一种含硼氮共价键的有机小分子及其制备方法和应用

本发明属于荧光化合物的制备及其荧光探针制备，具体涉及含硼氮共价键的有机小分子及它们的制备方法和对氟离子的传感应用。

背景技术：

1、有机光电子学是跨化学、物理、材料及信息的一门新型交叉学科。有机光电材料是类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管(oled)、有机薄膜晶体管(otft)、有机太阳能电池(osc)、有机存储器等领域。有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子,分为小分子和聚合物两类。与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能能够进行自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。

2、众所周知，氟是人体所需要的营养元素之一，可以促进骨骼以及牙齿的发育，还能够促进神经系统的传导。但是，一旦产生氟中毒就会对身体皮肤以及黏膜产生刺激，可能会对眼睛部位造成影响，会出现皮肤溃疡、眼部刺痛等情况。氟中毒还可能会诱发全身部位产生毒素，当体内的氟化物过量时，会对骨组织造成侵袭，导致氟骨症，可引发关节疼痛。预防氟中毒的根本措施是减少环境中的氟含量，控制氟的摄入。采用低氟水源、低氟燃料和饮用水脱氟方法可以减少氟的摄入。因此对氟离子的检测十分关键。氟离子检测一般有氢键型氟离子荧光探针和路易斯酸型氟离子荧光探针。大部分的氢键型氟离子荧光探针由于氟离子与水分子之间能够形成氢键，限制了其在水溶液中的应用，而且容易受到醋酸根和磷酸氢根的干扰。而路易斯酸型的氟离子荧光探针是利用路易斯酸碱反应原理来检测氟离子，对氟离子具有专一选择性，其中很多都具有较好的生物相容性，可以应用于检测生物体内及细胞内的氟离子。

3、硼具有路易斯酸性，能与氟离子发生配位作用，因此硼是氟离子很好的受体材料。大量实验证明，当硼被硼氮键取代后不仅能增加其稳定性，并且呈现出很好的光电性质，已被应用于有机光电器件中。

4、有机共轭体系具有良好的机械和光电性能，近年来被众多科研工作者所青睐。从全碳体系到其它杂原子的引入，所制备的有机共轭杂环芳烃，无论从材料本身性质还是所制备器件的性能都有了大幅度的提升。如将硼氮(bn)引入共轭体系后其光电性能明显改变。2021年,王小野课题组设计合成了四苯基取代的硼氮杂蒽和二苯基取代的硼氮杂蒽(21)，研究表明基于二苯基取代的硼氮杂蒽的单晶ofet器件表现出高达1.3cm2v-1s-1的空穴迁移率，远远高于四苯基取代的硼氮杂蒽单晶ofet器件的迁移率。这是目前报道的第一例迁移率可以超过1cm2v-1s-1的硼氮杂芳烃，使得硼氮杂芳烃能够首次跻身于高迁移率有机半导体行列。

5、尽管含硼氮(bn)的共轭体系有优异的性能和巨大的发展前景，然而实现对硼氮(bn)化合物高效，简易的设计合成还是存在很多的困难。

技术实现思路

1、本发明目的之一在于提供式(i)的化合物或其盐

2、

3、其中，r为取代或者未取代的含1～4个c原子的烃基，所述烃基上任选取代有1、2、3或4个独立选自以下的取代基：未取代的c1～4烷基，卤素，氰基，硼酸频哪醇酯基，甲醛基，硝基，苯基，酯基，未取代的c1～3烷氧基。作为优选，r为c1～c4烷基，包括：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基，异丁基、仲丁基或叔丁基。

4、本发明目的之二在于提供式(ⅱ)的化合物或其盐

5、

6、其中，r1为取代或者未取代的含1～4个c原子的烃基，所述烃基上任选取代有1、2、3或4个独立选自以下的取代基：未取代的c1～4烷基，卤素，氰基，硼酸频哪醇酯基，甲醛基，硝基，苯基，酯基，未取代的c1～3烷氧基。作为优选，r1为c1～c4烷基，包括：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基，异丁基、仲丁基或叔丁基。

7、r2选自常见的具有水溶性的基团，包括如聚氧乙烯醚。

8、x为亚烷基,s,o,氨基,亚磺酰基,磺酰基；作为优选，x为ch2,s,o,或nh。

9、本发明目的之三在于提供式(ⅲ)的化合物或其盐

10、

11、其中，ar为苯基、吲哚基、苯并呋喃基等芳香基团，进一步优选为苯基。

12、本发明的前述和其他方面现就本文所提供的说明和方法进行详细描述。应理解，本发明可以不同形式体现并且不应解释为仅限于本文所提及的实施方案。相反地，提供这些实施方案使得本公开充分且完整并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。

13、在本文中用于本发明描述中的术语仅是为了描述具体实施方案而不旨在限制本发明。如在本发明实施方案和所附权利要求的描述中所用，单数形式的“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式，除非上下文中另外明确提及。此外，如本文所用，“和/或”是指和包括一或多个相关的所列项目的任意和所有可能的组合。将进一步理解，当用于本说明书时，术语“包含”和/或“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或成分的存在，但不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、成分和/或它们的组的存在或添加。

14、通常，本文所用命名和在本文所述的有机化学、药物化学、生物学中的实验室操作是本领域熟知的和常用的。除非另外提及，本文所用的全部技术和科学术语与本领域所属技术领域的一般技术人员通常所理解的具有相同的含义。在本文所用术语存在多个定义的情况下，除非另外提及，否则以本节中的那些为准。

