α-硫取代氟硼荧光染料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及氟硼荧光染料，具体地，涉及一种α-硫取代氟硼荧光染料及其制备方法。

背景技术：

氟硼二吡咯荧光染料(bodipy)是近二十几年才发展起来的一类光物理化学性能优异的荧光染料分子，具有窄的吸收峰和发射峰、较高的摩尔吸光系数、较高的荧光量子产率、较好的光稳定性以及化学稳定性。但是传统的bodipy荧光染料在应用上有一定的缺陷，比如它们的斯托克斯(stokes)位移比较小，易荧光淬灭、溶解性差等。

因此，现有技术中合成新型bodipy类荧光染料类似物的方法中要么步骤繁杂，要么原料不易得、需要多步合成且产率低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种α-硫取代氟硼荧光染料及其制备方法和应用，该α-硫取代氟硼荧光染料具有优异的荧光量子产量、溶解性和稳定性，同时该制备方法具有步骤简单、原料易得的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种α-硫取代氟硼荧光染料，该α-硫取代氟硼荧光染料的结构如式i所示，

其中，r1为c1-c10的脂肪烃基、c1-c10的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基，r2为c1-c15的脂肪烃基、c1-c15的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基。

本发明还提供了一种上述的α-硫取代氟硼荧光染料的制备方法，该制备方法为：将如式ii所示结构的氟硼荧光染料、如式iii所示结构的硫醇化合物、过氧化物进行接触反应以制得所述α-硫取代氟硼荧光染料，

其中，r1为c1-c10的脂肪烃基、c1-c10的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基，r2为c1-c15的脂肪烃基、c1-c15的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基。

本发明进一步提供了一种上述的α-硫取代bodipy荧光染料在荧光标记中的应用。

在上述技术方案中，本发明制得的α-硫取代氟硼荧光染料的最大荧光发射波长在514-545nm之间，具有优异的荧光量子产率、优异的溶解性和优异的稳定性，在荧光标记上有潜在广泛的应用；且通过这种方法合成α-硫取代bodipy荧光染料更加简便，因为以前得到α-硫取代bodipy荧光染料必须先对bodipy进行卤化，然后在碱性环境中通过亲核取代得到。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为α-硫取代氟硼荧光染料b1的晶体衍射图的俯视图；

图2为α-硫取代氟硼荧光染料b1的晶体衍射图的正视图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种α-硫取代氟硼荧光染料，该α-硫取代氟硼荧光染料的结构如式i所示，

其中，r1为c1-c10的脂肪烃基、c1-c10的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基，r2为c1-c15的脂肪烃基、c1-c15的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基。

在上式中，取代基的具体种类可以在宽的范围内选择，但是考虑到原料的来源的难以程度以及合成的产率，优选地，r1为c1-c4的直链烷基、苯基、c6-c10的烷基取代苯基、c6-c10的烷氧基取代苯基、c6-c10的卤素取代苯基，r2为c1-c12的开链烷基、c1-c4的羟基取代烷基、c7-c12的苯基取代烷基、c3-c6的环烷基、苯基、c7-c10的烷基取代苯基；更优选地，r1为甲基、乙基、丙基、2,4,6-三甲基苯基、苯基、2,3,4,5,6-五氟苯基、2,,6-二氯苯基或对甲氧基苯基，r2为正丙基、异丙基、叔丁基、环己基、苯甲基、正十二烷基、2-羟基乙基、对甲基苯基。

在上述诸多实施方式的基础上，结合实际，优选地，所述α-硫取代氟硼荧光染料的结构如式b1-b12所示，

本发明还提供了一种上述的α-硫取代氟硼荧光染料的制备方法，该制备方法为：将如式ii所示结构的氟硼荧光染料、如式iii所示结构的硫醇化合物、过氧化物进行接触反应以制得所述α-硫取代氟硼荧光染料，

其中，r1为c1-c10的脂肪烃基、c1-c10的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基，r2为c1-c15的脂肪烃基、c1-c15的取代脂肪烃基、c6-c12的芳烃基或c6-c12的取代芳烃基。

在上式中，取代基的具体种类可以在宽的范围内选择，但是考虑到原料的来源的难以程度以及合成的产率，优选地，r1为c1-c4的直链烷基、苯基、c6-c10的烷基取代苯基、c6-c10的烷氧基取代苯基、c6-c10的卤素取代苯基，r2为c1-c12的开链烷基、c1-c4的羟基取代烷基、c7-c12的苯基取代烷基、c3-c6的环烷基、苯基、c7-c10的烷基取代苯基；更优选地，r1为甲基、乙基、丙基、2,4,6-三甲基苯基、苯基、2,3,4,5,6-五氟苯基、2,,6-二氯苯基或对甲氧基苯基，r2为正丙基、异丙基、叔丁基、环己基、苯甲基、正十二烷基、2-羟基乙基、对甲基苯基。

