电子受体、氟硼部花菁荧光染料及其制备方法、应用

本发明涉及荧光染料领域，具体涉及一种二氟硼假吲哚电子受体、基于该电子受体的氟硼部花菁荧光染料、以及其制备方法和应用。

背景技术：

1、荧光成像作为一种可视化技术，具有高灵敏度、无损性、实时检测、高时空分辨率等显著特点，已广泛应用于生物科学和生物医学。小分子有机荧光团能够帮助实现基因表达、转录后修饰、生物分子浓度、细胞器运输、疾病检测、药物开发和反应评估的可视化，同时也能通过图像对肿瘤手术进行指导，因此，当现代染料化学与现代合成化学相结合时，荧光团在生物成像方面被赋予了相当多的功能。

2、传统的小分子荧光探针主要采用成熟的商用“核心”结构作为荧光团，主要包括香豆素、萘酰亚胺、氟化硼络合二吡咯甲川(bodipy)、荧光素、罗丹明和花菁。这类传统的荧光染料在化学和光学性质上存在不足。近年来，一些新兴的荧光团不断地被开发出来并迅速发展。

3、但是，现阶段荧光染料的种类仍然不足，其光物理性能也有待进一步提高。并且，现有的荧光染料的合成较为复杂且难于推进后续的功能化应用。因此，开发光物理性能更好、易于合成的多功能新型荧光染料具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种二氟硼假吲哚电子受体(bfi,borondifluoroindolenine)，这类基于二氟化硼桥接的电子受体不仅易于合成，而且能够用于制备得到一系列覆盖远红外到近红外的功能性氟硼部花菁荧光染料(bcy,borondifluoro indoleninecyanine)，有效地丰富了荧光染料的种类。

2、上述目的通过下述技术方案实现：

3、一种二氟硼假吲哚电子受体，具有式i所示的结构式：

4、

5、式i中，x选自ch或n，r1选自氢、卤素、c1～c4烷基、c2～c4烯基、c2～c4炔基、苯基、羟基、氨基、羧基及其活性酯、羧酸酯基、磺酸基、甲氧基、甲酸酯基、酰胺基，r2选自氢或卤素。

6、本技术方案中，二氟硼假吲哚电子受体是一类基于二氟化硼桥接的电子受体，其可利用市售的2,3,3-三甲基-3h-假吲哚、2,3,3-三甲基-3h-吡咯并[2,3-b]吡啶及其衍生物与三氟化硼乙醚在惰性气体保护下反应制得，并经过卤化制备得到卤素取代的二氟硼假吲哚电子受体，反应条件温和、合成路径短。基于此类二氟硼假吲哚电子受体，可进一步与fisher醛或其衍生物缩合得到氟硼部花菁荧光染料，不仅拓宽了荧光染料的种类，而且荧光染料的光物理性能好，具有广泛的应用价值。

7、本技术方案中，r1基团的选择取决于2,3,3-三甲基-3h-假吲哚、2,3,3-三甲基-3h-吡咯并[2,3-b]吡啶、及其衍生物的选择，从反应机理上，这类化合物均能与三氟化硼乙醚反应得到式i所示的二氟硼假吲哚电子受体。考虑到电子受体的r1基团对共轭体系的影响、以及对荧光染料光物理性能的影响，r1基团优选采用氢、卤素、c1～c4烷基、c2～c4烯基、c2～c4炔基、苯基、羟基、氨基、羧基、磺酸基、甲氧基、甲酸酯基、酰胺基，而r2基团可以为氢，也可以卤素取代，优选地，r2为氢、氯、溴、碘或氟。

8、在部分实施例中，r1基团为取代或未取代的链状烷基。所述链状烷基既可以是直链烷基，也可以是支链烷基，链状烷基的碳原子数优选为c1～c2。在一个或多个实施例中，链状烷基优选为甲基、乙基、三氟甲基。

9、在部分实施例中，r1基团为取代或未取代的烯基。所述烯基的碳原子数优选为c2～c3。在一个或多个实施例中，烯基优选为乙烯基。

10、在部分实施例中，r1基团为c2～c4炔基。所述炔基的碳原子数优选为c2～c3。在一个或多个实施例中，炔基优选为乙炔基。

11、在部分实施例中，r1基团可以是取代或未取代的苯基。

12、在部分实施例中，r1基团可以是活化的n-羟基丁二酰亚胺酯(nhs)、4-硝基苯酚酯、五氟苯酚酯等羧酸活性酯。

13、进一步地，作为二氟硼假吲哚电子受体优选的r1基团，所述r1选自氢、卤素、甲基、乙基、乙烯基、乙炔基、三氟甲基、苯基、羟基、羧基及其活性酯、羧酸酯基、磺酸基、甲氧基、酰胺基。

