本發(fā)明涉及有機合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種近紅外氮雜氟硼二吡咯熒光染料及其微波合成方法。

背景技術(shù)：

近紅外氮雜氟硼二吡咯染料，作為一種新型的熒光染料，因其具備優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)和能作為光敏劑的特性，近年來已經(jīng)成為光功能材料研究的熱點，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景(J.Am.Chem.Soc.2004,126,10619-10631)。四芳基氮雜二吡咯甲川類化合物與BF₂絡(luò)合，阻止了與吡咯環(huán)相連的橋氮鍵發(fā)生異構(gòu)，得到剛性平面更好的近紅外氮雜氟硼二吡咯染料，顯現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)：熒光團發(fā)射和吸收波長都在近紅外區(qū)域；更高的摩爾吸光系數(shù)(70000-80000M^-1cm^-1)(Org.Lett.,2006,8,3493-3496)和熒光量子產(chǎn)率(0.3-0.6)；優(yōu)異的光穩(wěn)定性，受環(huán)境、溶液pH影響較小(Org.Lett.,2013,15,3392-3395)等。熒光波長在近紅外區(qū)域，具備更高的生物組織穿透性，能夠有效地消除細(xì)胞自體熒光干擾(Org.Lett.,2008,10,4771-4774)，降低在觀察過程中對細(xì)胞或組織的損傷(Org.Biomol.Chem.,2010,8,522-525)。

除了具備優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，這類染料還具備光敏劑的特性，用于癌癥的治療和早期診斷(RSC Adv.,2012,2,11169-11183)。光敏劑在生物體內(nèi)，對腫瘤組織和正常組織細(xì)胞親和力不同，導(dǎo)致滯留時間不同，使其被動分散聚集在腫瘤中， 利用特定波長光照射，激發(fā)光敏劑從基態(tài)S₀躍遷到激發(fā)態(tài)S₁，由于能量的系間跨越(ISC)，導(dǎo)致激發(fā)態(tài)S₁到激發(fā)態(tài)三重態(tài)T₁，能量由T₁轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中的基態(tài)氧，會產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的單線態(tài)氧，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡(Chem.Commun.,2002,1862-1863；J.Am.Chem.Soc.2005,127,16360-16361)。因為光照只對受照射區(qū)域產(chǎn)生影響，使得PDT(Photodynamic therapy光動力學(xué)療法)對于癌癥的治療具有極高的選擇性(J.Med.Chem.2010,53,7337-7343)。優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)和作為光敏劑的特性使得這類染料在生物檢測領(lǐng)域具有極大的潛在應(yīng)用價值。

從這類化合物第一次被報道(J.Chem.Soc.1943,590-596)以來，Donal F.O’Shea課題組不斷優(yōu)化合成條件，相繼制得不同功能的氮雜氟硼二吡咯染料，推動了這類熒光染料的研究進展(J.Am.Chem.Soc.2011,133,19618-19621；Int.J.Cancer 2011,130,705-715；J.Org.Chem.2012,77,9304-9312；Org.Lett.,2013,15,3392-3395)。目前常用合成氮雜氟硼二吡咯化合物的路線如下：

以α,β-不飽和酮為原料，經(jīng)硝基甲烷亞硝化，采用常規(guī)加熱法以無水乙醇為溶劑與醋酸銨反應(yīng)，合成四芳基氮雜二吡咯甲川類化合物，與三氟化硼絡(luò)合得到氮雜氟硼二吡咯分子。在合成四芳基氮雜二吡咯甲川類化合物過程中，利用常規(guī)加熱法存在反應(yīng)時間長(24h–72h)，產(chǎn)率較低(12％-47％)的缺陷，使得整個合成路線完成時間長，產(chǎn)率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種新的近紅外氮雜氟硼二吡咯染料化合物及其微波法合成方法，其目的在于彌補現(xiàn)有合成該類化合物的方法中 存在的一些不足，相比于傳統(tǒng)的常規(guī)加熱回流法，能夠縮短反應(yīng)時間、提高反應(yīng)產(chǎn)率、減少副產(chǎn)物。

技術(shù)解決方案

一種新的近紅外氮雜氟硼二吡咯染料，結(jié)構(gòu)式如下：

本發(fā)明還進一步提供了一種所述近紅外氮雜氟硼二吡咯染料的微波合成方法，合成路線如下：

上述合成方法包含以下步驟：

步驟一：對羥基苯乙酮和對氰基苯甲醛在堿性條件下反應(yīng)，得到α,β-不飽和酮1。將1：1摩爾比的對羥基苯乙酮和對氰基苯甲醛溶于無水乙醇,加入3倍對羥基苯乙酮摩爾量的氫氧化鉀，室溫攪拌過夜，再加3倍對羥基苯乙酮摩爾量的氫氧化鉀，繼續(xù)室溫攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束。抽濾，濾液用3mol/L鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH＝4.0，有沉淀析出，抽濾得到化合物1為淡黃色固體。