在上述制备方法中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的α-硫取代氟硼荧光染料的产率，优选地，所述式ii所示结构的氟硼荧光染料、过氧化物、硫醇的摩尔量比为0.2：0.2-0.5：0.2-0.3；更优选地，所述式ii所示结构的氟硼荧光染料、过氧化物、硫醇的摩尔量比为0.2：0.3-0.4：0.2-0.25。

在上述制备方法中，接触反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的α-硫取代氟硼荧光染料的产率，优选地，所述接触反应满足以下条件：反应温度为40-80℃，反应时间为3-6h。

在上述制备方法中，过氧化物的种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的α-硫取代氟硼荧光染料的产率，优选地，过氧化物选自过氧化苯甲酸叔丁基、过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的至少一者。

在上述实施方式的基础上，为了使得各物料能够充分地进行接触并发生反应，优选地，所述制备方法于有机溶剂中进行，所述有机溶剂选自二甲亚砜、乙腈、二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃中的至少一者。其中，有机溶剂的用量也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的α-硫取代氟硼荧光染料的产率，更优选地，所述式ii所示结构的氟硼荧光染料、有机溶剂的用量比为0.2mmol：2-5ml。

本发明进一步提供了一种上述的α-硫取代bodipy荧光染料在荧光标记中的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。核磁测定采用瑞士bruker公司的av-500型核磁共振仪进行；质谱的测定采用美国仪器集团的hplc/esi-ms型质谱仪进行；紫外光谱的测定采用日本岛津公司的uv-2450型紫外/可见分光光度计进行，荧光光谱的测定日本日立公司的f-4500fl荧光分光光度计进行，相对荧光量子产率的测定采用荧光光谱的测定日本日立公司的f-4500fl荧光分光光度计进行，单晶衍射的测定采用德国brukeraxs公司的smarapexⅱx-单晶衍射仪进行，其中λmax表示最大吸收波长、εabs表示摩尔消光系数，λem^max表示最大荧光发射波长，φf表示相对荧光量子产率和stokes-shift表示stokes位移；相对荧光量子产率(φf)的测定是以其中相对荧光量子产率φf的测定以荧光黄(φ＝0.90，在0.1mol/l氢氧化钠溶液中)为标准染料，根据公式φf＝φs*(ix/is)*(as/ax)*(nx/ns)²计算所得，其中φs为标准物cv的荧光量子产率，i为谱图积分面积，a为吸光度，n为溶剂的折光率，下角标s为标准物，x为待测物。

以下实施例中使用的原料：二甲亚砜是国药集团化学试剂有限公司的产品，硫醇是苏州苏凯路有限公司的产品；氟硼荧光染料bodipy为式a1-a5所示结构的化合物中的一种，参考文献(a)loudet,a.；burgess,k.chem.rev.2007,107,4891.(b)ziessel,r.；ulrich,g.；harriman,a.newj.chem.2007,31,496.(c)ulrich,g.；ziessel,r.；harriman,a.angew.chem.,int.ed.2008,47,1184.(d)lu,h.；mack,j.；yang,y.；shen,z.chem.soc.rev.2014,43,4778.(e)ni,y.；wu,j.org.biomol.chem.2014,12,3774.(f)ge,y.；o’shea,d.f.chem.soc.rev.2016,45,3846.

实施例1

式b1所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

将氟硼荧光染料bodipya1(0.2mmol)加入史莱克反应瓶中，然后加入20微升丙硫醇(0.2mmol)、77微升过氧化苯甲酸叔丁酯(0.4mmol)、2ml二甲亚砜，于60℃油浴中加热搅拌，tlc跟踪点板，约4h后反应完全。将反应液倒入30ml水中，二氯甲烷萃取三次(3×30ml)，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发仪旋干溶剂。二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b1(产率73％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.70(s,1h),6.93(s,2h),6.66(d,j＝4.5hz,1h),6.45(d,j＝3.8hz,1h),6.41(d,j＝4.5hz,1h),6.38–6.37(m,1h),3.09(t,j＝7.3hz,2h),2.35(s,3h),2.09(s,6h),1.89–1.82(m,2h),1.11(t,j＝7.4hz,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ162.01,140.81,139.66,138.48,137.18,136.68,133.97,131.08,129.80,128.07,126.04,117.47,116.69,34.54,22.56,21.10,19.94,13.42.hrmscalcd.forc21h23bf2n2s,[m-f]+:365.1659,found:365.1654.

