一种罗丹明B基RAFT试剂及制备方法以及基于此试剂制备荧光微球的方法与流程

本发明涉及一种罗丹明B基RAFT试剂及制备方法以及基于此试剂制备荧光微球的方法，属于活性可控自由基聚合方法制备功能性高分子材料的技术领域。

背景技术：

可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)利用二硫代或者三硫代碳酸酯化合物作为链转移剂，可以简单高效的设计并制备特定结构以及分子量分布可控的功能性高分子材料。荧光标示的高分子微球是指一类表面或者内部含有荧光物质，在一定波长的光照射下，能够发出荧光的高分子微球。由于功能性荧光微球比表面积大，表面吸附性强，聚集作用大，表面反应能力强及高效的发光效率，荧光微球在化学分析、生物医药、疾病诊断、食品工程以及环境科学等领域得到了广泛的应用和研究。早期荧光微球的制备，主要通过荧光分子与高分子的非化学键结合，然而这种非化学键的结合力不够牢固。如果放置时间长，微球吸附的荧光分子会慢慢脱落，从而使荧光微球失去了荧光特性。为了克服这一困难，人们根据不同用途化学键合方式对微球表面进行修饰，使其带有氨基、羧基、巯基等官能团，从而增强了微球与荧光分子间结合的牢固性。然而，这种方法操作过程复杂，步骤繁多，并不利于大量生产。

目前对于荧光高分子来说，设计合成荧光标示的RAFT试剂已经成为制备荧光功能化高分子最常用的方法了。罗丹明类荧光物质的荧光强度大，荧光量子产率高，而且是一种商品化的产品，成本低，是一种应用前景非常广阔的荧光染料。将商品化的荧光染料罗丹明B与RAFT试剂相结合，制备带有荧光标示的RAFT试剂，不失为一种简便、高效、经济的合成方法。本发明利用羟基改性的罗丹明B与三硫代碳酸酯RAFT试剂之间发生酯化反应，可以简便高效地制备罗丹明B荧光标示的RAFT试剂。然后，通过此改性的RAFT试剂一步合成了尺寸均一的荧光微球，反应条件温和，收率较高，本发明所涉及的罗丹明B荧光标示的RAFT试剂以及荧光微球的制备方法具有很好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种简便、经济、高效的荧光标示的RAFT试剂及制备方法，以及其基于此荧光RAFT试剂为链转移剂一步制备高分子荧光微球的方法。

本发明采用以下技术方案：

一种罗丹明B基RAFT试剂，该试剂具有如下结构：

上所述的罗丹明B基RAFT试剂的制备方法，它包括以下步骤：

(1)羟基改性罗丹明B的合成：称取0.5g-1g乙二醇，0.5g-1g二环己基碳二亚胺，0.01g-0.05g的4-二甲氨基吡啶，溶解在10mL-50mL二氯甲烷中，然后将1g-2g罗丹明B逐滴加入其中，滴加完毕后，在室温条件下反应12小时，反应产物经分离提纯得到羟基改性的罗丹明B；所述羟基改性的罗丹明B的结构式如下所示：

(2)羧基RAFT试剂的合成：

1)取氢氧化钾3g-4g，乙醇3mL-5mL，水10mL-20mL加入到烧瓶中，搅拌；2)取二硫化碳2g-6g缓慢加入到上述溶液中，冰浴反应2–5h；3)取对甲基苯磺酰氯6g-15g用乙醇溶剂加热溶解后，加入到上述混合溶液中，搅拌反应，反应结束后用二氯甲烷萃取，碳酸氢钠饱和溶液洗涤，无水硫酸钠干燥12h，过滤，旋转蒸发除去部分溶剂，正己烷过柱，干燥得初产物；4)称取1.0-1.5倍偶氮二异氰基戊酸溶于30-50ml乙酸乙酯溶剂中，与步骤3所得产物混合回流12h，反应结束后用正己烷：乙酸乙酯＝7:3的洗脱剂配比过柱分离，洗脱液旋转蒸发后，真空干燥箱内干燥，得到油状产物即为羧基RAFT试剂即4-氰基-4-乙基三硫代碳酸基戊酸；

(3)罗丹明B基RAFT试剂的制备：称取0.5g-1g步骤(1)制备的羟基改性罗丹明B、0.5g-1g二环己基碳二亚胺、0.01g-0.05g的4-二甲氨基吡啶和0.1g-0.5g步骤(2)制备的羧基RAFT试剂，然后向其中加入10mL二氯甲烷，在室温下搅拌反应12小时，反应结束后，分离提纯得到目标产物罗丹明B基RAFT试剂。

所述步骤(1)中反应产物具体的分离提纯方法为：将反应产物用稀盐酸和水交替洗涤三次即可得到羟基改性的罗丹明B。

所述步骤(3)中反应产物分离提纯的具体方法为：将反应产物过滤除去副产物二环己基脲，然后滤液再旋蒸浓缩得粗产物，最后用硅胶色谱柱分离提纯粗产物，然后真空干燥即可；所述硅胶色谱柱分离洗脱剂配比为乙酸乙酯：甲醇＝1:1。

一种基于上述方法制备的罗丹明B基RAFT试剂制备荧光微球的方法，具体步骤如下：

称取3g-5g丙烯腈，3mg-10mg引发剂偶氮二异丁氰，35mg-100mg罗丹明B基RAFT试剂，加入20mL-50mL二甲基亚砜，然后加入5mL-10mL的去离子水，除氧半小时，然后放于70℃油浴锅中反应12小时，得到红色乳液，然后在去离子水中沉淀，冷冻干燥，得到具有荧光特性的聚丙烯腈荧光微球。

