一种具有大Stokes位移的吖啶类氟硼荧光染料的设计与合成

一种具有大stokes位移的吖啶类氟硼荧光染料的设计与合成
1.本发明涉及一种具有大stokes位移的吖啶类氟硼染料的的设计与合成，属于有机功能材料制备技术领域。


背景技术：

2.经典的氟硼染料，如bodipy，因其具有光稳定性好，摩尔消光系数大和荧光量子产率高等优点，已被广泛应用于各种领域中，如光动力诊疗，激光材料，生物成像等。但经典的bodipy染料存在发射波长较短，stokes位移小，在聚集态和固体时由于π-π堆积导致荧光猝灭等缺点，使其在生物应用方面受到了一定限制，因此开发具有长波长发射，大stokes位移的染料具有重要的意义。boranil是一种不对称的氟硼染料，与bodipy相比具有更大的stokes位移。但之前报道的boranil染料都具有发射波长短，荧光量子产率低等缺点。如二乙氨基作为boranil染料的供体部分，在二氯甲烷中发射波长在蓝光区域，并且荧光量子产率只有0.07。低的荧光量子产率主要是由于二乙氨基的部分形成了扭转分子内电荷转移(tict)态导致的。因此，为了提升染料的光物理性能，我们需要引入一种具有电荷密度更大的结构作为boranil染料的供体部分，增强染料的ict效应，以提升荧光染料的发射波长和stokes位移；并且供体部分具有一定的刚性结构，以抑制染料分子的旋转造成的非辐射跃迁。


