一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備和應用的制作方法
【專利摘要】本發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，溶于適當的溶劑，接上分水器，N2保護下回流數小時；（2）將步驟（1）所得的反應混合物冷卻至室溫，減壓除去溶劑，得粗產品；（3）粗產品經石油醚洗滌多次，后經硅膠柱層析純化，得金剛烷修飾的近紅外方酸染料產物。該類方酸染料穩定性好，光學性能優異，經環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用于活細胞的胞內成像以檢測胞內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用
【技術領域】
[0001]本發明屬于有機化學領域，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用。
【背景技術】
[0002]近紅外熒光染料的發射波長在650-900 nm之間，在該范圍內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展.精細化工20, 268-272.)，并且波長>650 nm的紅光可以穿透動物皮膚和組織，因此近紅外染料作為熒光探針在生物分析和細胞成像中的應用引起了廣泛關注。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有窄而強的吸收帶和較高的量子產率。這種光電特性主要來源于分子內強烈的供體-受體-供體(donor-acceptor-donor )間的電荷遷移作用。近年來,方酸染料以其優異的光學性能、良好的光穩定性備受關注，成為功能染料研究的熱點之一。但像大多數近紅外染料一樣，它們有一個低的H0M0-LUM0能帶，因此中心四元環的1，3-位容易受親核試劑進攻而褪色；另外，方酸染料的平面結構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。這兩個特征限制了它在生物領域的一些應用。有一種方法可以同時解決這些問題，就是將方酸染料包合在有保護作用的分子容器內，如大環化合物。Smith等在這方面做了較系統的研究，并對其合成、結構、性質以及應用做了綜述(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，大環的兩個亞二甲苯基幾乎平行地落在親電的中心四元環的兩面，阻斷了親核試劑的進攻；含吡啶基的大環由于吡啶的氮原子可以與酰胺基上的氫形成分子內的氫鍵，其結構更加剛性、緊湊，可以提供更多的空間保護，從而導致更高的化學穩定性(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，由于大環的立體效應，使方酸染料彼此不易靠近，降低了分子間的電荷轉移作用，因此在容易聚集的溶劑中，方酸染料仍顯不相對窄的吸收峰(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]金剛烷具有高度對稱的剛性結構，以及親脂的性質，因此金剛烷基的引入給方酸染料帶來一些獨特的性質。由于金剛烷骨架的直徑大約為0.7 nm，與β_環糊精的空腔尺寸(0.7、.8 nm)匹配，因此金剛烷衍生物能與β -環糊精形成較穩定的包合物，不僅改善了它們在水中的溶解性，而且β_環糊精的立體保護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pH值對細胞內的酶活性、離子運輸、耐藥性、細胞生長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(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.)。因此監控活細胞內 pH 值的變化對于研究細胞內的生理過程具有重要意義。本發明涉及了一系列以金剛烷修飾的方酸染料的制備，其合成方法簡單，反應條件容易控制，通過層析可獲得高純度的產物。該類方酸染料熒光探針穩定性好，光學性能優異，與β -環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用于活細胞的胞內成像以檢測胞內pH值。

【發明內容】

[0005]本發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用，該類方酸染料穩定性好，光學性能優異，經金剛烷基修飾的方酸染料能與β -環糊精形成較穩定的包合物，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用于活細胞的胞內成像以檢測胞內PH值。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料具有如下所示的結構通式:
1-金剛烷基修飾的近紅外方酸染料:
【權利要求】
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.根據權利要求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，溶劑為甲苯和正丁醇，N2保護，回流時間為12小時；η = I時溶劑為原甲酸三乙酯和異丙醇，N2保護，回流時間為17小時；步驟(3)中:硅膠柱層析所用的洗脫劑成分為:n = O時，先用氯仿和甲醇，體積比為50:1進行粗分，再用氯仿和乙酸乙酯，體積比為10:1進行分離，產品除去溶劑后再用石油醚/ 二氯甲烷混合溶劑重結晶；η = I時先用石油醚和乙酸乙酯，體積比4:f 1:1進行梯度淋洗，然后再用氯仿和乙酸乙酯，體積比為10:1洗脫劑分離，產品除去溶劑后再用石油醚/ 二氯甲烷混合溶劑重結晶。
5.根據權利要求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.根據權利要求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，反應溫度120°C，回流時間為24小時；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進行粗分，再用氯仿和甲醇，體積比為100: 1-30:1，進行梯度淋洗。
8.根據權利要求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和硼酸繼續研磨至反應結束； 反應結束后，加水，用二氯甲烷萃取，有機相用無水Na2SO4干燥，旋蒸除掉溶劑得粗產物；將粗產物經硅膠柱純化，得
9.一種如權利要求1所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的應用，其特征在于:能作為突光和比色雙響應的pH探針。
10.一種如權利要求2所述的金剛烷基修飾的近紅外方酸染料的應用，其特征在于:能作為熒光和比色雙響應的PH探針，應用于活細胞的胞內成像以檢測胞內pH值。
【文檔編號】C09K11/06GK103923481SQ201410146910
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】傅南雁, 王桂美 申請人:福州大學