本发明与现有技术相比，利用共价键结合方法制备了化学结构稳定的罗丹明B基RAFT试剂，并以此RAFT试剂为链转移剂，一步法合成了尺寸均一并具有荧光功能的高分子微球，反应条件温和，步骤简单，收率高。

附图说明

图1为本发明制备的羟基改性罗丹明B的核磁氢谱图；

图2为本发明制备的罗丹明B基RAFT试剂的核磁氢谱图；

图3为本发明制备的高分子荧光微球的TEM图；

图4为本发明高分子荧光微球的激发和发射光谱图；

图5为罗丹明B基RAFT试剂荧光稳定性结果，其中(A)为罗丹明B基RAFT试剂荧光强度随着温度的变化情况；(B)为罗丹明B基RAFT试剂荧光强度随着时间的变化情况；

图6是本发明制备的高分子荧光微球随着时间的变化情况图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容做进一步的详细说明。

实施例1

罗丹明B基RAFT试剂的制备

具体步骤如下：

(1)羟基改性罗丹明B的合成：称取0.5g-1g乙二醇，0.5g-1g二环己基碳二亚胺，0.01g-0.05g的4-二甲氨基吡啶，溶解在10mL-50mL二氯甲烷中，然后将1g-2g罗丹明B逐滴加入其中，滴加完毕后，在室温条件下反应12小时，反应产物经分离提纯得到羟基改性的罗丹明B；所述羟基改性的罗丹明B的结构式如下所示：

(2)羧基RAFT试剂的合成：

1)取氢氧化钾3g-4g，乙醇3mL-5mL，水10mL-20mL加入到烧瓶中，搅拌；2)取二硫化碳2g-6g缓慢加入到上述溶液中，冰浴反应2–5h；3)取对甲基苯磺酰氯6g-15g用乙醇溶剂加热溶解后，加入到上述混合溶液中，搅拌反应，反应结束后用二氯甲烷萃取，碳酸氢钠饱和溶液洗涤，无水硫酸钠干燥12h，过滤，旋转蒸发除去部分溶剂，正己烷过柱，干燥得初产物；4)称取1.0-1.5倍偶氮二异氰基戊酸溶于30-50ml乙酸乙酯溶剂中，与步骤3所得产物混合回流12h，反应结束后用正己烷：乙酸乙酯＝7:3的洗脱剂配比过柱分离，洗脱液旋转蒸发后，真空干燥箱内干燥，得到油状产物即为羧基RAFT试剂即4-氰基-4-乙基三硫代碳酸基戊酸；

(3)罗丹明B基RAFT试剂的制备：称取0.66g步骤(1)制备的羟基改性罗丹明B、0.26g二环己基碳二亚胺、0.016g的4-二甲氨基吡啶和0.22g步骤(2)制备的羧基RAFT试剂，然后向其中加入10mL二氯甲烷，在室温下搅拌反应12小时，反应结束后，过滤除去副产物二环己基脲，滤液再旋蒸浓缩。最后用硅胶色谱柱分离提纯粗产物，所用洗脱剂配比为乙酸乙酯：甲醇＝1:1，最后真空干燥得到目标产物罗丹明B基RAFT试剂。所述罗丹明B基RAFT试剂的结构式如下：

实施例2

利用实施例1制备的罗丹明B基RAFT试剂乳液聚合制备荧光微球

具体步骤如下：

称取5g丙烯腈，8mg引发剂偶氮二异丁氰，35mg实施例1制备的罗丹明B基RAFT试剂，加入20mL二甲基亚砜，然后加入5mL的去离子水，除氧半小时，然后放于70℃油浴锅中反应12小时，得到红色乳液，然后在去离子水中沉淀，冷冻干燥，得到具有荧光特性的聚丙烯腈荧光微球，所得荧光微球的尺寸在100nm-1μm，其TEM图如图3所示，荧光发射谱图见图4。

对比例

为了更好的对比，使用羧基RAFT试剂作为链转移剂，然后在溶液中加入10mg罗丹明B荧光物质，通过RAFT乳液聚合形成高分子微球的过程中，物理吸附上罗丹明B荧光分子，使高分子微球带上荧光特性，从而制得物理吸附的荧光微球。

测试例

对本发明实施例1制备的基于罗丹明B基RAFT试剂的化学稳定性进行测试。

配制罗丹明B基RAFT溶液，溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)，浓度为0.05mg/mL。将配制的荧光标示的RAFT试剂的DMF溶液放在油浴锅中，并测试不同温度下溶液的荧光强度。结果如图5(A)所示，结果表明，通过酯化反应得到的罗丹明B标示的RAFT试剂的荧光强度不会受到温度的影响，对温度的稳定性很好。另外，又将配制的荧光RAFT试剂溶液放置30天，每隔2天，测试其荧光特性，结果如图5(B)所示。结果表明，本发明实施例1制备的罗丹明B基RAFT试剂的荧光强度不会随着时间的延长而减弱，说明该荧光RAFT试剂的化学稳定性很好。

本发明还对实施例2制备的高分子荧光微球的荧光稳定性进行了研究，结果如图6所示。与对比例物理吸附方法制备的荧光微球的荧光稳定性相比，本发明通过实施例1制备的荧光RAFT试剂作为链转移剂乳液聚合得到的高分子微球荧光稳定性好，制备方法简便高效。