CN114591633A - 一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用 - Google Patents

一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114591633A
CN114591633A CN202210083846.0A CN202210083846A CN114591633A CN 114591633 A CN114591633 A CN 114591633A CN 202210083846 A CN202210083846 A CN 202210083846A CN 114591633 A CN114591633 A CN 114591633A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbons
dye
compound
hemicyanine
xanthene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210083846.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114591633B (zh
Inventor
杜健军
韩富平
李鑫
樊江莉
彭孝军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202210083846.0A priority Critical patent/CN114591633B/zh
Publication of CN114591633A publication Critical patent/CN114591633A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114591633B publication Critical patent/CN114591633B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B23/00Methine or polymethine dyes, e.g. cyanine dyes
    • C09B23/10The polymethine chain containing an even number of >CH- groups
    • C09B23/105The polymethine chain containing an even number of >CH- groups two >CH- groups
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K41/00Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
    • A61K41/0057Photodynamic therapy with a photosensitizer, i.e. agent able to produce reactive oxygen species upon exposure to light or radiation, e.g. UV or visible light; photocleavage of nucleic acids with an agent
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00Antineoplastic agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D405/00Heterocyclic compounds containing both one or more hetero rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, and one or more rings having nitrogen as the only ring hetero atom
    • C07D405/02Heterocyclic compounds containing both one or more hetero rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, and one or more rings having nitrogen as the only ring hetero atom containing two hetero rings
    • C07D405/06Heterocyclic compounds containing both one or more hetero rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, and one or more rings having nitrogen as the only ring hetero atom containing two hetero rings linked by a carbon chain containing only aliphatic carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D405/00Heterocyclic compounds containing both one or more hetero rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, and one or more rings having nitrogen as the only ring hetero atom