14、进一步地，所述二氟硼假吲哚电子受体选自以下的化合物：

15、

16、

17、本发明的另一个目的在于提供一种基于前述任一种二氟硼假吲哚电子受体的氟硼部花菁荧光染料，其合成路径短，反应条件温和，易于制备，同时，这类氟硼部花菁荧光染料具有优异的光物理性能，且其光物理性能可以通过控制共轭体系中电子受体的强度和π共轭程度进行微调，此外，这类氟硼部花菁荧光染料还能够用于脂滴的荧光成像。

18、上述目的通过下述技术方案实现：

19、一种氟硼部花菁荧光染料，具有式ii所示的结构式：

20、

21、式ii中，x选自ch或n，r1和r3各独立地选自氢、卤素、c1～c4烷基、c2～c4烯基、c2～c4炔基、苯基、羟基、氨基、羧基及其活性酯、磺酸基、甲氧基、羧酸酯基、酰胺基，r2选自氢或卤素，r4选自c1～c16链状烷基、聚乙二醇基团、c1～c16烷基类羧酸及活性酯、c1～c5烷基类磺酸及其盐、c1～c4的醇，n＝1～4。

22、本技术方案中，利用式i的二氟硼假吲哚电子受体作为电子受体与fisher’s(费舍尔)醛或其衍生物进行缩合反应得到式ii的氟硼部花菁荧光染料。

23、本技术方案中，r1和r2基团由选用的二氟硼假吲哚电子受体决定，r3和r4基团由选用的费舍尔醛决定。其中，r3基团可以与r1基团相同，也可以不同。r3基团优选选自氢、卤素、c1～c4烷基、c2～c4烯基、c2～c4炔基、苯基、羟基、氨基、羧基、磺酸基、甲氧基、甲酸酯基、酰胺基。r4选自c1～c16链状烷基、聚乙二醇基团、c1～c16烷基类羧酸及活性酯、c1～c5烷基类磺酸及其盐、c1～c4的醇。

24、在部分实施例中，r1基团可以是活化的n-羟基丁二酰亚胺酯(nhs)、4-硝基苯酚酯、五氟苯酚酯等羧酸活性酯。

25、进一步地，所述r1选自氢、卤素、甲基、乙基、乙烯基、乙炔基、三氟甲基、苯基、羟基、羧基及其活性酯、羧酸酯基、磺酸基、甲氧基、酰胺基，r3选自氢或卤素，r4选自c1～c4链状烷基、聚乙二醇基团、c1～c16烷基类羧酸及活性酯。

26、进一步地，所述氟硼部花菁荧光染料选自以下的化合物：

27、

28、本发明还提供了前述任一种氟硼部花菁荧光染料的制备方法，该制备方法采用前述任一种二氟硼假吲哚电子受体与费舍尔醛进行缩合反应制备氟硼部花菁荧光染料，具体地，所述制备方法包括以下步骤：

29、将式i的二氟硼假吲哚电子受体与式iii的化合物加入至第一反应溶剂、第一碱和第一酸构成的混合溶液中进行缩合反应得到式ii的氟硼部花菁荧光染料；或

30、将式i的二氟硼假吲哚电子受体与式iv的化合物溶解于第二反应溶剂中，加入第二碱进行缩合反应得到式ii的氟硼部花菁荧光染料；

31、式iii：式iv：

32、本技术方案中，氟硼部花菁荧光染料的制备方式包括两种。

33、第一种制备方式中，二氟硼假吲哚电子受体与式iii的化合物在第一反应溶剂、第一碱和第一酸构成的混合溶液中进行缩合反应。

34、在部分实施例中，所述第一反应溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、正丁醇、异丙醇、乙醇、甲醇、氯苯、二甲苯、均三甲苯中的至少一种。在一个或多个优选的实施例中，所述第一反应溶剂优选为甲苯或二氯甲烷。

35、在部分实施例中，所述第一碱为哌啶、吡咯烷、二乙胺、三乙胺、二异丙氨基乙胺、吡啶、醋酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、叔丁醇钾中的至少一种。在一个或多个优选的实施例中，所述第一碱为哌啶、吡咯烷。

