一种大斯托克斯位移和长发射波长的萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法和应用与流程

本发明属于荧光染料领域，具体涉及一种大斯托克斯位移和长发射波长的新型萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法。

背景技术：

荧光检测具有高灵敏度和高选择性的特点，近20年来在化学、环境科学和生物医药领域都得到迅猛发展，已成为生物和医学研究中的首选工具。与放射性物示踪方法相比，荧光探针对生物和环境更加友好。荧光检测技术具有诸多优势，在生物技术、流式细胞计数、药物代谢研究、DNA序列测定和基因分析等领域都发挥重要作用。

萘酰亚胺荧光染料是由一个平面芳香杂环结构组成，是一类具有多种生物活性的有机化合物。萘酰亚胺化合物具有良好的光稳定性、热稳定性以及化学稳定性,不论是在工业应用领域还是在学术研究领域，都引起了人们的广泛关注。萘酰亚胺化合物合成简单且具有良好的结构修饰多样性，具有大π共轭体系的化学结构特征，广泛的应用于染料、突光增白剂、焚光涂料、有机发光二极管、分子器件、太阳能电池、光收集体系等领域。另外，萘酰亚胺也有较强的结合DNA的能力，辐射下可诱导DNA发生损伤，以及生物适应性好、可以在生物体内成像等特点，具有良好抗炎、麻醉等药用价值的萘酰亚胺化合物在癌症诊疗领域呈现出广阔的应用前景。

现在市面上少有长发射波长和大斯托克斯位移的萘酰亚胺荧光染料的存在，文献中报道的化合物也只是停留在少量制备阶段，因此本发明力图通过改变萘酰亚胺3、4位的官能团，以得到可大量生产的大斯托克斯位移和长发射波长的新型萘酰亚胺类荧光染料。存在，文献中报道的化合物也只是停留在少量制备阶段，因此本发明力图通过改变萘酰亚胺3、4位的官能团，以得到可大量生产的大斯托克斯位移和长发射波长的新型萘酰亚胺类荧光染料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大斯托克斯位移和长发射波长的新型萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法，该类荧光染料的荧光发射波长长，并具有很大的斯托克斯位移，且其合成方法具有原料廉价易得、合成步骤简单、无需纯化、反应收率高等优点。

本发明提供了一种大斯托克斯位移和长发射波长的萘酰亚胺类荧光染料，该荧光染料具有如下结构；

其中，R₁为C1-20烷基或N-(2-氨基乙基)吗啉中的一种或二种以上；R₂，R₃，R₄，R₅分别为H、C1-20烷基、C1-20烷基任意取代的苯基、C1-20烷基任意取代的萘基、卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、杂环基、卤代烷基、烷基氨基、酰胺基、烷氧基、取代烷基、取代环烷基、环烷基、芳基、取代芳基、(CH₂CH₂O)_nH、(CH₂)_mCOOM和(CH₂)_mSO₃M、杂芳基或取代杂芳基中的一种或二种以上；其中n、m分别为0-12的整数；M为H、K、Na、Li、NH₄、NH₃R₆、NH₂(R₆)₂、NH(R₆)₃或N(R₆)₄中的一种或二种以上；R₆为H、C1-20烷基。

本发明还提供了上述大斯托克斯位移和长发射波长的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，步骤如下：

(1)中间体4-溴-3-硝基-1,8-萘酐的合成：

4-溴-1,8-萘酐溶于98％的浓硫酸中，加入硝酸钠，冰水浴下反应3-5h，得到4-溴-3-硝基-1,8-萘酐；

其中4-溴-1,8-萘酐与硝酸钠的摩尔质量比为1:1-1:4；

浓硫酸加入体积(mL)与4-溴-1,8-萘酐质量(g)之比为5:1-15:1；

(2)中间体4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐的合成：

4-溴-3-硝基-1,8-萘酐溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入叠氮化钠室温下反应3-5小时。反应停止后，得到4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐；

其中4-溴-3-硝基-1,8-萘酐与叠氮化钠摩尔质量比为1:1-1:4；

N,N-二甲基甲酰胺加入体积(mL)与4-溴-3-硝基-1,8-萘酐质量(g)之比为8:1-15:1；

(3)中间体3,4-二氨基-1,8-萘酐的合成：

二水合氯化亚锡溶于浓盐酸，加入4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐，溶于乙醇中，升温至80℃，反应3-8小时，得到,3,4-二氨基-1,8-萘酐；

其中4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐要在二水合氯化亚锡溶于浓盐酸后加入；

4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐与二水合氯化亚锡摩尔质量比为1:4-1:6；

浓盐酸与乙醇的体积比为1:1-1:2；

浓盐酸体积(mL)与4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐质量(g)之比为7:1-15:1；

(4)染料分子的合成：

3,4-二氨基-1,8-萘酐溶于乙二醇甲醚中，升温至50-55℃，加入N-(2-氨基乙基)吗啉，升温到120-125℃反应3-10小时，得到萘酰亚胺类荧光染料粗产品；

