专利名称：一类基于1,8-萘啶的有机硼荧光染料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类基于1，8_萘啶的有机硼荧光或磷光染料，属于化学技术领域。
背景技术：
氟化硼络合二吡咯甲川(Boron-dipyrrolemethene，简称B0DIPY)类荧光染料是 近二十几年才发展起来，并受到广泛重视的一种新的荧光化合物。染料的母体结构如图所 示，其核心是左右两个吡咯环、中间一个硼氮五或六元杂环，三个环成非常好的共轭平面结 构，与硼原子相连的两个氟原子位于BODIPY核心平面的两侧。 BODIPY类荧光染料具有非常优异的光物理性能[1_3]。表现在以下几个方面第一.在可见和近红外区具有较高的摩尔吸光系数，通常ε SSOOOOcn^M—1，因而 是一类具有高光敏性能的发光染料，便于应用在生物分析领域。第二 .具有很高的荧光量子产率，普遍能够达到0. 6以上。许多该类染料的量子 产率接近1，而且在水中仍然保持高荧光量子产率的特性，不会被水分子淬灭。相比之下， 许多其他类的荧光染料在有机溶剂中量子产率可能很高，但是在水中却仅表现出微弱的荧光。第三.BODIPY染料的光谱性质非常稳定，不易受到溶剂极性和PH值的影响，这种 性质对于设计在不同溶剂中显示的分子探针特别重要。BODIPY染料分子对于pH不敏感，这 个性能使染料适合应用在DNA测序和DNA标记领域，因为此类探针分子的分离纯化过程中 都会遇到酸解离的步骤，需要保证染料分子不被破坏。第四.BODIPY染料的荧光光谱峰宽较窄，这使得染料在应用到分析领域其检测灵 敏度高。只有微量待测样品存在时，荧光探针分子就能呈现显著的光谱响应指示出样品的 存在。第五.BODIPY染料具有较高的光稳定性，不会因为荧光分析过程中受激发光的照 射而导致染料结构的迅速光降解，从而保证了光谱信号的变化仅源于受检测的样品。第六.BODIPY染料分子结构中不含离子电荷。这样避免了因为电荷的存在导致染 料分子与溶液中其它离子间静电相互作用的可能，减少了干扰源。因此，氟化硼络合二吡咯甲川类荧光或磷光染料光物理性能卓越，适合应用在各 种生物荧光分析领域，而近些年围绕着BODIPY染料分子结构创新和开发一直成为有机化 学工作者的研究热点。BODIPY染料具有高荧光量子产率、长波段吸收、且较大的摩尔吸光系 数等一些优良的光物理性质，它们在荧光探针、激光染料、荧光分子开关、信息储存等方面 都有实际应用，但关于它们的双光子吸收性质研究得很少[4_8]。
发明内容
为了弥补这一空缺，我们发明了首例基于1，8_萘啶的双核有机硼荧光染料Cl。本 发明解决其技术问题所采用的实验方案是我们设计在已合成的新1，8_萘啶配体的基础 上引入BF2核，通过改变分子的空间和电子效应对分子结构进行修饰，使新型的配合物具备 高荧光量子产率、宽光谱吸收、较大的摩尔吸光系数以及较大的双光子吸收截面等光物理 特性。基于1，8_萘啶的新型有机硼荧光染料Cl的合成路线如下图(详细合成步骤见具体 实施方式部分)。常规的合成方法对于合成Cl不适用，即在二氯甲烷或以甲苯为溶剂，三氟 化硼·乙醚过量，在有机碱如三乙胺或二异丙基乙基胺存在下不论是延长反应时间、升高 反应体系温度、或控制反应物的浓度都只能得到很少，甚至得不到目标产物Cl。但我们采用 2，6- 二甲基吡啶作为有机碱催化剂，以大量乙醚为溶剂，冰浴条件下得到目标配合物Cl。一类基于1，8_萘啶的有机硼化合物，其特征在于1，8_萘啶衍生物的结构如下所 示 R1-Rltl为氢或为相同、不同取代基。1，8_萘啶衍生物也可以为如下结构 R1-R15为氢或为相同、不同取代基。这类基于1，8_萘啶的有机硼荧光或磷光染料可应用于发光材料、生物荧光探针、 生物荧光显像等领域。本专利中涉及的首例基于1，8_萘啶的有机硼荧光染料Cl具有很好的光物理性 质(1)具有较大的荧光量子产率，氟硼配合物Cl在二氯甲烷溶液中显示很强的荧光 发射(图1)，强度相当的两个发射峰位于472和518nm处，荧光量子产率为0. 975，在DMSO 溶液中为0. 767。此外，Cl在固态下呈现很强的黄绿光发射(图2)。(2)具有较大的双光子吸收截面，配合物Cl的双光子吸收(two-photon absorption (TPA))的最大吸收截面出现在730nm处达到100GM(图3)，该吸收峰对映于单 光子吸收(single-photon absorption (SPA))中375nm处的肩峰(图1)。而双光子吸收 中850nm处的吸收对映于单光子吸收中位于440nm处的最大吸收峰。