一种吲哚基苯并咪唑类近红外荧光染料及其制备方法和应用

1.本发明属于精细有机合成及近红外荧光染料领域，涉及一种吲哚基苯并咪唑类近红外荧光染料的制备方法及应用。


背景技术：

2.苯并唑类化合物是一类常见的苯并杂环化合物。由于其特殊的结构使其具有优异的生物活性和反应活性，因此在众多领域得到了广泛的应用。而其中的苯并咪唑类化合物由于其具有富电子的共轭体系，且具有很好的发光性能，同时含氮杂环化合物导致其具有良好的生物活性；使其不仅可作为荧光探针的发色团，而且常被应用于光学、医药和生物研究等方面。苯并咪唑还可以作为电子对供体与金属配位形成配合物并应用于co2的化学固定、离子检测、生物成像、荧光探针等领域。另外，1，2-二取代苯并咪唑经常被选作电子传输单元应用于oled材料中。目前含有不同取代基的苯并咪唑化合物已被证明具有显著的抗病毒、抗肿瘤、抗高血压、抗糖尿病、抗hiv和优异的抗真菌和细菌效应。然而目前市场上所应用的苯并咪唑类荧光染料大多数位于紫外-可见光区域，且其最适激发波长大多位于600nm以下，若能够将激发波长提升至600nm以上，那么就可以一定程度上消除生物组织自身背景干扰问题，能够更好地提高生物检测技术的灵敏度，从而进一步促进荧光染料分子在生物领域的应用。
3.吲哚又称氮杂茚或苯并吡咯，由苯和吡咯共用两个碳原子稠合而成。其c-2和c-3位电子云密度较高，表现出强亲核能力，作为一种典型的小分子化学药的结构骨架，吲哚类化合物以其广泛的生物活性，在抗肿瘤、抗高血压、抗增殖、抗病毒、镇痛、抗炎、抗菌等多个治疗领域的药物中均占有一席之地，目前上市的药物分子已超过百个。目前对吲哚类化合物的衍生化一方面是围绕着吲哚骨架在不改变母核的情况下进行官能团化修饰和去芳构化反应，另一方面是通过断键和重组改变吲哚骨架结构制造新的一类分子。然而，目前可用的吲哚类近红外荧光染料仍然非常有限，很多未能达到近红外区及存在光热稳定性差等问题。
4.本发明以吲哚盐和4-苯并咪唑乙烯基苯甲醛衍生物为原料，设计合成了一种吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料。其中的苯并咪唑与吲哚基团形成共轭，分子共轭体系得到增长的同时，促进了分子体系电子云的离域，降低了分子homo-lumo能级，从而提高了分子整体的光学性能。其具有优秀的生物相容性、良好的细胞膜渗透性，在生物体内有较好的稳定性，并且其荧光性能较好，在生物组织染色、生物探针、荧光成像等众多领域具有良好的应用前景。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料的制备方法及其应用。
6.技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7.本发明涉及的一种吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料的结构如下：
[0008][0009]
本发明涉及的一种吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料的合成路线为：
[0010][0011]
本发明涉及的一种吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料的制备过程包括以下步骤：
[0012]
将4-苯并咪唑乙烯基苯甲醛衍生物(ii)和碘化2，3，3-三甲基-1-丙基-3h-吲哚盐(iii)溶于无水乙醇中，向溶液中滴加哌啶，在氩气保护下80℃回流反应12h。反应结束后冷却至室温，过滤除去滤液得到暗红色固体，通过硅胶柱层析分离提纯得到的吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)。
[0013]
上述反应步骤中，4-苯并咪唑乙烯基苯甲醛衍生物(ii)与碘化2，3，3-三甲基-1-丙基-3h-吲哚盐(iii)的物质的量比为1∶1。
[0014]
本发明的有益效果：
[0015]
与现有技术相比，本发明中吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料及制备方法所具有的优点有：(1)吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料具有显著的溶剂效应，在二甲基亚砜溶剂中的最大荧光发射波长在680nm左右，且具有大的斯托克斯位移(＞200nm)；(2)具有较好的细胞渗透性和生物相容性，可用于hela细胞荧光成像；(3)合成方法简单、反应条件温和、反应选择性好、分离方法简易，具有普适性，可以推广应用到类似近红外荧光染料的合成。
附图说明
[0016]