其中3,4-二氨基-1,8-萘酐与N-(2-氨基乙基)吗啉的摩尔比为1:1-1:3；

乙二醇甲醚加入体积(mL)与3,4-二氨基-1,8-萘酐质量(g)之比为20:1-150:1；

(5)萘酰亚胺类荧光染料的提纯：

将上述步骤(4)得到的粗产品经过柱层析分离提纯得到目标产物萘酰亚胺类荧光染料。

上述步骤(5)所述柱层析分离提纯，步骤为：纯二氯甲烷与硅胶混合上柱，以二氯甲烷与甲醇的体积比为100:1-100:5-100:10梯度加入二者的混合溶液，在梯度到达二氯甲烷比甲醇体积比为100:10的时候接留溶液，将接留的溶液用旋转蒸发仪旋干溶剂，所的固体即为目标产物。

上述大斯托克斯位移和长发射波长的萘酰亚胺类荧光染料可以在制备发光材料、生物荧光探针中或在生物荧光成像中应用。

具体合成路线如下：

本发明具有以下特征：

本发明染料通过4-溴-1,8-萘酐与N-(2-氨基乙基)吗啉、叠氮化钠等反应得到。具有较长发射波长和大斯托克斯位移，且其合成方法具有原料廉价易得、合成步骤简单、产物易纯化、反应收率高等特点。

附图说明

图1实施例1中中间体4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐核磁谱图氢谱。

图2实施例1中中间体3,4-二氨基-1,8-萘酐核磁谱图氢谱。

图3实施例1制备的染料1核磁谱图氢谱。

图4实施例1制备的染料1核磁谱图碳谱。

图5实施例1制备的染料1在不同溶剂中的荧光发射光谱。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明：

实施例1：大斯托克斯位移和长发射波长的新型萘酰亚胺类荧光染料合成(R1＝N-(2-氨基乙基)吗啉，R2＝R3＝R4＝R5＝H)

1.中间体4-溴-3-硝基-1,8-萘酐的合成：

4-溴-1,8-萘酐5g置于250mL单口瓶中，加入30mL 98％的浓硫酸，搅拌20min后，冰水浴条件下，一小时内分批加入2g硝酸钠，每批分别加入0.5g，一共分四批加入，冰水浴下反应3h，撤去冰水浴放到室温下反应1h，然后把反应液倒入300mL冰水的烧杯中，快速搅拌，析出黄色沉淀。用冰醋酸重结晶得到淡黄色针状晶体，即为4-溴-3-硝基-1,8-萘酐3.76g，总收率为65％；

2.中间体4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐的合成：

取4-溴-3-硝基-1,8-萘酐2g置于50mL单口瓶中，加入25mL二甲基甲酰胺，搅拌均匀，得到溶液a。取0.608g叠氮化钠溶于水中，逐滴滴加入上述溶液a中室温下反应3小时。反应停止后，将反应液倒入200mL冰水中，搅拌，析出黄色沉淀，过滤，水洗，真空干燥，及得到4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐1.2g，收率为68％。¹H NMR(400MHz,DMSO)δ8.69(d,J＝8.5Hz,1H),8.34(d,J＝7.2Hz,1H),8.08(s,1H),7.69(t,J＝7.9Hz,1H)；

3.中间体3,4-二氨基-1,8-萘酐的合成：

在50mL单口瓶中加入3g二水合氯化亚锡和8mL浓盐酸，磁力搅拌下分批加入1g 4-叠氮-3-硝基-1,8-萘酐，过程中不断有气体放出，升温至50℃，待不再有气泡放出时，加入8mL乙醇，升温至80℃，反应3小时。冷却，过滤，水洗至中性，干燥。得到红色3,4-二氨基-1,8-萘酐固体0.54g，收率81％。¹H NMR(400MHz,DMSO)δ8.58(d,J＝8.5Hz,1H),8.21(d,J＝7.1Hz,1H),7.89(s,1H),7.62–7.56(m,1H),6.89(s,2H),5.28(s,

2H)；

4.染料1的合成：

25mL单口瓶中加入3,4-二氨基-1,8-萘酐0.2g，再向其中加入20mL乙二醇甲醚，搅拌，升温至50℃，缓慢滴加346.5uL N-(2-氨基乙基)吗啉和乙二醇甲醚的混合溶液，体积比为1:2，升高温度回流反应3小时，旋干溶剂经过柱分离，得到红色固体目标染料分子0.15g，产率51％。¹H NMR(400MHz,DMSO)δ8.49(d,J＝8.3Hz,1H),8.20(d,J＝7.0Hz,1H),7.92(s,1H),7.58–7.52(m,1H),6.51(s,2H),5.15(s,2H),4.14(t,J＝6.9Hz,2H),3.56–3.51(m,4H),2.53–2.50(m,2H),2.45(s,4H).¹³C NMR(101MHz,DMSO)δ164.50(s),163.57(s),136.88(s),131.00(s),128.47(s),127.70(s),124.19(s),123.75(s),122.11(s),121.31(s),120.06(s),108.76(s),66.68(s),56.32(s),53.89(s),36.82(s)。

实施例2：取实施例1制备的产品溶于DMSO中，配成浓度为2mM的母液，测试其在不同溶剂中的荧光光谱。所配置溶液中，产品的终浓度为10uM，所加入溶液的体积为4mL。溶液配置好后放置20分钟后进行测试。