CN101838476B - 一类有机荧光染料化合物及其合成方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一类有机荧光染料化合物及其合成方法与应用。本发明的一种荧光染料，其结构如式I所示：其中R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为甲基或H；X₁，X₂为Cl或F或如式IA所示的吡唑或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑基团。其中，R₅、R₆为H或碳原子数为1-3的烷基。本发明所提供的荧光染料具有很宽的激发窗口，荧光发射峰对溶剂极性极为敏感，其最大荧光发射峰位置随着溶剂极性的变化有很大的变化。该荧光染料在很多极性溶剂中表现出大的Stokes’位移，同时具有很高的荧光量子产率，不仅可作为荧光量子产率测定的通用标准参比物，还可作为荧光探针材料，具有重要应用价值。(式I)，

Description

一类有机荧光染料化合物及其合成方法与应用

技术领域

本发明涉及一类有机荧光染料化合物及其合成方法与应用。

背景技术

具有电子给体基团-π桥-电子受体基团结构的有机荧光化合物常表现出特异的光学性质，例如，Stokes’位移大，发光性质随溶剂的极性、粘度不同会发生很大变化，双光子吸收能力强等，从而受到越来越多的关注。它们在很多方面具有很大的应用价值，例如，它们可用于构筑光电分子开关，发光二极管，场效应晶体管，信息传输和存储器件等。此外，这些分子具有对环境高度敏感的特点，因而可以作为荧光探针材料(W02007013601-A1)应用于生物标记、免疫分析以及化学传感(DE102004059156-A1)等领域。

一些具有较高荧光量子产率的有机荧光染料，如已经商品化的DCM(4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyrl-4H-pyran)，罗丹明系列和荧光素等，已作为标准参比物被广泛用于发光材料荧光量子产率的测定。在发光材料荧光量子产率的测定中，相对法以其快捷、简便的特点，成为最常用的一种测定方法。它采用已知荧光量子产率的染料作为标准物来标定待测样品的荧光量子产率。为了减少荧光光谱仪在不同波段处仪器灵敏度不同带来的系统误差，所选择的标准参比物的激发与发射峰的位置需尽量与待测样品一致。然而，目前对大多数被用作标准参比物的有机荧光染料的发光峰位置难以在大范围内进行调控，因而测定不同的样品时常需选择不同的荧光标准参比物。在很多情况下，寻找激发和发射峰位与待测样品匹配，并且具有较高荧光量子产率的标准物是荧光量子产率测定中一项困难的工作。因此，设计、合成一类可以作为通用标准参比物的新型荧光染料具有重要的意义。此类荧光化合物应具有较宽的激发窗口，其发射峰位置可通过调节溶剂极性等因素在较宽的范围进行调控，同时它们在极性不同的溶剂中均应具有较大荧光量子产率。

此外，Stokes’位移和荧光量子产率是衡量荧光探针性能的两个关键因素，发展同时满足Stokes’位移大和荧光量子产率高这两个要求的荧光染料化合物对发展新型生物荧光探针具有重要意义。基于此类荧光染料的探针可有效地减少激发光和背景荧光对检测带来的干扰，提高生物传感器的灵敏度和可信度。许多荧光染料在极性溶剂中可以表现出大的Stokes’位移，但其相应的荧光量子产率却较小。例如：Zhao等人报道了两类靛兰染料(Zhao，C.F.et al.，J.Phys.Chem.1996，100，4526-4532)，反-4-[p-[N-乙基-N-(羟基乙基)胺基]苯乙烯基]-N-甲基-吡啶四苯基硼(ASPT)和反-4-[p-[N-乙基-N-(羟基乙基)胺基]苯乙烯基]-N-碘化羟基乙基吡啶(ASPI)。这两类化合物具有较高的摩尔消光系数(ε_max＞40000M^-1cm^-1)，并且在极性溶剂中具有较大的Stokes’位移(在乙醇中约为117nm)。然而，在极性溶剂中它们的荧光量子产率却很低，在乙醇溶液中其荧光量子产率均小于0.04。Yang等人报道了一系列芳香乙炔基取代的9，10-蒽醌化合物(Yang，J.et al.，Chem.Mater.2004，16，3457-3468)，这些化合物的Stokes’位移随着溶剂的不同在100-250nm范围内变动。但是它们的荧光量子产率仍很低，均小于0.06。

