專利名稱：一類基于1,8-萘啶的有機(jī)硼熒光染料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料，屬于化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氟化硼絡(luò)合二吡咯甲川(Boron-dipyrrolemethene，簡稱B0DIPY)類熒光染料是 近二十幾年才發(fā)展起來，并受到廣泛重視的一種新的熒光化合物。染料的母體結(jié)構(gòu)如圖所 示，其核心是左右兩個(gè)吡咯環(huán)、中間一個(gè)硼氮五或六元雜環(huán)，三個(gè)環(huán)成非常好的共軛平面結(jié) 構(gòu)，與硼原子相連的兩個(gè)氟原子位于BODIPY核心平面的兩側(cè)。 BODIPY類熒光染料具有非常優(yōu)異的光物理性能[1_3]。表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面第一.在可見和近紅外區(qū)具有較高的摩爾吸光系數(shù)，通常ε SSOOOOcn^M—1，因而 是一類具有高光敏性能的發(fā)光染料，便于應(yīng)用在生物分析領(lǐng)域。第二 .具有很高的熒光量子產(chǎn)率，普遍能夠達(dá)到0. 6以上。許多該類染料的量子 產(chǎn)率接近1，而且在水中仍然保持高熒光量子產(chǎn)率的特性，不會(huì)被水分子淬滅。相比之下， 許多其他類的熒光染料在有機(jī)溶劑中量子產(chǎn)率可能很高，但是在水中卻僅表現(xiàn)出微弱的熒光。第三.BODIPY染料的光譜性質(zhì)非常穩(wěn)定，不易受到溶劑極性和PH值的影響，這種 性質(zhì)對于設(shè)計(jì)在不同溶劑中顯示的分子探針特別重要。BODIPY染料分子對于pH不敏感，這 個(gè)性能使染料適合應(yīng)用在DNA測序和DNA標(biāo)記領(lǐng)域，因?yàn)榇祟愄结樂肿拥姆蛛x純化過程中 都會(huì)遇到酸解離的步驟，需要保證染料分子不被破壞。第四.BODIPY染料的熒光光譜峰寬較窄，這使得染料在應(yīng)用到分析領(lǐng)域其檢測靈 敏度高。只有微量待測樣品存在時(shí)，熒光探針分子就能呈現(xiàn)顯著的光譜響應(yīng)指示出樣品的 存在。第五.BODIPY染料具有較高的光穩(wěn)定性，不會(huì)因?yàn)闊晒夥治鲞^程中受激發(fā)光的照 射而導(dǎo)致染料結(jié)構(gòu)的迅速光降解，從而保證了光譜信號的變化僅源于受檢測的樣品。第六.BODIPY染料分子結(jié)構(gòu)中不含離子電荷。這樣避免了因?yàn)殡姾傻拇嬖趯?dǎo)致染 料分子與溶液中其它離子間靜電相互作用的可能，減少了干擾源。因此，氟化硼絡(luò)合二吡咯甲川類熒光或磷光染料光物理性能卓越，適合應(yīng)用在各 種生物熒光分析領(lǐng)域，而近些年圍繞著BODIPY染料分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和開發(fā)一直成為有機(jī)化 學(xué)工作者的研究熱點(diǎn)。BODIPY染料具有高熒光量子產(chǎn)率、長波段吸收、且較大的摩爾吸光系 數(shù)等一些優(yōu)良的光物理性質(zhì)，它們在熒光探針、激光染料、熒光分子開關(guān)、信息儲(chǔ)存等方面 都有實(shí)際應(yīng)用，但關(guān)于它們的雙光子吸收性質(zhì)研究得很少[4_8]。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)這一空缺，我們發(fā)明了首例基于1，8_萘啶的雙核有機(jī)硼熒光染料Cl。本 發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的實(shí)驗(yàn)方案是我們設(shè)計(jì)在已合成的新1，8_萘啶配體的基礎(chǔ) 上引入BF2核，通過改變分子的空間和電子效應(yīng)對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，使新型的配合物具備 高熒光量子產(chǎn)率、寬光譜吸收、較大的摩爾吸光系數(shù)以及較大的雙光子吸收截面等光物理 特性。基于1，8_萘啶的新型有機(jī)硼熒光染料Cl的合成路線如下圖(詳細(xì)合成步驟見具體 實(shí)施方式部分)。常規(guī)的合成方法對于合成Cl不適用，即在二氯甲烷或以甲苯為溶劑，三氟 化硼·乙醚過量，在有機(jī)堿如三乙胺或二異丙基乙基胺存在下不論是延長反應(yīng)時(shí)間、升高 反應(yīng)體系溫度、或控制反應(yīng)物的濃度都只能得到很少，甚至得不到目標(biāo)產(chǎn)物Cl。但我們采用 2，6- 二甲基吡啶作為有機(jī)堿催化劑，以大量乙醚為溶劑，冰浴條件下得到目標(biāo)配合物Cl。一類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼化合物，其特征在于1，8_萘啶衍生物的結(jié)構(gòu)如下所 示 R1-Rltl為氫或?yàn)橄嗤?、不同取代基?，8_萘啶衍生物也可以為如下結(jié)構(gòu) R1-R15為氫或?yàn)橄嗤⒉煌〈?。這類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料可應(yīng)用于發(fā)光材料、生物熒光探針、 生物熒光顯像等領(lǐng)域。