具有聚集诱导发光效应的吲哚菁近红外二区染料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及精细化工，尤其涉及一种具有聚集诱导发光效应的吲哚菁近红外二区染料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、荧光成像已经成为临床应用中改善生物医学检测和图像引导手术的重要成像方式之一，与传统的x射线计算机断层扫描(ct)、核磁共振成像(nmri)、正电子发射断层扫描(pet)等成像方式相比，荧光成像具有时空分辨率高、检测实时、无创、成本低等优点。通过使用这种高灵敏度的成像技术，对实现早期疾病的诊断和可视化生物体内分子功能是十分有意义的。在过去的几十年里，荧光成像研究主要在可见光到近红外一区(nir-i，650-900nm)，波长短(<900nm)，特别是可见光光谱，导致光子穿透深度差，极大地限制了荧光成像生物医学检测领域的应用。与可见光和nir-i光相比，生物组织对近红外二区(nir-ii,900-1700nm)波段光源的吸收和散射更少，且生物组织在该波段几乎不存在自发背景荧光，因此nir-ii区域荧光染料具有更深的组织穿透能力(约5-20mm)，更低的自发荧光背景干扰和更高的信噪比。目前，常用的近红外二区造影剂主要是一些无机材料，例如单壁碳纳米管，稀土掺杂纳米粒子，量子点材料等，但这些材料在生物体内代谢缓慢且机理至今仍不明确，具有长期潜在的生物毒性，不适合临床应用。

2、有机小分子荧光染料相比于量子点、单壁碳纳米管等无机荧光材料具有结构易于调节、生物相容性好、易代谢毒性低等优势。现存的近红外二区分子骨架主要有两种，第一种是基于供体-受体-供体(d-a-d)结构的荧光染料，通常是苯并二噻二唑类染料，但这种染料通常合成步骤复杂，产率低，且有摩尔消光系数小，光毒性高的缺点；另外一种是花菁及其衍生物，这种荧光分子通常具有较高的摩尔消光系数，合成路线简单，且结构容易修饰实现功能化，但该类分子在水溶液中容易发生聚集诱导荧光猝灭。花菁系列分子吲哚菁绿已获美国食品药品监督管理局的批准上市，但吲哚菁绿吸收发射均处于近红外一区，无法应用于深层组织和血管成像。因此，发展合成简便，结构新颖，易于修饰，且在水相体系不易荧光猝灭的新型近红外二区荧光染料已经成为亟待解决的难题。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有聚集诱导发光效应的吲哚菁近红外二区染料及其制备方法和应用，通过在七甲川吲哚花菁的骨架上修饰给电子供体，实现显著的吸收波长和发射波长红移，同时骨架上引入的多种给电子取代基兼具聚集诱导发光的特性，因此可以有效解决该染料分子在水溶液中聚集诱导荧光猝灭的缺陷。该本发明荧光染料具有摩尔消光系数大，nir-ii发射，聚集诱导发射效应和荧光量子效率高的特点，因此可用于生物体深层组织血管的高对比度成像。

2、为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种具有聚集诱导发光效应的吲哚菁近红外二区染料，具有式ⅰ所示结构：

4、

5、式ⅰ中，n为0、1或2；

6、x为h、cl或br；

7、y-为阴离子，为i-、bf4-、pf6-、clo4-、对甲苯磺酸根或四苯硼酸根；

8、r1为式r1-1、r1-2、r1-3、r1-4、r1-5中的任意一种：

9、

10、r2为

11、本发明还公开了上述吲哚菁近红外二区染料的制备方法，合成路线如下：

12、

13、包括以下步骤：

14、(1)化合物1和含r1基团的r1br发生suzuki偶联反应，得到中间体ⅰ；

15、(2)中间体ⅰ、含r2基团的卤化物、my发生亲核取代反应，得到中间体ⅱ；其中，所述含r2基团的卤化物为r2cl或r2br，所述my中的m为na或k；

16、(3)中间体ⅱ和化合物2发生knoevenagel反应，即得吲哚菁近红外二区荧光染料。

17、进一步地，步骤(1)中，在催化剂pd(pph3)和碳酸盐存在下，化合物1和r1br在溶剂中于100℃下回流反应24～26h，得到中间体ⅰ；

18、所述化合物1、r1br、pd(pph3)4和碳酸盐的摩尔比为1：1.1～1.3：0.08～0.12：2.2～2.6；

19、所述碳酸盐为碳酸钾或碳酸钠；

20、所述溶剂由脱氧处理后的1,4-二氧六环和脱氧水组成，体积比为4.5～5.5：1。

21、进一步地，步骤(1)反应结束后，还包括向反应产物中加入二氯甲烷进行萃取，收集有机层，用饱和nacl溶液洗涤，收集有相机，经旋蒸、硅胶柱层析分离，即得中间体ⅰ。