另一方面，手性化合物在非线性光学材料、对映选择性合成、手性选择性催化及手性分离等方面具有重要应用价值(Kwon，O-P.；Kwon，S.J.；Jazbinsek，M.；Choubeg，A.；Gramlich，V.；Günter，P.Adv.Funct.Mater.2007，17，1750-1756；Lee，A.-L.；Malcolmson，S.J.；Puglisi，A.；Schrock，R.R.；Hoveyda，A.H.J.Am.Chem.Soc.2006，128，5153-5157；Xu，S.；Wang，Z.；Zhang，X.；Zhang，X.；Ding，K.Angew.Chem.，Int.Ed.2008，47，2840-2843；Medina，D.D.；Goldshtein，J.；Margel，S.；Mastai，Y.Adv.Funct.Mater.2007，17，944-950)。利用分子间相互作用创造新型轴手性有机晶体是一个前沿课题。

发明内容

本发明提供了一类同时具有高荧光量子产率、宽激发窗口，发射光波长对溶剂极性极为敏感并且具有大的Stokes’位移的新型有机荧光染料化合物以及它们的合成方法。

本发明所提供的荧光染料化合物，其结构通式如式I所示：

(式I)

式I中，R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为H或甲基；X₁、X₂为Cl或F或式IA所示的吡唑基团。其中，R₅、R₆为H或碳原子数为1-3的烷基。所述式I中，优选R₁、R₂为乙基；R₃，R₄为H；X₁，X₂为Cl(结构如式III所示)或R₁、R₂为乙基；R₃，R₄为H；X₁，X₂为式IA所示的R₅＝R₆＝CH₃-的3，5-二甲基吡唑基团(结构如式IV所示)。

(式IA)

(式IB)

本发明所提供的制备上述荧光染料的方法，包括以下步骤：

1)将4-(N，N-二烷基胺基)-联苯基锂或4-(N，N-二烷基胺基)-2，6-二甲基联苯基锂或4-(N，N-二烷基胺基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪(氰尿酰氯，cyanuric chloride)或三聚氟嗪(氰尿酰氟，cyanuric fluoride)反应，制得式I所示的X₁、X₂为Cl或F的荧光染料；

2)将式I所示的X₁＝X₂＝Cl的取代三聚氯嗪化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子反应生成式I所示的X₁、X₂为式IA所示的吡唑或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑基的荧光染料。其中，R₅、R₆为H或碳原子数为1-3的烷基。

(式II)                 (式III)              (式IV)

其中式II中R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为甲基或H。

所述方法中，所述4-(N，N-二烷基胺基)-联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2，6-二甲基联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2-甲基联苯基锂可为将式II所示化合物与烷基锂反应所制得的产物；所述式II所示化合物与烷基锂的摩尔比为1∶1.6。

所述方法中，所述式II所示的溴代联苯胺与烷基锂反应的温度可为-78-50℃。

所述烷基锂的碳原子数为1-8。

所述方法中，所述4-(N，N-二烷基胺基)-联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2，6-二甲基联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪或三聚氟嗪反应的温度为-78-50℃。

所述方法中，还包括将所述4-(N，N-二烷基胺基)-联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2，6-二甲基联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪或三聚氟嗪反应获得的产物用过硅胶柱的方法提纯得到纯化的式I所示的X₁、X₂为Cl或F的荧光染料，提纯中所用的洗脱剂为二氯甲烷或氯仿。

所述方法中，式I所示的X₁、X₂为式IA所示的吡唑或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑基团的荧光染料可由式I所示的X₁＝X₂＝Cl的取代三聚氯嗪化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子反应制得。

