專利名稱：喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：
自從1965年Triebs和Jacob首次報(bào)道了用吡啶和方酸合成了第一個(gè)難溶的吡啶方酸菁染料以來，方酸菁染料以其獨(dú)特的D-π-A-π-D型共軛體系的兩性離子結(jié)構(gòu)，具有良好的光電性質(zhì)，如強(qiáng)吸光度(ε≥105L mol-1cm-1)、吸收或發(fā)射波長(zhǎng)范圍廣(從可見光到近紅外區(qū)域)、高吸光系數(shù)、高發(fā)光量子產(chǎn)率及光穩(wěn)定性好等引起國(guó)內(nèi)外眾多科學(xué)者的關(guān)注和重視。新型多功能的方酸菁染料不斷被報(bào)道設(shè)計(jì)合成，已廣泛應(yīng)用于熒光標(biāo)記、生物探針等領(lǐng)域。如1997年，Yasemin G等人合成了N，N-二羧基取代的苯胺類方酸菁染料，結(jié)構(gòu)式為
以其水溶性好，對(duì)氫離子相應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，是很好的氫離子熒光探針。
1998年，Umut Oguz a等人含冠醚的方酸菁染料，并用于選擇性檢測(cè)Na離子，其結(jié)構(gòu)為
2005年，Karl J.Wallace等人報(bào)道合成了含羥基的方酸菁染料，能有效地與鐵離子配位，用于對(duì)Fe離子的分析檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)為
2007年，Rekha R.Avirah等報(bào)道合成了含喹啉的半方酸菁染料，應(yīng)用于Hg2+的檢測(cè)，效果明顯，該染料的結(jié)構(gòu)式為
但上述方酸菁染料無論是吸收波長(zhǎng)還是發(fā)光波長(zhǎng)范圍都很小(500～650nm)，僅限于可見光范圍內(nèi)，且Stockes位移小(≤30nm)，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊較多，染料的自吸收程度高，激發(fā)光與發(fā)射光的之間的相互干擾及背景干擾等嚴(yán)重，很難在生物環(huán)境中進(jìn)行分析、檢測(cè)。
2008年，Sivaramapanicker Sreejith等報(bào)道合成了可用于生物背景中分析檢測(cè)人血漿中硫醇含量的近紅外發(fā)光方酸菁染料，有效地克服了背景干擾，實(shí)現(xiàn)了生物環(huán)境下巰基(SH)的分析、監(jiān)測(cè)，該近紅外方酸菁結(jié)構(gòu)為
但該染料的Stockes位移仍較小，存在激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊及染料的自吸收等缺點(diǎn)，分析的靈敏度待進(jìn)一步提高。
綜上所述，方酸菁染料是一類非常重要的有機(jī)功能染料，它與現(xiàn)代高新技術(shù)緊密相聯(lián)系。隨著方酸菁染料的被廣泛地開發(fā)和應(yīng)用，對(duì)方酸菁染料的需求標(biāo)準(zhǔn)也將越來越高，但現(xiàn)有的菁染料一般具有溶解性差、活性鍵合能力低，發(fā)射波長(zhǎng)范圍不理想，穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高等缺點(diǎn)，阻礙其在分析、尤其是生物分析等方面的應(yīng)用。研究開發(fā)新的在近紅外波段具有較強(qiáng)發(fā)光或吸收、較高穩(wěn)定性和溶解性的方酸菁染料必將會(huì)對(duì)分析檢測(cè)等性能帶來巨大影響，因此合成具有優(yōu)良性能的新型方酸菁染料仍將是目前研究的熱點(diǎn)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應(yīng)用，該類染料的熒光發(fā)射波長(zhǎng)達(dá)800nm～1160nm的近紅外范圍，對(duì)環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，背景吸收?。涣硗?，該染料分子具有較大的Stockes位移(△>100nm)，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊較少，減少了檢測(cè)中染料的自吸收，降低了激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的之間的相互干擾，提高熒光分析檢測(cè)的靈敏度，可達(dá)10-10mol/L以上。該染料應(yīng)用于熒光標(biāo)記與探針以及生物免疫分析、檢測(cè)、新藥物開發(fā)等領(lǐng)域。
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)方程式，如下 (1)喹啉季銨鹽的制備
其中，R1＝NO2，OH，NH2或SO3H；R3＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。

其中，R1＝PO4H2，COOH或-CN；R3＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
(2)對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
其中，R1＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN；R3＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
(3)不對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN等； R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
本發(fā)明的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子結(jié)構(gòu)通式如下
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN等； R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)； 性狀深灰色至黑色固體，熔點(diǎn)在200～390℃范圍內(nèi)。
所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為對(duì)稱或非對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料； 所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1＝R2且R3＝R4； 所述的非對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1≠R2且R3≠R4；所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含硝基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H12O6N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含氨基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O2N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磺酸基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H14O8S2N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磷酸基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O8N2P2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含羧基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C24H14O6N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的方酸菁發(fā)光材料的發(fā)光波長(zhǎng)為800nm～1160nm； 