    • C07D405/14Heterocyclic compounds containing both one or more hetero rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, and one or more rings having nitrogen as the only ring hetero atom containing three or more hetero rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/13Labelling of peptides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B23/00Methine or polymethine dyes, e.g. cyanine dyes
    • C09B23/0091Methine or polymethine dyes, e.g. cyanine dyes having only one heterocyclic ring at one end of the methine chain, e.g. hemicyamines, hemioxonol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869Methods for sequencing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1088Heterocyclic compounds characterised by ligands containing oxygen as the only heteroatom
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/55Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

本发明公开了一类氧杂蒽‑半花菁近红外荧光染料,其合成方法及其应用。该类型染料有更长的吸收和发射波长,提高了染料的水溶性,通过合理的引入活性基团来避免染料与生物大分子作用后的光谱性质改变。通过实验证明该染料具有良好的光物理性能以及具有生物荧光成像的潜力,可以用于生物识别成像、细胞成像、蛋白标记、抗体的特异性识别、核酸标记、DNA测序、以及肿瘤光动力治疗等方面的应用。

Description

一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用
技术领域
本发明属于有机染料技术领域,涉及一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料、其合成方法,及其应用。
背景技术
长久以来,荧光染料被广泛应用于生物标记和识别领域当中,在生物特异性蛋白、肿瘤标志物以及DNA识别基因测序中发挥重要作用。
荧光分析法因为具有设备简单、操作便捷、灵敏度高和响应快的优点,相较于同位素标记法具有更广泛的应用前景。荧光分析法所用到的荧光染料在整个分析过程中起到举足轻重的作用,荧光染料的性能将直接影响到分析的准确度和灵敏度。目前常见的商业化荧光染料主要为香豆素,荧光素,罗丹明类,吲哚菁绿类等等。然而,这些染料都在一定程度上存在缺陷而影响它们的应用。比如:1.吸收波长和发射波长较短,容易在成像和分析过程中收到生物背景荧光的干扰;2.水溶性普遍较差,容易在水系溶剂中发生聚集从而产生荧光猝灭;3.光稳定性差,增加了产品的大规模储藏和运输成本,并且导致无法重复检测;4.这些染料与生物大分子结合后,可能会受到生物大分子的影响而导致本身光物理性质发生改变,从而影响检测和分析的结果;5.在特定波长下的摩尔消光系数和荧光量子产率较低,无法很好的和市面上常用的光源和检测器匹配。
因此,研究开发水溶性好,光稳定性好,高摩尔消光系数和荧光量子产率以及波长可调控的,标记前后无明显光物理性质变化的荧光染料对荧光检测和生命健康领域具有重要的意义。
发明内容
为克服现有荧光染料的一系列缺陷,提供了一类用于生物标记的氧杂蒽-半花菁荧光染料、其合成方法和应用。
本申请的技术方案如下:
本申请的第一方面在于保护一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,所述的染料具有如通式I的结构式:
Figure BDA0003484137900000011
通式I中,
R1选自1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、芳基、芳基羧酸基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种;更优选自具有2-10个碳的羧烷基、芳基羧酸基中的一种;
R2和R3各自独立的选自氢、具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的烷基磺酸根、具有1-18个碳的烷基磺酸盐、芳基、芳基羧酸基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种;更优选自氢、具有1-6个碳的烷基、具有1-6个碳的烷基磺酸根、具有1-6个碳的羧烷基或芳基中的一种;
R4、R5、R6各自独立的选自氢、卤素、具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的烷基磺酸根、具有1-18个碳的烷基磺酸盐、芳基、芳基羧酸基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种;更优选自氢、具有1-10个碳的烷基、具有1-10个碳的烷基磺酸根、具有1-10个碳的烷基磺酸盐中的一种;
X选自氧、硫、硒、碲中的一种;更优选自氧、硫中的一种;
Y选自卤素离子、ClO4 -、BF4 -、CH3COO-、CF3COO-或OTs-中的一种;更优选自卤素离子、ClO4 -、CH3COO-中的一种。
本申请的第二方面在于保护一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料的合成方法,包括以下步骤:
(1)在0-30℃下,将PBr3和DMF作为反应原料缓慢滴加到有机溶剂中,其中PBr3和DMF的体积比为1:1-6,室温搅拌0.5-3h,加入环己酮,其中PBr3和环己酮的体积比为1:0.3-1.5,反应8-15h后中和反应,蒸发溶剂得到中间产物S-1;
