本發(fā)明屬于熒光染料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料及其合成方法。

背景技術(shù)：

雙光子吸收是一種三階非線性光學(xué)效應(yīng)。具有大的雙光子吸收截面的有機材料在三維光存儲、雙光子熒光成像、雙光子光限幅材料以及光動力治療等領(lǐng)域有著具有廣闊的應(yīng)用前景。在雙光子熒光染料研究領(lǐng)域，開發(fā)具有較大雙光子吸收截面的熒光染料是關(guān)鍵。

氟硼二吡咯是一類性能優(yōu)良的熒光發(fā)色團，其摩爾消光系數(shù)大，熒光量子產(chǎn)率高，光穩(wěn)定性好，對極性和PH耐受性好，且容易進行結(jié)構(gòu)修飾，是一種應(yīng)用廣泛的熒光染料，但其缺點是雙光子吸收截面較小（一般不高于10 GM），限制了其在雙光子熒光材料領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，人們對該類染料的雙光子熒光性能的研究還很少。例如，Wang等在氟硼二吡咯的2,6位引入了炔基給電子團，但對其其雙光子吸收截面的提高不明顯（29-60 GM）。Yilmaz及Sezen等在氟硼二吡咯的1及7位引入給電子基團，使氟硼二吡咯熒光團的雙光子吸收截面有所增加。

在雙光子吸收化合物的設(shè)計與合成中，利用分子內(nèi)剛性D-π-A-π-D結(jié)構(gòu)增加熒光基團的雙光子吸收截面，進而提高雙光子吸收及熒光性能，是一種重要的分子設(shè)計理念。此外，共軛橋的平面性和剛性具有非常重要的意義，芴環(huán)可以看作是具有嚴格剛性的聯(lián)苯結(jié)構(gòu)，具有高平面性、高共軛性、良好的光化學(xué)與熱穩(wěn)定性，可作為有效的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移的π共軛橋引入到雙光子熒光基團中。再者，芳基胺上的氮原子主要采用sp²雜化方式與三個芳香環(huán)成鍵，所以往往具有較強的給電子能力，而且由于芳基的電子離域作用，使得分子即使在電荷分離形式的激發(fā)態(tài)也可以具有較好的穩(wěn)定性，而且，眾多文獻報道采用二芳基胺為電子給體的熒光集團通常都具有較好的發(fā)光性質(zhì)。因此，本發(fā)明正是基于以上文獻調(diào)研基礎(chǔ)，以及現(xiàn)有氟硼二吡咯雙光子熒光染料開發(fā)所存在的不足，設(shè)計并合成了一種基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料，使氟硼二吡咯的雙光子吸收截面有顯著提高，并具有較高的熒光量子產(chǎn)率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料及其合成方法，該染料具有相對較高的合成產(chǎn)率、良好的單光子及雙光子吸收及熒光性能，該合成方法為基于氟硼二吡咯的雙光子熒光染料的合成及應(yīng)用提供了新的設(shè)計思路，并具有潛在的應(yīng)用價值。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料，該雙光子熒光染料具有以下結(jié)構(gòu)通式：

其中，R為C₁~C₁₈的烷基。

所述的基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料的合成方法，步驟如下：

（1）2,6-碘代氟硼二吡咯熒光團的合成：以2,4-二甲基吡咯和苯甲醛為原料，以三氟乙酸為催化劑，合成中間產(chǎn)物聯(lián)二吡咯，再通過2,3-二氯-4,5-二氰基苯醌氧化脫氫，與三氟化硼乙醚配位成環(huán)，生成1,3,5,7-四甲基-8-苯基氟硼二吡咯，然后與碘代丁二酰亞胺反應(yīng)實現(xiàn)2,6-位的碘化，得2,6-碘代氟硼二吡咯熒光團；

（2）二苯胺-芴-乙炔化合物的合成：以芴為原料，經(jīng)過溴化、烷基化、Pd(0)催化胺化，Pd(0)和碘化亞銅催化Sonogashira交叉偶聯(lián)反應(yīng)、脫掉三甲基硅基，得到二苯胺-芴-乙炔化合物；

（3）雙光子熒光染料的合成：2,6-位碘代氟硼二吡咯熒光團與二苯胺-芴-乙炔化合物進行Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，得到基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料。