15、a.定义

16、如本文所用，“烷基”是指具有指定碳原子数的一价饱和烃链。例如，c1-4烷基是指具有1-4个碳原子的烷基。烷基可为直链或支链的。在一些实施方案中，支链烷基可能具有一个、两个或三个分支。示例性烷基包括，但不限于，甲基、乙基和丙基(正丙基和异丙基)、丁基(正丁基，异丁基、仲丁基和叔丁基)。

17、如本文所用，“烷氧基”是指基团-o-烷基。例如，c1-6烷氧基含有1-6个碳原子。c1-3烷氧基含有1-3个碳原子。示例性的烷氧基包括，但不限于，甲氧基、乙氧基、丙氧基。

18、如本文所用，“卤素”是指氟(f)、氯(cl)、溴(br)或碘(i)。“卤”是指卤素基团：氟(-f)、氯(-cl)、溴(-br)或碘(-i)。

19、如本文所述，“酯基”是指基团-oco-烷基。例如，甲酸酯基，乙酸酯基。

20、如本文所述，“氨基”是指-n-烷基。例如，二甲氨基，二乙氨基。

21、如本文所用，提及基团中的“取代的”是指在基团中与成员原子(例如，碳原子)相连的一或多个氢原子被取代基所替代，所述取代基选自所定义的取代基的基团。应理解，术语“取代的”包括隐含的规定，即这种取代依照取代的原子和取代基允许的化合价并且该取代形成稳定的化合物(即不会自发进行转化的化合物，例如通过重排、环化或消除，且其足够稳定到从反应混合物中分离出来)。当提及一个基团可含有一个或多个取代基时，该基团中的一个或多个(根据需要)成员原子可被取代。此外，在基团中单一成员原子可被超过一种取代基取代，只要这种取代符合该原子允许的化合价。

22、如本文所述，"任选取代的"表示特定基团可为未取代的，或可如进一步定义所取代。

23、如本文所用，“药学上可接受的盐”是指保留目标化合物的所需生物活性并表现出最小的不希望的毒理学效应的盐。这些药学上可接受的盐可在该化合物的最终分离和纯化过程中原位制备或者通过单独地将其游离酸或游离碱形式的纯化的化合物分别与合适的碱或酸反应进行制备。

24、本发明的目的之四在于公开了上述一种含硼氮共价键的有机小分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

25、1)在氩气保护下，将化合物3,6-二叔丁基咔唑溶于绝对无水thf中，于30℃下滴加三氯化铁二氯甲烷溶液，滴加完毕后保持1h，减压除去溶剂，经硅胶层析柱分离纯化得白色固体，即化合物b。

26、2)将化合物b溶于二氯甲烷溶液，室温条件下，加入nbs固体，室温搅拌4h，反应液减压除去溶剂，经硅胶层析柱分离纯化得白色固体，即化合物c。

27、3)将化合物c溶于mecn(100ml)溶液中，向其加入g、碳酸钠，钯碳，加热回流8h，反应液减压除去溶剂，经硅胶层析柱分离纯化得黄色固体，即化合物e。

28、4)将化合物e溶于二氯甲烷溶液中，向其加入三氯化硼，室温反应12h，反应液减压除去溶剂，经硅胶层析柱分离纯化得黄色固体，即硼氮小分子f。

29、优选的，步骤1)中，化合物3,6-二叔丁基咔唑和三氯化铁的摩尔比为1:1。

30、优选的，步骤1)中，硅胶柱层析分离条件为乙酸乙酯：石油醚＝1:8。

31、优选的，步骤2)中，化合物b和nbs的摩尔比为1:2。

32、优选的，步骤2)中，硅胶柱层析分离条件为乙酸乙酯：石油醚＝1:10。

33、优选的，步骤3)中，化合物c和g、碳酸钠，钯碳的摩尔比为1:1:0.2:0.05。

34、优选的，步骤3)中，硅胶柱层析分离条件为乙酸乙酯：石油醚＝1:2。

35、优选的，步骤4)中，化合物e和三氯化硼的摩尔比为1:1。

36、优选的，步骤4)中，硅胶柱层析分离条件为乙酸乙酯：石油醚＝1:3。

37、本发明的目的之五在于公开了采用上述含硼氮共价键的有机小分子制备荧光探针的方法，包括以下步骤：

38、1)tbaf(氟离子来源)：取1mltbaf(1m in thf)，稀释成浓度为1mm的a储备液；

39、样品溶液：取5mg样品，用thf稀释成5mm的溶液；

40、2)分别取2ml样品溶液加入到比色皿中，分别向其中加a储备液0,0.1(1ul),0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,2,5eq的a储备液，分别测紫外和荧光光谱。然后根据加入前后的紫外可见吸收光谱图和荧光光谱的变化，判断是否存在氟离子。

41、本发明的目的之六在于公开了采用上述的制备荧光探针的方法制得的荧光探针。

42、本发明的目的之七在于公开了上述的荧光探针作为氟离子检测试剂的应用。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

44、本发明利用3,6-二叔丁基咔唑与与三氯化铁二氯甲烷溶液反应生成3,3',6,6'-四叔丁基-1,1'-联咔唑，经nbs溴化后，与g、碳酸钠，钯碳反应后在室温下与三氯化硼反应，得到硼氮小分子。经实验验证，本发明制备的含硼氮共价键的小分子成功应用于对氟离子的反应型选择性识别。随着氟离子浓度的增大，荧光吸收光谱逐渐降低。本发明的含硼氮共价键的荧光化合物制备操作方便，反应条件温和，所制备的荧光探针光化学稳定，在众多阴离子中对氟离子的选择性强，与其他仪器使用可以实现对氟离子的高选择性检测。