一种氟离子探针聚集态荧光增强型染料的合成方法与流程

本发明涉及一种基于萘酰亚胺母核具有聚集态荧光增强特性染料的合成方法，该染料可进一步用于设计氟离子荧光探针，属于分析化学技术领域。

背景技术：

近年来，环境问题一直是人们关注的焦点问题。我国工业迅猛发展的同时也造成了严重的环境污染问题。其中水污染严重地威胁着我国的水资源安全。水中氟离子缺乏可出现龋齿、生长发育迟缓、骨密度降低等一系列问题；但摄入过量的氟离子也可引起急性或慢性中毒，轻则表现为氟斑牙等症，重则造成骨的损害，如所谓的氟骨病。氟骨症则较氟斑牙更为严重，轻者表现为四肢的疼痛、麻木、重者甚至会因瘫痪而丧失劳动力。另外，氟斑牙表现为牙齿表面形态异常如白垩、着色、缺损等，不仅影响正常的饮食而且对患者造成了心理上的负担。

迄今为止，氟离子荧光探针的设计一般是基于以下三种设计理念：第一种是利用氟离子参与氢键的形成；第二种是利用氟离子作为路易斯碱与路易斯酸结合；第三种利用氟离子与硅的结合力。这三种设计理念都是基于氟离子的亲核性，而水合的氟离子亲核性大大降低。

鉴于以上分析，将氟离子引入疏水环境，有望解决上述问题。而一般的荧光分子在疏水环境下由于分子间作用表现出荧光淬灭的特性。本发明经过一系列化学反应，合成一种具有聚集态荧光增强特性的染料，可为解决上述问题提供一种直接的方法。

技术实现要素：

本发明的有益效果在于提供一种设计氟离子探针的新思路：即用聚集态荧光增强的荧光染料代替传统的聚集态荧光淬灭的荧光染料，作为氟离子检测的信号输出功能单元。

一种可用于设计氟离子探针的聚集态荧光增强型染料，分子式是c20h12n2o3s,结构式是：。

本发明的技术方案在于提供一种合成基于萘酰亚胺母核的聚集态荧光增强型染料的路线，具体如下：。

本发明的合成优点在于：染料的合成只需要五步完成，后处理过程相对简单。

所设计的荧光染料聚集态具有较强的荧光。在365紫外光照射下的荧光见图1。

本发明的技术原理在于阐述该染料具有聚集态荧光增强特性的原因---激发态分子内质子转移。

该染料在不同极性有机溶剂中的荧光发射谱图见图2。

在非极性和弱极性溶剂（甲苯、氯仿、二氯甲烷）中表现出单发射峰，而在极性溶剂（四氢呋喃）中表现出双发射峰，这是染料具有激发态质子转移性质的标志。

染料的烯醇式构型的最高占有分子轨道（homo）和最低空分子轨道（lumo）的分布，见图3。

分子轨道显示，从homo到lumo，酚羟基氧的电子密度稍微较小，苯并噻唑环上的氮原子电子密度略微增大，有利于激发态质子转移的发生。

在实验所测的发射峰与理论计算的酮式发射峰，见图4。

实验所测的发射峰与理论计算的酮式发射峰基本吻合。

化合物3在不同极性有机溶剂中的荧光谱图，见图5。

在结构上，化合物3不满足发生激发态质子转移的要求（分子内氢键），其荧光谱图与化合物5存在很大差异。

附图说明

图1是染料在365紫外光照射下的荧光图。

图2是染料在不同极性有机溶剂中的荧光发射谱图。

图3是烯醇式构型最高占有分子轨道（homo）和最低空分子轨道（lumo）。

图4是实验所测的发射峰与理论计算的酮式发射峰。

图5是化合物3在不同极性有机溶剂中的荧光谱图。

图6是化合物1的氢谱图。

图7是化合物2的氢谱图。图8是化合物3的氢谱图。图9是化合物4的氢谱图。图10是化合物5的氢谱图。图11是化合物5的碳谱图。图12是染料合成路线图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

1eq的1,4-溴-8-萘二甲酸酐和1eq的甲胺加入etoh中在55℃条件下搅拌。将反应混合物真空蒸发，残余物用水洗涤并干燥，得到化合物1；所述化合物1的结构式如下：

。

化合物1的氢谱数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.72(d,j=7.2hz,1h),8.63(d,j=8.5hz,1h),8.48(d,j=7.8hz,1h),8.10(d,j=7.8hz,1h),7.90(t,j=7.9hz,1h),3.61(s,3h)。

实施例2

将1eq化合物1和1eq甲醇钠混合物在meoh中搅拌并回流，加入cuso4•5h2o作为催化剂。真空蒸发反应混合物，向残余物中加入1mhcl。过滤纯化得到化合物2；所述化合物2的结构式如下：

。

化合物2的氢谱数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.66(d,j=7.3hz,1h),8.61(dd,j=8.3,1.6hz,2h),7.75(t,j=7.8hz,1h),7.09(d,j=8.3hz,1h),4.18(s,3h),3.59(s,3h)。

实施例3

向化合物2加入到55％hi溶液中，同时搅拌并在140℃下回流。反应完成后，将混合物溶液冷却，过滤并用蒸馏水洗涤。真空干燥，得到化合物3；所述化合物3的结构式如下：

。

化合物3的氢谱数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ8.69(d,j=7.4hz,1h),8.60(d,j=8.3hz,1h),8.55(d,j=8.1hz,1h),7.78(t,j=7.3hz,1h),7.09(d,j=2.4hz,1h),3.60(s,3h)。

实施例4

向冰水浴上搅拌的tfa中加入化合物3和1.44当量的六亚甲基四胺。将溶液加热至室温，然后在120℃下用tlc监测反应。将100mlchcl3和5mlhcl（1m）加入剩余溶液中，并将混合物加热，同时搅拌过夜。萃取溶液。真空蒸发有机层并纯化，得到黄色产物化合物4；所述化合物4的结构式如下：

。

化合物4的氢谱数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ13.26(s,1h),10.18(s,1h),8.81(m,hz,3h),7.87(t,j=7.8hz,1h),3.61(s,3h)。

实施例5

向化合物4和2-氨基苯硫酚的乙醇（10ml）溶液中逐渐加入37％hcl（15mmol），然后加入30％h2o2（30mmol）水溶液。将混合物在室温下搅拌30分钟。通过过滤获得白色固体化合物5；所述化合物5的结构式如下：

。

化合物5的氢谱和碳谱数据如下：¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ14.88(s,1h),8.87(s,1h),8.85-8.81(m,1h),8.70(d,j=7.2hz,1h),8.07(d,j=8.1hz,1h),8.02(d,j=7.9hz,1h),7.84-7.80(m,1h),7.61(t,j=7.6hz,1h),7.53(t,j=7.6hz,1h),3.61(s,3h).¹³cnmr(126mhz,cdcl3)δ168.72,164.37,163.72,161.10,151.12,132.98,132.63,131.15,130.84,130.30,130.02,127.21,126.60,126.08,123.62,122.55,122.01,121.86,114.11,111.72,29.75。