在配体5中引入BF2 核，增加了分子内从中间到两端的对称性电荷转移，同时也增加了分子间的相互作用，即分 子间氢键。这对增加分子的双光子吸收截面非常有益[9a°]。配合物Cl的双光子吸收性质 与最近Prasad所报道他们研究小组合成的BODIPY染料的双光子吸收性质相当[5]，由于配 合物Cl分子内含有具有生物活性的1，8_萘啶基[11_15]，所以在生物细胞的双光子微观显像 方面更具有潜在的应用价值。(3)具有较强的双光子发射，配合物Cl的单光子激发荧光(single-photon-excit edfluorescence (SPEF))禾口双光子激发焚光(two-photon-excited fluorescence (TPEF)) 相比，发射峰型和峰的位置都很相似(图4)，这表明不论分子是被单光子或是双光子激发 到不同的激发态，最终都回到相同的荧光激发态。双光子荧光信号中左边的肩峰比单光子 荧光信号中相应的发射峰小，这可能是由于自吸收的缘故。此外，Cl的上转换荧光强度与 激发光强度的关系可以很好的用二次关系式y = a+bx2拟合(图5)。双光子荧光的强度与 入射光强度的平方成正比，斜率为2. 19，这是双光子激发荧光的一个很重要的特征，这表明 没有线性吸收发生。本专利最突出的有益效果是，合成了首例基于1，8_萘啶的双核有机硼荧光染料， 显著的光物理性质使其具有荧光探针、生物荧光显像等的实际应用前景，为荧光或磷光染 料的研制和开发提供新思路。
图1. Cl在二氯甲烷溶液中(IO-5M)的单光子吸收㈠和单光子荧光发射(一)，激发在440nm图2. Cl的固态荧光发射光谱，激发在470nm图3. Cl在乙腈溶液中(1. 4X 10_5M)的双光子吸收图4. Cl的单光子发射(二氯甲烷，10_6M)和双光子发射(乙腈，10_5Μ，λ ex = 780nm)图5. Cl的上转换荧光强度与激发光强度的关系6. Cl的晶体结构图
具体实施例方式配合物Cl是一全新的化合物，其原料的合成是在文献报道的合成方法上有所改 进_。将配体5(0. 15g 0. 43mmol)溶于无水乙醚(IOOmL)加入2，6-二甲基吡啶(2mL)， 冰浴将体系冷却至5°C后缓慢滴加BF3 · Et2O(4mL)，半小时滴加完。体系在冰浴下反应5h 后，加入饱和NaHCO3水溶液(50mL)，水相用乙醚萃取(3X IOOmL)。合并有机相，用去离 子水洗三次，无水MgSO4干燥，过滤，柱层析分离，使用CHCl3作为洗脱剂。最终得到Cl为 亮黄色粉末，产率40%。通过正戊烷扩散Cl的二氯甲烷溶液得到用于X-ray单晶衍射 分析的浅黄色晶体(图 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部分键长和键角 参考文献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.
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权利要求
一类基于1，8 萘啶的有机硼荧光或磷光染料，其特征在于1，8 萘啶类衍生物与氟硼核配位。
2.根据权利要求1所述的一类基于1，8_萘啶的有机硼荧光或磷光染料，其特征在于 1，8_萘啶类衍生物的结构如下 R1-R10为氢、或为相同或不同取代基。
3.根据权利要求1所述的一类基于1，8_萘啶的有机硼荧光或磷光染料，其特征在于 1，8_萘啶类衍生物的结构还可以如下 R1-R15为氢、或为相同或不同取代基。
4.根据权利要求1所述的一类基于1，8_萘啶的有机硼荧光或磷光染料，其特征在于 1，8_萘啶类衍生物与单、双或多氟硼核配位。
5.根据权利要求1所述的一类基于1，8_萘啶的有机硼荧光或磷光染料，其特征在于可 应用于发光材料、生物荧光探针、生物荧光显像等领域。
全文摘要
本发明涉及一类基于1，8-萘啶的有机硼荧光染料，属于化学技术领域。该类基于1，8-萘啶有机硼荧光染料的结构通式为其中R1-R15为氢、或为相同或不相同的取代基。本发明研究开发出一类新型荧光染料，该类染料具有高荧光量子产率，较大的双光子吸收截面，并且含有具有生物活性的，1，8-萘啶基团，可作为新型荧光团应用于荧光探针、分子荧光显像领域中。
文档编号C09K11/06GK101928472SQ20091014805
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者付文甫, 李慧方洁, 甘欣 申请人:付文甫;李慧方洁;甘欣