所述方法中，所述式I所示的X₁＝X₂＝Cl的取代三聚氯嗪化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子反应的摩尔比为1∶2-1∶10。

所述方法中，还包括将所述式I所示的X₁＝X₂＝Cl的取代三聚氯嗪化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子反应的产物进行色谱分离，然后进行重结晶，得到纯化的式I所示的X₁、X₂为式IA所示的吡唑或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑基团的荧光染料，提纯中所用的洗脱剂可为乙酸乙酯或二氯甲烷和乙酸乙酯以体积比为1∶10-10∶1混合的混合溶剂。

上述荧光染料制备方法中，所述反应可在四氢呋喃和乙醚等有机溶剂中进行。

本发明提供的荧光化合物的荧光发射峰位对溶剂极性非常敏感，其最大荧光发射峰位置随着溶剂极性的增强呈现很大的红移。例如，当式I中R₁、R₂为乙基，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝Cl时，式III结构式所示化合物在图2中所列的极性不同的溶剂中的最大发射峰位置从453nm红移至592nm左右。荧光颜色从蓝色渐变到橙红色，如图3所示，从左至右溶剂依次为：环己烷、甲苯、乙醚、氯仿、二氯甲烷，且荧光量子产率均在0.65以上。在不同溶剂中测量荧光量子产率时所选的标准参比物分别为：苝(Φ＝0.75，甲苯为溶剂)、吖啶黄(Φ＝0.57，甲醇为溶剂)、罗丹明6G(Φ＝0.86，甲醇为溶剂)和DCM(Φ＝0.57，正丙醇为溶剂)。式III结构式所示的化合物在不同溶剂中的光物理性质如表1所示。

表1、式III结构式所示的化合物在不同溶剂中的光物理性质^a

aE_T ^N为溶剂极性参数。λ_a为吸收峰值波长。λ_f为发射峰值波长。 $\mathrm{\Δ\υ}(\mathrm{\Δ\υ}{=\widetilde{\mathrm{\υ}}}_a-{\widetilde{\mathrm{\υ}}}_f)$ 为Stokes位移。Φ_F为荧光量子产率，荧光量子产率的偏差在10％以内。

将式III所示的化合物在四氢呋喃(THF)中重结晶，出乎意料地获得了具有轴手性的单晶，其晶体结构如图4所示。该分子绕其环间键C(10)-C(9)和C(4)-C(3)扭转，其二面角C(11)-C(10)-C(9)-C(8)和C(5)-C(4)-C(3)-N(3)分别为25.1°和15.5°，这表明了晶体结构中的化合物III分子为螺旋构型。该化合物的一对对映异构体可在不需要任何手性试剂辅助的情况下通过自发拆分获得。同时，光学异构纯的化合物III在溶液中的外消旋化过程很快，其溶液无旋光性。自发拆分性质和在溶液中很快的外消旋化过程使该化合物在室温下即可通过结晶化诱导过程实现高效且高选择性的手性放大和手性增殖，这样的例子尚未见报道。化合物III的特殊性质为合成手性晶体提供了一条新的途径。

此类荧光染料可以作为通用的荧光标准参比物，通过选用不同溶剂来调控发射光波长以满足多种样品的荧光量子产率测定的要求。本发明提供的荧光染料作为一种通用标准参比物，解决了许多荧光化合物荧光量子产率测定中标准参比物选择的难题。不仅如此，由于本发明提供的荧光染料化合物同时具有相当大的Stokes’位移和荧光量子产率，以此类化合物作为荧光探针的生物传感技术将具有很高的灵敏度和可信度。