图1为本发明吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)在不同溶剂中的紫外-可见吸收光谱图；
[0017]
图2为本发明吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)在不同溶剂中的荧光发射光谱图；
[0018]
图3为本发明吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)与hela细胞共同孵化后的激光共聚焦荧光成像图。
具体实施方式
[0019]
下面结合具体实例对本发明作进一步地解释，具体实施事例并不对本发明作任何限定。
[0020]
用高分辨质谱仪、紫外-可见光谱、荧光光谱表征化合物的结构并研究化合物的光物理性质。检测所用仪器为：美国thermo electron corporation高分辨质谱工作站，岛津uv-3100型紫外-可见分光光度计(扫描范围300～900nm，光路狭缝2nm)，荧光光谱用美国
amico bowman series 2 luminescence spectrometer测试。细胞成像用荧光共聚集显微镜为日本olympus fv3000。
[0021]
实施例1
[0022]
4-苯并咪唑乙烯基苯甲醛衍生物(ii)(248mg，1mmol)和碘化2，3，3-三甲基-1-丙基-3h-吲哚盐(iii)(330mg，1mmol)溶于15ml无水乙醇，并向其中滴加一滴哌啶，在氩气保护下加热至80℃，搅拌回流反应12h。反应停止后，减压旋干溶剂，用二氯甲烷-甲醇(v∶v＝20∶1)作为洗脱剂进行硅胶柱层析分离，然后再经正己烷/二氯甲烷重结晶得到吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)，产率70％。1h-nmr(600mhz，dmso-d6，ppm)：δ＝8.51(d，j＝16.2hz，1h)，8.32(d，j＝8.4hz，2h)，8.00-7.99(m，1h)，7.94-7.91(m，3h)，7.79(d，j＝4.8hz，1h)，7.76(d，j＝5.4hz，1h)，7.67-7.64(m，2h)，7.59(s，2h)，7.50(d，j＝16.2hz，1h)，1.22(q，j＝3.0hz，2h)，4.73(t，j＝7.8hz，2h)，1.95-1.89(m，2h)，1.85(s，6h)，1.03(t，j＝7.2hz，3h)；esi-ms：calculated for c
30h30n3+
：432.2434，found：432.2421[m-i-]
+
。
[0023]
实施例2吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)在不同溶剂中的紫外-可见吸收光谱图
[0024]
将吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)分别溶于二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、二甲基亚砜中，配置成浓度为1
×
10-5
mol/l的溶液，测定其紫外-可见吸收光谱；图1为本发明实施例1制备的荧光染料(i)在不同溶剂中的紫外-可见吸收光谱，显示出显著的溶剂效应。
[0025]
实施例3吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)在不同溶剂中的荧光发射光谱图
[0026]
将吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)分别溶于二氯甲烷、甲醇、四氢呋喃、二甲基亚砜中，配置成浓度为1
×
10-5
mol/l的溶液，测定其荧光发射光谱。图2为本发明实施例1制备的荧光染料(i)在不同溶剂中的溶液荧光光谱图。
[0027]
实施例4吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)用于肿瘤细胞荧光成像图
[0028]
将吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)与hela细胞共同孵化后用共聚焦荧光显微镜下观察hela细胞成像照片。图3为hela细胞与荧光染料(i)共同孵化后的激光共聚焦荧光成像照片。hoechst 33342染色剂激发波长为347nm；mhoney dew激发波长为509nm；merged为叠加状态。在hela细胞中加入荧光染料(i)共同孵化后，荧光染料进入hela细胞内部清晰成像，具有较好的生物相容性和细胞渗透性，吲哚基苯并咪唑近红外荧光染料(i)可用于生物细胞成像。