不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物及其氟硼化合物的合成和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熒光染料及其制備方法和應(yīng)用，特別是一系列不對稱氮雜二異吲哚亞 甲基類化合物及其氟硼化合物的制備方法和在檢測含氮含氧化合物中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 二吡咯亞甲基氟硼化合物（BODIPY)是一種新型熒光化合物。它具有較高的熒光 量子產(chǎn)率和摩爾消光系數(shù)，并且表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，因而在染色、熒光標(biāo)記、熒光分析、光 化學(xué)傳感、免疫標(biāo)記、生物成像、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和電致發(fā)光等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。氮雜二吡咯亞 甲基氟硼化合物（Aza-BODIPY)比二吡咯亞甲基氟硼化合物（BODIPY)的吸收紅移而且不失 BODIPY優(yōu)異的光譜性質(zhì)。因而可以很好的應(yīng)用與生物分析和生物成像。
[0003] 合成aza-BODIPY主要有以下三種方法：1)2,4二苯基吡咯和它的亞硝基衍生物反 應(yīng)或者吡咯衍生物在亞硝酸鈉，乙酸，乙酸酐條件下得到aza-BODIPY中間體，然后在堿性 和三氟化硼乙醚條件下得到aza-BODIP Y;2)氰的邁克爾加成產(chǎn)物在甲酸氨作用下形成氨 基吡咯中間體，加熱生成aza-BODIPY中間體；3)通過苯鄰二氰與格氏試劑反應(yīng)生成氮雜二 異吲哚亞甲基化合物，然后與氟硼配位，得到芳環(huán)共輒的aza-BODIPY。通過方法1)和2)只 能得到1，3, 5和（或）7位取代修飾的aza-BODIPY，無法得到芳環(huán)共輒的aza-BODIPY。與 1，3, 5和（或）7位取代修飾aza-BODIPY相比，芳環(huán)共輒的aza-BODIPY擁有更新穎的光學(xué) 性質(zhì)和研究前景D[參見：（a) A. Gorman，J. Killoran，C. 0' Shea，T. Kenna，W. M. Gallagher， D. F. 0' Shea，J. Am. Chem. Soc. 2004,126,10619 ; (b) S. 0? McDonnell，D. F. 0' Shea，Org. Lett. 2006,8, 3493 ; (c) W. M. Gallagher，L.T.Allen，C.0' Shea，T. Kenna，M. Hall， A. Gorman，J. Killoran，D. F. 0' Shea，Br. J. Cancer. 2005,92,1702 ; (d) S. 0. McDonnell， M. J. Hall，L. T. Allen，A. Byrne，W. M. Gallagher，D. F. OShea，J. Am. Chem. Soc. 2005， 127,16360 ; (e)M. J. Hall，L. T. Allen，D. F. 0, Shea，Org. Biomol. Chem. 2006,4, 776 ; (f) J.Killoran，D.F.0' Shea，Chem. Commun. 2006,1503; (f)J.Murtagh，D.O.Frimannsson， D. F. 0' Shea，Org. Lett. 2009,11，5386 ; (g) A. Palma，M. Tasior，D. 0? Frimannsson，T. True Vu，R.M6allet_Renault，D.F.0' Shea，Org. Lett. 2009, ll，3638;(h)G.Sathyamoorthi， M.L.Soong，T.W. Ross，J.H. Boyer，Heteroat. Chem. 1993,4,603; (i)E.B. Knott，J. Chem. Soc. 1947,1196 ; (j)V. F. Donyagina，S. Shimizu，N. Kobayashi，E. A. Lukyanets，Tetra. Lett. 2008,49,6152.]
