一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備和應(yīng)用，其制備方法包括以下步驟：（1）將金剛烷修飾的苯胺衍生物和方酸混合，溶于適當(dāng)?shù)娜軇?，接上分水器，N2保護(hù)下回流數(shù)小時(shí)；（2）將步驟（1）所得的反應(yīng)混合物冷卻至室溫，減壓除去溶劑，得粗產(chǎn)品；（3）粗產(chǎn)品經(jīng)石油醚洗滌多次，后經(jīng)硅膠柱層析純化，得金剛烷修飾的近紅外方酸染料產(chǎn)物。該類方酸染料穩(wěn)定性好，光學(xué)性能優(yōu)異，經(jīng)環(huán)糊精包合后能夠有效地提高染料在水溶液中的溶解性，可作為熒光和比色雙響應(yīng)的pH探針，其中2-金剛烷基修飾的近紅外方酸染料被成功地應(yīng)用于活細(xì)胞的胞內(nèi)成像以檢測(cè)胞內(nèi)pH值。
【專利說明】一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外熒光染料的發(fā)射波長(zhǎng)在650-900 nm之間，在該范圍內(nèi)生物分子自身熒光較弱，可避免生物背景干擾而獲得較高的分析靈敏度(施鋒；李宏洋；彭孝軍.生物分析用近紅外熒光染料研究進(jìn)展.精細(xì)化工20, 268-272.)，并且波長(zhǎng)>650 nm的紅光可以穿透動(dòng)物皮膚和組織，因此近紅外染料作為熒光探針在生物分析和細(xì)胞成像中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。方酸染料是由方酸與富電子芳基化合物或苯胺衍生物縮合生成的1，3-二取代衍生物。該類化合物的顯著特征是在可見光至近紅外光區(qū)有窄而強(qiáng)的吸收帶和較高的量子產(chǎn)率。這種光電特性主要來源于分子內(nèi)強(qiáng)烈的供體-受體-供體(donor-acceptor-donor )間的電荷遷移作用。近年來,方酸染料以其優(yōu)異的光學(xué)性能、良好的光穩(wěn)定性備受關(guān)注，成為功能染料研究的熱點(diǎn)之一。但像大多數(shù)近紅外染料一樣，它們有一個(gè)低的H0M0-LUM0能帶，因此中心四元環(huán)的1，3-位容易受親核試劑進(jìn)攻而褪色；另外，方酸染料的平面結(jié)構(gòu)使其在極性溶劑中容易聚集，從而引起吸收帶展寬和熒光淬滅。這兩個(gè)特征限制了它在生物領(lǐng)域的一些應(yīng)用。有一種方法可以同時(shí)解決這些問題，就是將方酸染料包合在有保護(hù)作用的分子容器內(nèi)，如大環(huán)化合物。Smith等在這方面做了較系統(tǒng)的研究，并對(duì)其合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及應(yīng)用做了綜述(Arunkumar, E.; Forbes, C.C.; Smith, B.D.1mproving the Properties of Organic Dyes by Molecular Encapsulation.Eur.J.0rg.Chem.2005, 4051-4059.)。Smith等合成的方酸染料一輪烷化合物，大環(huán)的兩個(gè)亞二甲苯基幾乎平行地落在親電的中心四元環(huán)的兩面，阻斷了親核試劑的進(jìn)攻；含吡啶基的大環(huán)由于吡啶的氮原子可以與酰胺基上的氫形成分子內(nèi)的氫鍵，其結(jié)構(gòu)更加剛性、緊湊，可以提供更多的空間保護(hù)，從而導(dǎo)致更高的化學(xué)穩(wěn)定性(Collins，C.G.; Peck, E.Μ.; Kramer, P.J.; Smith, B.D.Squaraine Rotaxane Shuttle as a RatiometricDeep-Red Optical Chloride Sensor.Chem.ScL 2013， 4, 257-2563; GassensmithjJ.J.; Baumesj J.M.; Smith, B.D.Discovery and Early Development of SquaraineRotaxanes.Chem.Conrnun.2009，6329-6338.)。另外，由于大環(huán)的立體效應(yīng)，使方酸染料彼此不易靠近，降低了分子間的電荷轉(zhuǎn)移作用，因此在容易聚集的溶劑中，方酸染料仍顯不相對(duì)窄的吸收峰(Arunkumar，E.; Forbes, C.C.; Noll, B.C.; Smith, B.D.Squaraine-Derived Rotaxanes: Sterically Protected Fluorescent Near-1R Dyes.J.Am.Chem.Soc.2005，127, 3288-3289.)。
[0003]金剛烷具有高度對(duì)稱的剛性結(jié)構(gòu)，以及親脂的性質(zhì)，因此金剛烷基的引入給方酸染料帶來一些獨(dú)特的性質(zhì)。由于金剛烷骨架的直徑大約為0.7 nm，與β_環(huán)糊精的空腔尺寸(0.7、.8 nm)匹配，因此金剛烷衍生物能與β -環(huán)糊精形成較穩(wěn)定的包合物，不僅改善了它們?cè)谒械娜芙庑?，而且β_環(huán)糊精的立體保護(hù)作用抑制了方酸染料分子在純水溶劑中的聚集，使得熒光得以保持。
