[發明專利]一種金剛烷基修飾的近紅外方酸染料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201410146910.0
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103923481A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 傅南雁;王桂美
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C09B57/00
• 分類號: C09B57/00;C09K11/06;G01N21/64;G01N21/33
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

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

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2003,?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HOMO-LUMO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.?Improving?the?Properties?of?Organic?Dyes?by?Molecular?Encapsulation.?Eur.?J.?Org.?Chem.?2005,?4051-4059.）。Smith等合成的方酸染料－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.?M.;?Kramer,?P.?J.;?Smith,?B.?D.?Squaraine?Rotaxane?Shuttle?as?a?Ratiometric?Deep-Red?Optical?Chloride?Sensor.?Chem.?Sci.?2013,?4,?257-2563;?Gassensmith,?J.?J.;?Baumes,?J.?M.;?Smith,?B.?D.?Discovery?and?Early?Development?of?Squaraine?Rotaxanes.?Chem.?Commun.?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，方酸染料仍顯示相對窄的吸收峰（Arunkumar,?E.;?Forbes,?C.?C.;?Noll,?B.?C.;?Smith,?B.?D.?Squaraine-Derived?Rotaxanes:?Sterically?Protected?Fluorescent?Near-IR?Dyes.?J.?Am.?Chem.?Soc.?2005,?127,?3288-3289.）。

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（0.7~0.8?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。