CN112939936B - 羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法和应用 - Google Patents

羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成和应用，该类染料是以1，8‑萘酰亚胺为荧光团母体，使其4号位与羰基氮杂环丁烷共价连接。这类新型荧光染料具有优异的荧光强度和光稳定性，使其在荧光检测和荧光成像等领域，特别是单分子检测和超分辨荧光成像等新兴领域具有广泛的应用前景。
Figure DDA0002311031450000011
R1为H、C1‑4烷基、芳基，R2为
Figure DDA0002311031450000012
其中X1为H、C1‑2烷基，X2为C1‑2烷基，
Figure DDA0002311031450000013
X3为C1‑2烷基，
Figure DDA0002311031450000014
X4为C1‑2烷基。

Description

羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法和 应用
技术领域
本发明属于荧光染料领域，具体涉及一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成和应用。
背景技术
有机荧光染料被广泛应用于生物分子标记，通过所见即所得的方式跟踪生物分子，研究功能生物分子的位置和作用。荧光染料的光强度和光稳定性是影响成像质量的首要因素，虽然，大量商业染料已经被开发并广泛应用，但随着以超高分辨为技术支撑的单分子荧光成像的快速发展，对荧光染料的光强度和光稳定性提出了更高的要求。
有机荧光染料从荧光构效关系上可分为共振(Resonant)染料与电荷转移(ChargeTransfer，CT)染料，而荧光性质决定于基态与激发态间的电子传递。1,8-萘酰亚胺由于其独特的光物理性质而被认为是最通用的荧光团母体之一，在各种实际应用中得到了广泛的探索。1,8-萘酰亚胺类染料属于电荷转移染料，存在明确的电子供体与电子受体，其具有较宽的吸收与发射峰、大斯托克斯位移、相对较低的摩尔吸光系数等发光性能。四元氮杂环丁烷环已经被证明可同时提高染料的亮度和光稳定性，然而，氮杂环丁烷对于萘酰亚胺类染料在亮度方面的提升幅度不高，新开发的羰基氮杂环丁烷则可以弥补这一不足，进一步提高萘酰亚胺荧光团的亮度和光稳定性。
发明内容
本发明的目的之一是提供一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料。
本发明的另一目的是提供一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，该方法具有操作简便、便于提纯、易于功能化衍生等优点。
本发明提供一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料，以1,8-萘酰亚胺为荧光团母体，在供电子一端通过共价连接羰基氮杂环丁烷，实现了该类染料荧光量子效率的提高和光稳定性的提升。
所述的羰基氮杂环丁烷4位取代的萘酰亚胺类染料，其结构式为：
Figure BDA0002311031430000021
R1为H、C14烷基、芳基，R2为
Figure BDA0002311031430000022
其中X1为H、C1-2烷基，X2为C1-2烷基，
Figure BDA0002311031430000023
X3为C1-2烷基，
Figure BDA0002311031430000024
X4为c1-2烷基。
新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料具体合成步骤如下：
(1)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于二甲基亚砜中，并向其中加入氮杂环丁烷-2-羧酸和碳酸钾；将反应液缓慢升温至50-140℃，并在氮气保护下反应10-24h。停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4。用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2羧酸)-1,8-萘酰亚胺；
将N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并向其中依次加入二甘醇胺、1-羟基苯并三唑(HoBt)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、三乙胺，室温下搅拌1-6小时，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为40-1:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂得到染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺。
(2)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于乙二醇单甲醚中，并向其中加入氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐和三乙胺；将反应液缓慢升温至80-140℃，并在氮气保护下反应10-24h。停止加热，冷却至室温，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺；
(3)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于二甲基亚砜中，并向其中加入氮杂环丁烷-3-羧酸和碳酸钾；将反应液缓慢升温至50-140℃，并在氮气保护下反应10-24h。停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4。用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3羧酸)-1,8-萘酰亚胺；
将N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并向其中依次加入二甘醇胺、1-羟基苯并三唑(HoBt)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、三乙胺，室温下搅拌1-6小时，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为40-1:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂得到染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺。
(4)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于乙二醇单甲醚中，并向其中加入氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐和三乙胺；将反应液缓慢升温至80-140℃，并在氮气保护下反应10-24h。停止加热，冷却至室温，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得黄色固体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺；
其中，(1)中，中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-2-羧酸的质量比为1:0.3-1；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：碳酸钾的质量比为1:1-3；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:30-100g/mL。
