。
技术介绍
[0002]花菁(Cyanine，简称Cy)染料是一类重要有机小分子染料，其历史可以追溯到十九世纪五十代。自1856年Greville Williams报道合成了第一种花菁染料奎林蓝以来，花菁染料的相关研究迅速发展起来，各种各样不同结构的花菁染料及其衍生物材料不断被合成出来。人们通过对花菁染料中大的π共轭体系和离域的电子分布的调控，设计、制备具有特殊的光物理和光电学性质的有机染料，从而满足不同的应用需求。目前菁染料的研究应用受到广泛重视是其应用于生物识别成像、核酸标记、DNA测序等领域以及肿瘤光动力和光热治疗等方面。
[0003]由于很多染料的吸收和发射波长较短，而短波长的光在进入生物组织内部时较为困难，同时生物样品中某些成分的自发荧光形成很强的背景干扰，使生物体内深层成像和光动力等方面的效率大大降低。目前，调节花菁染料分子的最大吸收和发射波长最主要的方式是通过调节其共轭骨架中甲川链的长短。然而，在花菁染料的研究中发现，分子的共轭甲川链越长，染料最大吸收和发射波长越长，但染料的光稳定性也越差。在实际的光化学应用中，染料需要具备较高的光稳定性，而花菁染料的最大问题就是染料在光照下容易产生光漂白现象，花菁染料相较于其他染料较差的光稳定性限制了其应用。
[0004]因此，研究开发具有较长的吸收和发射波长的同时，还具有优良的光稳定性，且对特殊细胞具有选择性并且毒性小的新型花菁类染料具有重要意义。
技术实现思路
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种长波长的近红外氮杂吲哚半花菁类染料、其合成方法以及其在生物和医药领域的应用。
[0006]本专利技术的染料具有更长吸收和发射波长以及更好的光稳定性良好的生物相容性和较低的细胞毒性，可以用于生物和医药领域当中。
[0007]本申请的技术方案如下：
[0008]本申请的第一方面在于保护一类氮杂吲哚半花菁类荧光化合物，所述的染料具有通式I的结构：
[0009][0010]通式I中，
[0011]R1和R3选自氢、卤素、具有1
‑
18个碳的烷基、具有1
‑
18个碳的羧烷基、芳基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种；更优选自氢、卤素、具有1
‑
8个碳的羧烷基、烷基磺酸根中的一种；最优选自氢。
[0012]R2选自氢、具有1
‑
18个碳的烷基、具有1
‑
18个碳的羧烷基、具有1
‑
18个碳的烷基磺酸根、具有1
‑
18个碳的烷基磺酸盐、芳基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种；更优选自氢、具有1
‑
18个碳的烷基、具有1
‑
18个碳的烷基磺酸根、具有1
‑
18个碳的烷基磺酸盐中的一种；更优选自氢、芳基、具有1
‑
8个碳的烷基磺酸盐中的一种；最优选自氢、具有1
‑
18个碳的烷基。
[0013]R4选自氢、氰基、羧基及具有1
‑
8个碳的酯中的一种；最优选自氰基、羧基及具有1
‑
8个碳的酯。
[0014]R5选自卤素、具有1
‑
18个碳的烷氧基磺酸根、芳氧基磺酸根、烷氧基磺酸盐、芳氧基磺酸盐、具有1
‑
18个碳的烷基亚胺基、芳基亚胺基中的一种；更优选自卤素、苯氧基磺酸根、具有1
‑
8个碳的烷基亚胺基中的一种；最优选自卤素。
[0015]本申请的第二方面在于保护一类氮杂吲哚半花菁类荧光化合物的合成方法，包括以下步骤：
[0016](1)在有机溶剂中，60
‑
90℃下，含R1取代的2,3,3
‑
三甲基
‑
3H
‑
吡咯并[2,3
‑
b]吡啶Y
‑
1与N烷基化试剂R2取代的卤代烷烃反应，反应3
‑
24h，转变为含N
‑
R2取代侧链的Y
‑
2。化合物Y
‑
1和N烷基化试剂的摩尔比为1:1
‑
10，更优摩尔比为1:2
‑
5。化合物Y
‑
2经有机溶剂重结晶得纯品。
[0017](2)在0
‑
30℃下，将相应的三卤氧磷缓慢滴加到DMF和二氯甲烷的混合溶液中，DMF和二氯甲烷的体积比为1:1
‑
5，搅拌0.5
‑
3h，至室温，加入R3取代的环己酮，升温回流反应5h后中和反应，得到中间产物S
‑
1。
[0018](3)将中间产物Y
‑
2和中间产物S
