一种含硫蒽类荧光染料及其合成方法与流程

本发明涉及一种适用于荧光探针和基因测序的，近红外波段的一种含硫杂蒽类荧光染料及其合成方法，属于生物化学类荧光染料合成领域。尤其适用于硫杂蒽类化合物荧光染料在生物研究中的应用。。

背景技术：

1、荧光染料设计的“元素替代”策略，通过用硅取代罗丹明染料的氧桥原子，研究者获得了近90nm的荧光发射波长红移。这一开创性的工作为荧光染料的设计开发和生物成像应用研究奠定了坚实的基础。元素取代染料的设计理念非常实用，国际众多研究团队开发出了一系列新型荧光染料或光学探针，为研究生物学问题提供优异的光学工具。这一战略创新也极具启发性，指导了许多奇妙的元素取代染料设计开发理念，其中元素不再局限于硅，染料前体也不局限于罗丹明。元素取代的另一种情况是硫取代罗丹明。虽然在染料化学史上，第六主族中的硫元素曾被用来取代罗丹明的氧，而s-罗丹明类似物由于s和o的相似性没有显示出明显的光谱位移。但是，当硫原子被氧化成砜时，表现出明显的红移。基于这些发现，可以得出结论，用缺电子基团替换10号位上的氧将导致明显的荧光发射红移，这为长波长类似物的发展提供了研究方向，也为设计化学传感器提供了许多新的机会。

2、硫杂蒽类荧光染料属于一类含有杂原子的类蒽环的荧光素。该类化合物部分具有长波长、荧光切换、摩尔吸收系数高等特点。这类化合物尤其可以使用在基因测序方面。为了开发这种蒽类荧光染料，专门设计开了一系列含硫杂蒽类荧光染料及其合成方法。

技术实现思路

1、本发明公开一种硫杂蒽类荧光染料合成方法，其特征在于包含以下步骤，

2、1)化合物a与化合物b反应生成二苯硫醚衍生物，即第一中间产物c；

3、化合物a具备以下结构：

4、

5、其中，r1为c1-c6的烷基，硅基，取代的硅基，烯丙基，取代的烯丙基，苄基，烷氧甲基，烷巯基甲基，三苯甲基；

6、其中r1/为c1-c6的烷基，氯，氟；

7、其中r2为羧酸或羧酸酯；

8、其中，x为卤素原子溴原子，碘原子；

9、化合物b具备以下结构：

10、

11、其中r3为的烷基，硅基，取代的硅基，烯丙基，取代的烯丙基，苄基，烷氧甲基，烷巯基甲基，三苯甲基；

12、其中r3/为c1-c6的烷基，氯，氟；

13、2)将第一中间产物c进行分子内的傅克酰基化反应，生成硫杂蒽类衍生物即第二中间产物d；

14、3)将第二中间产物d与氧化剂进行氧化反应得到砜蒽类荧光染料e,即第三中间产物；

15、4)将第三中间产物用e砜杂蒽类衍生物与格氏试剂发生亲核加成反应生成砜杂蒽荧光染料，即产物f。

16、根据优选的实施方式，所述步骤2)中，所述r2是羧酸，则该处的酸催化剂是多聚磷酸ppa,7o％硫酸水溶液，溴化氢，三溴化硼、三氟化硼等。

17、根据优选的实施方式，所述步骤2)中，所述r2是羧酸，将羧酸转化为酰氯，在三氯化铝催化下发生分子傅克反应生成第二中间产物d。

18、根据优选的实施方式，所述步骤2)中，所述r2是羧酸酯，首先将羧酸酯进行水解，然后进行傅克反应。优选的，所述的水解为氢氧化钠或氢氧化钾甲醇溶液条件。

19、根据优选的实施方式，所述步骤3)中，所述将第二中间产物d与氧化剂进行氧化可以得到砜蒽类化合物e,即第三中间产物；氧化剂选自ncs、双氧水、过氧叔丁醇、次氯酸钠、间氯过氧苯甲酸、二氧化锰和三溴化吡啶、高锰酸钾、硝酸铈铵中的一种。优选的，氧化剂为氯过氧苯甲酸。

20、根据优选的实施方式，所述步骤4)中，第三中间产物e砜杂蒽类衍生物与格式试剂发生亲核加成反应生成砜杂蒽类荧光染料，还包括，脱除酚羟基保护基；所述的脱除酚羟基保护基指的是先将第三中间产物脱去酚羟基上的保护基，然后转化为更容易离去的酚羟基保护基进行脱除；然后进行亲核加成反应生成砜杂蒽类荧光染料。

21、根据优选的实施方式，所述r1为硅基，取代的硅基，r3为硅基，取代的硅基；步骤4)中，将第三中间产物用e砜杂蒽类衍生物与格氏试剂发生亲核加成反应生成砜杂蒽荧光染料指的是，第三中间产物e与格式试剂发生亲和加成反应，然后脱除酚羟基保护基。

22、根据优选的实施方式，步骤4)中，所述的格式试剂指的是，r4x为基础的镁试剂或锂试剂；其中r4为c1-c6的烷基，苯基，取代的苯基，二甲基苯基，苯磺酸基，取代的苯磺酸基。