附图说明

图1为本发明提供的式III所示荧光化合物在二氯甲烷中的紫外-可见吸收谱。

图2为本发明提供的式III所示荧光化合物在不同溶剂中的荧光发射谱(λ_ex＝420nm)。

图3为本发明提供的式III所示荧光化合物在不同溶剂中的发光颜色(紫外光激发)。

图4(a)为本发明提供的式III所示荧光化合物的分子结构图；图4(b)为该分子在晶胞中的排列图。

具体实施方式

为了更具体地说明本发明，现给出若干实施例。但本发明所涉及的内容并不仅仅局限于这些实例。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。在反应中所用到的原料均可以商购得到。

本发明的染料的合成方法，其反应过程如下所述：

1)式I所示的X₁、X₂为Cl或F的荧光染料的合成方法为：

其中，式I、式II、式VI中R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为甲基或H，式I、式VII中X₁、X₂为Cl或F。

将4-(N，N-二烷基胺基)-联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2，6-二甲基联苯基锂，或4-(N，N-二烷基胺基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪(氰尿酰氯，cyanuric chloride)或三聚氟嗪(氰尿酰氟，cyanuric fluoride)反应，制得式I所示的X₁、X₂为Cl或F的荧光染料。

2)式I结构式所示的X₁、X₂为式IA所示的吡唑或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑基团的荧光染料的合成方法为：

其中，R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为甲基或H；R₅、R₆为H或碳原子数为1-3的烷基。

将式I所示的X₁＝X₂＝Cl的取代三聚氯嗪化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子反应生成式I所示的X₁、X₂为式IA所示的吡唑或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑基团的荧光染料。其中，R₅、R₆为H或碳原子数为1-3的烷基。

实施例1、氯代4-二烷基胺基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二乙基联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，C₁₉H₁₈N₄Cl₂】(式III，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝Cl)的合成

取N，N-二乙基-对溴联苯胺4mmol，溶解在干燥过的四氢呋喃中，通氩气除氧，置于-78℃的干冰丙酮浴中，在氩气保护下，加入6.4mmol n-BuLi，缓慢升温至室温后，继续搅拌30min，将其加入冷冻于-78℃下的三聚氯嗪5.4mmol中，缓慢升温至室温后，继续搅拌60min。除去溶剂后，产物用硅胶柱色谱分离，洗脱剂为二氯甲烷。将所得粗产品在四氢呋喃中重结晶，得到2-(4-N，N-二乙基联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪橙色晶体0.80g。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝372；元素分析值(质量百分含量)：C，60.94％(61.13％)；H，5.05％(4.86％)；N，14.92％(15.01％)，括号中为理论值。核磁共振谱和X-射线单晶衍射分析证明产物结构如式III所示。

(式III)

将该化合物分别溶解于二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、乙醚、1，4-环氧六环、甲苯、环己烷等溶剂中，用波长为420nm的光激发，其荧光发射谱如图2所示。当用激发波长为254nm的紫外光激发时，其发光颜色随溶剂的变化如图3所示。随溶剂极性增加，其发光峰位置从453nm红移到592nm，展示了非常宽的发射光波长渐变范围。以DCM的正丙醇溶液作参比(Φ＝0.57)，在波长为420nm激发光照射下，测得式III结构式所示化合物在四氢呋喃中的荧光量子产率测定为0.71；以Rhodamine6G的甲醇溶液作参比(Φ＝0.86)，在波长为480nm激发光照射下，测得化合物III在1，4-二氧六环中的荧光量子产率测定为0.88；以Perylene的甲苯溶液作参比(Φ＝0.75)，在波长为420nm激发光照射下，测得化合物III在环己烷中的荧光量子产率测定为0.95。式III所示的化合物同时具有非常宽的激发窗口，其在二氯甲烷中的激发谱尾部在可见光区域能拓展到536nm处。表1列出了该化合物在不同溶剂中的光物理性质。