单晶衍射图如图1-2所示，为了更加清晰地看清楚结构，h原子已被抹掉。

实施例2

式b2所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入22微升异丙硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1，二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b2(产率70％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.70(s,1h),6.94(s,2h),6.67(d,j＝4.5hz,1h),6.45(d,j＝4.3hz,2h),6.38–6.36(m,1h),3.71–3.62(m,1h),2.35(s,3h),2.10(s,6h),1.52(d,j＝6.8hz,6h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ161.48,140.89,139.76,138.52,137.01,136.74,134.03,131.15,129.88,128.11,126.07,117.95,116.71,37.71,23.59,21.13,19.99.hrmscalcd.forc21h23bf2n2s,[m-f]⁺:365.1659,found:365.1651.

实施例3

式b3所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入24微升叔丁基硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b3(产率66％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.76(s,1h),6.94(s,2h),6.65(d,j＝4.4hz,1h),6.61(d,j＝4.4hz,1h),6.50(d,j＝3.8hz,1h),6.40–6.39(m,1h),2.36(s,3h),2.10(s,6h),1.60(s,9h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ158.70,142.56,141.64,138.97,137.04,136.78,134.77,130.75,130.23,128.49,127.45,121.83,117.73,49.34,32.00,21.50,20.38.hrmscalcd.forc22h25bf2n2s,[m-f]⁺:379.1816,found:379.1818.

实施例4

式b4所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入20微升环己基硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b4(产率68％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.69(s,1h),6.93(s,2h),6.65(d,j＝4.5hz,1h),6.43(d,j＝4.5hz,2h),6.37–6.36(m,1h),3.47–3,41(m,1h),2.35(s,3h),2.17–2.14(m,2h),2.09(s,6h),1.88–1.84(m,2h),1.69–1.62(m,3h),1.47–1.33(m,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ161.69,140.52,139.46,138.47,137.05,136.73,133.92,131.11,129.88,128.09,125.81,117.95,116.56,45.78,33.51,25.74,25.40,21.13,19.99.hrmscalcd.forc24h27bf2n2s,[m-f]⁺:405.1972,found:405.1976.

实施例5

式b5所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入20微升苄基硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b5(产率66％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.72(s,1h),7.46–7.44(m,2h),7.37–7.34(m,2h),7.32–7.30(m,1h),6.93(s,1h),6.62(d,j＝4.5hz,1h),6.48(d,j＝3.8hz,1h),6.41(d,j＝4.5hz,1h),6.39–6.38(m,1h),4.35(s,2h),2.34(s,3h),2.08(s,6h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ160.57,141.60,140.63,140.37,138.55,136.63,134.91,134.20,130.99,129.72,128.90,128.87,128.08,127.95,126.64,117.88,117.02,37.22,21.09,19.94.hrmscalcd.forc25h23bf2n2s,[m-f]⁺:413.1659,found:413.1658.

实施例6

式b6所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入47微升正十二碳硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b6(产率65％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.70(s,1h),6.93(s,2h),6.66(d,j＝4.5hz,1h),6.45(d,j＝3.8hz,1h),6.41(d,j＝4.5hz,1h),6.38–6.36(m,1h),3.10(t,j＝7.4hz,2h),2.35(s,3h),2.09(s,6h),1.83–1.81(m,2h),1.52–1.45(m,2h),1.37–1.26(m,16h),0.88(t,j＝6.9hz,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ162.17,140.82,139.67,138.52,137.22,136.73,134.02,131.11,129.87,128.11,126.04,117.50,116.69,32.69,31.92,31.45,29.71,29.63,29.56,29.44,29.34,29.11,28.84,22.69,21.12,19.97,14.11.hrmscalcd.forc30h41bf2n2s,[m-f]⁺:491.3068,found:491.3068.

实施例7

式b7所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入22微升2-羟基乙硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b7(产率60％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.75(s,1h),6.94(s,2h),6.67(d,j＝4.4hz,1h),6.51(d,j＝3.8hz,1h),6.48(d,j＝4.5hz,1h),6.41–6.40(m,1h),3.94(t,j＝5.9hz,2h),3.30(t,j＝6.0hz,2h),2.35(s,3h),2.09(s,6h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ159.59,141.66,141.33,139.06,137.45,137.01,134.75,131.33,128.53,128.43,127.54,118.54,117.70,61.47,36.43,21.50,20.35.hrmscalcd.forc20h21bf2n2os,[m-2f-h]⁺:347.1389,found:347.1388.