(1)中，中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：二甘醇胺的质量比为1:1-4；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：1-羟基苯并三唑(HoBt)的质量比为1:2-4；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)的质量比为1:3-5；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：三乙胺的质量比为1:3-8；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:30-100g/mL。
(2)中，N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐的质量比为1:0.3-1；
N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与三乙胺的体积比为1:1-5g/mL；
N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与乙二醇甲醚的体积比为1:100-600g/mL。
(3)中，中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-3-羧酸的质量比为1:0.3-1；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：碳酸钾的质量比为1:1-3；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:30-100g/mL。
(3)中，中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：二甘醇胺的质量比为1:1-4；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：1-羟基苯并三唑(HoBt)的质量比为1:2-4；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)的质量比为1:3-5；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺：三乙胺的质量比为1:3-8；
中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:30-100g/mL。
步骤(4)中，N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐的质量比为1:0.3-1；
N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与三乙胺的体积比为1:1-5g/mL；
N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与乙二醇甲醚的体积比为1:100-600g/mL。
一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料在细胞、切片荧光成像领域的应用。
本发明优点和有益效果：
本发明涉及的染料拥有合成方法简单、原料廉价且易于功能化等优点。
本发明涉及的染料其结构是在萘酰亚胺的4号位引入羰基氮杂环丁烷，导致该类染料的荧光量子产率显著提高，在水中的荧光量子产率最高可达0.49；此外，该类染料同样表现出良好的光稳定性。
本发明涉及的荧光染料的亮度高，光稳定性好，共聚焦成像效果佳，并且有望用于超分辨成像。
附图说明
图1为实施例1制备的NI-Aze-1的核磁谱图氢谱。
图2为实施例2制备的NI-Aze-2的高分辨质谱。
图3为实施例3制备的NI-Aze-3的高分辨质谱。
图4为实施例4制备的NI-Aze-4的核磁谱图碳谱。
图5为实施例1制备的染料NI-Aze-1在水中归一化的荧光激发谱图与荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为归一化荧光强度，荧光染料的浓度为5μM。
图6为实施例2制备的染料NI-Aze-2在水中归一化的荧光激发谱图与荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为归一化荧光强度，荧光染料的浓度为5μM。
图7为实施例3制备的染料NI-Aze-3在水中归一化的荧光激发谱图与荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为归一化荧光强度，荧光染料的浓度为5μM。
图8为实施例4制备的染料NI-Aze-4在水中归一化的荧光激发谱图与荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为归一化荧光强度，荧光染料的浓度为5μM。
图9为实施例2制备的染料NI-Aze-2在500W钨灯照射下荧光发射强度的变化图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
图10为实施例4制备的染料NI-Aze-4在500W钨灯照射下荧光发射强度的变化图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
图11为实施例1制备的染料NI-Aze-1的HeLa细胞活细胞荧光共聚焦成像图。
具体实施方式
实施例1
染料NI-Aze-1的合成：
(1)中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺的合成：
Figure BDA0002311031430000051
在50mL双口瓶中依次加入N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺145mg，二甲基亚砜10mL，氮杂环丁烷-2-羧酸100mg，碳酸钾276mg，将反应液缓慢升温至120℃，并在氮气保护下反应3h。停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4。用二氯甲烷萃取三次，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为200-40:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺，产率76％；
(2)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺的合成：
Figure BDA0002311031430000061
在25ml单口瓶中依次加入N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-羧酸)-1,8-萘酰亚胺77.5mg，干燥的N,N-二甲基甲酰胺5mL，二甘醇胺0.15mL、1-羟基苯并三唑200mg、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐287mg、三乙胺0.34mL，室温下搅拌4小时，停止反应，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为40-10:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂得到染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺，产率52％。
其核磁谱图氢谱如图1所示，具体数据如下：
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ8.44(t,J＝5.7Hz,1H),8.37(d,J＝7.2Hz,1H),8.30(d,J＝8.4Hz,1H),8.18(d,J＝8.5Hz,1H),7.64–7.56(m,1H),6.45(d,J＝8.5Hz,1H),5.06(dd,J＝9.1,5.7Hz,1H),4.76(q,J＝8.4Hz,1H),4.62(t,J＝5.4Hz,1H),4.39(s,1H),3.51(t,J＝5.7Hz,2H),3.46(dd,J＝8.5,5.5Hz,4H),3.35(s,3H),3.33(s,2H),2.80(dtd,J＝10.6,9.1,5.6Hz,1H),2.39(ddt,J＝11.0,9.1,5.9Hz,1H).
