一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料及其制备和应用，其制备方法包括以下步骤：（1）将金刚烷修饰的苯胺衍生物和方酸混合，溶于适当的溶剂，接上分水器，N2保护下回流数小时；（2）将步骤（1）所得的反应混合物冷却至室温，减压除去溶剂，得粗产品；（3）粗产品经石油醚洗涤多次，后经硅胶柱层析纯化，得金刚烷修饰的近红外方酸染料产物。该类方酸染料稳定性好，光学性能优异，经环糊精包合后能够有效地提高染料在水溶液中的溶解性，可作为荧光和比色双响应的pH探针，其中2-金刚烷基修饰的近红外方酸染料被成功地应用于活细胞的胞内成像以检测胞内pH值。
【专利说明】一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料及其制备和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于有机化学领域，具体涉及一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]近红外荧光染料的发射波长在650-900 nm之间，在该范围内生物分子自身荧光较弱，可避免生物背景干扰而获得较高的分析灵敏度(施锋；李宏洋；彭孝军.生物分析用近红外荧光染料研究进展.精细化工20, 268-272.)，并且波长>650 nm的红光可以穿透动物皮肤和组织，因此近红外染料作为荧光探针在生物分析和细胞成像中的应用引起了广泛关注。方酸染料是由方酸与富电子芳基化合物或苯胺衍生物缩合生成的1，3-二取代衍生物。该类化合物的显著特征是在可见光至近红外光区有窄而强的吸收带和较高的量子产率。这种光电特性主要来源于分子内强烈的供体-受体-供体(donor-acceptor-donor )间的电荷迁移作用。近年来,方酸染料以其优异的光学性能、良好的光稳定性备受关注，成为功能染料研究的热点之一。但像大多数近红外染料一样，它们有一个低的H0M0-LUM0能带，因此中心四元环的1，3-位容易受亲核试剂进攻而褪色；另外，方酸染料的平面结构使其在极性溶剂中容易聚集，从而引起吸收带展宽和荧光淬灭。这两个特征限制了它在生物领域的一些应用。有一种方法可以同时解决这些问题，就是将方酸染料包合在有保护作用的分子容器内，如大环化合物。Smith等在这方面做了较系统的研究，并对其合成、结构、性质以及应用做了综述(Arunkumar, E.; Forbes, C.C.; Smith, B.D.1mproving the Properties of Organic Dyes by Molecular Encapsulation.Eur.J.0rg.Chem.2005, 4051-4059.)。Smith等合成的方酸染料一轮烷化合物，大环的两个亚二甲苯基几乎平行地落在亲电的中心四元环的两面，阻断了亲核试剂的进攻；含吡啶基的大环由于吡啶的氮原子可以与酰胺基上的氢形成分子内的氢键，其结构更加刚性、紧凑，可以提供更多的空间保护，从而导致更高的化学稳定性(Collins，C.G.; Peck, E.Μ.; Kramer, P.J.; Smith, B.D.Squaraine Rotaxane Shuttle as a RatiometricDeep-Red Optical Chloride Sensor.Chem.ScL 2013， 4, 257-2563; GassensmithjJ.J.; Baumesj J.M.; Smith, B.D.Discovery and Early Development of SquaraineRotaxanes.Chem.Conrnun.2009，6329-6338.)。另外，由于大环的立体效应，使方酸染料彼此不易靠近，降低了分子间的电荷转移作用，因此在容易聚集的溶剂中，方酸染料仍显不相对窄的吸收峰(Arunkumar，E.; Forbes, C.C.; Noll, B.C.; Smith, B.D.Squaraine-Derived Rotaxanes: Sterically Protected Fluorescent Near-1R Dyes.J.Am.Chem.Soc.2005，127, 3288-3289.)。
[0003]金刚烷具有高度对称的刚性结构，以及亲脂的性质，因此金刚烷基的引入给方酸染料带来一些独特的性质。由于金刚烷骨架的直径大约为0.7 nm，与β_环糊精的空腔尺寸(0.7、.8 nm)匹配，因此金刚烷衍生物能与β -环糊精形成较稳定的包合物，不仅改善了它们在水中的溶解性，而且β_环糊精的立体保护作用抑制了方酸染料分子在纯水溶剂中的聚集，使得荧光得以保持。