[0004] 然而，目前的方法一方面還比較繁瑣，而且產(chǎn)率較低。另一方面，這些方法不能用 于合成不對稱結(jié)構(gòu)的aza-BODIPY。上述方法1)雖然可以利用某些吡咯衍生物得到不對稱 的二吡咯亞甲基化合物，但還是無法用于合成芳環(huán)共軛的不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合 物及其氟硼化合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一系列不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物及其氟硼化合 物。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物及其氟硼化合物，它有如下結(jié)構(gòu)：
[0009] 取代基R=H或烷基；取代基Rx為以下之一：H，烷基，芳基，烷氧基，芳氧基，燒疏 基J芳疏基。
[0010] -種制備上述的不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物及其氟硼化合物的方法，它可 以按如下反應(yīng)制備：
[0012] 取代基R=烷基；取代基Rx為以下之一 ：H，烷基，芳基，烷氧基，芳氧基，燒疏基， 芳疏基。
[0013] 它包含以下步驟：
[0014] 在反應(yīng)容器中加入叔丁醇鉀的N，N-二甲基甲酰胺溶液，Rx-取代的鄰苯二腈溶 解于N，N-二甲基甲酰胺，所述的Rx取代基是H、烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、烷巰基、芳巰 基。常溫或更低溫度下，Rx-取代的鄰苯二腈溶液滴加到叔丁醇鉀的溶液中，點(diǎn)板檢測直到 Rx-取代的鄰苯二腈完全耗盡，繼續(xù)攪拌60分鐘，得到的深色溶液滴加到足量的冰水中，靜 置過夜，過濾，用100-140目硅膠裝柱分離，洗脫劑為二氯甲烷和甲醇，蒸干溶劑后，得到紅 色固體，為氨基取代的不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物。
[0015] 氨基取代的不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物加入到反應(yīng)容器中，再加入溶有 RNHR亞胺的四氫呋喃溶液，其中R為烷基，回流反應(yīng)至原料點(diǎn)消失，旋干，用100-140目硅膠 裝柱分離，洗脫劑為二氯甲烷，蒸干溶劑后，用二氯甲烷/正己烷重結(jié)晶得到紫紅色固體， 為二烷基氨取代的不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物。
[0016] 將所得到的上述不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物溶于二氯甲烷中，加入過量的 三乙胺（TEA)和三氟化硼-乙醚溶液（BF3 ?Et2O)，攪拌回流反應(yīng)，點(diǎn)板檢測直到原料完全 耗盡，得到藍(lán)紫色溶液后用水淬滅反應(yīng)，反應(yīng)混合物用蒸餾水、飽和碳酸氫鈉水溶液、飽和 食鹽水依次洗滌，隨后干燥后蒸發(fā)濃縮，用100-140目硅膠裝柱分離，洗脫劑為二氯甲烷， 蒸干溶劑后，得到紫紅色化合物，為不對稱氮雜二異吲哚亞甲基氟硼化合物。
[0017] 用1H-NMR、UV-Vis、fluorescencespectral、ESI-MS及晶體結(jié)構(gòu)表征并證實(shí)了該 類不對成化合物的結(jié)構(gòu)（見附圖）。BrukerDRX500型核磁共振儀，溶劑為d-DMSO、ra2Cl2、 ⑶Cl3。島津UV-2700型紫外-可見分光光度計(jì)，CH2Cl2為溶劑，掃描范圍為250-800nm;LCQ 電噴霧質(zhì)譜儀（ESI-S，ThermoFinnigan);
[0018] -種利用所述不對稱氮雜二異吲哚亞甲基化合物及其氟硼化合物檢測和鑒別含 有N原子或者0原子的分子的方法。步驟是：將不對稱的aza-BODIPY在二氯甲烷等不含 N，0的溶劑中，滴入三氟乙酸或三氟甲基磺酸等強(qiáng)酸發(fā)生褪色及熒光淬滅。如果在此無色 溶液中在加入含有N或者0的有機(jī)溶劑或者化合物可以使溶液恢復(fù)原色和熒光，則證明含 有N原子或者0原子的分子。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：1.首次利用叔丁醇鉀的N，N_二甲基甲酰 胺溶液作為堿與鄰苯二腈及其衍生物進(jìn)行反應(yīng)。由鄰苯二腈及其衍生物合成氮雜二異吲 哚亞甲基化合物及其氟硼化合物，該反應(yīng)條件溫和、步驟簡單、產(chǎn)率高且能夠大批量合成； 2)首次合成了具有"電子給體-JI共輒體系-電子受體"型不對稱結(jié)構(gòu)的氮雜二異吲哚亞 甲基化合物及其氟硼化合物，這類化合物具有獨(dú)特的變色性質(zhì)；3)本發(fā)明所提供的不對稱 aza-BODIPY化合物在二氯甲烷等不含N，0的溶劑中，滴入三氟乙酸或三氟甲基磺酸等強(qiáng)酸 后會(huì)發(fā)生褪色及熒光淬滅的現(xiàn)象，而在此無色溶液在加入含有N或者0的有機(jī)溶劑或者化 合物可以恢復(fù)原色，而且熒光恢復(fù)，因此可以用作檢測含有N原子或者0原子的物質(zhì)。
