一类水溶性方酸菁染料及其合成方法和应用

本发明涉及有机染料，尤其涉及一类水溶性方酸菁染料及其合成方法和应用。

背景技术：

1、细胞膜是位于细胞外围，由磷脂双层组成的弹性半透膜，由于其具有选择性和渗透性，在调节物质交换和维持细胞内环境的稳定性方面尤为重要，细胞膜的异常也通常被用作一些相关疾病的参考指标。而荧光成像作为一种高灵敏度和高分辨率的技术，目前已被广泛应用于细胞膜成像方面，在细胞膜实时成像和检测方面具有重要作用。

2、光热疗法是利用光热材料将外部光源转化为局部热能，使蛋白质、核酸或其他细胞内生物大分子变性，影响细胞膜通透性，最终造成不可逆的损伤，可应用于消融微生物或癌症。作为一种微创的局部癌症治疗方法，具有非侵入性和远程可控性等优点，近些年来受到研究者们的广泛关注。

3、然而，目前研究的细胞膜荧光染料仍存在一些缺点，例如，低信噪比，较高的细胞毒性，容易发生光漂白等，阻碍了它们的应用。并且，能够靶向细胞膜进行光热治疗的染料，目前的报道还比较少。因此，合成一例具有高信噪比，良好生物相容性的细胞膜靶向光热剂，对于癌症的实时成像与治疗，是十分必要的。

技术实现思路

1、针对现有细胞膜荧光染料存在低信噪比，较高的细胞毒性，容易发生光漂白等问题，本发明的目的在于提供一类水溶性方酸菁染料及其合成方法和应用，通过设计合成一种两亲型的方酸染料，在刚性的氮杂吲哚方酸菁染料中引入亲水的二甘醇胺，调节亲疏水性质，使其可以精准的定位于细胞膜上。同时，其聚集形态的改变也进一步改善了在生物体内的光热性能，实现实时的生物成像与治疗。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一类水溶性方酸菁染料，具有通式i的结构：

3、

4、通式i中，

5、r1和r4各自独立的选自具有1-18个碳的羧烷基、羟基、烷基磺酸盐中的至少一种；

6、r2和r3各自独立的选自氢、芳基、具有1-4个碳的烷基中的至少一种。

7、进一步地，所述r1和r4各自独立的选自具有如下结构基团中的任意一种：

8、

9、进一步地，

10、所述r2和r3各自独立的选自具有如下结构基团中的任意一种：

11、

12、一类水溶性方酸菁染料的合成方法，包括如下步骤：

13、(1)将羧基取代的7-氮杂吲哚j-1加入甲醇溶液中，在0℃下，缓慢滴加socl2，反应3-5h后，在60-80℃回流3-6h，随后加入带有r1取代的胺，在40-70℃下反应3-5h，得到中间体j-2；

14、(2)在50-120℃下，将步骤(1)制得的中间体j-2溶解在第一有机溶剂中，加入带有r2取代的卤代烷烃进行反应，得到中间体j-3；

15、

16、(3)在70-120℃下，将步骤(2)制得的中间体j-3溶解在第二有机溶剂中，加入方酸，在第一有机碱的催化下发生缩合，经纯化后得到中间体j-4；

17、

18、(4)在100-120℃下，将步骤(3)制得的中间体j-4溶解在第三有机溶剂中，加入带有r3、r4取代的5-酰胺-2,3,3-三甲基-3h-吡咯并[2,3-b]吡啶季铵盐s-1，在第二有机碱的催化下发生缩合反应，得荧光染料。

19、

20、进一步地，在步骤(2)中，所述第一有机溶剂选自苯、甲苯、邻二氯苯、乙腈、丙酮中的至少一种。

21、进一步地，在步骤(3)中，所述第二有机溶剂选自乙醇、乙酸、乙酸酐、dmf、正丁醇、原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯中的至少一种；

22、所述第一有机碱选自三乙胺、吡啶和dipea中的至少一种。

23、进一步地，在步骤(4)中，所述第三有机溶剂选自乙醇、乙酸、乙酸酐、dmf、原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯中的至少一种；

24、所述第二有机碱选自三乙胺、吡啶和dipea中的至少一种。

25、进一步地，在步骤(2)中，加入带有r1取代的胺，在40-70℃下反应3-5h后，经过重结晶纯化，得到中间体j-3，其中重结晶所用溶剂选自甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚中的至少一种。

26、一类水溶性方酸菁染料在生物和医药领域中的应用。

27、更进一步地，用于细胞成像以及肿瘤光热治疗方面的应用。

28、进一步地，应用时激发波长为600-950nm，荧光检测波长为650-1000nm。

29、综上所述，本发明具有以下有益效果：

30、1、本发明所述染料，由于亲水性的基团的引入，改变分子的亲疏水性质，染料母体中的亲脂性结构使其可以进入细胞，而两端连接的亲水性的柔性链与脂质层排斥，使染料精准的定位于细胞膜上，从而使其实现实时的细胞成像。

31、2、本发明通过对氮杂吲哚类方酸菁染料的改性，使得所述染料的水溶性明显增强，解决了氮杂吲哚类方酸菁染料在水溶液中易于聚集问题的同时使染料分子更容易产生分子振动，改善了在生物体内的光热性能，体外及细胞实验均显示出良好的光热效果，并且染料具有良好的生物相容性，可以应用于肿瘤光热治疗等方面。

技术特征：

1.一类水溶性方酸菁染料，其特征在于，具有通式i的结构：

2.根据权利要求1所述的一类水溶性方酸菁染料，其特征在于，所述r1和r4相同，r1和r4各自独立的选自具有如下结构基团中的任意一种：

3.根据权利要求1所述的一类水溶性方酸菁染料，其特征在于，

4.权利要求1-3任意一项所述的一类水溶性方酸菁染料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一类水溶性方酸菁染料的合成方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第一有机溶剂选自苯、甲苯、邻二氯苯、乙腈、丙酮中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的一类水溶性方酸菁染料的合成方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第二有机溶剂选自乙醇、乙酸、乙酸酐、dmf、正丁醇、原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯中的至少一种；

7.根据权利要求4所述的一类水溶性方酸菁染料的合成方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第三有机溶剂选自乙醇、乙酸、乙酸酐、dmf、原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯中的至少一种；

8.根据权利要求4所述的一类水溶性方酸菁染料的合成方法，其特征在于，在步骤(2)中，加入带有r1取代的胺，在40-70℃下反应3-5h后，经过重结晶纯化，得到中间体j-3，其中重结晶所用溶剂选自甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚中的至少一种。

9.权利要求1-3任意一项所述的一类水溶性方酸菁染料在生物和医药领域中的应用。

10.根据权利要求9所述的一类水溶性方酸菁染料的应用，其特征在于，应用时激发波长为600-950nm，荧光检测波长为650-1000nm。

技术总结
本发明公开了一类水溶性方酸菁染料及其合成方法和应用。其中一类水溶性方酸菁染料，具有如下结构通式：本发明提供一类水溶性方酸菁染料及其合成方法和应用，通过设计合成一种两亲型的方酸染料，在刚性的氮杂吲哚方酸菁染料中引入亲水的二甘醇胺，调节亲疏水性质，使其可以精准的定位于细胞膜上。同时，其聚集形态的改变也进一步改善了在生物体内的光热性能，实现实时的生物成像与治疗。

技术研发人员：杜健军,刘圆,李鑫,潘静巍,樊江莉,彭孝军
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15