结构刚性的香豆素半花菁染料及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于荧光探针领域，具体涉及结构刚性的香豆素半花菁染料及制备方法和应用。为解决现有荧光染料中存在低荧光量子产率及小Stokes位移的问题，本发明专利技术通过在经典的香豆素半花菁(CHCs)中引入双环系统，构建了系列结构刚性的香豆素半花菁染料(RCHC1

【技术实现步骤摘要】
结构刚性的香豆素半花菁染料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于荧光探针领域，具体涉及结构刚性的香豆素半花菁染料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]鉴于高敏感性、可视化、生物兼容性、无辐射、实时检测等特点，荧光技术已经是生物、医学领域不可或缺的研究手段。实际上，荧光技术的核心和物质基础是荧光染料，它们的光物理性质，诸如摩尔吸光系数、荧光量子产率、激发和发射波长，很大程度上决定了该技术的应用效果。
[0003]目前在荧光
广泛使用的荧光染料主要包括罗丹明(Rhodamines)、硼
‑
二吡咯甲烷(Bodipys)、花菁(Cyanine)及其衍生物，然而，这些染料在实际使用时仍存在一些问题。例如，罗丹明染料存在激发态扭曲的电荷转移(TICT)诱导的非辐射跃迁，导致其在水溶液中的荧光量子收率较低；硼
‑
二吡咯甲烷天生具有强的脂溶性，很难与含水的生物体系兼容，而且易发生非特异性染色而提高背景信号，从而降低了对研究目标检测的敏感性；花菁染料易发生双键异构化诱导的非辐射跃迁，因此通常具有低的荧光量子收率。此外，这些染料通常具有小的斯托克斯位移(＜20nm)，这将不可避免地受到来自自猝灭、激发光反向散射和生物分子自身荧光的干扰。
[0004]作为花菁染料成员之一，香豆素半花菁染料尽管具有相对大的斯托克斯位移(～80nm)，但其同样易发生双键异构化诱导的非辐射跃迁，因此通常具有低的荧光量子收率。当前日益增长的影像质量要求以及近年来发展的先进影像技术均对各类染料提出了新的挑战，因此，开发生物兼容的、明亮的荧光染料或探针一直以来是荧光
研究的主题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术通过在经典的香豆素半花菁(CHCs)中引入双环系统，构建了系列结构刚性的香豆素半花菁染料(RCHC1
‑
3)，该系列染料的刚性结构有效的抑制了由双键异构化诱导的非辐射跃迁过程，因此与CHCs相比具有提高的荧光量子产率。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0007]结构刚性的香豆素半花菁染料，其结构式为：
[0008][0009]结构刚性的香豆素半花菁染料的对比化合物，其结构式为：
[0010][0011]结构刚性的香豆素半花菁染料的制备方法，包括以下步骤：
[0012][0013](1)在0℃条件下，将4
‑
溴
‑2‑
羟基苯乙酮(化合物1a)溶于无水甲苯中，随后逐滴滴入NaH的甲苯溶液，当无气体生成时，继续滴加溶在甲苯中的碳酸二乙酯，回流反应，反应结束后，反应液经冷却以及干燥后得粗产品，将粗产品溶于无水甲苯中继续回流反应，反应液冷却后得到大量固体，固体经过滤、洗涤和干燥后得到4
‑
羟基
‑7‑
溴香豆素(化合物1b)；
[0014](2)分别将4
‑
羟基
‑7‑
溴香豆素(化合物1b)和K2CO3溶于无水乙腈中，在回流条件下反应1小时，随后逐滴加入溶解在乙腈中的苄基溴，在回流条件下继续反应6小时，反应结束后过滤掉K2CO3以终止反应，将反应液冷却至
‑
20℃有大量固体生成，得到的固体经过滤、洗涤以及干燥后得到4
‑
苄氧基
‑7‑
溴香豆素(化合物1c)；
[0015](3)在N2保护下，分别将PdCl2、Cs2CO3、1,1'
‑
联萘
‑
2,2'
‑
双二苯膦(BINAP)、硫代吗啉
‑
1,1
‑
二氧化物和4
‑
苄氧基
‑7‑
溴香豆素(化合物1c)溶解在无水1，4
‑
二氧六环中，搅拌反应，反应结束后，反应液冷却至室温并过滤，滤饼用乙酸乙酯重结晶后得化合物1d；
[0016](4)在0℃条件下，将化合物1d溶于无水二氯甲烷中，随后逐滴滴入BBr3的无水二
氯甲烷溶液，在室温下反应过夜，反应结束后，将反应液倾倒在冰水中，生成大量固体，大量固体经过滤、水洗以及干燥后得到化合物A3；
[0017](5)在N2保护下，将重蒸的DMF逐滴滴加到POCl3中反应，得到红色溶液，随后逐滴滴入7
‑
羟基香豆素衍生物(7
‑
羟基香豆素衍生物根据化合物A3的N上取代基的不同，分别定义为A1
‑