(2)在10-50℃下,将S-1和R4、R5、R6、X取代的S-2溶解在极性溶剂中,在无机碱催化下反应10-30h后,萃取、浓缩、纯化,得到含有R4、R5、R6、X取代的中间产物S-3;
(3)在有机溶剂中,在60-120℃下,含R1和R3取代的Y-1与R2取代的卤代烷烃(N烷基化试剂)反应3-24h,经过重结晶得到含N-R2取代侧链的季铵盐Y-2;其中,化合物Y-1和R2取代的卤代烷烃的摩尔比为1:1-10;更优选为1:3-8;
(4)在有机溶剂中,在60-120℃下,将Y-2与S-3溶解在有机溶剂中,在有机碱的催化下发生缩合反应,经过重结晶纯化,得到氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料Ⅰ。
Figure BDA0003484137900000021
其中,对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(1)中,有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃中的一种;
对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(2)中,极性溶剂选自DMF、DMSO、甲醇、乙醇中的一种;
对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(2)中,无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铯、乙酸钠、乙醇钠中的任意一种;
对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(3)中,有机溶剂选自苯、甲苯、邻二氯苯、DMF的任意一种或几种组合的混合溶剂;重结晶溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、丙醇的任意一种或几种组合的混合溶剂;
对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(4)中,重结晶所用溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、水、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、丙醇的任意一种或几种组合的混合溶剂;
对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(4)中,有机溶剂选自乙醇、乙酸、乙酸酐、DMF的任意一种或几种组合的混合溶剂。
对于上文所述的技术方案,优选的,在上述步骤(4)中,有机碱选自三乙胺、吡啶和DIPEA中的任意一种。
所述的氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料的活化产物,包括:所述的氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料的羧基由活泼酰亚胺基活化的产物。
本申请的第三方面在于保护一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料的应用,包括利用所述的染料制备的探针,用于细胞成像、蛋白标记、抗体的特异性识别、核酸标记、荧光探针、DNA测序、以及肿瘤光动力治疗方面的应用。
所述的核酸标记包括:
将本发明所述的染料用于DNA的组成单位四种脱氧核糖核苷酸或经过修饰基团修饰处理的脱氧核糖核苷酸的特异性染色试剂。
将本发明所述的染料用于RNA的组成单位四种核糖核苷酸或经过修饰基团修饰处理的核糖核苷酸特异性染色试剂。对于上文所述的技术方案,优选的,本发明所述的氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料在应用时荧光成像发射波长为600-950nm。
该荧光染料作为生物染色领域的近红外荧光探针,可以用于识别生物特异性蛋白和DNA识别基因测序等方面的荧光检测染料。本发明是以染料分子的羧基作为活性基团,通过与蛋白质的氨基残基发生缩合反应生成酰胺键,从而达到标记蛋白的目的。对于DNA识别基因测序来说,同样是通过染料的羧基或活化后的羧基和具有氨基修饰的核酸碱基结合,来实现DNA测序。
与现有技术相比,本申请的有益效果:
1.本发明的设计方案通过设计合成一种推-拉电子型的半花菁染料来提高染料的吸收和发射波长。
本申请实施例制备的化合物1和化合物2通过光谱测试验证,其吸收波长可达720nm-725nm之间,荧光发射波长在735nm-745nm之间,可以很好的适用于长波长荧光检测的场景当中。
2.本发明所述染料在合理的位置引入活性基团羧基,在不影响化合物光谱性质的基础之上,可以成功的将羧基作为活性位点。
本申请实施例制备的化合物1和化合物2相较于对比分子化合物3的吸收和发射波长没有出现太大变化,证明了该位点不会影响染料本身的光谱性质,与此同时,化合物1可以被活化并且能够成功标记L-赖氨酸,而对比分子化合物3无法被活化,证明该类染料的活性位点可以成功作为标记位点,从而应用于细胞成像、蛋白标记、抗体的特异性识别、核酸标记及DNA测序等领域。
3.本发明所述染料具有较好的水溶性;增加了摩尔消光系数和荧光量子产率。
本申请实施例制备的化合物1、2以及活化后的化合物1在PBS溶剂中的绝对荧光量子产率均在25%以上远高于对比例化合物3的15%。证明该染料相较于对比例具有更好的水溶性和在水性溶剂中具有更强的荧光发射。
附图说明
图1是化合物1的高分辨质谱图;
图2是化合物2的高分辨质谱图;
图3是化合物1、2和3在甲醇中的归一化吸收光谱图;
图4是化合物1和化合物2在甲醇中的归一化荧光光谱图;
图5是化合物3及其活化反应后的液相色谱图;
图6是化合物1活化产物及其与L-赖氨酸反应后的液相色谱图。
具体实施方式
以下,进一步对本发明进行详细说明。
除另有说明外,本文中使用的术语具有以下含义。
本文中使用的术语“卤素”包括氟、氯、溴和碘。
本发明中使用的术语“烷基”包括直链烷基和支链烷基。
