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一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物、其制备方法及应用，所述化合物结构式如下：

Description

一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于荧光探针技术领域，具体涉及一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物、其制备方法及应用。
背景技术
基于荧光染料的分析法已广泛应用于分析化学、环境检测、生物成像和疾病诊断等重要领域。荧光分子探针技术具有操作简单、样品无损、分析速度快、高灵敏性以及能够实现生物样品的原位检测和可视化检测等诸多优点。目前，围绕经典的荧光母核如罗丹明、香豆素、萘酰亚胺、花菁素、氟硼吡咯等荧光团进行荧光探针的研究工作主要集中于样品的重金属离子、内源性生物活性小分子检测，尤其是花菁和氟硼吡咯结构具有近红外荧光发射的特点，在生物活体荧光检测中显示出较高的应用价值。然而，这些经典的荧光团因其结构特点存在一定局限性，比如荧光发射波长区域易受生物内环境因素影响、染料的生物相容性差、易产生细胞毒性等。因此，研究和开发新型结构的荧光染料有助于提高荧光检测技术的灵敏性和准确性，对于拓展荧光探针技术在分析化学领域的应用具有重要作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物、其制备方法及应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物，其结构式如下：
。
所述化合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）以4-溴-1,8萘酐和正丁胺为原料，在乙醇中回流反应，反应结束后经后处理得化合物1；
（2）将化合物1加入到乙二醇单甲醚中，加热至化合物1全部溶解，再加入水合肼的乙二醇单甲醚溶液，回流反应，反应结束后，经后处理得化合物2；
（3）将化合物2溶于3-甲基-2-丁酮中，逐滴加入浓硫酸，回流反应，反应结束后经后处理得化合物3；
（4）取化合物3，加入浓盐酸，室温搅拌后，经后处理得吲哚盐酸盐，向吲哚盐酸盐中加入4-二甲氨基苯甲醛，在乙醇溶剂中回流，经后处理得目标化合物4。
具体合成路线参考如下：
化合物的光谱性质实验测试了本发明所述化合物的溶解性、最大吸收、最佳荧光发射波长、量子产率；化合物荧光发射的溶剂效应实验表明，本发明所述化合物的荧光发射具有显著的溶剂效应：在质子溶剂如水与甲醇中，化合物的荧光强度较低；在非质子溶剂如二氯甲烷、二甲基亚砜、丙酮等中，荧光强度较强。在水相、甲醇、乙腈中，化合物的最大发射波长在600nm；而在甲苯、四氢呋喃、丙酮中，最大发射波长在650nm，而在乙酸乙酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二氯甲烷中，其最大发射波长接近700nm，甚至大于700nm；化合物对离子的响应性实验表明，本发明所述化合物随着三氟乙酸浓度增大，600nm附近的吸收峰逐渐增强，而490nm的吸收峰减弱直至消失，提示化合物在加入三氟乙酸后，结构发生了变化，而荧光光谱检测发现，随着三氟乙酸的加入，最大发射光谱强度增强，表明化合物可作为酸性荧光探针。此外，本发明所述化合物的制备方法具有操作简便、条件温和、反应收率高等特点。
附图说明
图1是化合物1的1HNMR；
图2是化合物2的1HNMR；
图3是化合物4的1HNMR；
图4是化合物4的13CNMR；
图5是化合物4的HR-MS。
图6是实施例1中化合物4在不同溶剂中最大荧光发射波长；
图7是化合物4溶于二氯甲烷中，进行三氟乙酸滴定的紫外滴定光谱曲线；
图8是化合物4溶于二氯甲烷中，进行三氟乙酸滴定的荧光滴定光谱曲线；
图9是化合物4溶于二氯甲烷中，进行三氟乙酸滴定的荧光滴定线性拟合曲线。
具体实施方式
以下通过优选实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
仪器与主要化学试剂
BrukerAV-400型核磁共振仪（德国）；Esquire3000型LC-MS质谱仪（德国）；Agilent1200高效液相色谱仪（美国）。