[0004]胞內(nèi)pH值對(duì)細(xì)胞內(nèi)的酶活性、離子運(yùn)輸、耐藥性、細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡等方面有著很多重要的影響。pH值異常通常與不正常的生理過程和疾病包括癌癥及阿爾茨海默氏癥等有關(guān)(Kim, H.J.; Heo, C.H.; Kim, H.M.Benzimidazole-Based RatiometricTwo-Photon Fluorescent Probes for Acidic pH in Live Cells and Tissues.J.Am.Chem.Soc.2013, 135, 17969-17977; Long, L.; Li, X.; Zhang, D.; Meng,S.; Zhang, J.; Sun, X.; Zhang, C.; Zhou, L.; Wang, L.Amino-Coumarin BasedFluorescence Ratiometric Sensors for Acidic pH and their Application for LivingCells Imaging.RSC Adv.2013, 3, 12204-12209.)。因此監(jiān)控活細(xì)胞內(nèi) pH 值的變化對(duì)于研究細(xì)胞內(nèi)的生理過程具有重要意義。本發(fā)明涉及了一系列以金剛烷修飾的方酸染料的制備，其合成方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件容易控制，通過層析可獲得高純度的產(chǎn)物。該類方酸染料熒光探針穩(wěn)定性好，光學(xué)性能優(yōu)異，與β -環(huán)糊精包合后能夠有效地提高染料在水溶液中的溶解性，可作為熒光和比色雙響應(yīng)的PH探針，其中2-金剛烷基修飾的近紅外方酸染料可成功地應(yīng)用于活細(xì)胞的胞內(nèi)成像以檢測(cè)胞內(nèi)pH值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備和應(yīng)用，該類方酸染料穩(wěn)定性好，光學(xué)性能優(yōu)異，經(jīng)金剛烷基修飾的方酸染料能與β -環(huán)糊精形成較穩(wěn)定的包合物，能夠有效地提高染料在水溶液中的溶解性，可作為熒光和比色雙響應(yīng)的PH探針，其中2-金剛烷基修飾的近紅外方酸染料被成功地應(yīng)用于活細(xì)胞的胞內(nèi)成像以檢測(cè)胞內(nèi)PH值。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料具有如下所示的結(jié)構(gòu)通式:
1-金剛烷基修飾的近紅外方酸染料:
【權(quán)利要求】
1.一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料，其特征在于:所述的近紅外方酸染料為:

2.—種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料，其特征在于:所述的近紅外方酸染料為:
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將1-金剛烷基修飾的苯胺衍生物
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中:η = O時(shí)，溶劑為甲苯和正丁醇，N2保護(hù)，回流時(shí)間為12小時(shí)；η = I時(shí)溶劑為原甲酸三乙酯和異丙醇，N2保護(hù)，回流時(shí)間為17小時(shí)；步驟(3)中:硅膠柱層析所用的洗脫劑成分為:n = O時(shí)，先用氯仿和甲醇，體積比為50:1進(jìn)行粗分，再用氯仿和乙酸乙酯，體積比為10:1進(jìn)行分離，產(chǎn)品除去溶劑后再用石油醚/ 二氯甲烷混合溶劑重結(jié)晶；η = I時(shí)先用石油醚和乙酸乙酯，體積比4:f 1:1進(jìn)行梯度淋洗，然后再用氯仿和乙酸乙酯，體積比為10:1洗脫劑分離，產(chǎn)品除去溶劑后再用石油醚/ 二氯甲烷混合溶劑重結(jié)晶。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的制備方法，其特征在于:所述的1-金剛烷基修飾的苯胺衍生物,
6.一種制備如權(quán)利要求2所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的方法，其特征在于:
(?)將2-金剛烷基修飾的苯胺衍生物
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的制備方法，其特征在于:步驟(1)中溶劑為甲苯和正丁醇，N2氣氛保護(hù)，反應(yīng)溫度120°C，回流時(shí)間為24小時(shí)；步驟(3)中硅膠柱層析分離所用的洗脫劑為:先用石油醚和乙酸乙酯，體積比為4:1進(jìn)行粗分，再用氯仿和甲醇，體積比為100: 1-30:1，進(jìn)行梯度淋洗。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的制備方法，其特征在于:所述的2-金剛烷基修飾的苯胺衍生物的合成方法包括以下步驟: 在研缽中加入2-金剛烷酮和苯胺研磨，然后加入NaBH4和硼酸繼續(xù)研磨至反應(yīng)結(jié)束； 反應(yīng)結(jié)束后，加水，用二氯甲烷萃取，有機(jī)相用無水Na2SO4干燥，旋蒸除掉溶劑得粗產(chǎn)物；將粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱純化，得
9.一種如權(quán)利要求1所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的應(yīng)用，其特征在于:能作為突光和比色雙響應(yīng)的pH探針。
10.一種如權(quán)利要求2所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的應(yīng)用，其特征在于:能作為熒光和比色雙響應(yīng)的PH探針，應(yīng)用于活細(xì)胞的胞內(nèi)成像以檢測(cè)胞內(nèi)pH值。
【文檔編號(hào)】C09K11/06GK103923481SQ201410146910
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】傅南雁, 王桂美 申請(qǐng)人:福州大學(xué)