本發(fā)明涉及一種羅丹明B基RAFT試劑及制備方法以及基于此試劑制備熒光微球的方法，屬于活性可控自由基聚合方法制備功能性高分子材料的技術領域。

背景技術：

可逆加成斷裂鏈轉移聚合(RAFT)利用二硫代或者三硫代碳酸酯化合物作為鏈轉移劑，可以簡單高效的設計并制備特定結構以及分子量分布可控的功能性高分子材料。熒光標示的高分子微球是指一類表面或者內部含有熒光物質，在一定波長的光照射下，能夠發(fā)出熒光的高分子微球。由于功能性熒光微球比表面積大，表面吸附性強，聚集作用大，表面反應能力強及高效的發(fā)光效率，熒光微球在化學分析、生物醫(yī)藥、疾病診斷、食品工程以及環(huán)境科學等領域得到了廣泛的應用和研究。早期熒光微球的制備，主要通過熒光分子與高分子的非化學鍵結合，然而這種非化學鍵的結合力不夠牢固。如果放置時間長，微球吸附的熒光分子會慢慢脫落，從而使熒光微球失去了熒光特性。為了克服這一困難，人們根據(jù)不同用途化學鍵合方式對微球表面進行修飾，使其帶有氨基、羧基、巰基等官能團，從而增強了微球與熒光分子間結合的牢固性。然而，這種方法操作過程復雜，步驟繁多，并不利于大量生產(chǎn)。

目前對于熒光高分子來說，設計合成熒光標示的RAFT試劑已經(jīng)成為制備熒光功能化高分子最常用的方法了。羅丹明類熒光物質的熒光強度大，熒光量子產(chǎn)率高，而且是一種商品化的產(chǎn)品，成本低，是一種應用前景非常廣闊的熒光染料。將商品化的熒光染料羅丹明B與RAFT試劑相結合，制備帶有熒光標示的RAFT試劑，不失為一種簡便、高效、經(jīng)濟的合成方法。本發(fā)明利用羥基改性的羅丹明B與三硫代碳酸酯RAFT試劑之間發(fā)生酯化反應，可以簡便高效地制備羅丹明B熒光標示的RAFT試劑。然后，通過此改性的RAFT試劑一步合成了尺寸均一的熒光微球，反應條件溫和，收率較高，本發(fā)明所涉及的羅丹明B熒光標示的RAFT試劑以及熒光微球的制備方法具有很好的應用前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種簡便、經(jīng)濟、高效的熒光標示的RAFT試劑及制備方法，以及其基于此熒光RAFT試劑為鏈轉移劑一步制備高分子熒光微球的方法。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種羅丹明B基RAFT試劑，該試劑具有如下結構：

上所述的羅丹明B基RAFT試劑的制備方法，它包括以下步驟：

(1)羥基改性羅丹明B的合成：稱取0.5g-1g乙二醇，0.5g-1g二環(huán)己基碳二亞胺，0.01g-0.05g的4-二甲氨基吡啶，溶解在10mL-50mL二氯甲烷中，然后將1g-2g羅丹明B逐滴加入其中，滴加完畢后，在室溫條件下反應12小時，反應產(chǎn)物經(jīng)分離提純得到羥基改性的羅丹明B；所述羥基改性的羅丹明B的結構式如下所示：

(2)羧基RAFT試劑的合成：

1)取氫氧化鉀3g-4g，乙醇3mL-5mL，水10mL-20mL加入到燒瓶中，攪拌；2)取二硫化碳2g-6g緩慢加入到上述溶液中，冰浴反應2–5h；3)取對甲基苯磺酰氯6g-15g用乙醇溶劑加熱溶解后，加入到上述混合溶液中，攪拌反應，反應結束后用二氯甲烷萃取，碳酸氫鈉飽和溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥12h，過濾，旋轉蒸發(fā)除去部分溶劑，正己烷過柱，干燥得初產(chǎn)物；4)稱取1.0-1.5倍偶氮二異氰基戊酸溶于30-50ml乙酸乙酯溶劑中，與步驟3所得產(chǎn)物混合回流12h，反應結束后用正己烷：乙酸乙酯＝7:3的洗脫劑配比過柱分離，洗脫液旋轉蒸發(fā)后，真空干燥箱內干燥，得到油狀產(chǎn)物即為羧基RAFT試劑即4-氰基-4-乙基三硫代碳酸基戊酸；