[0004]胞内pH值对细胞内的酶活性、离子运输、耐药性、细胞生长和凋亡等方面有着很多重要的影响。pH值异常通常与不正常的生理过程和疾病包括癌症及阿尔茨海默氏症等有关(Kim, H.J.; Heo, C.H.; Kim, H.M.Benzimidazole-Based RatiometricTwo-Photon Fluorescent Probes for Acidic pH in Live Cells and Tissues.J.Am.Chem.Soc.2013, 135, 17969-17977; Long, L.; Li, X.; Zhang, D.; Meng,S.; Zhang, J.; Sun, X.; Zhang, C.; Zhou, L.; Wang, L.Amino-Coumarin BasedFluorescence Ratiometric Sensors for Acidic pH and their Application for LivingCells Imaging.RSC Adv.2013, 3, 12204-12209.)。因此监控活细胞内 pH 值的变化对于研究细胞内的生理过程具有重要意义。本发明涉及了一系列以金刚烷修饰的方酸染料的制备，其合成方法简单，反应条件容易控制，通过层析可获得高纯度的产物。该类方酸染料荧光探针稳定性好，光学性能优异，与β -环糊精包合后能够有效地提高染料在水溶液中的溶解性，可作为荧光和比色双响应的PH探针，其中2-金刚烷基修饰的近红外方酸染料可成功地应用于活细胞的胞内成像以检测胞内pH值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料及其制备和应用，该类方酸染料稳定性好，光学性能优异，经金刚烷基修饰的方酸染料能与β -环糊精形成较稳定的包合物，能够有效地提高染料在水溶液中的溶解性，可作为荧光和比色双响应的PH探针，其中2-金刚烷基修饰的近红外方酸染料被成功地应用于活细胞的胞内成像以检测胞内PH值。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料具有如下所示的结构通式:
1-金刚烷基修饰的近红外方酸染料:
【权利要求】
1.一种金刚烷基修饰的近红外方酸染料，其特征在于:所述的近红外方酸染料为:
2.—种金刚烷基修饰的近红外方酸染料，其特征在于:所述的近红外方酸染料为:
3.一种制备如权利要求1所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将1-金刚烷基修饰的苯胺衍生物
4.根据权利要求3所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的制备方法，其特征在于:步骤(1)中:η = O时，溶剂为甲苯和正丁醇，N2保护，回流时间为12小时；η = I时溶剂为原甲酸三乙酯和异丙醇，N2保护，回流时间为17小时；步骤(3)中:硅胶柱层析所用的洗脱剂成分为:n = O时，先用氯仿和甲醇，体积比为50:1进行粗分，再用氯仿和乙酸乙酯，体积比为10:1进行分离，产品除去溶剂后再用石油醚/ 二氯甲烷混合溶剂重结晶；η = I时先用石油醚和乙酸乙酯，体积比4:f 1:1进行梯度淋洗，然后再用氯仿和乙酸乙酯，体积比为10:1洗脱剂分离，产品除去溶剂后再用石油醚/ 二氯甲烷混合溶剂重结晶。
5.根据权利要求3所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的制备方法，其特征在于:所述的1-金刚烷基修饰的苯胺衍生物,
6.一种制备如权利要求2所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的方法，其特征在于:
(?)将2-金刚烷基修饰的苯胺衍生物
7.根据权利要求6所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的制备方法，其特征在于:步骤(1)中溶剂为甲苯和正丁醇，N2气氛保护，反应温度120°C，回流时间为24小时；步骤(3)中硅胶柱层析分离所用的洗脱剂为:先用石油醚和乙酸乙酯，体积比为4:1进行粗分，再用氯仿和甲醇，体积比为100: 1-30:1，进行梯度淋洗。
8.根据权利要求6所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的制备方法，其特征在于:所述的2-金刚烷基修饰的苯胺衍生物的合成方法包括以下步骤: 在研钵中加入2-金刚烷酮和苯胺研磨，然后加入NaBH4和硼酸继续研磨至反应结束； 反应结束后，加水，用二氯甲烷萃取，有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸除掉溶剂得粗产物；将粗产物经硅胶柱纯化，得
9.一种如权利要求1所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的应用，其特征在于:能作为突光和比色双响应的pH探针。
10.一种如权利要求2所述的金刚烷基修饰的近红外方酸染料的应用，其特征在于:能作为荧光和比色双响应的PH探针，应用于活细胞的胞内成像以检测胞内pH值。
【文档编号】C09K11/06GK103923481SQ201410146910
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】傅南雁, 王桂美 申请人:福州大学