23、本发明提供一种合成新硫杂蒽类荧光染料及其路线，其特征在于包含以下步骤，

24、1)化合物a与化合物b反应生成二苯硫醚衍生物，即第一中间产物c；

25、化合物a具备以下结构：

26、

27、其中，r1为c1-c6的烷基，硅基，取代的硅基，烯丙基，取代的烯丙基，苄基，烷氧甲基，烷巯基甲基，三苯甲基；

28、其中r1/为c1-c6的烷基，氯，氟；

29、其中r2为羧酸或羧酸酯；

30、其中，x为卤素原子溴原子，碘原子；

31、化合物b具备以下结构：

32、

33、其中r3为的烷基，硅基，取代的硅基，烯丙基，取代的烯丙基，苄基，烷氧甲基，烷巯基甲基，三苯甲基；

34、其中r3/为c1-c6的烷基，氯，氟；

35、2)将第一中间产物c进行分子内的傅克酰基化反应，生成硫杂蒽类衍生物即第二中间产物d；

36、3)将第二中间产物d硫杂蒽类衍生物与格式试剂发生亲核加成反应生成硫杂蒽荧光染料，即第三中间产物g；

37、4)将第三中间产物g用氧化剂进行氧化可以得到亚砜蒽类荧光染料h。

38、根据优选的实施方式，所述步骤2)中，所述r2是羧酸，则该处的酸催化剂是多聚磷酸ppa,7o％硫酸水溶液，溴化氢，三溴化硼、三氟化硼中的一种。

39、根据优选的实施方式，所述步骤2)中，所述r2是羧酸，将羧酸转化为酰氯，在三氯化铝催化下发生分子傅克反应生成第二中间产物d。

40、根据优选的实施方式，所述步骤2)中，所述r2是羧酸酯，首先将羧酸酯进行水解，然后进行傅克反应。优选的，所述的水解为氢氧化钠或氢氧化钾甲醇溶液条件。

41、根据优选的实施方式，所述步骤3)中，将第二中间产物d硫杂蒽类衍生物与格式试剂发生亲核加成反应生成硫杂蒽荧光染料，即第三中间产物g；还包括，脱除酚羟基保护基；所述的脱除酚羟基保护基指的是先将第三中间产物脱去酚羟基上的保护基，然后转化为更容易离去的酚羟基保护基进行脱除；然后进行亲核加成反应生成硫杂蒽类荧光染料。

42、根据优选的实施方式，所述r1为硅基，取代的硅基，r3为硅基，取代的硅基；所述步骤3)中，将第二中间产物d硫杂蒽类衍生物与格式试剂发生亲核加成反应生成硫杂蒽荧光染料指的是，第二中间产物d硫杂蒽类衍生物与格式试剂发生亲核加成反应，然后脱除酚羟基保护基。

43、根据优选的实施方式，步骤3)中，所述的格式试剂指的是，r4x为基础的镁试剂或锂试剂；其中r4为c1-c6的烷基，苯基，取代的苯基，二甲基苯基，苯磺酸基，取代的苯磺酸基。

44、根据优选的实施方式，所述步骤4)中，将第三中间产物g用氧化剂进行氧化可以得到亚砜蒽类荧光染料h；所述氧化剂选自ncs、双氧水、过氧叔丁醇、次氯酸钠、间氯过氧苯甲酸、二氧化锰、三溴化吡啶中的一种。

45、一种荧光染料，其具备以下结构：

46、

47、此处的r1等同于化合物a的r1/，r2等同于化合物b的r3/，取代基r3等同于卤代烃r4x中的r4。

48、其中r1选自c1-c6的烷基，氯，氟；

49、其中r2选自c1-c6的烷基，氯，氟；

50、其中r3为c1-c6的烷基，苯基，取代的苯基，二甲基苯基，苯磺酸基，取代的苯磺酸基。

51、一种磷酸修饰的核苷酸分子：

52、

53、其中，所述的荧光基团，具备前面任一项所述的荧光染料结构。

54、本发明公开了一种硫杂蒽类荧光染料的合成新路线，具备以下的优点：(1)路线所用原料经济成本低。(2)中间体制备简单，时间短，产率高。(3)避免以往苛刻低温条件及柱层析纯化及试剂消耗。(4)合成操作更加简便易行。通过本路线可以选择性合成从硫杂蒽荧光染料、亚砜类荧光染料及砜类荧光染料。

55、本发明与之前氧杂蒽类染料相比所用原料都是市场销售常见试剂，购买后不用修饰可直接使用；制备中间体时最大优点是反应完成后，反应液倒入水中直接析出固体抽滤就可得到产物，不用柱层析纯化；反应中不会用到低温及格氏试剂减少了安全风险。

56、本发明合成的砜类荧光染料属于近红外荧光染料，和同波长范围荧光染料相比砜类染料具有高度量子产率，且砜类染料具有更强的抗光淬灭性能，光学性质很稳定，此外砜类荧光染料具有良好的水溶性。硫杂蒽类荧光染料与氧杂恩类染料相比，其波长发生了明显的红移，更近于近红外波段，其所需激发光能量更小，对于dna光损伤更小，尤其是砜类染料其波长更加接近于近红波段；硫杂蒽类染料都具有比氧杂蒽类染料高的吸光系数，其最大的优点是具有大的斯托克位移40nm-60nm,而氧杂蒽及碳杂蒽染料一般在20nm左右，这样在染料信号采集方面可以避免激发光对发射光采集的影响，且砜类染料与氧杂蒽染料相比具有更强的抗光淬灭性能，光学性质很稳定，此外砜类荧光染料具有良好的水溶性，不用对其采取进一步的水溶性修饰即可应用。