A3)的DMF溶液继续反应，反应结束后将反应液倾倒在冰水中，用NaOH溶液调节pH至有大量固体析出，固体经过滤、水洗干燥以及无水乙醇重结晶后得到3
‑
醛基
‑4‑
氯香豆素衍生物B1
‑
B3；
[0018](6)在氮气保护下，分别将2,3,3
‑
三甲基
‑
3H
‑
吲哚(化合物1)、2
‑
(2
‑
溴乙基)
‑
1,3
‑
二恶烷(化合物2)、NaHCO3和KI溶解在无水乙腈中，搅拌反应，反应结束后反应液冷却至室温，旋干溶剂，粗产品经柱色谱分离纯化后得到化合物3；
[0019](7)依次将3
‑
醛基
‑4‑
氯香豆素衍生物B1
‑
B3、化合物3、三乙胺盐酸盐和哌啶溶解在乙腈中，在剧烈搅拌下回流反应，反应结束后反应液冷却至室温，旋干溶剂得中间体；将中间体重新溶解在二氯甲烷和浓盐酸的混合溶剂中继续反应，反应至TLC监测原料反应完全，反应结束后旋干二氯甲烷，剩下的酸溶液用Na2CO3水溶液调节pH至6
‑
7后经萃取、干燥后得到粗产品，粗产品经柱色谱分离纯化得到目标化合物RCHC1
‑
3。
[0020]进一步，所述步骤(1)中4
‑
溴
‑2‑
羟基苯乙酮和NaH的摩尔比为1：3；所述回流反应的温度为110℃，时间为24h；所述继续回流反应的温度为110℃，时间为36h。
[0021]进一步，所述步骤(2)中4
‑
羟基
‑7‑
溴香豆素、K2CO3和苄基溴的摩尔比为1：2：2；所述在回流条件下反应的温度为82℃，时间为1h；所述反应液在回流条件下继续反应的温度为82℃，时间为6h。
[0022]进一步，所述步骤(3)中PdCl2、Cs2CO3、1,1'
‑
联萘
‑
2,2'
‑
双二苯膦、硫代吗啉
‑
1,1
‑
二氧化物和4
‑
苄氧基
‑7‑
溴香豆素的摩尔比为0.05：1.2：0.1：1.1：1；所述搅拌反应的温度为90℃，时间为过夜。
[0023]进一步，所述步骤(4)中化合物1d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.结构刚性的香豆素半花菁染料，其特征在于，其结构式为：2.权利要求1所述结构刚性的香豆素半花菁染料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在0℃条件下，将4
‑
溴
‑2‑
羟基苯乙酮溶于无水甲苯中，随后逐滴滴入NaH的甲苯溶液，当无气体生成时，继续滴加溶在甲苯中的碳酸二乙酯，回流反应，反应结束后，反应液经冷却以及干燥后得粗产品，将粗产品溶于无水甲苯中继续回流反应，反应液冷却后得到大量固体，固体经过滤、洗涤和干燥后得到4
‑
羟基
‑7‑
溴香豆素；(2)分别将4
‑
羟基
‑7‑
溴香豆素和K2CO3溶于无水乙腈中，在回流条件下反应，随后逐滴加入溶解在乙腈中的苄基溴，在回流条件下继续反应，反应结束后过滤掉K2CO3以终止反应，将反应液冷却至
‑
20℃有大量固体生成，得到的固体经过滤、洗涤以及干燥后得到4
‑
苄氧基
‑7‑
溴香豆素；(3)在N2保护下，分别将PdCl2、Cs2CO3、1,1'
‑
联萘
‑
2,2'
‑
双二苯膦、硫代吗啉
‑
1,1
‑
二氧化物和4
‑
苄氧基
‑7‑
溴香豆素溶解在无水1，4
‑
二氧六环中，搅拌反应，反应结束后，反应液冷却至室温并过滤，滤饼用乙酸乙酯重结晶后得化合物1d；(4)在0℃条件下，将化合物1d溶于无水二氯甲烷中，随后逐滴滴入BBr3的无水二氯甲烷溶液，在室温下反应过夜，反应结束后，将反应液倾倒在冰水中，生成大量固体，大量固体经过滤、水洗以及干燥后得到化合物化合物A3；(5)在N2保护下，将重蒸的DMF逐滴滴加到POCl3中反应，得到红色溶液，随后逐滴滴入7
‑
羟基香豆素衍生物A1
‑
A3的DMF溶液继续反应，反应结束后将反应液倾倒在冰水中，用NaOH溶液调节pH至有大量固体析出，固体经过滤、水洗干燥以及无水乙醇重结晶后得到3
‑
醛基
‑4‑
氯香豆素衍生物B1
‑
B3；(6)在氮气保护下，分别将2,3,3
‑
三甲基
‑
3H
‑
吲哚、2
‑
(2
‑
溴乙基)
‑
1,3
‑
二恶烷、NaHCO3和KI溶解在无水乙腈中，搅拌反应，反应结束后反应液冷却至室温，旋干溶剂，粗产品经柱色谱分离纯化后得到化合物3；(7)依次将3
‑
醛基
‑4‑
氯香豆素衍生物B1
‑
B3、化合物3、三乙胺盐酸盐和哌啶溶解在乙腈中，在剧烈搅拌下回流反应，反应结束后反应液冷却至室温，旋干溶剂得中间体；将中间体重新溶解在二氯甲烷和浓盐酸的混合溶剂中继续反应，反应至TLC监测原料反应完全，反应结束后旋干二氯甲烷，剩下的酸溶液用Na2C...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炜，王丽娟，张洪星，刘景，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：