本發(fā)明的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備方法，包括 (1)苯環(huán)上含有取代基的喹啉季胺鹽的制備 I喹啉衍生物的制備 ①磺化 將2-甲基喹啉與濃硫酸按體積比1:5混合，控制反應(yīng)溫度在220℃以下，反應(yīng)3h，在冰水浴條件下用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為5.8～6.2，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進(jìn)行分離，得到5-磺酸基-2-甲基喹啉(45～50％)和6-磺酸基-2-甲基喹啉(14～20％)； 或②硝化 將2-甲基喹啉、濃硝酸和濃硫酸按體積比1:5:5混合，控制反應(yīng)溫度在10℃以下，反應(yīng)4h，在冰水浴條件下用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值3～4，待有大量白色沉淀生成，抽濾，再以硅膠為載體，石油醚/乙酸乙酯體積比4:1為洗脫劑進(jìn)行分離，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率75％和6-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率10％；或改變溫度為60℃，其它條件相同，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率45％和6-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率52％； 或③取②所制備的5或6-硝基-2-甲基喹啉、鐵粉和醋酸按摩爾比1:4:6混合(醋酸的濃度為體積比1:1)，攪拌條件下回流1h，加入NaCO3調(diào)節(jié)呈堿性(pH8～9)，用二氯甲烷萃取有機(jī)相，減壓蒸餾，除去有機(jī)溶劑，再經(jīng)硅膠柱層析分離，石油醚/乙酸乙酯體積比1∶4，分別得5-氨基-2-甲基喹啉和6-氨基-2-甲基喹啉； 或④將對(duì)磷酸基苯胺與無水乙醛按摩爾比1:2混合，并加入2mL濃硫酸，回流攪拌4.5h，用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為6.8～7.2，減壓蒸出部分是水，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進(jìn)行分離，得到6-磷酸基-2-甲基喹啉； 或⑤將對(duì)腈基苯胺與無水乙醛按摩爾比1:2混合，并加入2mL濃硫酸，回流攪拌5.0h，用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為6.8～7.2，減壓蒸出部分是水，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比2:1為洗脫劑進(jìn)行分離，得到6-腈基-2-甲基喹啉；再將0.015mol 6-腈基-2-甲基喹啉與20mL0.05mol/NaOH混合，室溫下攪拌反應(yīng)24h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值，有大量沉淀生成，過濾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比1:1為洗脫劑分離，得到6-羧基-2-甲基喹啉； II喹啉季胺鹽的制備 將上述I中制備的喹啉衍生物與碘代酸按摩爾比1:1.1混合，再加入20mL乙腈、回流加熱12h，待有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析，乙醇/二氯甲烷體積比1:(1.5～3)，得喹啉季銨鹽； 所述的碘代酸為碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等； (2)喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備 I對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備 將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽與方酸按摩爾比2:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時(shí)加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為4:3:1，再用乙醇重結(jié)晶，得對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料； 或II非對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備 ①將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽A與方酸按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時(shí)加入0.8mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析，其中，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為(1～4):3:(1～5)，得半方酸菁染料； ②取半方酸菁染料與步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽B按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時(shí)加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為(1～4):3:(1～5)，再用乙醇重結(jié)晶，得非對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料。
所述步驟(2)中的喹啉季銨鹽A和喹啉季銨鹽B為步驟(1)中所制備的兩種不同取代基的喹啉季銨鹽。
本發(fā)明的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料應(yīng)用于新藥物開發(fā)、熒光標(biāo)記與探針以及生物免疫分析、檢測(cè)等領(lǐng)域。
本發(fā)明選用生物活性高、剛性強(qiáng)、共軛體系較大的芳香雜環(huán)喹啉為前體，與具有芳香性的方酸四元環(huán)共軛，同時(shí)在喹啉環(huán)的氮原子上引入體積較大的活性羧基、酯基，可與方酸四元環(huán)上的氧原子形成分子內(nèi)H鍵，限制兩環(huán)平面的轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了平面共軛性，大大增強(qiáng)了其光穩(wěn)定性及與其它材料的相容性等。