本发明实施过程中所用的原料、溶剂均为商业途径购进。
实施例1
一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物，其结构式如下：
。
上述化合物的具体合成路线参考如下：
合成步骤如下：
(1)化合物1的合成
500mL圆底烧瓶中加入4-溴-1,8萘酐(5.54g,20.0mmol)和正丁胺(2.4mL,24mmol)，加入溶剂乙醇200mL，氮气保护下回流12小时，直至溶液澄清，减压蒸出部分溶剂后冷却至室温，析出淡黄色结晶，乙醇重结晶得到淡黄色结晶，产率84.9%。化合物1的1HNMR见图1，1HNMR(400MHz,CDCl3)δ：8.65(1H,d,J=7.3Hz),8.56(1H,d,J=8.5Hz),8.41(1H,d,J=7.9Hz),8.03(1H,d,J=7.9Hz),7.84(1H,t,J=7.9Hz),4.17(2H,t,J=7.5Hz),1.76–1.68(2H,m,),1.50–1.40(2H,m),0.98(3H,t,J=7.4Hz).
(2)化合物2的合成
把4-溴-正丁基-1,8-萘酰亚胺(1.00g,3.0mmol)加入到(10mL)乙二醇单甲醚中，加热到120℃，当溶液变澄清后，用乙二醇单甲醚稀释过的水合肼(1mL,水合肼的质量分数80%)在搅拌下逐渐加入，10分钟滴完，反应物氮气保护下回流4小时，冷却后，析出橙黄色结晶，过滤，用0℃乙醇洗涤，得到橙黄色结晶。产率92.4%。
化合物2的1HNMR见图2，1HNMR(400MHz,d6-DMSO)δ：9.12(1H,s),8.60(1H,d,J=8.3Hz,),8.41(1H,d,J=7.2Hz),8.28(1H,d,J=8.6Hz),7.63(1H,t,J=7.5Hz),7.24(1H,d,J=8.6Hz),4.67(2H,s),4.0(2H,t,J=7.3Hz),1.58(2H,m,),1.33(2H,m),0.91(3H,t,J=7.3Hz).
(3)化合物3的合成
4-肼基-N-丁基-1,8-萘酰亚胺(1.00g,3.5mmol)溶于3-甲基-2-丁酮(20mL)中，将0.5mL浓硫酸逐滴加入反应液。混合物在氮气保护下回流四个小时，过量的3-甲基-2-丁酮减压蒸出。加入5mL乙醇，出现大量黄色沉淀，过滤，用0℃乙醇洗涤，用乙醇重结晶后得到黄色结晶。产率57.5%。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ：8.89(1H,d,J=8.3Hz),8.63(1H,d,J=7.2Hz),8.59(1H,s),7.82(1H,t,J=7.8Hz),4.21(2H,t,J=7.4Hz),2.49(3H,s),1.69–1.77(2H,m),1.41–1.51(2H,m),1.45(6H,s),0.98(3H,t,J=7.3Hz).13CNMR(100MHz,CDCl3):194.22,164.63,164.45,154.72,143.03,131.21,129.93,128.92,126.85,124.87,124.82,122.83,119.5,55.49,40.31,30.33,22.52,20.41,16.14,13.92.
(4)化合物4的合成
取67mg（0.2mmol）上述原料，加入约1.00mL浓HCl，室温下搅拌30分钟，加入5mL乙醇，用旋转蒸发器蒸干，即得吲哚盐酸盐。取74mg（0.2mmol）上述盐酸盐，加入相应4-二甲氨基苯甲醛（0.22mmol），加入6.00mL无水乙醇，抽干空气后，氮气保护下搅拌，回流4小时，冷却至室温，0℃静置2小时，减压抽滤，用0℃乙醇洗涤后，二氯甲烷/甲醇（体积比为30:1）体系柱层析得到化合物4.