将式III的化合物在THF中重结晶，出乎意料地获得了具有轴手性的单晶，其晶体结构如图4所示。该分子绕其环间键C(10)-C(9)和C(4)-C(3)扭转，在晶体中其二面角C(11)-C(10)-C(9)-C(8)和C(5)-C(4)-C(3)-N(3)分别为25.1°和15.5°，这表明了晶体结构中的化合物III分子为螺旋构型。该化合物的一对对映异构体可在不需要任何手性试剂辅助的情况下通过自发拆分获得。同时，光学异构纯的化合物III在溶液中的外消旋化过程很快，其溶液无旋光性。自发拆分性质和在溶液中很快的外消旋化过程使该化合物在室温下即可通过结晶化诱导过程实现高效且高选择性的手性放大和手性增殖，这样的例子尚未见报道。化合物III在分子结构上的特殊性质为合成手性晶体提供了一条新的途径。

实施例2、氯代4-二烷基胺基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二丁基联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，C₂₃H₂₆N₄Cl₂】(式IX，即式I中R₁＝R₂＝n-H₉C₄-，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝Cl)的合成

取N，N-二丁基-对溴联苯胺4mmol，溶解在干燥过的四氢呋喃中，通氩气除氧，置于-78℃的干冰丙酮浴中，在氩气保护下，加入6.4mmol乙基锂，缓慢升温至室温后，继续搅拌30min，将其加入冷冻于-78℃下的三聚氯嗪5.4mmol中，缓慢升温至室温后，继续搅拌60min。除去溶剂后，产物用硅胶柱色谱分离，洗脱剂为氯仿。将所得粗产品在四氢呋喃中重结晶，得到2-(4-N，N-二丁基联苯-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪橙色晶体0.73g。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝428；元素分析值(质量百分含量)：C，64.20％(64.34％)；H，5.97％(6.10％)；N，13.13％(13.05％)，括号中为理论值。核磁共振谱证明产物结构如式IX所示。

(式IX)

实施例3、氯代4-二烷基胺基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二甲基联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，C₁₇H₁₄N₄Cl₂】(式X，即式I中R₁＝R₂＝H₃C-，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝Cl)的合成

取N，N-二甲基-对溴联苯胺4mmol，溶解在干燥过的四氢呋喃中，通氩气除氧，置于-78℃的干冰丙酮浴中，在氩气保护下，加入6.4mmol正辛基锂，缓慢升温至室温后，继续搅拌30min，将其加入冷冻于-78℃下的三聚氯嗪5.4mmol中，缓慢升温至50℃后，继续搅拌60min。除去溶剂后，产物用硅胶柱色谱分离，洗脱剂为氯仿。将所得粗产品在四氢呋喃中重结晶，得到2-(4-N，N-二甲基联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪橙色晶体0.61g。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝344；元素分析(质量百分含量)：C，59.29％(59.14％)；H，4.00％(4.09％)；N，16.15％(16.23％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式X所示。

(式X)

实施例4、氯代4-二烷基胺基-2，6-二甲基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，C₂₁H₂₂N₄Cl₂】(式XI，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝H₃C-，X₁＝X₂＝Cl)的合成

按照实施例1的合成方法，用N，N-二乙基-2，6-二甲基-对溴联苯胺代替N，N-二乙基-对溴联苯胺，合成得到2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪化合物0.69g。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝400；元素分析(质量百分含量)：C，63.11％(62.85％)；H，5.54％(5.53％)；N，13.84％(13.96％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XI所示。

(式XI)

实施例5、氯代4-二烷基胺基-2-甲基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二乙基-2-甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，C₂₀H₂₀N₄Cl₂】(式XII，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝H₃C-，R₄＝H，X₁＝X₂＝Cl)的合成

按照实施例1的合成方法，用N，N-二乙基-2-甲基-对溴联苯胺代替N，N-二乙基-对溴联苯胺，合成得到2-(4-N，N-二乙基-2-甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪化合物0.72g。

质谱(EIMS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝386；元素分析(质量百分含量)：C，61.89％(62.02％)；H，5.33％(5.20％)；N，14.50％(14.47％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XII所示。

(式XII)