其高分辨质谱具体数据如下：
C21H24N3O5[M+H]+理论值：398.1710，实际值：398.1647。
经检测，其结构如上式NI-Aze-1所示。其荧光性能如下：
将该染料溶解于DMSO溶液中，配制成浓度为2mM的母液，每次取10μL NI-Aze-1母液加入4mL水中，配制成5μM的荧光染料测试液，进行荧光激发与发射光谱的测试。在水中荧光激发与发射光谱图如图5所示：吸收波长为440nm，发射波长为538nm，经计算得量子产率为0.49。
实施例2
染料NI-Aze-2的合成：
(1)中间体氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐的合成：
Figure BDA0002311031430000062
在50mL单口瓶中加入甲醇10mL，冰水浴冷却至0℃，向其中缓慢滴加氯化亚砜0.19mL，保持0℃条件下继续搅拌30分钟后，向反应瓶中加入氮杂环丁烷-2-羧酸150mg，撤去冰水浴，缓慢升温至室温，搅拌过夜。停止反应，除去溶剂，所得固体用无水乙醚洗涤两次，得到淡黄色固体产物氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐，产率86％。
(2)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺的合成：
Figure BDA0002311031430000071
在50mL双口瓶中依次加入N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺145mg，乙二醇单甲醚5mL，氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐91.2mg和三乙胺0.2mL；将反应液缓慢升温至130℃，并在氮气保护下反应5h。停止加热，冷却至室温，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为150-10:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺；
其高分辨质谱如图2所示，具体数据如下：
C20H21N2O5[M+H]+理论值：369.1445，实际值：369.1443。
经检测，其结构如上式NI-Aze-2所示。其荧光性能如下：
将该染料溶解于DMSO溶液中，配制成浓度为2mM的母液，每次取10μL NI-Aze-2母液加入4mL水中，配制成5μM的荧光染料测试液，进行荧光激发与发射光谱的测试。在水中荧光激发与发射光谱图如图6所示：吸收波长为442nm，发射波长为543nm，经计算得量子产率为0.45。
实施例3
染料NI-Aze-3的合成：
(1)中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺的合成：
Figure BDA0002311031430000081
在50mL双口瓶中依次加入N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺145mg，二甲基亚砜10mL，氮杂环丁烷-3-羧酸150mg，碳酸钾276mg，将反应液缓慢升温至120℃，并在氮气保护下反应3h。停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4。用二氯甲烷萃取三次，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为200-40:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体N-甲基-4-氮杂环丁基-1,8-萘酰亚胺，产率81％；
(2)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺的合成：
Figure BDA0002311031430000082
在25ml单口瓶中依次加入N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-羧酸)-1,8-萘酰亚胺77.5mg，干燥的N,N-二甲基甲酰胺5mL，二甘醇胺0.15mL、1-羟基苯并三唑200mg、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐287mg、三乙胺0.34mL，室温下搅拌4小时，停止反应，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为40-10:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂得到染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺，产率54％。
其高分辨质谱如图3所示，具体数据如下：
C21H24N3O5[M+H]+理论值：398.1710，实际值：398.1635。
经检测，其结构如上式NI-Aze-3所示。其荧光性能如下：
将该染料溶解于DMSO溶液中，配制成浓度为2mM的母液，每次取10μL NI-Aze-3母液加入4mL水中，配制成5μM的荧光染料测试液，进行荧光激发与发射光谱的测试。在水中荧光激发与发射光谱图如图7所示：吸收波长为440nm，发射波长为538nm，经计算得量子产率为0.38。
实施例4
染料NI-Aze-4的合成：
(1)中间体氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐的合成：
Figure BDA0002311031430000091
在50mL单口瓶中加入甲醇10mL，冰水浴冷却至0℃，向其中缓慢滴加氯化亚砜0.19mL，保持0℃条件下继续搅拌30分钟后，向反应瓶中加入氮杂环丁烷-3-羧酸150mg，撤去冰水浴，缓慢升温至室温，搅拌过夜。停止反应，除去溶剂，所得固体用无水乙醚洗涤两次，得到淡黄色固体产物氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐，产率89％。
(2)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺的合成：
Figure BDA0002311031430000092