所述步驟（1）的合成方法為：

A1：氬氣保護下，以無水二氯甲烷為溶劑，加入2,4-二甲基吡咯與苯甲醛，加入三氟乙酸作為催化劑，室溫下磁力攪拌6 h；

B1：將2,3-二氯-4,5-二氰基苯醌溶于干燥二氯甲烷中，加至步驟A1得到的反應(yīng)液中，繼續(xù)室溫攪拌15 min；

C1：往步驟B1的反應(yīng)液中加入二異丙基乙胺和三氟化硼乙醚溶液，繼續(xù)室溫攪拌30 min后，加入水淬滅反應(yīng)，減壓濃縮，以二氯甲烷：石油醚 = 1:2為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到1,3,5,7-四甲基-8-苯基氟硼二吡咯

D1：以1,3,5,7-四甲基-8-苯基氟硼二吡咯為原料，二氯甲烷為溶劑，加入N-碘代丁二酰亞胺避光反應(yīng)過夜，減壓濃縮，以二氯甲烷：石油醚 = 1:2為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到2,6-碘代氟硼二吡咯熒光團。

所述步驟A1中2,4-二甲基吡咯與苯甲醛的物質(zhì)的量之比為1:0.4，以1mol 2,4-二甲基吡咯為基準，需要三氟乙酸0.1mL。

所述步驟B1中2,3-二氯-4,5-二氰基苯醌與步驟A1中2,4-二甲基吡咯的物質(zhì)的量之比為0.4:1。

所述步驟C1中二異丙基乙胺和三氟化硼乙醚溶液的體積比為1:1，以18.9mmol 2,4-二甲基吡咯為基準，需要二異丙基乙胺10mL，三氟化硼乙醚溶液10mL。

所述步驟D1中1,3,5,7-四甲基-8-苯基氟硼二吡咯與N-碘代丁二酰亞胺的物質(zhì)的量之比為1:5。

所述步驟（2）的合成方法為：

A2：芴與液溴按物質(zhì)的量之比為1：2.75在干燥氯仿中避光反應(yīng)過夜，飽和硫代硫酸鈉溶液淬滅反應(yīng)，在乙醇中重結(jié)晶得到2,7-二溴-9H-芴；

B2：2,7-二溴-9H-芴與2.6倍量溴代烷烴（R-Br），3倍量氫氧化鉀，0.1倍量碘化鉀，以二甲基亞砜為溶劑，室溫攪拌過夜，反應(yīng)完畢，以石油醚為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離得到2,7-二溴-9,9-二烷基芴；其中2,7-二溴-9H-芴、溴代烷烴、氫氧化鉀和碘化鉀的物質(zhì)的量之比為1:2.6: 5:0.1；

C2：在氮氣氛圍下，將2,7-二溴-9,9-二烷基芴、Pd(dba)₂、1,1'-雙（二苯基膦）二茂鐵、二苯胺和叔丁醇鈉加入無水甲苯中，加熱回流，TLC板監(jiān)測反應(yīng)進程，反應(yīng)完畢減壓濃縮，以石油醚：二氯甲烷=10:1為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，即可得到2-二苯胺-7-溴-9,9-二烷基芴；其中2-二苯胺-7-溴-9,9-二烷基芴、二苯胺、Pd(dba)₂、1,1'-雙（二苯基膦）二茂鐵和叔丁醇鈉的物質(zhì)的量之比為1:0.5:0.05:0.05:1；

D2：在氮氣保護下，將2-二苯胺-7-溴-9,9-二烷基芴與三甲基硅基乙炔、三苯基膦， Pd(dba)₂和碘化亞銅加入無水三乙胺中，85 ℃攪拌過夜，TLC板監(jiān)測反應(yīng)進程，反應(yīng)完畢后減壓濃縮，過硅膠柱除掉金屬鹽后，得到油狀化合物2-二苯胺-7-三甲基硅基乙炔基-9，9-二烷基芴；其中2-二苯胺-7-溴-9,9-二烷基芴、三甲基硅基乙炔、三苯基膦、Pd(dba)₂和碘化亞銅的物質(zhì)的量之比為1:1.5:0.04:0.02:0.02；

E2：2-二苯胺-7-三甲基硅基乙炔基-9，9-二烷基芴與四丁基氟化銨水合物按物質(zhì)的量之比為1:1.25混合，以四氫呋喃和甲醇為溶劑，氮氣保護下，室溫反應(yīng)8 h，減壓濃縮，以二氯甲烷：石油醚=1:2為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到二苯胺-芴-乙炔化合物。

