一种IR780酮式菁染料分子及其制备方法与晶体结构与流程

本发明涉及荧光染料领域，更具体地，涉及一种ir780酮式菁染料分子及其制备方法与晶体结构。

背景技术：

荧光探针分子成像技术在外科手术和生物医学领域有着良好的应用前景。近年来，荧光成像技术取得了快速发展，由于其对生物样本具有便捷、无损伤、实时原位动态可视监测以及高灵敏度、高时空分辨率的特点，逐渐成为生物荧光探针研究领域的重要工具。

荧光团是决定荧光成像效果的重要因素，如果要获得高质量的荧光成像，就必须采用性能优良的荧光团。通常，荧光成像选取的荧光团应该考虑发射波长、量子效率、光稳定性和生物相容性这几方面的因素。其中，发射波长是首要因素，选择具有合适的发射波长的荧光团对降低干扰，提高荧光成像分辨率有重要影响。发射波长小于400nm的紫外光对生物组织伤害很大，而发射波长大于400nm的可见光区发射的荧光团受生物组织和器官自吸收产生荧光背景干扰严重。发射波长位于650-900nm的近红外荧光探针具有紫外-可见光区发射的传统荧光探针不可比拟的优势，因其高信噪比及由此保障的理想检测灵敏度，而在分析领域备受瞩目。

菁染料具有摩尔消光系数高、吸收和荧光发射均位于近红外区域等优点，对其在荧光探针及生物荧光成像中的应用研究逐渐成为了近年来研究的热点。然而，菁染料合成过程复杂、副产物多、极其难于分离提纯。这些缺点造成了目前市场上所销售的花菁染料价格高昂，且纯度不高。

在本项发明中，我们研究了一种ir780酮式菁染料分子及其制备方法与晶体结构。该化合物合成方法简单、副产物少、收率高，结构稳定。基于以上优势，我们认为该化合物在荧光染料和生物荧光成像研究领域具有良好的应用前景。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种ir780酮式菁染料分子及其制备方法与晶体结构。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面涉及一种ir780酮式菁染料分子，该荧光染料分子具有如下结构：

本发明第二方面涉及所述ir780酮式菁染料分子的制备方法，包括以下步骤：

s1.将n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解在二氯甲烷中，冰浴下滴加三氯氧磷的二氯甲烷溶液，搅拌30分钟后加入环已酮，加热回流3小时，倒入冰水中保持过夜，进行抽滤得到化合物5。

s2.将苯肼和3-甲基-2-丁酮溶解在无水乙醇的混合物中，加热回流4小时，冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，然后加入乙酸，在氩气的保护下加热回流1小时，冷却至室温，减压蒸馏除去大部分的溶剂，得到的粘性残余物用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤，将溶液ph值调至7，得到的混合物用二氯甲烷水溶液萃取三次，得到的有机相再用无水硫酸钠干燥并过滤，得到固体混合物，经硅胶柱层析分离提纯，得到化合物4。

s3.将步骤s2得到化合物4和碘乙烷溶解在乙腈中，在氩气的保护下加热回流24小时，得到针状晶体。将反应液冷却至室温，过滤，丙酮洗涤，然后用无水乙醇重结晶，得到化合物3。

s4.将步骤s3得到化合物3和步骤s1得到化合物5溶解在正丁醇和甲苯的混合溶液中，在氮气的保护下加热回流10小时，冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，得到的固体混合物用乙醚洗涤三次，经硅胶柱层析分离提纯，得到化合物2(ir780)。

s5.将步骤s4得到的化合物2(ir780)和4-羟基苯甲醛，三乙胺溶解在无水二氯甲烷中，加热回流30分钟，减压蒸馏得到固体混合物，经硅胶柱层析分离提纯得到ir780酮式菁染料分子1。

优选地，所述步骤s1中n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、三氯氧磷、和环已酮的摩尔比为5.4:2.3:1，所述溶剂为二氯甲烷。

优选地，所述步骤s2中苯肼和3-甲基-2-丁酮、无水乙醇、乙酸的比例为9.82ml:12ml:30ml:30ml，所述洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯为40:3的混合物。