(3)羅丹明B基RAFT試劑的制備：稱取0.5g-1g步驟(1)制備的羥基改性羅丹明B、0.5g-1g二環(huán)己基碳二亞胺、0.01g-0.05g的4-二甲氨基吡啶和0.1g-0.5g步驟(2)制備的羧基RAFT試劑，然后向其中加入10mL二氯甲烷，在室溫下攪拌反應12小時，反應結束后，分離提純得到目標產(chǎn)物羅丹明B基RAFT試劑。

所述步驟(1)中反應產(chǎn)物具體的分離提純方法為：將反應產(chǎn)物用稀鹽酸和水交替洗滌三次即可得到羥基改性的羅丹明B。

所述步驟(3)中反應產(chǎn)物分離提純的具體方法為：將反應產(chǎn)物過濾除去副產(chǎn)物二環(huán)己基脲，然后濾液再旋蒸濃縮得粗產(chǎn)物，最后用硅膠色譜柱分離提純粗產(chǎn)物，然后真空干燥即可；所述硅膠色譜柱分離洗脫劑配比為乙酸乙酯：甲醇＝1:1。

一種基于上述方法制備的羅丹明B基RAFT試劑制備熒光微球的方法，具體步驟如下：

稱取3g-5g丙烯腈，3mg-10mg引發(fā)劑偶氮二異丁氰，35mg-100mg羅丹明B基RAFT試劑，加入20mL-50mL二甲基亞砜，然后加入5mL-10mL的去離子水，除氧半小時，然后放于70℃油浴鍋中反應12小時，得到紅色乳液，然后在去離子水中沉淀，冷凍干燥，得到具有熒光特性的聚丙烯腈熒光微球。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，利用共價鍵結合方法制備了化學結構穩(wěn)定的羅丹明B基RAFT試劑，并以此RAFT試劑為鏈轉移劑，一步法合成了尺寸均一并具有熒光功能的高分子微球，反應條件溫和，步驟簡單，收率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的羥基改性羅丹明B的核磁氫譜圖；

圖2為本發(fā)明制備的羅丹明B基RAFT試劑的核磁氫譜圖；

圖3為本發(fā)明制備的高分子熒光微球的TEM圖；

圖4為本發(fā)明高分子熒光微球的激發(fā)和發(fā)射光譜圖；

圖5為羅丹明B基RAFT試劑熒光穩(wěn)定性結果，其中(A)為羅丹明B基RAFT試劑熒光強度隨著溫度的變化情況；(B)為羅丹明B基RAFT試劑熒光強度隨著時間的變化情況；

圖6是本發(fā)明制備的高分子熒光微球隨著時間的變化情況圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明的內容做進一步的詳細說明。

實施例1

羅丹明B基RAFT試劑的制備

具體步驟如下：

(1)羥基改性羅丹明B的合成：稱取0.5g-1g乙二醇，0.5g-1g二環(huán)己基碳二亞胺，0.01g-0.05g的4-二甲氨基吡啶，溶解在10mL-50mL二氯甲烷中，然后將1g-2g羅丹明B逐滴加入其中，滴加完畢后，在室溫條件下反應12小時，反應產(chǎn)物經(jīng)分離提純得到羥基改性的羅丹明B；所述羥基改性的羅丹明B的結構式如下所示：

