专利名称：一种近红外荧光染料及其合成方法
技术领域：
本发明涉及一种近红外荧光染料，还涉及该近红外荧光染料的合成方法。
背景技术：
荧光染料经过修饰上特定的活性基团，可以作为荧光探针和特定的离子、自由基、以及其他物质发生特异性的反应。这类染料在分析化学、生命科学、环境科学以及其他领域都具有极大的应用价值。
近红外荧光染料可以作为一种安全、非侵入性的成像荧光探针广泛应用于医学和生物学领域，设计合成新颖的近红外荧光染料已经成为近几年研究的热点问题。但是在近红外荧光染料的制备和应用过程中也遇到了一些困难，例如染料本身容易聚合、易发生光漂白、量子产率比较低等等。因此，合成化学和光学性质更加稳定、量子产率更高的近红外荧光染料具有重大的理论意义和应用价值。
荧光染料作为激光染料，目前已经广泛应用于许多科研和生产领域，如光谱学、物理学、医学、生物物理学、光导纤维技术、光化学、天文学、军工等。最近随着激光器的迅速发展，对激光染料的发展也提出了新的要求，需要波长更长，效率更高，化学和光学性质更加稳定的荧光染料。目前国内外寻找调谐范围宽、效率高、稳定性好的新激光染料的工作正方兴未艾，作为激光染料的荧光染料的发展趋势呈现以下特点扩展紫外及红外波长的覆盖范围、增加染料的荧光量子效率、进一步提高染料的化学和光学稳定性。因此合成新型的激光染料在科研和生产领域都具有重大的意义。
目前，在近红外荧光染料的合成方面人们已经进行了大量的工作，并且得到了一系列近红外荧光染料Donal F.O’Shea等人合成了合成了一系列的唑系吡咯二甲川(BODIPY)类的近红外荧光染料(J.Am.Chem.Soc.2004，126，10619-10631)，但是这一系列染料的量子产率都低于0.36，Erick M.Carreira也合成出了一种近红外的吡咯二甲川(BODIPY)类荧光染料(Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，1677-1679)，但是这种染料的量子产率只有0.28并且斯托克斯位移只有11nm；彭孝军 等人合成了三种花菁类的近红外荧光染料(J.Am.Chem.Soc.2005，127，4170)，三种染料对应的荧光量子产率分别为0.17、0.38和0.47；此外在测定荧光量子产率时常作为标准物质使用的近红外荧光染料花菁绿其荧光量子产率仅仅为0.13(J.Chem.Phys.1967，46，440)。这些染料都存在荧光量子产率低的问题，因此合成一种荧光量子产率更高的新型的近红外荧光染料具有更加重大的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的之一是改进现有的近红外荧光染料在性能和结构上的不足，提供一种合成化学和光学性质稳定、量子产率较高的的近红外荧光染料；目的之二是提供该近红外荧光染料的合成方法。
本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现该近红外荧光染料具有如下结构式通式 其中R代表如下结构 本发明的目的之一还可通过如下技术措施来没实现所述的结构是将两个吡咯二甲川核通过桥联而形成一个环状结构；所述的近红外荧光染料是具有近红外荧光光谱的唑系类染料。
本发明的目的之二可通过如下技术措施来没实现该合成方法按照如下步骤进行a、将苯乙酮与对苯二甲醛根据化学反应计量比混合并在碱性条件和常温、常压下进行羰醛缩合反应；b、将反应产物先加入甲醇溶解，再根据化学反应计量比加入硝基甲烷，催化下进行加成反应；c、将加成反应产物先加入乙醇，溶解后再加入30-80倍重量份的乙酸铵，或者将加成反应产物直接加入到乙酸铵熔融液中，然后经回流、室温下冷却、浓缩、抽滤，得蓝色固体；d、将蓝色固体先加入二氯甲烷溶解，惰性气体保护下，再加入三乙胺和三氟化硼乙醚，室温下反应24-48小时，水洗，分液，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干，过柱分离，得产品。