同時(shí)，在喹啉基的苯環(huán)的上5、6位上引入帶有π鍵或含有孤對(duì)電子的硝基、羥基、氨基、腈基、磺酸基、磷酸基、羧基等基團(tuán)，增加了方酸菁體系的共軛電子云密度或共軛長(zhǎng)度，使該類染料的熒光發(fā)射波長(zhǎng)達(dá)800nm～1160nm的近紅外范圍，對(duì)環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，背景吸收小(生物組織及環(huán)境對(duì)該波段光吸收較小或者不吸收)；另外，該染料分子具有較大的Stockes位移(△>100nm)，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊較少，減少了檢測(cè)中染料的自吸收，降低了激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的之間的相互干擾，提高熒光分析檢測(cè)的靈敏度，可達(dá)10-10mol/L以上。
有益效果 (1)本發(fā)明制備的方酸菁染料具有穩(wěn)定性高，與其他材料相容性好等有點(diǎn)； (2)該染料的熒光發(fā)射波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域，對(duì)環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，減少自吸收和背景吸收，熒光分析的靈敏度可達(dá)10-10mol/L，如對(duì)溶液中小牛胸腺DNA的檢出限為1.2×10-10mol/L； (3)該制備方法簡(jiǎn)單易行，成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。



圖1為喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的分子結(jié)構(gòu)通式； 圖2為實(shí)施例1所制備的5-硝基-2-甲基喹啉和2-甲基喹啉紅外光圖譜； 圖3為實(shí)施例1所制備的5-硝基-2-甲基喹啉核磁氫譜圖； 圖4為實(shí)施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉鹽的紅外光圖譜； 圖5為實(shí)施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉對(duì)稱方酸菁染料的紅外光圖譜； 圖6為實(shí)施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉對(duì)稱方酸菁染料的核磁氫譜圖； 圖7為pH對(duì)實(shí)施例1所制備的喹啉對(duì)稱方酸菁染料熒光光譜的影響分析圖，其中csample＝1.2×10-5M； 圖8為溶劑對(duì)實(shí)施例1所制備的喹啉對(duì)稱方酸菁染料熒光光譜的影響分析圖，其中csample＝1.2×10-5M； 圖9為實(shí)施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉對(duì)稱方酸菁染料的核磁氫譜圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1 含硝基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成，其分子式為C22H12O6N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為褐色至深褐色固體，熔點(diǎn)在330～356℃范圍。
將配有冷凝管、溫度計(jì)和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶在冰水浴及磁力攪拌條件下，加入10mL濃硝酸和10mL濃硫酸，充分?jǐn)嚢柘戮徛渭?mL 2-甲基喹啉，控制反應(yīng)溫度在10℃以下，待反應(yīng)物全部加入后，繼續(xù)反應(yīng)4h，在冰水浴條件下用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值3～4，有大量白色沉淀生成，抽濾，再以硅膠為載體，石油醚/乙酸乙酯(4:1)為洗脫劑分離，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉(yield75％)和6-硝基-2-甲基喹啉(yield10％)。改變溫度為60℃，其它條件相同，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉(yield45％)和6-硝基-2-甲基喹啉(yield52％)，具體數(shù)據(jù)特征見圖2和圖3。
稱取硝基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1:3))得對(duì)應(yīng)季銨鹽(55～64％)，紅外光譜分析見圖4。
將0.06mmol對(duì)應(yīng)季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾出有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝1:3:5)，再用乙醇重結(jié)晶，得對(duì)應(yīng)的含硝基對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料(70～86％)，具體數(shù)據(jù)特征見圖5，圖6和圖7。
含硝基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料在不同溶劑中的光譜數(shù)據(jù)，見表1 表1.目標(biāo)方酸菁染料在不同溶劑中的光譜數(shù)據(jù)(csample＝1.2×10-5M)
實(shí)施例2 含氨基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成其分子式為C22H16O2N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至褐色固體，熔點(diǎn)在293～324℃范圍。
在100mL三口燒瓶中，加入0.04mol鐵粉和40mL水，再加入2mL冰醋酸，在回流條件下小火煮沸5min，稍冷，滴加0.01mol 5或6-硝基-2-甲基喹啉，攪拌條件下回流1h，加入NaCO3調(diào)節(jié)呈堿性，用二氯甲烷萃取有機(jī)相，減壓蒸餾，除去有機(jī)溶劑(二氯甲烷和少量冰醋酸)，再經(jīng)硅膠柱層析分離[石油醚/乙酸乙酯(1:4)]，得對(duì)應(yīng)氨基衍生物[5-氨基-2-甲基喹啉(yield64％)和6-氨基-2-甲基喹啉(yield28％)。
稱取氨基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1:2))得對(duì)應(yīng)季銨鹽(56～62％)。
將0.06mmol對(duì)應(yīng)季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝2:3:1)，再用乙醇重結(jié)晶，得對(duì)應(yīng)含氨基基對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料(70-87％)。
實(shí)施例3 含磺酸基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成其分子式為C22H14O8S2N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為黑色至深褐色固體，熔點(diǎn)在341～365℃范圍。
