一种近红外方酸染料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化学领域，具体涉及一种近红外方酸染料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 铜是生物体中重要的微量元素，铜离子具有氧化还原活性，容易得到和失去电 子，因此铜离子参与机体的氧化还原过程以及清除自由基（Uauy, R.; Olivares, M.; Gonzalez, M. Essentiality of Copper in Humans. Am. J. Clin. Nutr. 1998，67, 952S-959S.)。铜离子还是生物中一些重要酶的组分，比如细胞色素 C在维持细胞的能 量上有重要作用，而另一种赖氨酰氧化酶参与胶原蛋白和弹性蛋白的交联过程，形成结 缔组织，赖氨酰氧化酶不仅有助于保持心脏和血管中结缔组织的完整性和弹性，而且在骨 形成中也有重要作用（Angelova，M. ; Asenova，S. ; Nedkova，V. ; Koleva-Kolarova， R. Copper in the Human Organism. J 2011，分，88-98·)。人体中铜离 子过量时，由于其氧化还原活性很高，它会替代别的金属离子参与酶的催化反应，对有机 体产生严重的危害，会引发老年痴呆症，帕金森综合症，肌萎缩性脊髓侧索硬化等疾病 (Gaggelli, E. ; Kozlowskij H. ; Valensinj D. ; Valebsinj G. Copper Homeostasis and Neurodegenerative Disorders (Alzheimeri s, Prion, and Parkinsoni s Diseases and Amyotrophic Lateral Sclerosis).仏讀· TfeK· 2006，/你，1995-2044·)。此外，铜导电性 能好，化学性质稳定，易于与其他金属制成合金从而被广泛应用于工业，农业，制药等领域， 但是铜的广泛应用也带来了环境中铜离子的污染（Belli，S. L ; Zirino，A. Behavior and Calibration of the Copper(II) Ion-Selective Electrode in High Chloride MediaandMarineWaters. 6?讀.1993，你；2583-2589.)，据世界卫生组织建议， 成年人每日摄入铜离子不应高于10-12 mg，在正常生理状况下血液中铜离子的浓度不应高 于15. 7-23. 6 μΜ，因此发展能用于检测生物体和环境中的铜离子具有很重要意义。
[0003] 目前铜离子检测的方法，据文献报道的主要有原子吸收光谱法（Kabil，Μ. Α.; ElKourashyj A. G. ; ElHagrasyj M. A. Flame Atomic Absorption Spectrometric Investigation and Determination of Cobalt and Copper Using Ethanolamine and Triethanolamine as Chemical Modifiers. J. Anal. Atom. Spectrom. 1996, 11, 379-387. Zemberyovaj M. ; Bartekovaj J. ; Zavadskaj M. ; Sisolakovaj M. Determination of Bioavailable Fractions of Zn, Cu, Ni, Pb and Cd in Soils and Sludges by Atomic Absorption Spectrometry. Talanta2007, 71, 1661-1668.)， 电感鍋合等离子体原子发射光谱法（Batista，B. L ; Rodrigues，J. L ; Nunes，J. A. ; Tormenj L. ; Curtiusj A. J. ; Barbosa, F. Simultaneous Determination of Cd, Cu, Mn, Ni, Pb and Zn in Nail Samples by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) after Tetramethylammonium Hydroxide Solubilization at Room Temperature: Comparison with ETAAS. Talanta 2008，7? 575-579·)，电化学 法（Jena， B. K. ; Rajj C. R. Gold Nanoelectrode Ensembles for the Simultaneous Electrochemical Detection of Ultratrace Arsenic, Mercury, and Copper. Anal. 泛￡皿2008，6? 4836-4844.)等，但这些方法灵敏度较低，所需仪器昂贵，不适于户外实 时检测，因此发展快速，简便的检测方法具有重要意义。