氫氧化鉀加入量和pH調(diào)節(jié)至關(guān)重要，如若條件不合適，析出的固體可能不是所要產(chǎn)物，或者很大程度上降低產(chǎn)率。

步驟二：α,β-不飽和酮與硝基甲烷、二乙胺(三者摩爾量比為1：10：5)， 發(fā)生Michael加成反應(yīng)進行亞硝化，得到化合物2。將化合物1加熱溶于無水乙醇，加入二乙胺和硝基甲烷，加熱回流12h。反應(yīng)結(jié)束，用3mol/L鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH＝3.0，用乙酸乙酯萃取，有機層干燥，真空去除溶劑，柱層析分離提純，得到化合物2為白色固體。

步驟三：利用微波法，化合物2與醋酸銨反應(yīng)生成化合物3?；衔?溶于無水乙醇，加入35倍化合物2摩爾量的醋酸銨，將混合液加入微波反應(yīng)容器中，在95℃下微波反應(yīng)6h。有固體析出，抽濾，固體用0℃的無水乙醇洗滌，得到化合物3為具有金屬光澤藍(lán)紫色固體。

步驟四：化合物3與三氟化硼(摩爾比為1：17)絡(luò)合得到化合物4?；衔?溶于重蒸的甲苯，加入三氟化硼乙醚溶液(48％BF3)和三乙胺，80℃下攪拌過夜，絡(luò)合得到所述的近紅外氮雜氟硼二吡咯染料4，為紅色具有金屬光澤固體。

后處理如下：將攪拌過夜后的混合物冷卻至室溫，真空去除溶劑，用乙酸乙酯溶解殘留物，水洗3次，有機相用無水硫酸鈉干燥，去除溶劑得到深灰色固體，用二氯甲烷重結(jié)晶。

該近紅外氮雜氟硼二吡咯化合物上的氰基可以使該類染料波長在很大程度上發(fā)生紅移，使吸收和發(fā)射波長位于近紅外區(qū)域，具備更高的生物組織穿透性，有效地消除細(xì)胞自體熒光干擾，此外降低在觀察過程中對細(xì)胞或組織的損傷。羥基的引入，針對腫瘤細(xì)胞的pH在酸性范圍，可以使該化合物成為一種pH敏感的分子探針，對腫瘤細(xì)胞進行熒光成像。

本發(fā)明微波法合成一種近紅外氮雜氟硼二吡咯染料，也適用于其他近紅外氮雜氟硼二吡咯染料的合成，優(yōu)點在于：微波法相比于常用的加熱回流合成法，對于合成該類熒光染料，可以大大縮短反應(yīng)時間、減少副產(chǎn)物、提高反應(yīng)產(chǎn)率。

附圖說明

圖1為實施例1所合成化合物1的¹H NMR。

圖2為實施例1所合成化合物1的¹³C NMR。

圖3為實施例1所合成化合物2的¹H NMR。

圖4為實施例1所合成化合物2的¹³C NMR。

圖5為實施例1所合成化合物3的¹H NMR。

圖6為實施例1所合成化合物3的¹³C NMR。

圖7為實施例1所合成化合物4的¹H NMR。

圖8為實施例1所合成化合物4的¹³C NMR。

圖9為實施例1所合成化合物4的¹⁹F NMR。

圖10為實施例1所合成化合物3的TIC圖和高分辨質(zhì)譜圖。從圖中可以看出，得到的化合物3純度高，雜質(zhì)少。

圖11為實施例1所合成化合物4的紫外可見吸收光譜(10μM)。最大吸收波長為745nm。

圖12為實施例1所合成化合物4在最佳激發(fā)波長745nm(10Μm)下的熒光發(fā)射光譜，最大發(fā)射波長在779nm。說明該染料的吸收和發(fā)射波長都在近紅外區(qū)域。

圖13為本發(fā)明提供的一種新的近紅外氮雜氟硼二吡咯染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。

具體實施方式

以下以具體實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于此：

以下實施例中微波反應(yīng)所用的微波反應(yīng)器為Microwave Synthesis Reactor：Monowave 300(Anton Paar)。