將配有冷凝管、溫度計(jì)和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶在冰水浴及磁力攪拌條件下，20mL濃硫酸，充分?jǐn)嚢柘戮徛渭?mL(0.016mol)2-甲基喹啉，控制反應(yīng)溫度在220℃一下，待反應(yīng)物全部加入后，繼續(xù)反應(yīng)3h，在冰水浴條件下用NaOH中和部分硫酸，使pH≈6.0，用二氯甲烷萃取(20mL×5)，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(3:1)為洗脫劑分離，分別得到5-磺酸基-2-甲基喹啉(yield:42％)和6-磺酸基-2-甲基喹啉(yield:20％)。
稱取磺酸基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1:3))得對(duì)應(yīng)季銨鹽(45-59％)。
將0.06mmol對(duì)應(yīng)季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝4:3:1)，再用乙醇重結(jié)晶，得對(duì)應(yīng)含磺酸基對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料(70～86％)。
實(shí)施例4 含磷酸基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成，其分子式為C22H16O8N2P2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至深褐色固體，熔點(diǎn)在351～380℃范圍。
向配有冷凝管、溫度計(jì)和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶中0.02mol對(duì)磷酸基苯胺，2mL濃硫酸，充分?jǐn)嚢柘戮徛渭?.04mol無水乙醛，回流攪拌4.5h，用NaOH中和部分硫酸，使pH≈7.0，減壓蒸出部分溶劑(主要是水)，用二氯甲烷萃取(20mL×5)，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(3:1)為洗脫劑分離，得到6-磷酸基-2-甲基喹啉(yield47％)。
稱取磷酸基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1∶3))得對(duì)應(yīng)季銨鹽(50～59％)。
將0.06mmol對(duì)應(yīng)季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝4:3:1)，再用乙醇重結(jié)晶，得含磷酸基對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料(75～89％)。
實(shí)施例5 含羧基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成，其分子式為C24H14O6N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至褐色固體，熔點(diǎn)在327～349℃范圍。
向配有冷凝管、溫度計(jì)和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶中0.02mol對(duì)腈基苯胺，2mL濃硫酸，充分?jǐn)嚢柘戮徛渭?.04mol無水乙醛，回流攪拌5.0h，用NaOH中和部分硫酸，使pH≈7.0，減壓蒸出部分溶劑(主要是水)，用二氯甲烷萃取(20mL×5)，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(2:1)為洗脫劑分離，分別得到6-腈基-2-甲基喹啉(yield56％)。
向配有冷凝管圓底燒瓶中依次加入20mL0.05mol/LNaOH溶液，0.015mol腈基取代喹啉衍生物，室溫下攪拌反應(yīng)24h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值，有大量沉淀生成，過濾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(1:1)為洗脫劑分離，得到6-羧基-2-甲基喹啉(yield51％)。
稱取羧基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(2:3))得對(duì)應(yīng)季銨鹽(46～57％)。
將0.06mmol對(duì)應(yīng)季銨鹽和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝4:3:2)，再用乙醇重結(jié)晶，得含羧基對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料(75～83％)。
實(shí)施例6 不對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成 其分子式為C22H12O2N2R1R2R3R4，結(jié)構(gòu)式為
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN等，R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至黑色固體，熔點(diǎn)在302-395℃范圍。
分別稱取實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4、實(shí)施例5中各取代基喹啉季胺鹽0.05mmol，0.05mmol方酸和0.8mL喹啉依次加入含9mL苯和9mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析硅膠柱層析分離(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝(1～4):3:(1～5))，得對(duì)應(yīng)半方酸菁染料(77～86％)。
分別稱取上述半方酸菁染料各0.03mmol，0.5mL喹啉，6mL苯和6mL正丁醇于100mL燒瓶中，再以正交不重疊的方式加入實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4、實(shí)施例5中各取代基喹啉季胺鹽0.03mmol，共沸蒸餾去水，反應(yīng)12h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝(1～4):3:(1～5))，再用乙醇重結(jié)晶，得各種不同的不對(duì)稱方酸菁染料(67％～90％)。
權(quán)利要求
1.喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子結(jié)構(gòu)通式如下
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN；
R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，