荧光法以其灵敏度高，快速，选择 性好，操作简单被广泛用于检测铜离子。方酸染料是由方酸与富电子芳基化合物或胺类 化合物缩合生成的1，3-二取代衍生物，是一类具有共振稳定的两性离子型结构的染料 (Ajayaghosh, A. Chemistry of Squaraine-Derived Materials: Near-IR Dyes, Low Band Gap Systems，and Cation Sensors, ja·仏讀· Tfes· 2005，449-459. )D 该类化合 物的显著特征是在可见光区至近红外光区（620-670 mn)有窄而强的吸收带和较高的量子 产率，摩尔吸光系数大于IO5 Mmor1Ym'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)间的电荷迀移作用。由于其兼有优异的焚光发射性能 和电化学性能，良好的光学稳定性，易修饰等特点，在新一代化学小分子探针的设计上具有 广阔的应用前景。
[0004] 由于铜离子是顺磁性离子，是常见的荧光猝灭剂，大多数铜离子荧光探针都是 基于铜离子与探针配位后得到荧光猝灭的信号从而实现对铜离子的识别（Weng，Y.-Q.; Yue, F. ; Zhong, Y. -R. , Ye, B. -Η. A Copper (II) Ion-selective On-Off-Type Fluoroionophore Based on Zinc Porphyrin-Dipyr idyl amino. Inorg. Chem. 2007, 46, 7749-7755. Suresh, M. ; Ghosh, A. ; Das, A. A Simple Chemosensor for Hg2+ and Cu2+ that Works as a Molecular Keypad Lock. Cb蕭?/?· 2008, 3906-3908.)。通常，氮 原子、氧原子与铜离子有比较好的结合力，我们将含氮原子和氧原子的基团修饰到方酸中， 合成了能识别铜离子的方酸染料比色/荧光探针，在体系中加入各种金属离子，只有铜离 子能导致染料的荧光猝灭且溶液颜色由蓝色变成无色，实现对铜离子的特异性检测。
[0005] 阴离子广泛存在于生物体内和周围环境中，在生命科学、环境科学、药物领域和化 学过程等方面起着非常重要的作用。焦磷酸根（pyrophosphate，PPi )是一种具有重要生物 功能的阴离子，参与生物体中诸多能量转化和新陈代谢过程，其检测具有重要的生物医学 意义(徐勤超，金灿，朱雪慧，邢国文.基于有机小分子的焦磷酸根荧光探针研宄进展. 存极众#2014，647-661.)。由于PPi可以和铜离子形成稳定的复合物，可以将染料与 铜离子形成的配合物中的中心金属交换出来，释放出荧光染料，恢复染料的吸收光谱与荧 光发射，从而获得荧光和比色双响应的焦磷酸根探针。
[0006] α -氨基酸广泛地存在于生物体内，是构成生物功能大分子蛋白质的基本组成单 位，也是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，是维持生命活动的重要物质基础，其检测也 具有重要的生物医学意义(暴海霞，戴新华.氨基酸检测方法的进展和现状.众 2013，J5； 577-584.)。由于α-氨基酸可以和铜离子形成稳定的螯合物，可以将染料与铜 离子形成的配合物中的中心金属交换出来，释放出荧光染料，恢复染料的吸收光谱与荧光 发射，从而获得荧光和比色双响应的α-氨基酸探针。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种近红外方酸染料及其制备方法和应用，该方酸染料稳 定性好，光学性能优异，通过引入含有氮原子和氧原子的离子穴，实现对铜离子的特异性响 应，获得一个性能优异的铜离子比色荧光双响应探针。利用焦磷酸根或α-氨基酸可以夺 取染料与铜离子形成的配合物的中心金属，恢复染料的光谱性质，将该配合物用作检测焦 磷酸根及α-氨基酸的比色荧光双响应探针。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种近红外方酸染料的结构式如下：
[0009] 制备方法包括以下步骤： (1) 将苯胺衍生物
混合，溶于溶剂，队保护下减 压回流分水； (2) 冷却至室温，减压除去溶剂，得粗产品； (3) 经硅胶柱层析纯化，得到所述的近红外方酸染料。
[0010] 步骤（1)中溶剂为正庚醇，减压至76 mmHg，反应温度为135°C，回流时间为10小 时；步骤（3)中硅胶柱层析所用的洗脱剂为体积比为5:1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶 液。
[0011] 所述的苯胺衍生物
的合成方法包括如下步骤： (1) 将与碳酸钾、2-氯乙醇、催化剂碘化钾混合，溶于溶剂，加热回 流反应；
(2) 冷却至室温，倒入盛有冰水的烧杯中，用二氯甲烷萃取，有机相用水和饱和食盐水 洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤后浓缩除去溶剂得粗产物； (3) 经硅胶柱层析纯化，得到所述的苯胺衍生物
[0012] 步骤（1)