实施例6、氟代4-二烷基胺基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二乙基联苯胺-4’-基)-4，6-二氟-1，3，5-三嗪，C₁₉H₁₈N₄F₂】(式XIII，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃R₄＝H，X₁＝X₂＝F)的合成

按照实施例1的合成方法，用氟代三嗪代替氯代三嗪，合成得到2-(4-N，N-二乙基联苯胺-4’-基)-4，6-二氟-1，3，5-三嗪化合物0.12g。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝340；元素分析(质量百分含量)：C，67.17％(67.05％)；H，5.39％(5.33％)；N，16.30％(16.46％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XIII所示。

在25℃下将式XIII所示化合物在THF中重结晶，可在不需要任何手性试剂辅助的情况下通过自发拆分获得该化合物的一对对映异构体。

(式XIII)

实施例7、氟代4-二烷基胺基-2，6-二甲基-联苯基-三嗪结构荧光染料【2-(4-N，N-二丁基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氟-1，3，5-三嗪，C₂₅H₃₀N₄F₂】(式XIV，即式I中R₁＝R₂＝n-H₉C₄-，R₃＝R₄＝H₃C-，X₁＝X₂＝F)的合成

按照实施例1的合成方法，用N，N-二丁基-2，6-二甲基-对溴联苯胺代替N，N-二乙基-对溴联苯胺，用氟代三嗪代替氯代三嗪，合成得到2-(4-N，N-二丁基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氟-1，3，5-三嗪化合物26mg。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝424；元素分析(质量百分含量)：C，70.61％(70.73％)；H，7.21％(7.12％)；N，13.32％(13.20％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XIV所示。

(式XIV)

实施例8、2-(4-N，N-二乙基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪荧光染料(C₂₉H₃₂N₈)(式IV，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝H，X₁和X₂均为式IA中所示的R₅＝R₆＝CH₃-的烷基取代的吡唑基团)的合成

在氩气保护下，将新切的金属钾1.25mmol加入无水四氢呋喃中；加入3，5-二甲基吡唑1.75mmol，加热回流3h生成3，5-二甲基吡唑负离子；将反应混合物置于冰浴中，向其中加入2-(4-N，N-二乙基联苯-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪(结构如式III所示)0.5mmol，室温搅拌1h，然后在80-85℃的油浴中回流反应8-9h。冷却、浓缩，用二氯甲烷和乙酸乙酯的混合液(二氯甲烷与乙酸乙酯的体积比为1∶3)作洗脱剂，通过硅胶柱色谱分离。所得粗产物用石油醚和二氯甲烷的混合液(石油醚与二氯甲烷的体积比为1∶1)重结晶，合成得到2-(4-N，N-二乙基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪化合物40mg。

质谱(EIMS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝492；元素分析(质量百分含量)：C，70.57％(70.71％)；H，6.49％(6.55％)；N，22.60％(22.75％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式IV所示。

(式IV)

该化合物可溶解于二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、1，4-环氧六环、甲苯等溶剂中。其在不同溶剂中的光物理性质的详细数据见表2所示。

表2、式IV化合物在不同溶剂中的光物理性质^a

aE_T ^N为溶剂极性参数。λ_a为吸收峰值波长。λ_f为发射峰值波长。 $\mathrm{\Δ\υ}(\mathrm{\Δ\υ}={\widetilde{\mathrm{\υ}}}_a-{\widetilde{\mathrm{\υ}}}_f)$ 为Stokes位移。Φ_F为荧光量子产率，荧光量子产率的偏差在10％以内。

实施例9、2-(4-N，N-二乙基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪荧光染料(C₂₅H₂₄N₈)(式XV，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝H，X₁和X₂均为式IA中所示的R₅＝R₆＝H的吡唑基团)的合成

按照实施例8的合成方法，用吡唑代替3，5-二甲基吡唑，合成得到2-(4-N，N-二乙基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪23mg。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝436；元素分析(质量百分含量)：C，68.85％(68.79％)；H，5.47％(5.54％)；N，25.72％(25.67％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XV所示。

(式XV)