实施例8

式b8所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是加入24毫克4-甲基苯硫醇(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b8(产率56％)。

表征数据如下：

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.74(s,1h),7.58(d,j＝8.0hz,2h),7.26(d,j＝8.0hz,2h),6.92(s,2h),6.49(d,j＝4.5hz,1h),6.46(d,j＝3.9hz,1h),6.39–6.38(m,1h),5.79(d,j＝4.5hz,1h),2.41(s,3h),2.33(s,3h),2.09(s,6h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ163.05,141.35,140.70,139.65,138.48,137.53,136.64,135.38,133.99,130.60,130.54,129.75,128.06,126.11,125.08,119.14,116.67,21.33,21.08,19.93.hrmscalcd.forc25h23bf2n2s,[m-f]⁺:413.1659,found:413.1662.

实施例9

式b9所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是氟硼荧光染料bodipya1换成氟硼荧光染料bodipya2(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b9(产率61％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.74(s,1h),7.53–7.49(m,5h),6.93(d,j＝4.4hz,1h),6.71(d,j＝3.1hz,1h),6.49(d,j＝4.5hz,1h),6.45(s,1h),3.10(t,j＝7.3hz,2h),1.89–1.82(m,2h),1.11(t,j＝7.4hz,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ162.56,141.49,140.06,137.26,134.37,134.22,132.91,130.79,130.51,128.73,127.81,117.99,117.15,34.99,22.98,13.83.hrmscalcd.forc18h17bf2n2s,[m-f]⁺:323.1190,found:323.1194.

实施例10

式b10所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是氟硼荧光染料bodipya1换成氟硼荧光染料bodipya3(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b10(产率72％)。。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.74(s,1h),6.79(d,j＝4.6hz,1h),6.56(d,j＝5.2hz,1h),6.54(s,1h),6.46–6.45(m,1h),3.13(t,j＝7.3hz,2h),1.91–1.83(m,2h),1.12(t,j＝7.3hz,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ166.38,159.25,149.80,146.12,141.50,141.35,137.59,133.48,131.42,126.10,122.81,119.40,117.88,35.15,23.01,13.73.hrmscalcd.forc18h12bf7n2s,[m-f]⁺:413.0718,found:413.0719.

实施例11

式b11所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是氟硼荧光染料bodipya1换成氟硼荧光染料bodipya4(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b11(产率68％)。

表征数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.72(s,1h),7.46–7.45(m,2h),7.40–7.37(m,1h),6.68(d,j＝4.6hz,1h),6.47(d,j＝4.7hz,1h),6.46(s,1h),6.41–6.40(m,1h),3.11(t,j＝7.3hz,2h),1.90–1.83(m,2h),1.11(t,j＝7.4hz,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ164.36,140.65,137.25,135.99,134.48,133.53,131.99,131.34,131.24,128.56,125.88,118.58,117.39,35.04,22.97,13.81.hrmscalcd.forc18h15bcl2f2n2s,[m-f]⁺:391.1410,found:391.1409.

实施例12

式b12所示的α-硫取代氟硼荧光染料的制备：

按照实施例1的方法进行，所不同的是氟硼荧光染料bodipya1换成氟硼荧光染料bodipya5(0.2mmol)。反应后处理同实施例1：二氯甲烷和石油醚作流动相，通过柱层析分离得到红色固体b12(产率62％)。

表征数据如下：

¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.72(s,1h),7.47(d,j＝8.7hz,2h),7.01(d,j＝8.7hz,2h),6.96(d,j＝4.5hz,1h),6.75(d,j＝3.7hz,1h),6.48(d,j＝4.5hz,1h),6.46–6.45(m,1h),3.89(s,3h),3.09(t,j＝7.3hz,2h),189–1.81(m,2h),1.11(t,j＝7.4hz,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ161.85,161.66,141.65,139.68,137.18,134.23132.71,132.46,127.68,126.82,117.77,116.98,114.31,55.86,35.01,22.98,13.82.hrmscalcd.forc19h19bf2n2os,[m-f]⁺:353.1295,found:353.1283.

检测例1

对b1-b12在二氯甲烷中的光谱性质进行了检测，测试结果如表1所示：

表1

表1中：stokes-shift＝1/λmax–1/λem^max(cm^-1)，^alogεmax为摩尔吸光系数的log值；^bφ为荧光量子产率。

通过上述实施例b1-b12可知，本发明提供的α-硫取代氟硼荧光染料以及通过该发明提供的方法制备的α-硫取代氟硼荧光染料最大荧光发射波长在540-580nm之间，同时其还具有优异的荧光量子产率和优异的溶解性，说明其在荧光标记领域具有良好的应用前景，同时该制备方法步骤简单，且原料易得。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。