一种不对称近红外bodipy荧光染料及其制备和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及荧光染料的制备和应用，特别是一种不对称近红外B0DIPY荧光染料 及其制备和应用。
【背景技术】
[0002] 氟化硼络和二吡咯甲川荧光染料（B0DIPY)是近年来出现的一类新型荧光染料，它 是由二吡咯亚甲基与三氟化硼形成的复合物。该染料分子具有较高的稳定性，可以避免染 料自身在荧光分析过程中受激发光的照射、温度的升高或检测环境的改变而导致染料结构 迅速降解，也保证了光谱分析信号的稳定性。此外，B0DIPY染料具有荧光量子效率高、吸收 光谱和荧光发射光谱窄的优点，因而在生物分析及生物标记时具有很高的灵敏度。
[0003] 1985年，Worries H. J.和Koek J. H.等人合成了 2位带有磺酸基团的B0DIPY 染料，该染料以钠盐形式存在，因此具有很好的水溶性。这是首次成功地在B0DIPY染料母 体结构中引入了活性基团，为B0DIPY染料日后广泛应用于生物分析领域走出了第一步。 为了解决B0DIPY分子的水溶性，Ziessel R.等人在B0DIPY的2，6位引入季铵盐基团，得 到了一系列水溶性好、荧光量子效率高的B0DIPY荧光染料。Liu H.Y.通过在B0DIPY的3， 5引入水溶性的聚乙二醇基团，以及用聚乙二醇功能化的炔试剂取代B0DIPY中心氟原子， 得到一些列水溶性好的荧光染料。
[0004] 近年来，对B0DIPY染料的研究倾向于合成长波长的B0DIPY染料，因为染料的发 射波长较长、光穿透力强、背景干扰小，可以很好地应用于生物分析和生物成像。为了把 B0DIPY的荧光发射波长调节到近红外区，研究人员主要运用了下列三种方法： 1)把吡咯换成异喹啉和呋喃并吡咯来增加分子的共轭结构，并在3位和5位连 接芳香取代基。1995年，Haugland R.P.和Kang H.C.采用邻苯二羰基化合物为原料，先 与羟胺反应生成异吲哚二甲川中间体，然后与三氟化硼络合，最终得到具有大共轭体系的 B0DIPY荧光染料。这个系列B0DIPY染料母体结构的最大发射波长不到600 nm，但将母 核的3，5位连上两个噻吩基或有烷基取代的噻吩基以后，最大发射波长甚至超过了 700 nm，成为近红外荧光染料。但是，这一系列的化合物由于无法引入可连接的基团且染料分 子的溶解性很差，难于穿透细胞膜进入细胞组织内，从而阻碍了其在生化领域的应用。
[0005] 2)在B0DIPY的a位共轭连接推电子的芳香基团。Haugland R. P?和Kang H. C.等人通过乙烯桥将芳香基团与B0DIPY染料母体连接起来，得到染料的荧光发射波长为 652 nm，说明在B0DIPY染料母核的2位上引入苯乙烯基，可以使染料的发射波长大大红 移。Burgess研究组合成了一系列呋喃并吡咯化合物，并以此为原料与酰氯缩合研发了最 大发射波长大于650 nm的一类氟硼荧染料，这类染料减少了分子的扭转程度，从而使其 最大发射波长红移。
[0006] 3)用氮原子取代普通B0DIPY的8位上碳原子，得到aza-BODIPY。为了设计合成 具有大斯托克斯（Stokes)位移、荧光量子效率高、光稳定性好且使B0DIPY分子的荧光发 射波长到达近红外区，0' Shea'研究组用氮原子取代普通的B0DIPY的8位上碳原子，得到 aza-BODIPY。aza-BODIPY染料的摩尔消光系数大、荧光量子产率高、荧光光谱半峰宽窄、荧 光寿命长和光稳定性好，并且其突光对溶剂的极性和pH均不敏感，是一类可应用于生 物领域的荧光染料，极有可能作为光敏剂应用于光动力学治疗。
[0007] 目前大多数B0DIPY染料的水溶性差，缺少可以用于功能化的基团，因而限制了其 在生物医学上的进一步应用。为了制备水溶性较好，有活性官能团的近红外荧光染料，本发 明设计合成了一种结构新颖、性能优良、制备方法简单的新型近红外B0DIPY荧光染料。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是克服现有荧光染料在性能和结构和合成方法上的不足，提供一种 分子结构简单、荧光量子效率高、发射波长较长、光稳定性好且制备方法简单的不对称近红 外B0DIPY荧光染料，该荧光染料适用于细胞成像、荧光探针或激光染料。
[0009] 本发明的技术方案： 一种不对称近红外B0DIPY荧光染料，化学式为C18+mH13+nBF 2N2+x0y，其中m，n，X，y均为 1-100的整数，且分子具有以下结构：