优选地，所述步骤s3中化合物4和碘乙烷的摩尔比为1:10，所述溶剂为乙腈。

优选地，所述步骤s4中化合物3和化合物5的摩尔比为2:1，所述溶剂为正丁醇：甲苯比为7:3，所述洗脱剂为二氯甲烷：甲醇体积比为50:1的混合物。

优选地，所述步骤s5中化合物2和4-羟基苯甲醛、三乙胺的摩尔比为1.35:10:13.5，所述溶剂为无水二氯甲烷，所述洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯体积比为8:1的混合物。

本发明第三方面涉及ir780酮式菁染料分子的晶体结构。

优选地，所述晶体结构的培养方式为二氯甲烷、乙醚扩散法。

本发明与现有技术相比较有如下有益效果：

1、本发明的ir780酮式菁染料分子的合成方法简单、收率高；

2、本发明的ir780酮式菁染料分子在酸性条件下的发射光谱在近红外区域；

3、本发明的ir780酮式菁染料分子的晶体结构稳定。

附图说明

图1是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的合成路线；

图2是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的1h-nmr谱图；

图3是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的13c-nmr谱图；

图4是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的hrms(esi)谱图；

图5是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的单晶衍射分子结构晶胞图(分子结构图，椭球率为30％，且分子中存在分子内c-h…o相互作用。)；

图6是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的单晶衍射晶体一维链状结构图(通过分子间c-h…o(具体从氢键表中看出并指出)氢键连接形成1d链状结构)；

图7是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的单晶衍射晶体在c方向的三维堆积图(在c方向的三维堆积图并显示c-h....相互作用)；

图8是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的吸收光谱图；

图9是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子的荧光发射光谱变化图；

图10是本发明所涉及的ir780酮式菁染料分子在ph值5-7.4之间的荧光发射滴定光谱图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

ir780酮式菁染料分子的合成，具体合成路线见图1。

s1.化合物5的制备：氮气保护冰浴条件下，取20ml的n,n-二甲基甲酰胺(273mmol)溶解在二氯甲烷中，缓慢滴加20ml的pocl3(17.5ml，115mmol)的二氯甲烷溶液。搅拌30分钟后加入5g环已酮(50mmol)，然后将温度升到80℃，将反应混合物加热回流3小时。反应结束后，将混合物倒入冰水中，放置过夜后，抽滤，得到黄色固体化合物5(8.0g)，产率92％。

s2.化合物4的制备：量取9.82ml的苯肼(0.1mmol)和12ml的3-甲基-2-丁酮(0.11ml)溶解在30ml无水乙醇和3滴乙酸的混合物中，加热回流4小时后，冷却至室温，减压除去溶剂，然后加入30ml乙酸，在氩气的保护下加热回流1小时，冷却至室温，减压除去大部分的乙酸，得到的粘性残余物用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤，将溶液ph中和至7，得到的混合物用二氯甲烷水溶液(1:1，v/v)萃取三次，得到的有机相再用无水硫酸钠干燥并过滤，得到固体混合物，经硅胶层析柱分离，用石油醚：二氯甲烷＝40:3作为洗脱剂，得到淡黄色油状物质化合物4(12.7g)，产率80％。

s3.化合物3的合成：称取4.773g步骤s2得到化合物4(30ml)和24.11ml碘乙烷(300mmol)溶解在60ml乙腈中，在氩气的保护下加热回流24小时，得到针状晶体。将反应冷却至室温，过滤，丙酮洗涤，然后用无水乙醇重结晶，得到黄色片状结晶化合物3(4.246g)，产率45％。

s4.化合物2的合成：称取1.83g步骤s3得到化合物3(5.81mmol)和500mg步骤s1得到化合物5(2.9mmol)溶解在30ml丁醇和苯的混合溶液(7:3，v/v)中，在氮气的保护下加热至160℃回流10小时，冷却至室温，蒸发溶剂，得到的绿色固体混合物用乙醚洗涤三次，经硅胶层析柱用二氯甲烷：甲醛＝50:1作为洗脱剂过柱子，得到绿色固体化合物2(ir780)(1.8g)，产率96％。