在50mL双口瓶中依次加入N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺145mg，乙二醇单甲醚5mL，氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐91.2mg和三乙胺0.2mL；将反应液缓慢升温至130℃，并在氮气保护下反应5h。停止加热，冷却至室温，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为150-10:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-3-(2-甲氧基甲酸乙酯)-1,8-萘酰亚胺；
其核磁谱图氢谱如图4所示，具体数据如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.52(dd,J＝7.3,1.1Hz,1H),8.36(d,J＝8.4Hz,1H),8.16(dd,J＝8.5,1.1Hz,1H),7.51(dd,J＝8.5,7.3Hz,1H),6.42(d,J＝8.4Hz,1H),4.69–4.57(m,4H),4.41–4.33(m,2H),3.77(tt,J＝8.3,6.3Hz,1H),3.69–3.61(m,2H),3.51(s,3H),3.41(s,3H).
其高分辨质谱具体数据如下：
C20H21N2O5[M+H]+理论值：369.1445，实际值：369.1444。
经检测，其结构如上式NI-Aze-4所示。其荧光性能如下：
将该染料溶解于DMSO溶液中，配制成浓度为2mM的母液，每次取10μL NI-Aze-4母液加入4mL水中，配制成5μM的荧光染料测试液，进行荧光激发与发射光谱的测试。在水中荧光激发与发射光谱图如图8所示：吸收波长为462nm，发射波长为554nm，经计算得量子产率为0.38。
实施例5
实施例2和4所涉及的NI-Aze-2和NI-Aze-4荧光染料在500W钨灯照射下的荧光发射强度的变化测试。取10μL 上述染料母液加入到4mL去离子水中，而后加入螺纹比色皿中，正面放置于钨灯50cm处，分别采取0，0.5，1，2，4，6，8，10小时为时间节点进行荧光发射光谱测试。
实施例2和4所涉及的NI-Aze-2和NI-Aze-4荧光染料在500W钨灯照射下荧光发射强度的变化图如图9和10所示：上述染料的荧光强度在光照10小时后仍然能够保持较高强度。
实施例6
本发明涉及的部分染料在活细胞(RWPE、HeLa、脂肪细胞等)中的荧光共聚焦成像。取0.5μL以上染料母液溶于1mL细胞培养液中，而后置于37℃下对细胞进行孵育10-30分钟后进行荧光成像。
NI-Aze-1在HeLa细胞中的荧光共聚焦成像如图11所示：染料NI-Aze-1能够对细胞核进行定位，细胞核轮廓清晰，信噪比较高，且光稳定性较好，有望应用于超分辨成像。

Claims (10)

1.一种羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料，其特征在于：所述的以1,8-萘酰亚胺为荧光团母体，其4号位与羰基氮杂环丁烷共价连接，其结构如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
2.一种如权利要求1所述的羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，以1,8-萘酰亚胺为荧光团母体，将羰基氮杂环丁烷共价连接到1,8-萘酰亚胺的4号位得到该荧光染料。
3.根据如权利要求2所述的羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于包含步骤如下：
（1）染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-（2-（2-羟基乙氧基）乙基）甲酰胺）-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于二甲基亚砜中，并向其中加入氮杂环丁烷-2-羧酸和碳酸钾；将反应液缓慢升温至50-140 ℃，并在氮气保护下反应10-24 h；停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4；用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺；
将上述得到的中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并向其中依次加入二甘醇胺、1-羟基苯并三唑（HoBt）、1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）、三乙胺，室温下搅拌1-6小时，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为40-1:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂得到染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-（2-（2-羟基乙氧基）乙基）甲酰胺）-1,8-萘酰亚胺；
（2）染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-（2-甲氧基甲酸乙酯）-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于乙二醇单甲醚中，并向其中加入氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐和三乙胺；将反应液缓慢升温至80-140 ℃，并在氮气保护下反应10-24 h；停止加热，冷却至室温，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-（2-甲氧基甲酸乙酯）-1,8-萘酰亚胺；
（3）染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-（2-（2-羟基乙氧基）乙基）甲酰胺）-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于二甲基亚砜中，并向其中加入氮杂环丁烷-3-羧酸和碳酸钾；将反应液缓慢升温至50-140 ℃，并在氮气保护下反应10-24 h；停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4；用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺；