技术实现要素：

3.本发明目的在于针对现有研究的不足，开发出一种具有大stokes位移的吖啶类氟硼染料。其结构式如下：其中r＝me，hncoch3，br，cn。合成步骤如下：(a)将化合物ma-cho和相应的苯胺溶于无水乙醇中，加入对甲苯磺酸催化，加热回流过夜。将反应液倒入水中，用dcm萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干得到粗产物2a/2b/2c/2d，不用提纯直接进行下一步反应。
(b)将2a/2b/2c/2d溶于1,2-二氯乙烷中，加入n,n-二异丙基丙胺搅拌室温搅拌10min，再加入三氟化硼乙醚，升温至70℃反应6h。将反应液倒入至饱和碳酸氢钠溶液中猝灭反应，再用dcm萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干得到粗产物，通过柱层析得目标产物mabf-me/mabf-nhac/mabf-br/mabf-cn。所述步骤(a)中ma-cho和对应的苯胺的物质的量比为1：1.2，对甲苯磺酸加入催化量(1粒晶体)至反应体系即可。所述步骤(b)中n,n-二异丙基丙胺和三氟化硼乙醚的体积比为1：1。所述步骤(b)中柱层析采用的洗脱剂分别为(v石油醚/v二氯甲烷＝2/1)。
4.本发明的荧光染料测试方法如下，将探针分子溶解在二氯甲烷和乙醇中，室温下进行测试。具体实施方法在实施实例中详细介绍。
5.本发明的不对称氟硼染料mabf-me，mabf-nhac，mabf-br和mabf-cn在二氯甲烷、乙醇和固体状态下均表现出明亮的荧光，光物理性质如下表所示。其中λ
abs
表示染料的最大吸收波长，λ
em
表示染料的最大发射波长，δ
ss
表示染料的stokes位移，ε表示染料的摩尔消光系数，φf表示染料的荧光量子产率。光量子产率。
6.本发明的目的是通过引入强的供电子基团10-乙基-9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶(ma)作为荧光染料的供体部分，并引入不同的取代基作为受体部分，合成了一系列新的不对称氟硼荧光染料。与传统的氟硼染料相比，新的氟硼染料具有较长的发射波长和大的stokes位移，并且具有较高的荧光量子产率。
附图说明
7.图1为本发明的荧光染料mabf-me在氘代氯仿中的核磁共振氢谱，横坐标化学位移，纵坐标为强度。
8.图2为本发明的荧光染料mabf-hnac在氘代氯仿中的核磁共振氢谱，横坐标化学位移，纵坐标为强度。
9.图3为本发明的荧光染料mabf-br在氘代氯仿中的核磁共振氢谱，横坐标化学位移，纵坐标为强度。
10.图4为本发明的荧光染料mabf-cn在氘代氯仿中的核磁共振氢谱，横坐标化学位移，纵坐标为强度。
11.图5为本发明的荧光染料在二氯甲烷中的吸收光谱图，横坐标为吸收波长，纵坐标为吸光度。
12.图6为本发明的荧光染料在二氯甲烷中的荧光光谱图，横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度。
13.图7为本发明的荧光染料在乙醇中的吸收光谱图，横坐标为吸收波长，纵坐标为吸光度。
14.图8为本发明的荧光染料在乙醇中的荧光光谱图，横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度。
15.图9为本发明的荧光染料在固体状态下的荧光光谱图，横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度。
16.图10为本发明的荧光染料mabf-me的细胞成像图。
17.具体实施实例实施例1：染料mabf-me的合成将化合物ma-cho(50mg,0.178mmol)和对甲苯胺(23mg,0.214mmol)溶于5ml etoh中，再加入微量的对甲苯磺酸，升温至80℃回流过夜。将反应液倒入50ml水中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后得到粗产物2b，不提纯直接进行下一步反应。将2a溶于5ml1,2-二氯乙烷中，加入200μl n,n-二异丙基丙胺室温搅拌10min，再加入200μl三氟化硼乙醚，升温至70℃反应6h。将反应液倒入至100ml饱和碳酸氢钠溶液中，用dcm萃取(3*50ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后通过柱层析(v石油醚/v二氯甲烷＝2/1)得黄色固体20mg，收率：27％。1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ8.21(s,1h),7.44(d,j＝9.3hz,2h),7.41(s,1h),7.38(d,j＝4.9hz,1h),7.30(d,j＝6.0hz,1h),7.24(s,1h),7.11(t,j＝3.3hz,1h),7.08(dd,j＝10.5,3.0hz,1h),6.62(d,j＝16.1hz,1h),4.08(q,j＝7.1hz,2h),2.39(s,3h),1.53(s,6h),1.48(t,j＝7.0hz,3h).实施例2：染料mabf-hnac的合成将化合物ma-cho(60mg,0.214mmol)和对氨基乙酰苯胺(38mg,0.256mmol)溶于5mletoh中，再加入微量的对甲苯磺酸，升温至80℃回流过夜。将反应液倒入50ml水中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后得到粗产物2b，不提纯直接进行下一步反应。将2b溶于5ml1,2-二氯乙烷中，加入300μl diea室温搅拌10min，再加入300μl三氟化硼乙醚，升温至70℃反应6h。将反应液倒入50ml饱和饱和碳酸氢钠溶液中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后通过柱层析(v石油醚/v二氯甲烷＝2/1)得橙黄色
固体51mg，收率52％。1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ8.20(s,1h),7.58(s,1h),7.55(d,j＝7.4hz,2h),7.45(d,j＝7.5hz,3h),7.40(d,j＝4.3hz,1h),7.30
–
7.27(m,1h),7.11(d,j＝1.9hz,1h),7.10
–
7.05(m,1h),6.60(d,j＝16.3hz,1h),4.09(q,j＝7.0hz,2h),2.20(s,3h),1.54(s,6h),1.48(t,j＝7.0hz,3h).实施例3：染料mabf-br的合成将化合物ma-cho(80mg,0.285mmol)和对溴苯胺(58mg,0.342mmol)溶于5ml etoh中，加入微量的对甲苯磺酸，溶液立即变为红色，升温至80℃回流过夜。将反应液倒入50ml水中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后得到粗产物2c，不提纯直接进行下一步反应。将2c溶于5ml1,2-二氯乙烷中，加入400μl diea搅拌5min，再加入400μl三氟化硼乙醚，升温至70℃反应6h。将反应液倒入50ml饱和饱和碳酸氢钠溶液中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后通过柱层析(v石油醚/v二氯甲烷＝2/1)得橙黄色固体63mg，收率46％。1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ8.20(s,1h),7.59(s,1h),7.56(s,1h),7.44(d,j＝5.0hz,2h),7.41(s,1h),7.39(d,j＝5.0hz,1h),7.30
–
7.28(m,1h),7.13
–
7.09(m,2h),6.60(d,j＝16.1hz,1h),4.09(q,j＝7.1hz,2h),1.53(s,6h),1.49(t,j＝7.1hz,3h).实施例4：染料mabf-cn的合成将化合物ma-cho(90mg,0.320mmol)和对氨基苯腈(45mg,0.381mmol)溶于5ml etoh中，再加入微量的对甲苯磺酸，溶液立即变为红色，升温至80℃回流过夜。将反应液倒入50ml水中，。将反应液倒入50ml水中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后得到粗产物2d，不提纯直接进行下一步反应。将2d溶于5ml1,2-二氯乙烷中，加入400μl n,n-二异丙基丙胺搅拌5min，再加入400μl三氟化硼乙醚，升温至70℃反应6h。将反应液倒入至50ml饱和碳酸氢钠溶液中，用dcm萃取(3*30ml)，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干后通过柱层析(v石油醚/v二氯甲烷＝2/1)得黄色固体68mg，收率50％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ8.23(s,1h),7.75(d,j＝8.3hz,2h),7.67(d,j＝8.4hz,2h),7.48
–
7.44(m,1h),7.41(d,j＝4.9hz,1h),7.32
–
7.28(m,1h),7.13(d,j＝7.9hz,2h),6.60(d,j＝15.2hz,1h),4.11(q,j＝7.1hz,2h),1.54(s,6h),1.50(t,j＝7.1hz,3h).实施例5：染料的光物理性能测试称取一定质量的mabf染料分别用二氯甲烷和无水乙醇溶解，配置成10-5
m的溶液，然后用测试染料的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱。另外取适量的mabf染料在载玻片上制成薄膜，利用固体荧光装置测量染料在固体状态下的发射光谱。根据测得的吸光度计算染料的摩尔消光系数，摩尔消光系数可由以下公式得到：其中a表示最大吸收波长下的吸光度，b表示比色皿的厚度，c表示染料的浓度。在实验中选择julobf-me(φf＝0.20，溶剂：二氯甲烷)作为参比染料，测定上述荧光染料的荧光量子产率。荧光量子产率可通过以下公式计算得到：其中，φf表示荧光量子产率，下标的x和s分别表示待测物和参比染料，a
x
和as分别
表示待测物质和参比染料在特定吸收波长下对应的吸光度，f
x
和fs分别表示待测物质和参比染料用特定激发波长的荧光校正光谱的积分面积，n
x
和ns分别表示待测物质和参比染料所用溶剂的折射率。实施例6：染料的细胞成像实验染料mabf-me溶于dmso中配制成10-3
m母液，在预先孵育hela细胞24h的共聚焦皿中加入990μl培养液，取10μlmabf-me母液加入共聚焦皿染色细胞20min。pbs漂洗三次，再加入的1ml pbs溶液。激发光400nm，收集通道：500-550nm，可在共聚焦显微镜下观察到明亮的绿色荧光。