实施例10、2-(4-N，N-二乙基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(3-甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪荧光染料(C₂₇H₂₈N₈)(式XVI，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝H，X₁和X₂均为式IA中所示的R₅＝H，R₆＝CH₃-的烷基取代的吡唑基团)的合成

按照实施例8的合成方法，用3-甲基吡唑代替3，5-二甲基吡唑，合成得到2-(4-N，N-二乙基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(3-甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪48mg。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝464；元素分析(质量百分含量)：C，69.78％(69.80％)；H，6.21％(6.08％)；N，24.35％(24.12％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XVI所示。

(式XVI)

实施例11、2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪荧光染料(C₃₁H₃₆N₈)(式XVII，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝CH₃-，X₁和X₂均为式IA中所示的R₅＝R₆＝CH₃-的烷基取代的吡唑基团)的合成

按照实施例8的合成方法，用2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪(结构如式XI所示)代替2-(4-N，N-二乙基联苯-4’-基)-4，6-二氯-1，3，5-三嗪，合成得到2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(3，5-二甲基吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪22mg。

质谱(EIMS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝520；元素分析(质量百分含量)：C，71.39％(71.51％)；H，6.88％(6.97％)；N，21.67％(21.52％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XVII所示。

(式XVII)

实施例12、2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪荧光染料(C₂₇H₂₈N₈)(式XVIII，即式I中R₁＝R₂＝H₃CH₂C-，R₃＝R₄＝CH₃-，X₁和X₂均为式IA中所示的R₅＝R₆＝H的吡唑基团)的合成

按照实施例11的合成方法，用吡唑代替3，5-二甲基吡唑，合成得到2-(4-N，N-二乙基-2，6-二甲基-联苯胺-4’-基)-4，6-二(吡唑-1-基)-1，3，5-三嗪19mg。

质谱(EI MS)分析测得所得的化合物分子离子峰M/Z＝464；元素分析(质量百分含量)：C，69.67％(69.80％)；H，6.00％(6.08％)；N，24.02％(24.12％)，括号中为理论值；核磁共振谱证明上述制备的产物结构如式XVIII所示。

(式XVIII)

以上实施例提供的联苯基-三嗪结构荧光染料具有很高的荧光量子产率，其荧光发射峰对溶剂极性极为敏感，其最大荧光发射峰位置随着溶剂极性的变化有很大的变化，不仅可作为发光量子产率测定的通用标准参比物，而且可作为荧光探针材料，具有重要应用价值。

Claims (42)

1.一种荧光染料化合物，其结构通式如式I所示：

(式I)

其中，所述式I结构通式中，R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为甲基或H；X₁、X₂为Cl或F或结构如式IA所示的吡唑基团；

(式IA)

所述式IA中，R₅、R₆均选自H和碳原子数为1-3的烷基。

2.根据权利要求1所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基，R₃、R₄为甲基或H，X₁＝X₂＝Cl时，所述荧光染料化合物的结构式如式XX所示，

(式XX)。

3.根据权利要求2所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为乙基，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝Cl时，所述荧光染料化合物的结构式如式III所示，

(式III)。

4.根据权利要求3所述的化合物，其特征在于：所述式III所示化合物为轴手性晶体，呈螺旋构型。

5.根据权利要求1所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基，R₃、R₄为甲基或H；X₁＝X₂＝F时，所述荧光染料化合物的结构式如式XXI所示，

(式XXI)。

6.根据权利要求5所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为乙基，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝F时，所述荧光染料化合物的结构式如式XIII所示，

(式XIII)。

7.根据权利要求6所述的化合物，其特征在于：所述式XIII所示化合物为轴手性晶体，呈螺旋构型。

8.根据权利要求1所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基，R₃、R₄为甲基或H，X₁＝X₂＝3，5-二甲基吡唑基团时，所述荧光染料化合物的结构式如式XXII所示，