‑
1加入到有机溶剂中，升温至80
‑
130℃回流反应1
‑
3h，旋蒸除去溶剂，并经硅胶柱纯化得到中间产物Y
‑
3。中间产物Y
‑
2和中间产物S
‑
1摩尔比为1:1
‑
3。
[0019](4)将中间产物Y
‑
3和氰类化合物溶于甲醇中，加入少量哌啶作为催化剂，室温搅拌反应5h，过滤得到中间产物Y
‑
4。中间产物Y
‑
3和氰类化合物的摩尔比为1:5
‑
10。
[0020](5)将中间产物Y
‑
4溶于有机溶剂中，加入相应的R5侧链和碳酸钠在25
‑
80℃下反应，得到氮杂吲哚半花菁类荧光化合物I。
[0021][0022]进一步优选的，在上述步骤(1)中，有机溶剂选自乙醇、苯、甲苯、邻二氯苯中的至少一种。重结晶溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、丙醇的任意一种或几种组合的混合溶剂。
[0023]进一步优选的，在上述步骤(3)中，有机溶剂选自苯、甲苯、邻二氯苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇的任意一种或几种组合的混合溶剂。
[0024]进一步优选的，在上述步骤(4)中，氰类化合物选自乙腈、丙二腈、氰基乙酸或具有1
‑
8个碳的氰基乙酸酯的任意一种。
[0025]进一步优选的，在上述步骤(4)中，有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、乙酸乙酯的任意一种或几种组合的混合溶剂。
[0026]进一步优选的，在上述步骤(5)中，有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷的任意一种或几种组合的混合溶剂。
[0027]进一步优选的，在上述步骤(5)中，若基团R5选自卤素，则获得氮杂吲哚半花菁类荧光化合物I。
[0028]本申请的第三方面在于保护一类氮杂吲哚半花菁类荧光化合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一类氮杂吲哚半花菁类荧光化合物，其特征在于：所述的染料具有通式I的结构：通式I中，R1和R3选自氢、卤素、具有1
‑
18个碳的烷基、具有1
‑
18个碳的羧烷基、芳基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种；R2选自氢、具有1
‑
18个碳的烷基、具有1
‑
18个碳的羧烷基、具有1
‑
18个碳的烷基磺酸根、具有1
‑
18个碳的烷基磺酸盐、芳基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种；R4选自氢、氰基、羧基及具有1
‑
8个碳的酯中的一种；R5选自卤素、具有1
‑
18个碳的烷氧基磺酸根、芳氧基磺酸根、烷氧基磺酸盐、芳氧基磺酸盐、具有1
‑
18个碳的烷基亚胺基、芳基亚胺基中的一种。2.如权利要求1所述的化合物的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在有机溶剂中，60
‑
90℃下，含R1取代的2,3,3
‑
三甲基
‑
3H
‑
吡咯并[2,3
‑
b]吡啶Y
‑
1与N烷基化试剂R2取代的卤代烷烃反应，反应3
‑
24h，转变为含N
‑
R2取代侧链的Y
‑
2；化合物Y
‑
1和N烷基化试剂的摩尔比为1:1
‑
10；(2)在0
‑
30℃下，将相应的三卤氧磷缓慢滴加到DMF和二氯甲烷的混合溶液中，DMF和二氯甲烷的体积比为1:1
‑
5，搅拌0.5
‑
3h，至室温，加入R3取代的环己酮，升温回流反应后中和反应，得到中间产物S
‑
1；(3)将中间产物Y
‑
2和中间产物S
‑
1加入到有机溶剂中，升温至80
‑
130℃回流反应1
‑
3h，旋蒸除去溶剂，并经硅胶柱纯化得到中间产物Y
【专利技术属性】
技术研发人员：杜健军，潘静巍，张晓雪，刘圆，樊江莉，彭孝军，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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