所述步驟（3）的合成方法為：2,6-位碘代氟硼二吡咯熒光團與二苯胺-芴-乙炔化合物在Pd₂(dba)₃、三(2-呋喃基)膦和碘化亞銅條件下，以無水DMF和Et₃N 按體積比 4：1作為混合溶劑，60℃反應(yīng)半小時，發(fā)生Sonogashira交叉偶聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)完畢后減壓濃縮，以石油醚：二氯甲烷=2:1為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到目標產(chǎn)物。

所述2,6-碘代氟硼二吡咯熒光團、二苯胺-芴-乙炔化合物、Pd₂(dba)₃、三(2-呋喃基)膦和碘化亞銅的物質(zhì)的量之比為1:2.6:0.05:0.1:0.1。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明首次提出將二苯胺基芴通過炔基連接到氟硼二吡咯熒光團的2,6位，進而得到一系列具有分子內(nèi)剛性結(jié)構(gòu)的基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料，該染料與2,6位未取代的氟硼二吡咯熒光團相比，其雙光子吸收截面顯著提高，且具有較高的熒光量子產(chǎn)率。本發(fā)明所合成的目標化合物具有較強的雙光子熒光性能，在甲苯中，其最大雙光子吸收截面達到265 GM，熒光量子產(chǎn)率為0.35，本發(fā)明為基于氟硼二吡咯的雙光子熒光染料的合成及應(yīng)用提供了新的設(shè)計思路，并具有潛在的應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為雙光子熒光染料TPFD的核磁氫譜圖。

圖2為雙光子熒光染料TPFD的高分辨質(zhì)譜圖。

圖3為雙光子熒光染料TPFD及1a在不同激發(fā)波長下在甲苯溶液（1×10^-4mol/L）中的雙光子吸收截面（1a在810-910 nm處無雙光子吸收）。

圖4為雙光子熒光染料TPFD在甲苯溶液（1×10^-4mol/L）中的雙光子誘導(dǎo)熒光強度與激發(fā)光功率關(guān)系圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。

實施例1

本實施例的基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料的合成路線如下：

其中，R為C₂H₅。

本實施例的基于苯基取代氟硼二吡咯及二苯胺基芴的雙光子熒光染料的合成方法如下：

（1）2,6-碘代氟硼二吡咯熒光團1a的合成

A1：氬氣保護下，在1000 mL三口瓶中加入500 mL二氯甲烷，18.9 mmol 2,4-二甲基吡咯，7.6mmol苯甲醛和0.1 mL三氟乙酸作為催化劑，室溫下磁力攪拌6 h；

B1：將7.6 mmol 2,3-二氯-5,6-二氰基苯醌(DDQ)溶于150 mL二氯甲烷中，加至步驟A1得到的反應(yīng)液中，繼續(xù)室溫攪拌15 min；

C1：然后往步驟B1得到反應(yīng)液中加入10 mL二異丙基乙胺(DIEA)和10 mL三氟化硼乙醚溶液，繼續(xù)室溫攪拌30 min后，加入200 mL水淬滅反應(yīng)，二氯甲烷萃取，分液，無水硫酸鈉干燥，真空蒸掉溶劑二氯甲烷，以二氯甲烷：石油醚= 1:2為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到橘紅色固體1,3,5,7-四甲基-8-苯基氟硼二吡咯，產(chǎn)率為30%；

D1：在100 mL圓底燒瓶中把0.6 mmol 1,3,5,7-四甲基-8-苯基氟硼二吡咯溶于35 mL二氯甲烷中，加入3 mmol NIS，避光條件室溫攪拌12 h，真空蒸發(fā)濃縮，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離（洗脫劑：二氯甲烷：石油醚 = 1:2），即得到1a，產(chǎn)率為60%。

（2）二苯胺-芴-乙炔化合物2e的合成（R = C₂H₅）

A2：2,7-二溴-9H-芴2a的合成

在250 mL圓底燒瓶中，將5 g（30.1mmol）芴溶解到50 mL干燥的氯仿中，把13.25 g 83 mmol (2.75倍)液溴溶于30 mL干燥氯仿溶液中，在恒壓滴液漏斗中在0 °C下將上述混合液滴加到反應(yīng)瓶中，避光條件下攪拌過夜，將飽和Na₂S₂O₃溶液加入反應(yīng)液中中和過量的液溴，淬滅反應(yīng)，分液，有機層用水洗滌幾次后，在有機相中加入無水MgSO₄干燥半小時，過濾除掉無水硫酸鎂，真空旋蒸除掉溶劑，在乙醇中重結(jié)晶，得到白色固體2,7-二溴-9H-芴2a，產(chǎn)率95%。