(2)羧基RAFT試劑的合成：

1)取氫氧化鉀3g-4g，乙醇3mL-5mL，水10mL-20mL加入到燒瓶中，攪拌；2)取二硫化碳2g-6g緩慢加入到上述溶液中，冰浴反應2–5h；3)取對甲基苯磺酰氯6g-15g用乙醇溶劑加熱溶解后，加入到上述混合溶液中，攪拌反應，反應結束后用二氯甲烷萃取，碳酸氫鈉飽和溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥12h，過濾，旋轉蒸發(fā)除去部分溶劑，正己烷過柱，干燥得初產(chǎn)物；4)稱取1.0-1.5倍偶氮二異氰基戊酸溶于30-50ml乙酸乙酯溶劑中，與步驟3所得產(chǎn)物混合回流12h，反應結束后用正己烷：乙酸乙酯＝7:3的洗脫劑配比過柱分離，洗脫液旋轉蒸發(fā)后，真空干燥箱內干燥，得到油狀產(chǎn)物即為羧基RAFT試劑即4-氰基-4-乙基三硫代碳酸基戊酸；

(3)羅丹明B基RAFT試劑的制備：稱取0.66g步驟(1)制備的羥基改性羅丹明B、0.26g二環(huán)己基碳二亞胺、0.016g的4-二甲氨基吡啶和0.22g步驟(2)制備的羧基RAFT試劑，然后向其中加入10mL二氯甲烷，在室溫下攪拌反應12小時，反應結束后，過濾除去副產(chǎn)物二環(huán)己基脲，濾液再旋蒸濃縮。最后用硅膠色譜柱分離提純粗產(chǎn)物，所用洗脫劑配比為乙酸乙酯：甲醇＝1:1，最后真空干燥得到目標產(chǎn)物羅丹明B基RAFT試劑。所述羅丹明B基RAFT試劑的結構式如下：

實施例2

利用實施例1制備的羅丹明B基RAFT試劑乳液聚合制備熒光微球

具體步驟如下：

稱取5g丙烯腈，8mg引發(fā)劑偶氮二異丁氰，35mg實施例1制備的羅丹明B基RAFT試劑，加入20mL二甲基亞砜，然后加入5mL的去離子水，除氧半小時，然后放于70℃油浴鍋中反應12小時，得到紅色乳液，然后在去離子水中沉淀，冷凍干燥，得到具有熒光特性的聚丙烯腈熒光微球，所得熒光微球的尺寸在100nm-1μm，其TEM圖如圖3所示，熒光發(fā)射譜圖見圖4。

對比例

為了更好的對比，使用羧基RAFT試劑作為鏈轉移劑，然后在溶液中加入10mg羅丹明B熒光物質，通過RAFT乳液聚合形成高分子微球的過程中，物理吸附上羅丹明B熒光分子，使高分子微球帶上熒光特性，從而制得物理吸附的熒光微球。

測試例

對本發(fā)明實施例1制備的基于羅丹明B基RAFT試劑的化學穩(wěn)定性進行測試。

配制羅丹明B基RAFT溶液，溶劑為N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)，濃度為0.05mg/mL。將配制的熒光標示的RAFT試劑的DMF溶液放在油浴鍋中，并測試不同溫度下溶液的熒光強度。結果如圖5(A)所示，結果表明，通過酯化反應得到的羅丹明B標示的RAFT試劑的熒光強度不會受到溫度的影響，對溫度的穩(wěn)定性很好。另外，又將配制的熒光RAFT試劑溶液放置30天，每隔2天，測試其熒光特性，結果如圖5(B)所示。結果表明，本發(fā)明實施例1制備的羅丹明B基RAFT試劑的熒光強度不會隨著時間的延長而減弱，說明該熒光RAFT試劑的化學穩(wěn)定性很好。

本發(fā)明還對實施例2制備的高分子熒光微球的熒光穩(wěn)定性進行了研究，結果如圖6所示。與對比例物理吸附方法制備的熒光微球的熒光穩(wěn)定性相比，本發(fā)明通過實施例1制備的熒光RAFT試劑作為鏈轉移劑乳液聚合得到的高分子微球熒光穩(wěn)定性好，制備方法簡便高效。