22、进一步地，步骤(2)中，在甲苯中，中间体ⅰ、含r2基团的卤化物、my在氮气保护下于100℃下回流反应34～40h，得到中间体ⅱ；

23、所述中间体i、含r2基团的卤化物、my的摩尔比为1：2～4：4～5。

24、进一步地，步骤(2)反应结束后，还包括将反应产物进行过滤，用乙醚洗涤滤饼，即得中间体ⅱ。

25、进一步地，步骤(3)中，将中间体ii、化合物2、醋酸钠加入到乙醇中，在氮气保护下于80℃回流反应6～10h；

26、所述中间体ii、化合物2和醋酸钠的摩尔比为2～2.5：1：2～2.5。

27、进一步地，步骤(3)反应结束后，还包括向反应产物中加入乙醚进行沉淀，过滤，用二氯甲烷溶解滤饼，然后柱层析分离，即得吲哚菁近红外二区染料。

28、本发明还公开了上述吲哚菁近红外二区染料在近红外二区生物体血管造影中的应用。

29、本发明还公开了上述吲哚菁近红外二区染料在近红外二区生物体深层肿瘤组织成像中的应用，是将吲哚菁近红外二区荧光染料功能化，用于生物体深层肿瘤组织成像的显影剂；

30、当r2＝所述吲哚菁近红外二区染料功能化的合成路线如下：

31、

32、其制备是将吲哚菁近红外二区染料和肿瘤靶向分子r3n3发生cuaac反应，即得功能化吲哚菁近红外二区染料；

33、所述r3n3中，r3为

34、

35、

36、在本发明中，当r2＝基于该类nir-ii荧光染料，通过点击反应引入crgd、生物素、叶酸等靶向肿瘤表面高表达受体的分子基团，以实现活体肿瘤的高信噪比，特异性检测示踪。

37、具体地，所述cuaac反应如下：将吲哚菁近红外二区染料和肿瘤靶向分子r3n3溶于dmso中得到溶液a，将硫酸铜和抗坏血酸钠溶于水中得到溶液b；在氮气保护下将溶液b加入到溶液a中，室温下搅拌反应6h，即得功能化吲哚菁近红外二区染料；

38、所述吲哚菁近红外二区染料、r3n3、硫酸铜和抗坏血酸钠的摩尔比为1：2：0.5：0.5；

39、所述dmso和水的体积比为5：1；

40、上述cuaac反应结束后还包括将溶剂冻干除去，柱层析分离得到目标功能化吲哚菁近红外二区染料。

41、与现有技术相比，本技术的有益效果主要体现在以下几个方面：

42、1.本发明的吲哚菁近红外二区染料的吸收波长在近红外区域，发射峰大部分在近红外二区，其中当r1为四苯乙烯时，在dmso中荧光量子效率为7.2％，显著高于一般近红外二区荧光分子(低于1％)。

43、2.本发明的吲哚菁近红外二区染料具有良好的聚集诱导发光效应，通过调配不同比例的四氢呋喃和水，可明显观察到荧光强度随着水比例的提高而增强。

44、3.本发明的吲哚菁近红外二区染料通过尾静脉注射入小鼠体内，在10min内即可通过近红外二区成像设备清晰观察到小鼠全身血管影像，该类染料在生物影像学方向具有良好应用前景。

45、4.本发明的吲哚菁近红外二区染料偶联crgd后的化合物，通尾静脉注射入乳腺癌(4t-1)模型小鼠体内，在注射2h后观察到明显的肿瘤富集，与正常组织的信噪比高达5.1，该类染料在肿瘤示踪诊断及图像引导手术方向有良好应用前景

46、该染料在近红外二区具有强的紫外吸收和良好的荧光性能，具有摩尔消光系数大、聚集诱导发射效应和荧光量子效率高的特点，且生物相容性好，可用于生物体深层组织血管的高对比度成像。此外，该结构染料属于有机小分子，化学位点多，可通过点击反应连接适当的肿瘤靶向分子，实现对肿瘤组织的早期高信噪比检测示踪。