本发明的目的之二还可通过如下技术措施来没实现所述加成反应的催化剂为二乙胺，加热回流时间为20-40小时；b工序所述的甲醇为分析纯的甲醇溶液；c工序所述的乙醇为为分析纯的乙醇溶液，所述的回流时间为20-40小时；所述的对苯二甲醛可用间苯二甲醛或邻苯二甲醛或2，6-二醛基吡啶替代；所述的乙酸铵可用甲酸铵替代，无水硫酸镁可用无水碳酸钠或氯化钙替代；所述的乙醇可用正丁醇替代。
通过改变反应的原料，分别用对苯二甲醛、间苯二甲醛或2，6-二醛基吡啶，可以合成出下列染料 本发明的荧光染料激发和发射光谱在近红外光区，半峰宽很窄，有适宜的斯托克斯位移，荧光量子产率高，荧光寿命短，对溶剂极性不敏感，并且化学稳定性和光稳定性好。该类染料是一种理想的光功能材料，同时经过进一步的修饰，修饰上可以和某些离子发生特异性反应的活性基团之后，这类染料在分析化学、生命科学以及环境科学等领域具有重大的实际应用价值。
与传统的紫外可见区的荧光染料相比，吸收和发射在近红外区域的近红外荧光染料具有明显的优势。近红外荧光染料在用于生物体内物质的检测时可以极大的降低生物体内物质自吸收和自发荧光的干扰，提高检测的灵敏度和选择性，同时还可以减少对生命体的损伤，有利于活体检测。
具体实施例方式实施例1a、在装有230ml水的烧瓶中加入20g氢氧化钠，溶解后置于冰浴中，然后加入100ml分析纯的乙醇，剧烈搅拌并逐滴加入38g苯乙酮，再根据化学反应计量比加入11g对苯二甲醛，混合并在常温、常压下进行羰醛缩合反应，然后于室温下冷却，经过滤，水洗，得浅黄色固体1。b、取5.4g固体1溶于150ml分析纯的甲醇溶液中，溶解后根据化学反应计量比加入9.8g硝基甲烷，再加入11.7g二乙胺，加热回流20小时，反应停止，室温下冷却，加稀盐酸调pH至中性，用二氯甲烷萃取有机层，旋干，重结晶得浅黄色固体2。c、取2.2g固体2加入150ml分析纯的乙醇溶液中溶解，再加入67g乙酸铵，加热回流40小时，停止反应，浓缩，室温下冷却，抽滤，水洗得深蓝色固体3。d、取0.3g固体3溶于30ml二氯甲烷，氩气保护，加入10ml三乙胺搅拌15分钟，然后逐滴滴入15ml三氟化硼乙醚，室温下搅拌24小时，停止反应，水洗除盐，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干，过柱(洗脱剂采用体积比为二氯甲烷∶石油醚＝1∶1配制)分离得蓝绿色固体产品。
实施例2a、在装有230ml水的烧瓶中加入10g氢氧化钾，溶解后置于冰浴中，然后加入100ml分析纯的乙醇，剧烈搅拌并逐滴加入38g苯乙酮，再根据化学反应计量比加入11g对苯二甲醛，混合并在常温、常压下进行羰醛缩合反应，然后于室温下冷却，经过滤，水洗，得浅黄色固体1。b、取5.4g固体1溶于150ml分析纯的甲醇溶液中，溶解后根据化学反应计量比加入9.8g硝基甲烷，再加入11.7g二乙胺，加热回流20小时，反应停止，室温下冷却，加稀盐酸调pH至中性，用二氯甲烷萃取有机层，旋干，重结晶得浅黄色固体2。c、取2g固体2加入150ml分析纯的乙醇溶液中溶解，再加入160g乙酸铵，加热回流20小时，停止反应，浓缩，室温下冷却，抽滤，水洗得深蓝色固体3。d、取0.3g固体3溶于70ml二氯甲烷，氩气保护，加入15ml三乙胺搅拌15分钟，然后逐滴滴入15ml三氟化硼乙醚，室温下搅拌48小时，停止反应，水洗除盐，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干，过柱(洗脱剂采用体积比为二氯甲烷∶石油醚＝1∶1配制)分离得蓝绿色固体产品。
实施例3a、在装有230ml水的烧瓶中加入25g氢氧化钠，溶解后置于冰浴中，然后加入100ml分析纯的乙醇，剧烈搅拌并逐滴加入38g苯乙酮，再根据化学反应计量比加入11g对苯二甲醛，混合并在常温、常压下进行羰醛缩合反应，然后于室温下冷却，经过滤，水洗，得浅黄色固体1。b、取5.4g固体1溶于150ml分析纯的甲醇溶液中，溶解后根据化学反应计量比加入9.8g硝基甲烷，再加入11.7g二乙胺，加热回流30小时，反应停止，室温下冷却，加稀盐酸调pH至中性，用二氯甲烷萃取有机层，旋干，重结晶得浅黄色固体2。c、取2.2g固体2加入150ml分析纯的乙醇溶液中溶解，再加入120g乙酸铵，加热回流30小时，停止反应，浓缩，室温下冷却，抽滤，水洗得深蓝色固体3。d、取0.3g固体3溶于30ml二氯甲烷，氩气保护，加入10ml三乙胺搅拌15分钟，然后逐滴滴入15ml三氟化硼乙醚，室温下搅拌36小时，停止反应，水洗除盐，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干，过柱(洗脱剂采用体积比为二氯甲烷∶石油醚＝1∶1配制)分离得蓝绿色固体产品。