性狀深灰色至黑色固體，熔點(diǎn)在200～390℃范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為對(duì)稱或非對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1＝R2且R3＝R4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的非對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1≠R2且R3≠R4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含硝基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H12O6N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為褐色至深褐色固體，熔點(diǎn)在230～360℃范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含氨基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O2N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至褐色固體，熔點(diǎn)在293～324℃范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磺酸基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H14O8S2N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為黑色至深褐色固體，熔點(diǎn)在341～365℃范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磷酸基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O8N2P2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，為深灰色至深褐色固體，熔點(diǎn)在351～380℃范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含羧基對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C24H14O6N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，為深灰色至褐色固體，熔點(diǎn)在327～349℃范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的方酸菁發(fā)光材料的發(fā)光波長(zhǎng)為800nm～1160nm。
11.喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備方法，包括
(1)苯環(huán)上含有取代基的喹啉季胺鹽的制備
I喹啉衍生物的制備
將2-甲基喹啉與濃硫酸按體積比1:5混合，控制反應(yīng)溫度在220℃以下，反應(yīng)3h，在冰水浴條件下用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為5.8～6.2，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進(jìn)行分離，得到5-磺酸基-2-甲基喹啉45～50％和6-磺酸基-2-甲基喹啉14～20％；
或?qū)?duì)磷酸基苯胺與無水乙醛按摩爾比1:2混合，并加入2mL濃硫酸，回流攪拌4.5h，用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為6.8～7.2，減壓蒸出部分水，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機(jī)相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進(jìn)行分離，得到6-磷酸基-2-甲基喹啉；
II 喹啉季胺鹽的制備
將上述I中制備的喹啉衍生物與碘代酸按摩爾比1:1.1混合，再加入20mL乙腈、回流加熱12h，待有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析，乙醇/二氯甲烷體積比1:1.5～3，得喹啉季銨鹽；
所述的碘代酸為碘甲酸、碘乙酸或正碘代丙酸；
(2)喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
I對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽與方酸按摩爾比2:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時(shí)加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑苯和正丁醇，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為4:3:1，再用乙醇重結(jié)晶，得對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料；
或II非對(duì)稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
①將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽A與方酸按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時(shí)加入0.8mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑苯和正丁醇，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為1～4:3:1～5，得半方酸菁染料；
②取半方酸菁染料與步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽B按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時(shí)加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應(yīng)24h，減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑苯和正丁醇，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為(1～4):3:(1～5)，再用乙醇重結(jié)晶，得非對(duì)稱水溶性喹啉方酸菁染料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的喹啉季銨鹽A和喹啉季銨鹽B為步驟(1)中所制備的兩種不同取代基的喹啉季銨鹽。
13.喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料應(yīng)用于新藥物開發(fā)、熒光標(biāo)記與探針以及生物免疫分析、檢測(cè)領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子結(jié)構(gòu)通式為右式，其制備包括將2-甲基喹啉進(jìn)行溴代、磺化、硝化、酰基化，再在乙腈與碘代酸或碘代酸酯作用生成喹啉季胺鹽；將喹啉季胺鹽與方酸混合，共沸蒸餾去水，減壓蒸餾，硅膠柱層析，再用乙醇重結(jié)晶，得水溶性喹啉方酸菁染料；該染料應(yīng)用于新藥物開發(fā)、熒光標(biāo)記與探針以及生物免疫分析、檢測(cè)等領(lǐng)域。本發(fā)明的喹啉方酸菁染料其熒光發(fā)射波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域，對(duì)環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，減少自吸收和背景吸收，熒光分析的靈敏度可達(dá)10-10mol/L；該制備方法簡(jiǎn)單易行，成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01N33/53GK101544844SQ200910050048
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者徐洪耀, 嚴(yán)正權(quán), 陳玉風(fēng), 光善儀 申請(qǐng)人:東華大學(xué)