(式XXII)。

9.根据权利要求8所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为乙基，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝3，5-二甲基吡唑基团时，所述荧光染料化合物的结构式如式IV所示。

(式IV)

10.根据权利要求1所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基，R₃、R₄为甲基或H，X₁＝X₂＝吡唑基团时，所述荧光染料化合物的结构式如式XXIII所示，

(式XXIII)。

11.根据权利要求10所述的荧光染料化合物，其特征在于：所述R₁、R₂为乙基，R₃＝R₄＝H，X₁＝X₂＝吡唑基团时，所述荧光染料化合物的结构式如式XV所示，

(式XV)。

12.一种制备权利要求2-7任一所述荧光染料化合物的方法，是将式VI所示的4-(N，N-二烷基氨基)-联苯基锂、4-(N，N-二烷基氨基)-2，6-二甲基联苯基锂或4-(N，N-二烷基氨基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪或三聚氟嗪进行反应，得到式XX、式III、式XIII或式XXI所示的化合物；

(式VI)

所述式VI结构通式中，R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基，R₃、R₄为甲基或H。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述4-(N，N-二烷基氨基)-联苯基锂、4-(N，N-二烷基氨基)-2，6-二甲基联苯基锂或4-(N，N-二烷基氨基)-2-甲基联苯基锂是式II所示化合物与烷基锂反应后所得产物；

(式II)

所述式II中，R₁、R₂为碳原子数为1-4的烷基；R₃、R₄为甲基或H。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：所述烷基锂的碳原子数为1-8。

15.根据权利要求12-13任一所述的方法，其特征在于：所述式VI所示的4-(N，N-二烷基氨基)-联苯基锂、4-(N，N-二烷基氨基)-2，6-二甲基联苯基锂或4-(N，N-二烷基氨基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪或三聚氟嗪的摩尔比为1∶0.8-1∶4。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述式VI所示的4-(N，N-二烷基氨基)-联苯基锂、4-(N，N-二烷基氨基)-2，6-二甲基联苯基锂或4-(N，N-二烷基氨基)-2-甲基联苯基锂与三聚氯嗪或三聚氟嗪的摩尔比为1∶0.8-1∶4。

17.根据权利要求12-13任一所述的方法，其特征在于：所述式VI所示化合物与三聚氯嗪或三聚氟嗪反应的温度为-78-50℃。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述式VI所示化合物与三聚氯嗪或三聚氟嗪反应的温度为-78-50℃。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述式VI所示化合物与三聚氯嗪或三聚氟嗪反应的温度为-78-50℃。

20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述式VI所示化合物与三聚氯嗪或三聚氟嗪反应的温度为-78-50℃。

21.根据权利要求12-13任一所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

26.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

27.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

28.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：用二氯甲烷或氯仿对产物进行提纯。

29.根据权利要求12-13任一所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

30.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

31.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

32.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

33.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

34.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

35.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

36.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

37.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：所述反应介质为四氢呋喃或乙醚。

38.一种制备权利要求8-11任一所述荧光染料化合物的方法，是将权利要求2所

述的荧光染料化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子进行反应而得；

(式IB)

式IB中，R₅、R₆选自H和碳原子数为1-3的烷基。

39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于：权利要求2所述的荧光染料化合物与式IB所示的吡唑负离子或碳原子数为1-3的烷基取代吡唑负离子的摩尔比为1∶2-1∶10。

40.根据权利要求38或39所述的方法，其特征在于：在体系反应完毕后，还进行如下步骤：将产物依次进行色谱分离提纯、重结晶，得到式XXII、式IV、式XXIII或式XV所示的荧光染料化合物；所述提纯步骤中，所用洗脱剂为乙酸乙酯或二氯甲烷和乙酸乙酯以体积比为1∶10-10∶1混合的混合溶剂。

41.权利要求1-11任一所述的荧光染料化合物在作为荧光量子产率测定的通用标准参比物中的应用。

42.权利要求1-11任一所述的荧光染料化合物在制备荧光探针材料中的应用。

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