36、在部分实施例中，所述第一酸为乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、甲磺酸、苯甲酸中的至少一种。在部分优选的实施例中，所述第一酸为乙酸。

37、第二种制备方式中，二氟硼假吲哚电子受体与式iv的化合物溶解于第二反应溶剂中后，加入第二碱进行缩合反应。

38、在部分实施例中，第二反应溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、正丁醇、异丙醇、乙醇、甲醇、氯苯、二甲苯、均三甲苯中的至少一种。在一个或多个优选的实施例中，第二反应溶剂为氯仿或二氯甲烷。

39、在部分实施例中，第二碱为三乙胺、二异丙氨基乙胺、吡啶、醋酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、叔丁醇钾中的至少一种。在一个或多个优选的实施例中，所述第二碱为三乙胺、二异丙氨基乙胺。

40、在部分实施例中，两种缩合反应的反应温度为25～120℃，优选地，缩合反应的反应温度为40～80℃。

41、对于式ii中r1基团为羧酸活性酯的氟硼部花菁荧光染料，采用上述步骤制得r1基团为羧酸的氟硼部花菁荧光染料进一步与活性酯试剂反应或者与羟基缩合反应制得。

42、在一个或多个实施例中，所述活性酯试剂可以是n,n'-二琥珀酰亚胺基碳酸酯(dsc)，2-琥珀酰亚胺基-1,1,3,3-四甲基脲四氟硼酸酯(tstu)等。所述羧基和羟基的缩合反应的缩合剂可以为edci(1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺及其盐酸盐)、n,n'-二环己基碳二亚胺(dcc)等。

43、进一步地，所述二氟硼假吲哚电子受体的制备方法包括以下步骤：

44、将2,3,3-三甲基-3h-假吲哚或其衍生物、或者2,3,3-三甲基-3h-吡咯并[2,3-b]吡啶或其衍生物溶解于第三反应溶剂，并加入三氟化硼乙醚反应得到式i中r2为氢的二氟硼假吲哚电子受体；

45、将式i中r2为氢的二氟硼假吲哚电子受体卤化后得到r2为卤素的二氟硼假吲哚电子受体。

46、本技术方案中，r2为氢的二氟硼假吲哚电子受体可通过2,3,3-三甲基-3h-假吲哚或其衍生物、或者2,3,3-三甲基-3h-吡咯并[2,3-b]吡啶或其衍生物与三氟化硼乙醚反应得到。其产物可进一步通过卤化得到r2为卤素的二氟硼假吲哚电子受体。

47、在部分实施例中，第三反应溶剂为乙酸酐、丙酸酐、异丙酸酐、含有乙酸酐的二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、氯仿、四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、氯苯、二甲苯中的至少一种。在一个或多个优选的实施例中，第三反应溶剂为乙酸酐。

48、在部分实施例中，用于r2为氢的二氟硼假吲哚电子受体进行卤化反应的卤化试剂可以是ncs(n-氯代丁二酰亚胺)、nbs(n-溴代丁二酰亚胺)或nis(n-碘代丁二酰亚胺)，卤化反应的第四反应溶剂可以是二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、氯苯、二甲苯、均三甲苯等非质子性溶剂中。

49、在部分实施例中，将2,3,3-三甲基-3h-假吲哚或其衍生物、或者2,3,3-三甲基-3h-吡咯并[2,3-b]吡啶或其衍生物与三氟化硼乙醚反应的反应温度为80～150℃，优选地，反应温度为110～130℃。

50、本发明还提供了前述任一种氟硼部花菁荧光染料的应用，具体地，涉及氟硼部花菁荧光染料在脂滴荧光成像的应用。

51、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

52、1、本发明提供了基于二氟化硼桥接的二氟硼假吲哚电子受体，其不仅易于合成，而且能够进一步与fisher醛或其衍生物缩合得到一系列覆盖远红外到近红外的氟硼部花菁荧光染料，有效地丰富了荧光染料的种类；

53、2、本发明制备的氟硼部花菁荧光染料具有优异的光物理性能，易于合成，易于功能化修饰，具有广泛的应用价值；

54、3、本发明提供的二氟硼假吲哚电子受体、以及氟硼部花菁荧光染料的制备方法合成路径短、反应条件温和，有利于放大生产；

55、4、本发明的氟硼部花菁荧光染料能够用于脂滴荧光成像，取得高效脂滴靶向和高信噪比脂滴成像的效果、以及多色(多通道)荧光脂滴成像的效果，其中，近红外的脂滴探针在组织和活体成像中拥有更好的应用前景。