实施例4同实施例1、2、3，不同的是c工序中固体和乙酸铵反应时不再加入溶剂，直接加热乙酸铵，用乙酸铵熔融液作溶剂。
实施例5用正丁醇替代乙醇，其它分别同实施例1、2、3、4。
实施例6用甲酸铵替代乙酸铵参加反应，其它分别同实施例1、2、3、4、5。
实施例7用无水碳酸钠代替无水硫酸镁，其它分别同实施例1、2、3、4、5、6。
实施例8用氯化钙替代无水硫酸镁，其它分别同实施例1、2、3、4、5、6。
实施例9用间苯二甲醛替代对苯二甲醛，其它分别同实施例1、2、3、4、5、6、7、8。
实施例10用邻苯二甲醛替代对苯二甲醛，其它分别同实施例1、2、3、4、5、6、7、8。
实施例11用2，6-二醛基吡啶替代对苯二甲醛，其它分别同实施例1、2、3、4、5、6、7、8。
本发明不受上述实施例的限制，技术人员可在所属技术领域任意实施。
权利要求
1.一种近红外荧光染料，其特征在于它具有如下结构式通式 其中R代表如下结构
2.根据权利要求1所述的近红外荧光染料，其特征在于所述的结构是将两个吡咯二甲川核通过桥联而形成一个环状结构。
3.根据权利要求1所述的近红外荧光染料，其特征在于所述的近红外荧光染料是具有近红外荧光光谱的唑系类染料。
4.权利要求1所述的近红外荧光染料的合成方法，其特征在于该合成方法按如下步骤进行a、将苯乙酮与对苯二甲醛在碱性条件和常温、常压下进行羰醛缩合反应；b、将反应产物先加入甲醇溶解，再加入硝基甲烷，催化下进行加成反应；c、将加成反应产物先加入乙醇，溶解后再加入30-80倍重量份的乙酸铵，或者将加成反应产物直接加入到乙酸铵熔融液中，然后经回流、室温下冷却、浓缩、抽滤，得蓝色固体；d、将蓝色固体先加入二氯甲烷溶解，惰性气体保护下，再加入三乙胺和三氟化硼乙醚，室温下反应24-48小时，水洗，分液，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干，过柱分离，得产品。
5.根据权利要求4所述的近红外荧光染料的合成方法，其特征在于所述加成反应的催化剂为二乙胺，加热回流时间为20-40小时。
6.根据权利要求4所述的近红外荧光染料的合成方法，其特征在于b工序所述的甲醇为分析纯的甲醇溶液。
7.根据权利要求4所述的近红外荧光染料的合成方法，其特征在于c工序所述的乙醇为为分析纯的乙醇溶液，所述的回流时间为20-40小时。
8.根据权利要求4所述的近红外荧光染料的合成方法，其特征在于所述的对苯二甲醛可用间苯二甲醛或邻苯二甲醛或2，6-二醛基吡啶替代；所述的乙酸铵可用甲酸铵替代，无水硫酸镁可用无水碳酸钠或氯化钙替代；所述的乙醇可用正丁醇替代。
全文摘要
本发明提供一种近红外荧光染料及其合成方法，该类染料是通过桥联两个吡咯二甲川核形成一个环状结构而成。其合成按照如下步骤进行a.将苯乙酮与对苯二甲醛在碱性条件和常温、常压下进行羰醛缩合反应；b.将反应产物先加入甲醇溶解，再加入硝基甲烷，催化下进行加成反应；c.将加成反应产物先加入乙醇，溶解后再加入30－80倍重量份的乙酸铵，或者将加成反应产物直接加入到乙酸铵熔融液中，然后经回流、室温下冷却、浓缩、抽滤，得蓝色固体；d.将蓝色固体先加入二氯甲烷溶解，惰性气体保护下，再加入三乙胺和三氟化硼乙醚，室温下反应24－48小时，水洗，分液，有机层用无水硫酸镁干燥，旋干，过柱分离，得产品。
文档编号C09B57/00GK1974675SQ20061007017
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月21日 优先权日2006年11月21日
发明者唐波, 李普明, 李平, 于成广, 邢艳珑 申请人:山东师范大学