【主权项】
1. 一种不对称近红外BODIPY荧光染料，其特征在于：化学式为C 18+mH13+nBF2N2+xOy，其中 m，n，x，y均为1-100的整数，且分子具有以下结构：
其中：Rp R2、R3为烷基、芳基、烯基、炔基、醋基、酿基、硫酿基、氛基或卤素原子；R4为烧 基、芳基、酿基、羟基或氣基；R5，R6为烷基、烷氧基、酿基、硫酿基、炔基或氣原子；Θ为负电 荷，?为正电荷。
2. -种如权利要求1所述不对称近红外BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于步骤 如下： 1) 将带有取代基R1, R2, R3的吡咯溶解在有机溶剂中，在氮气氛围下加入喹啉醛衍生物， 得到混合液，混合液中有机溶剂与带有取代基R 1，R2，R3的吡咯的体积比为1 -1 〇〇〇〇 : 1，喹啉 醛衍生物与带有取代基R1, R2, R3的吡咯的摩尔比为0. 01-0. 50 :1 ; 2) 在氮气保护下，把催化剂滴加到反应液中，在温度为O-KKTC下反应3小时，得到反 应液； 3) 在上述反应液中加入2, 3-二氯-5, 6-二氰基-1，4-苯醌（DDQ)，2, 3-二氯-5, 6-二 氰基-1，4-苯醌与喹啉醛衍生物的摩尔比为0. 01-10 :1，氧化脱氢0. 5小时，得到脱氢液； 4) 在上述脱氢液中依次加入有机胺和三氟化硼乙醚溶液，有机胺与喹啉衍生物的摩尔 比为1- 300 :1，三氟化硼乙醚溶液与喹啉醛衍生物的摩尔比为0. 1- 500 :1，继续反应1小 时，得到目标溶液； 5 )将上述目标溶液经旋蒸除去溶剂后，残留物经过硅胶柱层析得到目标物。
3. 根据权利要求2所述不对称近红外BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于：所述 带有取代基为R1, R2, R3的吡咯中的取代基R P R2, R3为烷基、芳基、烯基、炔基、酯基、醚基、硫 醚基、氰基或卤素原子且直接连接到吡咯环上。
4. 根据权利要求2所述不对称近红外BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于：所述 有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、苯、甲苯、二甲苯，乙醚、乙酸乙脂、二甲亚砜或二氧六环。
5. 根据权利要求2所述不对称近红外BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于：所述 催化剂为三氟乙酸或对甲苯磺酸。
6. 根据权利要求2所述不对称近红外BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于：所述 有机胺为三乙胺、三甲胺、二异丙基乙胺、二异丙基苯胺或哌啶。
7. -种如权利要求1所述近红外不对称BODIPY荧光染料的应用，其特征在于：用于细 胞成像、荧光探针或激光染料，方法是：可将该荧光染料溶解在生理盐水、羟乙基哌嗪乙磺 酸（HEPES)的缓冲水溶液、甲醇、乙醇、乙腈、二甲亚砜或二甲酰胺有机溶剂中，或者是水和 上述有机溶剂任意比例的混合溶剂，然后把溶解有该荧光染料的溶液直接用于各种应用场 合。
【专利摘要】一种不对称近红外BODIPY荧光染料，化学式为C18+mH13+nBF2N2+xOy，其中m,n，x，y均为1-100的整数；其制备方法是：将带有取代基的吡咯溶解在有机溶剂中，在通氮气下加入喹啉醛衍生物进行催化反应，然后加入2,3一二氯一5,6一二氰基一1,4一苯醌氧化脱氢，最后加入有机胺和三氟化硼乙醚溶液继续反应，将反应液浓缩后，利用硅胶柱层析得到目标物。本发明的优点是：该荧光染料的紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱窄、光稳定性好；可以用于细胞成像、荧光探针或激光染料，表现出良好的实际应用性；方法简便易行，不需要多步反应就可以得到近红外的BODIPY，节约原材料，易于实际推广应用。
【IPC分类】G01N21-64, C09K11-06, C09B57-00
【公开号】CN104650610
【申请号】CN201510042694
【发明人】曾林涛, 查佳玉, 徐俊超, 何媛媛, 郝然
【申请人】天津理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月28日