【附圖說明】
[0020] 圖1-3為化合物1-1、1-2和II-2的核磁譜圖譜；
[0021 ] 圖4為化合物II-2的晶體結(jié)構(gòu)；
[0022] 圖5為化合物1-1、1-2和II-2在CH2Cl2溶液中的吸收光譜；
[0023] 圖6化合物II-2的二氯甲烷溶液滴加三氟乙酸的光譜及顏色變化；
[0024] 圖7化合物II-2的二氯甲烷溶液（a)及滴加三氟乙酸后的II-2的二氯甲烷溶液 對于結(jié)構(gòu)類似化合物的區(qū)分。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明的有機(jī)熒光材料在合成過程中都用到了鄰苯二腈及其衍生物。通過下述實(shí) 施例將有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0026] 實(shí)施例L化合物I-I的合成：
[0027]
[0028] 在反應(yīng)容器中加入叔丁醇鉀（0. 106g，50mmol)，溶解于50mlN，N-二甲基甲酰胺 中，然后將鄰苯二腈（6.4g，50mmol)溶于50mlN，N-二甲基甲酰胺的溶液滴加至上述溶液 中，冰浴下攪拌3小時(shí)，之后將反應(yīng)得到的深色溶液滴加到500g的冰水中，靜置過夜。將 固體過濾出來，水洗三次，烘干，得到深紅色固體，為化合物I-I的粗品。將粗品溶于二氯 甲烷中，用100-140目硅膠裝柱分離，洗脫劑為二氯甲烷和甲醇，蒸干溶劑后然后用二氯甲 烷/正己烷重結(jié)晶得到目標(biāo)化合物1-1。I-I為深紅色固體（4. 4g，產(chǎn)率69% );MS(ESI): m/z385.5[M-H];紫外吸收 538nm(溶劑為二氯甲烷）NMR(500MHz，CDCl3)S(ppm): 13. 18 (s)，8. 22 (1H，d) ? 8. 07 (1H，d)，7. 91 (1H，d)，7. 82 (1H，d) ? 7. 69 ~7. 74 (2H，m)， 7. 60 (1H，d)，7. 54 (1H，t)，7. 36 ~7. 41 (2H，m)，7. 21 (1H，dd)，3. 71 (3H，s)，3. 61 (3H，s)，其 核磁圖譜見附圖1。
[0029] 實(shí)施例2.化合物1-2的合成：
[0030]
[0031]在反應(yīng)容器中加入化合物1-1(3. 90g，10.Immol)，再加入100mL二甲胺的四氫 呋喃溶液（2mol/L)，加熱至回流，反應(yīng)12小時(shí)后，旋干溶劑。將旋干得到的固體溶于二 氯甲烷中，用100-140目硅膠裝柱分離，洗脫劑為二氯甲烷，蒸干溶劑后然后用二氯甲烷 /正己烷重結(jié)晶得到目標(biāo)化合物1-2。1-2為紫紅色固體（2. 85g，產(chǎn)率69%)。MS(ESI): m/z413.3[M-H];紫外吸收 538nm(溶劑為二氯甲烷）NMR(500MHz，CDCl3)S(ppm): 13. 18 (s)，8. 22 (1H，d) ? 8. 07 (1H，d)，7. 91 (1H，d)，7. 82 (1H，d) ? 7. 69 ~7. 74 (2H，m)， 7. 60 (1H，d)，7. 54 (1H，t)，7. 36 ~7. 41 (2H，m)，7. 21 (1H，dd)，3. 71 (3H，s)，3. 61 (3H，s)，其 核磁圖譜見附圖2。
[0032] 實(shí)施例3.化合物II-2的合成：
[0033]
[0034] 在反應(yīng)容器中加入化合物1-2(2. 07g，5mmol)，溶解于100mL二氯甲烷中，加入過 量的三乙胺（TEA) 6ml攪拌均勻后，分三次加入三氟化硼-乙醚溶液（BF3 ?Et2O) 9ml，繼續(xù) 攪拌回流反應(yīng)，得到藍(lán)紫色溶液，點(diǎn)板檢測至未配位產(chǎn)物耗盡，隨后用水淬滅反應(yīng)。反應(yīng)混 合物用蒸餾水、飽和碳酸氫鈉水溶液、飽和食鹽水依次洗滌，有機(jī)層使用無水硫酸鈉干燥后 經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮。用100-140目硅膠裝柱分離，洗脫劑為二氯甲烷，蒸干溶劑后然后用二 氯甲烷/正己烷重結(jié)晶得到目標(biāo)化合物11-2。II-2為紫紅色固體，（1.86g，產(chǎn)率80%)。 MS(ESI) :m/z947. 08 [2M+Na]+;1HNMR(500MHz，CDCl3)S(ppm) :8. 27 (1H，d)，7.90 (1H，d)， 7. 84 (2H，d)，7. 72 (1H，m)，7. 70 (1H，m)，7. 62 (1H，d)，7. 55 ~7. 58 (2H，m)，7. 48 (1H，dd)，