本專利中涉及的首例基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光染料Cl具有很好的光物理性 質(zhì)(1)具有較大的熒光量子產(chǎn)率，氟硼配合物Cl在二氯甲烷溶液中顯示很強(qiáng)的熒光 發(fā)射(圖1)，強(qiáng)度相當(dāng)?shù)膬蓚€(gè)發(fā)射峰位于472和518nm處，熒光量子產(chǎn)率為0. 975，在DMSO 溶液中為0. 767。此外，Cl在固態(tài)下呈現(xiàn)很強(qiáng)的黃綠光發(fā)射(圖2)。(2)具有較大的雙光子吸收截面，配合物Cl的雙光子吸收(two-photon absorption (TPA))的最大吸收截面出現(xiàn)在730nm處達(dá)到100GM(圖3)，該吸收峰對映于單 光子吸收(single-photon absorption (SPA))中375nm處的肩峰(圖1)。而雙光子吸收 中850nm處的吸收對映于單光子吸收中位于440nm處的最大吸收峰。在配體5中引入BF2 核，增加了分子內(nèi)從中間到兩端的對稱性電荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)也增加了分子間的相互作用，即分 子間氫鍵。這對增加分子的雙光子吸收截面非常有益[9a°]。配合物Cl的雙光子吸收性質(zhì) 與最近Prasad所報(bào)道他們研究小組合成的BODIPY染料的雙光子吸收性質(zhì)相當(dāng)[5]，由于配 合物Cl分子內(nèi)含有具有生物活性的1，8_萘啶基[11_15]，所以在生物細(xì)胞的雙光子微觀顯像 方面更具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。(3)具有較強(qiáng)的雙光子發(fā)射，配合物Cl的單光子激發(fā)熒光(single-photon-excit edfluorescence (SPEF))禾口雙光子激發(fā)焚光(two-photon-excited fluorescence (TPEF)) 相比，發(fā)射峰型和峰的位置都很相似(圖4)，這表明不論分子是被單光子或是雙光子激發(fā) 到不同的激發(fā)態(tài)，最終都回到相同的熒光激發(fā)態(tài)。雙光子熒光信號中左邊的肩峰比單光子 熒光信號中相應(yīng)的發(fā)射峰小，這可能是由于自吸收的緣故。此外，Cl的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與 激發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系可以很好的用二次關(guān)系式y(tǒng) = a+bx2擬合(圖5)。雙光子熒光的強(qiáng)度與 入射光強(qiáng)度的平方成正比，斜率為2. 19，這是雙光子激發(fā)熒光的一個(gè)很重要的特征，這表明 沒有線性吸收發(fā)生。本專利最突出的有益效果是，合成了首例基于1，8_萘啶的雙核有機(jī)硼熒光染料， 顯著的光物理性質(zhì)使其具有熒光探針、生物熒光顯像等的實(shí)際應(yīng)用前景，為熒光或磷光染 料的研制和開發(fā)提供新思路。


圖1. Cl在二氯甲烷溶液中(IO-5M)的單光子吸收㈠和單光子熒光發(fā)射(一)，激發(fā)在440nm圖2. Cl的固態(tài)熒光發(fā)射光譜，激發(fā)在470nm圖3. Cl在乙腈溶液中(1. 4X 10_5M)的雙光子吸收圖4. Cl的單光子發(fā)射(二氯甲烷，10_6M)和雙光子發(fā)射(乙腈，10_5Μ，λ ex = 780nm)圖5. Cl的上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度與激發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系6. Cl的晶體結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式配合物Cl是一全新的化合物，其原料的合成是在文獻(xiàn)報(bào)道的合成方法上有所改 進(jìn)_。將配體5(0. 15g 0. 43mmol)溶于無水乙醚(IOOmL)加入2，6-二甲基吡啶(2mL)， 冰浴將體系冷卻至5°C后緩慢滴加BF3 · Et2O(4mL)，半小時(shí)滴加完。體系在冰浴下反應(yīng)5h 后，加入飽和NaHCO3水溶液(50mL)，水相用乙醚萃取(3X IOOmL)。合并有機(jī)相，用去離 子水洗三次，無水MgSO4干燥，過濾，柱層析分離，使用CHCl3作為洗脫劑。最終得到Cl為 亮黃色粉末，產(chǎn)率40%。通過正戊烷擴(kuò)散Cl的二氯甲烷溶液得到用于X-ray單晶衍射 分析的淺黃色晶體(圖 6)。1H NMR(400MHz, CDCl3, 298K, relative to Me4Si) δ 2. 60 (s, 3Η,4-Me of naphthyridylrings),2. 70(s,3H,2-Me of naphthyridyl rings),7.06 (s, 1H, naphthyridyl proton),7. 16 (d, J = 9. ΙΗζ,ΙΗ, naphthyridyl proton),8. 16 (d, J = 9. 3Hz, 1H, naphthyridyl proton) ；EI mass spectrum :m/z440.