B2：2,7-二溴-9,9-二烷基芴2b的合成

在50 mL圓底燒瓶中加入2,7-二溴-9H-芴（5 g, 15 mmol），氫氧化鉀(4.2 g, 75mmol)，碘化鉀(0.26 g, 1.5mmol)，然后加入12 mL二甲基亞砜后放入10°C的冷肼中，磁力攪拌，逐滴加入溴乙烷(4.25 g, 39 mmol)（五分鐘的時間），可以看到反應(yīng)混合液由紅色變?yōu)闇\紫色。滴加完畢，將反應(yīng)溫度升溫至20 °C，攪拌過夜，反應(yīng)完全后加入水以除掉二甲基亞砜并用二氯甲烷萃取幾次，靜置分層，在收集的有機相中加入無水Na₂SO₄干燥2 h后，過濾除掉無水硫酸鈉，真空蒸發(fā)濃縮，然后將所得樣品吸附至硅膠上，用石油醚為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到白色固體2b，產(chǎn)率30%。

C2：2-二苯胺-7-溴-9,9-二烷基芴2c的合成

在50 mL干燥的史萊克瓶中加入2b (3.8 g, 10 mmol)，二苯胺(0.85 g, 5 mmol)，Pd(dba)₂ (0.14 g, 0.25 mmol)，DPPF (0.14 g, 0.25 mmol)和叔丁醇鈉(0.95 g,10 mmol)，在雙排管上抽充換氣后，氮氣保護下加入18 mL剛處理過的無水甲苯，密封反應(yīng)瓶，在80 °C下加熱回流18 h后將溫度升至100 °C繼續(xù)攪拌5 h，TLC板監(jiān)測反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，加入水淬滅反應(yīng)，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，用乙醚萃取幾次，分液收集有機相，用硫酸鎂干燥半個小時，過濾除掉硫酸鎂，真空蒸發(fā)濃縮，將所得油狀物吸附至硅膠上，以石油醚：二氯甲烷=10:1為洗脫劑，干法上樣，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到黃色固體2c，產(chǎn)率60%。

D2：2-二苯胺-7-三甲基硅基乙炔基-9，9-二烷基芴的合成

權(quán)利要求中的記載為“2-二苯胺-7-溴-9,9-二烷基芴、三甲基硅基乙炔、三苯基膦、Pd(dba)₂和碘化亞銅的物質(zhì)的量之比為1:1.5:0.04:0.02:0.02”

在50 mL史萊克瓶中加入化合物2c (1.17 g, 2.5 mmol)，PPh₃ (26.2 mg, 0.1 mmol), Pd(dba)₂ (28.7 mg, 0.05 mmol) 和CuI (10 mg, 0.05 mmol)在雙排管上抽充換氣后，氮氣保護下加入12 mL無水三乙胺，逐滴加入三甲基硅乙炔(0.53 mL, 3.75 mmol)，密封反應(yīng)體系，在85 °C溫度下攪拌過夜，TLC監(jiān)測反應(yīng)完全進行后，停止反應(yīng)，真空蒸發(fā)濃縮溶劑三乙胺，將所得油狀物吸附至硅膠上，干法上樣，以二氯甲烷：石油醚=1:2為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到油狀化合物2d，產(chǎn)率65%。

E2：二苯胺-芴-乙炔化合物2e的合成

在50 mL史萊克瓶中加入化合物2d (0.97 g, 2 mmol)，氮氣保護下加入17 mL 四氫呋喃、3 mL甲醇和0.65 g (2.5 mmol)四丁基氟化銨水合物，密封反應(yīng)管，室溫攪拌8 h，TLC板檢測反應(yīng)進度，反應(yīng)結(jié)束后，真空蒸發(fā)濃縮，除掉溶劑后將所得油狀物吸附至硅膠上，干法上樣，以二氯甲烷：石油醚=1:2為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，得到黃色固體化合物2e，產(chǎn)率96%。¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ7.58 (d, J= 8.0 Hz, 2H), 7.50 (dd, J= 7.8, 1.5Hz, 1H), 7.46 (br, s, 1H), 7.32-7.27 (m, 4H), 7.18-7.12 (m, 5H), 7.09-7.03 (m, 3H), 3.15 (s, 1H), 1.95 (two sets of diastereotopic quarters, J= 12.8, 7.5 Hz, 4H), 0.38 (t, J= 7.5Hz, 4H).