s5.化合物1的合成：取一个50ml的圆底烧瓶，分别加入0.86g步骤s4得到的化合物2(ir780)(1.35mmol)，1.2g的4-羟基苯甲醛(10mmol)和1.8ml三乙胺(13.5mmol)溶解在15ml无水二氯甲烷中，将混合物加热至110℃回流30分钟，得到蓝色溶液，减压蒸馏得到固体混合物，经硅胶层析柱用石油醚：乙酸乙酯体积比为8:1作为洗脱剂过柱子，得到红色的ir780酮式菁染料分子1(0.38)，产率50％。¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.18(d,j＝13.2hz,2h),7.22–7.16(m,4h),6.91(t,j＝7.4hz,2h),6.68(d,j＝8.0hz,2h),5.47(d,j＝13.2hz,2h),3.74(q,j＝7.1hz,4h),2.62(t,j＝5.6hz,4h),1.91–1.84(m,2h),1.67(s,12h),1.27(t,j＝7.1hz,6h).¹³cnmr(101mhz,cdcl3)δ186.37,161.83,143.75,139.83,132.86,127.65,126.52,121.82,120.43,106.40,92.13,46.56,37.04,28.71,25.87,22.59,11.14.hrms(esi):calcdforc34h40n2o[m+h]⁺＝492.3141foundm/z492.3145.其中，cdcl3为氘代氯仿。相关谱图见图2～4。

实施例2

ir780酮式菁染料分子1的晶体结构：采用二氯甲烷、乙醚扩散法获得晶体，通过x-射线衍射单晶测试仪测试其晶体结构，得到其单晶结构数据。相关数据见表1～3，相关谱图见图5～7。

表1.ir780酮式菁染料分子1的晶体结构基本参数

表2.ir780酮式菁染料分子1的晶体结构键长和键角

symmetrytransformationsusedtogenerateequivalentatoms:

表3.ir780酮式菁染料分子1的晶体结构氢键数据

symmetrytransformationsusedtogenerateequivalentatoms:

#1x,-y+1/2,z+1/2

实施例3

ir780酮式菁染料分子1在含水溶液体系中的紫外光谱：采用ch3oh：hepes(0.01mol/l,ph＝7.4)＝9:1(v:v)混合溶剂作为紫外光谱的测试体系。

将ir780酮式菁染料分子1用ch3oh：hepes＝9:1(v:v)的溶剂溶解并定容到100ml的容量瓶中，配制成ir780酮式菁染料分子1浓度为10μmol/l的溶液。

在样品瓶中加入5ml浓度为10μmol/l的ir780酮式菁染料分子1的ch3oh：hepes((0.01mol/l,ph＝7.4)＝9:1(v:v)溶液，静置3分钟后，将测试液转移至1cm×1cm的标准石英比色皿中，测定其紫外光谱。

ir780酮式菁染料分子1的紫外光谱如图8所示。

实施例4

基于荧光染料酮式ir780晶体响应荧光光谱变化：采用ch3oh：hepes(0.01mol/l,ph＝7.4)＝9:1(v:v)混合溶剂作为荧光发射光谱的测试体系。

将ir780酮式菁染料分子1用ch3oh：hepes＝9:1(v:v)的溶剂溶解并定容到100ml的容量瓶中，配制成荧光探针分子浓度为10μmol/l的溶液。

在样品瓶加入5ml浓度为10μmol/l的ir780酮式菁染料分子1的ch3oh：hepes((0.01mol/l,ph＝7.4)＝9:1(v:v)溶液，静置3分钟后，将测试液转移至1cm×1cm的标准石英比色皿中，测定其荧光光谱。

ir780酮式菁染料分子1的荧光光谱如图9所示。

实施例5

基于荧光染料酮式ir780晶体在ph值5-7.4之间的荧光发射滴定变化：采用ch3oh：hepes(0.01mol/l,ph＝5-7.4)＝9:1(v:v)混合溶剂作为ph值荧光发射滴定光谱的测试体系。

在样品瓶中加入5ml浓度为10μmol/l的ir780酮式菁染料分子1不同ph值的ch3oh：hepes((0.01mol/l,ph＝5-7.4)＝9:1(v:v)溶液，静置3分钟后，依次将测试液转移至1cm×1cm的标准石英比色皿中，测定其荧光光谱。

ir780酮式菁染料分子1的ph值荧光发射滴定光谱如图10所示。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。