化合物Cl部分鍵長和鍵角 參考文獻(xiàn)1. R. P. Haugland, Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals, 6th ed. 1996.2. J. Karolin, L. B. A. Johansson, L. Strandberg and T. Ny, J. Am. Chem. Soc., 1994，116，7801-7806.3. N. J. Meltola,A. E. Soini and P. E. Hanninen,Journal of Fluorescence,2004,14，129-138.4. G. Zhang, J. Chen, S. J. Payne, S. Ε. Kooi, J. N. Demas, and C. L. Fraser, J. Am. Chem. Soc.，2007，129，8942-8943.5. Q. Zheng, G. Xu, and P. N. Prasad, Chem. Eur. J.，2008，14，5812-5819.6. Ε. Cogne-Laage, J. F. Al lemand, 0. Ruel, J. B. Baudin, V. Croquette, Μ.Blanchard-Desce and L. Jullien, Chem.Eur. J.，2004，10，1445—1455.7. L. Porres, 0. Mongin and M. Blanchard-Desce, Tetra. Lett. ,2006,47, 1913-1917.8. M. Halik, W. ffenseleers, C. Grasso, F. Stellacci, E. Zojer, S. Barlow, J. L. Bredas, J. W. Perry and S. R. Marder, Chem. Commun.，2003，1490-1491.9. Μ. Albota, D. Beljonne, J. -L. Bredas, J. E. Ehrlich, J. -Y. Fu, A. A. Heikal, S. E. Hess, T. Kogej, M. D. Levin, W. W. Webb, X. -L. Wu and C. Xu, Science, 1998,281, 1653-1656.10. Z. Liu, P. Shao, Z. Huang, B. Liu, T. Chen and J. Qin, Chem. Comm. , 2008, 2260-2262.11. P. C. Appelbaum and P. A. Hunter, International J. Antimicrobial Agents, 2000，16,5-15.12. 741-746.13.14.
5564-5575.15.
1144-1152.
P. L. Ferrarini, C. Manera and C.Mori, et al. , Il Farmaco 1998,53,
M. Badawneh, C. Manera and C. Mori, et al. , Il K.Tomita, Y.Tsuzuki and K. Shibamori, et
Farmaco 2002，57，631—639.al.，J.
E. J. Barreiro, C. A. Camara and H. Verli, et al. , J
Med. Chem. 2002,45, Med. Chem. 2003，46，
權(quán)利要求
一類基于1，8 萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料，其特征在于1，8 萘啶類衍生物與氟硼核配位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料，其特征在于 1，8_萘啶類衍生物的結(jié)構(gòu)如下 R1-R10為氫、或?yàn)橄嗤虿煌〈?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料，其特征在于 1，8_萘啶類衍生物的結(jié)構(gòu)還可以如下 R1-R15為氫、或?yàn)橄嗤虿煌〈?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料，其特征在于 1，8_萘啶類衍生物與單、雙或多氟硼核配位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于1，8_萘啶的有機(jī)硼熒光或磷光染料，其特征在于可 應(yīng)用于發(fā)光材料、生物熒光探針、生物熒光顯像等領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一類基于1，8-萘啶的有機(jī)硼熒光染料，屬于化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該類基于1，8-萘啶有機(jī)硼熒光染料的結(jié)構(gòu)通式為其中R1-R15為氫、或?yàn)橄嗤虿幌嗤娜〈?。本發(fā)明研究開發(fā)出一類新型熒光染料，該類染料具有高熒光量子產(chǎn)率，較大的雙光子吸收截面，并且含有具有生物活性的，1，8-萘啶基團(tuán)，可作為新型熒光團(tuán)應(yīng)用于熒光探針、分子熒光顯像領(lǐng)域中。
文檔編號C09K11/06GK101928472SQ20091014805
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者付文甫, 李慧方潔, 甘欣 申請人:付文甫;李慧方潔;甘欣