化合物4的1HNMR、13CNMR和HR-MS见图3至5，1HNMR(400MHz,CDCl3)δ：8.98(1H,dd,J=8.3,1.0),8.63(1H,dd,J7.3,1.0),8.58(1H,s),7.92(1H,d,J=16.1),7.84–7.77(1H,m),7.74(1H,d,J=8.9),7.59(2H,d,J=8.8),7.01(1H,d,J=16.1),6.72(2H,dd,J=11.2,8.9),4.25–4.18(2H,m),3.08(7H,d,J=8.1),1.80–1.67(2H,m),1.58(6H,s),1.46(2H,dq,J=14.9,7.5),0.98(3H,t,J=7.4).13CNMR(100MHz,CDCl3)δ187.05,164.47,164.39,154.82,148.21,144.10,141.80,137.36,131.42,129.93,129.04,128.41,127.12,125.37,124.58,124.38,123.23,122.96,120.42,58.52,54.53,40.36,30.31,23.02,20.43,18.48,13.91.HR-MS:m/zcalcdforC30H31N3O2[M+H]+:466.2495;Found466.2505.
采用本发明的方法合成了一种新型半花菁-萘酰亚胺化合物，目前尚未见有文献报道。该化合物具有如下用途：本发明所设计化合物的荧光发射具有显著溶剂效应：在质子溶剂如水与甲醇中，化合物的荧光强度较低；在非质子溶剂如二氯甲烷、二甲基亚砜、丙酮等中，荧光强度较强。在乙酸乙酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二氯甲烷中，其最大发射波长接近700nm，可作为一种新型离子响应型荧光染料。
应用实验
化合物溶解性及光谱性质实验，实验结果如表1所示，测试了本发明所述化合物的溶解性、最大吸收、最佳荧光发射波长、量子产率。
表1化合物4溶解性及光谱性能数据
化合物荧光发射的溶剂效应实验：我们考察了化合物4受溶剂效应的影响，如图6所示，当荧光比色皿中加入3mL不同溶剂，当化合物浓度在10μM时，测试荧光，我们发现在质子溶剂如水与甲醇中，化合物4的荧光强度较低，小于50，处于非质子溶剂如二氯甲烷、DMSO、丙酮等中时，荧光强度较强，并且溶剂会引起化合物4最大发射波长的移动，在水相、甲醇和乙腈中，化合物4的最大发射波长在600nm，而当在甲苯、四氢呋喃和丙酮中时，最大吸收波长在650nm，而在乙酸乙酯、DMSO、DMF和二氯甲烷中，其最大吸收接近700nm，甚至大于700nm，说明化合物4受溶剂影响明显，该化合物可作为一种新型离子响应型荧光染料，实验结果见表2：
表2探针在不同溶剂中最大荧光发射波长
化合物对离子的响应性实验：将化合物4溶在二氯甲烷中，以三氟乙酸做质子源进行滴定，测得紫外与荧光滴定曲线，如图7至9所示，在滴定的紫外光谱中，先在490nm附近出现一个吸收峰，随着三氟乙酸加入，在600nm附近出现一个新的吸收峰，随着三氟乙酸浓度增大，600nm附近的最大吸收峰逐渐增强，而490nm的最大吸收减弱直到消失。提示我们化合物4在加入三氟乙酸后，化合物4结构发生了根本变化。而荧光光谱检测我们发现，随着三氟乙酸的加入，最大吸收强度增强，但是吸收波长发生蓝移，表明化合物可作为酸性荧光探针。在浓度0-40μM成较好的线性关系，线性方程为y=5.643x+34.204，相关系数为0.997。

Claims (3)

1.一种具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物，其特征在于，所述化合物结构式如下：
。
2.根据权利要求1所述的具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物的制备方法，其特征在于，合成路线如下：
，
其制备步骤包括：
（1）以4-溴-1,8萘酐和正丁胺为原料，在乙醇中回流反应，反应结束后经后处理得化合物1；
（2）将化合物1加入到乙二醇单甲醚中，加热至化合物1全部溶解，再加入水合肼的乙二醇单甲醚溶液，回流反应，反应结束后，经后处理得化合物2；
（3）将化合物2溶于3-甲基-2-丁酮中，逐滴加入浓硫酸，回流反应，反应结束后经后处理得化合物3；
（4）取化合物3，加入浓盐酸，室温搅拌后，经后处理得吲哚盐酸盐，向吲哚盐酸盐中加入4-二甲氨基苯甲醛，在乙醇溶剂中回流，经后处理得目标化合物4。
3.根据权利要求1所述的具有半花菁-萘酰亚胺结构的化合物在荧光检测中的应用。
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Termination date: 20180706

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