（3）雙光子熒光染料TPFD的合成（R = C₂H₅）

在10 mL史萊克反應(yīng)管中，加入化合物2e (0.11 g, 0.26 mmol)，Pd₂(dba)₃ (4.58 mg, 0.005 mmol)，三(2-呋喃基)膦(2.32 mg, 0.01 mmol)和CuI (1.9 mg, 0.01 mmol)，然后加入0.8 mL無水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和0.2 mL剛處理過的三乙胺的混合溶劑，氮氣保護下加入化合物1a ( 0.1 mmol)，密封反應(yīng)瓶，在60 °C下反應(yīng)0.5 h后，TLC板檢測原料氟硼二吡咯反應(yīng)完全后，停止反應(yīng)，將反應(yīng)液倒入乙醚中，轉(zhuǎn)移至分液漏斗，用水洗滌幾次，靜置分層，將收集到的上層有機相用無水MgSO₄干燥，布氏漏斗抽濾除去無水硫酸鎂，真空蒸發(fā)濃縮，將所得藍色固體溶解在二氯甲烷中，吸附至硅膠上，以石油醚：二氯甲烷=2:1為洗脫劑，經(jīng)硅膠層析色譜柱分離，以88%的產(chǎn)率得到藍色固體TPFD。mp 296 °C; ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.56-7.53 (m, 7H), 7.42-7.40 (m, 2H), 7.35-7.31 (m, 4H), 7.27-7.23 (m, 8H), 7.12-7.08 (m, 10H), 7.03-6.99 (m, 6H), 2.77 (s, 6H), 1.97-1.84 (m, 8H), 1.56 (s, 6H), 0.37-0.33 (t,J= 8.0 Hz, 12H). ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ 158.5, 151.6, 150.0, 147.9, 147.7, 143.7, 142.2, 141.6, 135.8, 134.6, 131.3, 130.5, 129.3, 129.2, 128.0, 125.5, 124.0, 123.5, 122.7, 120.8, 120.6, 119.1, 119.0, 116.5, 97.8, 81.5, 56.1, 32.6, 13.8, 13.5, 8.5. ¹⁹F NMR (564 MHz, CDCl₃)δ-146.4 (q,J(¹¹B, F) = 32.3 Hz). m/z (FT-ICR-MS MALDI): calculated M⁺ for C₈₁H₆₉BF₂N₄ as 1146.5590; found as 1146.5587.

實施例1中步驟B2中的溴代烷烴為溴乙烷，需要說明的是，當(dāng)溴代烷烴的碳原子數(shù)為除正溴丁烷的其他C1、C3~C18的溴代烷烴時，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。

（一）雙光子熒光染料TPFD的單光子吸收及熒光性能（R = C₂H₅）

將目標化合物溶解在甲苯中，配置成濃度為1×10^-5 mol/L的溶液，并對其紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜進行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其最大吸收波長為597 nm，最大熒光發(fā)射波長為670 nm，熒光量子產(chǎn)率為0.35。

（二）雙光子熒光染料TPFD的雙光子熒光性能（R = C₂H₅）

雙光子吸收截面測定：采用Ti:sapphire的激光作為激發(fā)光源，測定化合物TPFD在甲苯溶液中的雙光子熒光性能。所測定溶液的濃度為1×10^-4mol/L，激發(fā)波長從810 nm到1010 nm，每相隔10 nm作為一個激發(fā)波長，并采用熒光參比法，以熒光素為參比，得到了化合物從810 nm到1010 nm的雙光子吸收截面（圖3）?？梢钥闯?，化合物TPFD的雙光子吸收截面最高可達到265 GM (1 GM = 1×10^-50 cm⁴ s per photon-molecule)。TPFD的雙光子熒光強度歲激發(fā)光功率增加未變化的情況如圖4所示。由圖可知，當(dāng)用940 nm波長的激光激發(fā)時，化合物的熒光強度隨激發(fā)光強度的增強而增強，且熒光強度與激發(fā)光功率的對數(shù)成正比關(guān)系（斜率約等于2），這證明了TPFD在940 nm波長激發(fā)下所發(fā)射的熒光確實為雙光子誘導(dǎo)熒光機制。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。