實施例1

近紅外氮雜氟硼二吡咯染料化合物4的合成：

1.合成化合物1：

對羥基苯乙酮(1.36g，10mmol)和對氰基苯甲醛(1.31g，10mmol)溶于50mL無水乙醇，加入KOH(560mg，30mmol)，室溫攪拌過夜，然后加入KOH(560mg，30mmol)，室溫攪拌5h，抽濾，濾液用3mol/L鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH＝4.0，有沉淀析出，抽濾，濾餅用3mol/L鹽酸洗滌，得到化合物1為淡黃色固體粉末(1.80g，產(chǎn)率72.3％)。¹H NMR(500MHz,DMSO-d₆)δ10.48(s,1H),8.10-8.05(m,5H),7.92(d,J＝5.0Hz,2H),7.72-7.69(d,J＝15.0Hz,1H),6.91-6.90(d,J＝5.0Hz,2H).¹³C NMR(126MHz,DMSO-d₆)δ186.89,162.48,140.46,139.48,132.65,131.38,129.24,128.80,118.65,115.44,112.01.HRMS(ESI+)calcd for C₁₆H₁₁NO₂[M+H]⁺250.0863,found 250.0848.

2.合成化合物2：

化合物1(120mg，0.48mmol)溶于25mL無水乙醇，加熱回流至固體溶解。加入硝基甲烷(0.25mL，4.8mmol)和二乙胺(0.24mL，2.4mmol)，回流12h，冷卻至室溫，用3mol/L鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH＝3.0。乙酸乙酯萃取，有機層用無水硫酸鈉干燥，真空去除溶劑，柱層析分離提純(正己烷/乙酸乙酯＝1:1)，得化合物2為白色固體(90mg，產(chǎn)率60.5％)。¹H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ10.40(s,1H),7.82-7.77(m,4H),7.61(d,J＝5.0Hz,2H),6.84-6.82(m,2H),5.04-4.90(m,2H),4.13-4.07(m,1H),3.54-3.41(m,2H).¹³C NMR(126MHz,DMSO-d6)δ194.98,162.28,146.15,132.31,130.50,129.05,127.84,118.64,115.22,110.01,79.02.HRMS(ESI+)calcd for C₁₇H₁₄N₂O₄[M+H]⁺311.1026,found 311.1051.

3.合成化合物3：

化合物2(90mg，0.29mmol)溶于5mL無水乙醇，加入醋酸銨(777m g，10.1mmol)，將混合液加入微波反應(yīng)專用玻璃管中，在95℃下微波反應(yīng)6h，TLC監(jiān)測原料完全反應(yīng)。有固體析出，抽濾，固體用冷的乙醇洗滌，得到具有金屬光澤藍(lán)紫色固體3(40mg，產(chǎn)率52.6％)。¹H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ10.32(s,2H), 8.23(d,J＝10.0Hz,4H),7.99(d,J＝10.0Hz,4H),7.93(d,J＝10.0Hz,4H),7.72(s,2H),7.01(d,J＝10.0Hz,4H).¹³C NMR(126MHz,DMSO-d6)δ160.46,154.82,148.87,138.54,137.77,132.41,128.85,128.82,122.06,119.11,116.95,116.56,110.06.HRMS(ESI+)calcd for C₃₄H₂₁N₅O₂[M+H]⁺532.1768,found 532.1772。

4.合成氮雜氟硼二吡咯染料化合物4：

化合物3(15mg，0.028mmol)溶于10mL重蒸甲苯，攪拌10min，加入三乙胺(0.1mL，0.28mmol)，混合液加熱至80℃，加入三氟化硼乙醚溶液(0.2mL，0.48mmol)，立刻有大量深藍(lán)色固體析出，保持80℃反應(yīng)過夜，冷卻至室溫，真空去除溶劑，用乙酸乙酯溶解殘留物，水洗3次，有機相用無水硫酸鈉干燥，去除溶劑得到深灰色固體，用二氯甲烷重結(jié)晶得到紅色金屬光澤固體粉末4(15mg，產(chǎn)率92.6％)。¹H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ10.60(s,2H),8.32-8.31(d,J＝5.0Hz,4H),8.13-8.07(dd,J＝10.0,5.0Hz,8H),7.78(s,2H),6.97-6.96(d,J＝5.0Hz,4H).¹³C NMR(126MHz,DMSO-d6)δ161.34,157.60,144.46,138.94,136.03,132.52,132.33,129.23,121.32,121.13,118.77,115.99,111.27.¹⁹F NMR(470MHz,CDCl₃)δ-131.05(q,J＝28.2Hz,BF₂).HRMS(ESI+)calcd for C₃₄H₂₀BF₂N₅O₂[M–CN+H]⁺554.1726,found 554.1733.