将上述得到的中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，并向其中依次加入二甘醇胺、1-羟基苯并三唑（HoBt）、1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）、三乙胺，室温下搅拌1-6小时，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为40-1:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂得到染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-（2-（2-羟基乙氧基）乙基）甲酰胺）-1,8-萘酰亚胺；
（4）染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-（2-甲氧基甲酸乙酯）-1,8-萘酰亚胺的合成：
将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于乙二醇单甲醚中，并向其中加入氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐和三乙胺；将反应液缓慢升温至80-140 oC，并在氮气保护下反应10-24 h，停止加热，冷却至室温，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得黄色固体染料N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-（2-甲氧基甲酸乙酯）-1,8-萘酰亚胺。
4.根据权利要求3所述的一种羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，（1）中，中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-2-羧酸的质量比为1:0.3-1；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：碳酸钾的质量比为1:1-3；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:30-100 g/mL。
5.根据权利要求3所述的一种羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，（1）中，中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：二甘醇胺的质量比为1:1-4；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：1-羟基苯并三唑（HoBt）的质量比为1:2-4；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）的质量比为1:3-5；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：三乙胺的质量比为1:3-8；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-2-羧酸）-1,8-萘酰亚胺的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:30-100 g/mL。
6.根据权利要求3所述的一类羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，（2）中，中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-2-甲酸甲酯盐酸盐的质量比为1:0.3-1；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与三乙胺的体积比为1:1-5 g/mL；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与乙二醇甲醚的体积比为1:100-600 g/mL。
7.根据权利要求3所述的一类羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，（3）中，中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-3-羧酸的质量比为1:0.3-1；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：碳酸钾的质量比为1:1-3；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与二甲基亚砜的体积比为1:30-100 g/mL。
8.根据权利要求3所述的一类羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，（3）中，中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：二甘醇胺的质量比为1:1-4；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：1-羟基苯并三唑（HoBt）的质量比为1:2-4；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）的质量比为1:3-5；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺：三乙胺的质量比为1:3-8；
中间体N-甲基-4-（氮杂环丁烷-3-羧酸）-1,8-萘酰亚胺的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:30-100 g/mL。
9.根据权利要求3所述的一类羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，其特征在于，（4）中，N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺：氮杂环丁烷-3-甲酸甲酯盐酸盐的质量比为1:0.3-1；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与三乙胺的体积比为1:1-5 g/mL；
中间体N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的质量与乙二醇甲醚的体积比为1:100-600 g/mL。
10.一种以非疾病诊断和治疗方法为目的的如权利要求1所述的羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料在细胞、切片荧光成像领域的应用。
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