本文中使用Y-表示负离子,其可为任何合适的负离子,包括无机负离子和有机负离子,可举例但不限于卤素离子、ClO4 -、PF6 -、BF4 -、CH3COO-、CF3COO-或OTs-
本文中所述的染料的盐形式可直接用于生物样品的染色。或者,在一个实施方案中,本发明化合物可作为式I或式Ⅱ化合物的衍生物的形式使用。
实施例中所采用的仪器和设备:
本发明柱层析过程中,采用购于青岛美高集团有限公司的200-300目、100-200目柱色谱硅胶和购于天大化学试剂厂的20-40目分析纯石英砂。反相纯化色谱仪为博纳艾杰尔科技公司产的CHEETAH快速纯化制备色谱。
染料吸收和发射光谱用Agilent公司的Cary 60紫外可见分光光度计和CaryEclipse荧光分光光度计测得。染料的绝对荧光量子产率使用滨松光子学商贸(中国)有限公司的C11347绝对荧光量子产率仪测得。
实施例1制造化合物1
化合物1的结构式:
Figure BDA0003484137900000051
实施例1.1
Figure BDA0003484137900000052
在0℃下将9mL的三溴化磷缓慢滴加到12mL的DMF与25mL的氯仿的混合溶液中,搅拌1h后,升至室温,加入4mL环己酮,搅拌12h后停止反应。将溶液导入100mL冰水中,加入NaHCO3将溶液调至中性,用CH2Cl2萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,溶剂蒸发后得到目标化合物1.1(6.0g,31.74mmol,Y=73.8%)。
实施例1.2
Figure BDA0003484137900000053
在室温下,将实施例1.1的化合物(2.93g,15.5mmol,1.0eq)与4-二乙氨基水杨醛(3.0g,15.5mmol,1.0eq)加入到15mL的DMF中,搅拌16h后停止反应,将溶液倒入100mL水中,用CH2Cl2萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,浓缩有机相,用硅胶柱进行纯化,得到黄棕色化合物1.2(1.4g,4.94mmol,Y=31.9%)。
实施例1.3
Figure BDA0003484137900000054
将4-[(2,3-二甲基-5-磺基-3Η-吲哚-3-基)甲基]苯甲酸(5.0g,15.18mmol,1.0eq)和碘甲烷(10.77g,75.89mmol,5eq)加入到20mL乙腈中,在氮气条件下回流反应24h,停止反应。加入乙酸乙酯50mL,过滤,得目标化合物1.3(4.45g,8.88mmol,Y=58.5%)。
制造化合物1
在100℃下,将化合物1.2(0.10g,0.35mmol,1eq)和化合物1.3(0.28g,0.53mmol,1.5eq)溶解在10mL乙酸酐中,加入0.2mL三乙胺催化反应,搅拌2h后停止反应,待反应液降至室温后将其逐滴滴加到150mL乙酸乙酯中重结晶,得到的粗产品经HPLC纯化,得到化合物1(0.09g,0.14mmol,Y=37.6%)。
制造活化的化合物1
Figure BDA0003484137900000061
在室温下,向3mL的化合物1(0.050g,0.062mmol,leq)的DMF溶液中中加入N,N,N’,N’,-四甲基-0-(N-琥珀酰亚胺)脲四氟硼酸盐(0.025g,0.074mmol,1.2eq),随后加入三乙胺(0.18mL),反应2h,停止反应,将反应液倒入乙酸乙酯中,用9000转/min离心,收集沉淀,经HPLC纯化得活化的化合物1(0.048g,0.057mmol,Y=86.8%)。
实施例2制造化合物2
化合物2的结构式:
Figure BDA0003484137900000062
实施例2.1
Figure BDA0003484137900000063
将2,3-二甲基-5-硫-3H-吲哚-3-己酸(1.0g,2.95mmol,1.0eq)和碘甲烷(2.09g,14.73mmol,5eq)加入到10mL乙腈中,在氮气条件下回流反应24h,停止反应。加入乙酸乙酯50mL,过滤,得目标化合物2.1(1.1g,2.29mmol,Y=77.6%)。
制造化合物2
在100℃下,将化合物1.2(0.10g,0.35mmol,1eq)和化合物2.1(0.25g,0.53mmol,1.5eq)溶解在10mL乙酸酐中,加入0.2mL三乙胺催化反应,搅拌2h后停止反应,待反应液降至室温后将其逐滴滴加到150mL乙酸乙酯中重结晶,得到的粗产品经HPLC纯化,得到化合物2(0.095g,0.12mmol,Y=34.3%)。
制造活化的化合物2
Figure BDA0003484137900000071
在室温下,向3mL的化合物1(0.050g,0.061mmol,leq)的DMF溶液中中加入N,N,N’,N’,-四甲基-0-(N-琥珀酰亚胺)脲四氟硼酸盐(0.025g,0.074mmol,1.2eq),随后加入三乙胺(0.18mL),反应2h,停止反应,将反应液倒入乙酸乙酯中,用9000转/min离心,收集沉淀,经HPLC纯化得活化的化合物2(0.045g,0.052mmol,Y=84.5%)。
实施例3化合物3
化合物2的结构式:用于作为对比例
Figure BDA0003484137900000072
实施例3.1
Figure BDA0003484137900000073
将2,3-二甲基-5-羧基-3H-吲哚(1.0g,4.92mmol,1.0eq)和碘乙烷(3.84g,24.60mmol,5eq)加入到10mL乙腈中,在氮气条件下回流反应24h,停止反应。加入乙酸乙酯50mL,过滤,得目标化合物3.1(1.24g,3.45mmol,Y=70.2%)。
合成化合物3
在100℃下,将化合物1.2(0.10g,0.35mmol,1eq)和化合物3.1(0.19g,0.53mmol,1.5eq)溶解在10mL乙酸酐中,加入0.2mL三乙胺催化反应,搅拌2h后停止反应,待反应液降至室温后将其逐滴滴加到150mL乙酸乙酯中重结晶,得到的粗产品经HPLC纯化,得到化合物2(0.124g,0.12mmol,Y=34.9%)。
实施例4对化合物1、2和3的紫外可见吸收光谱和荧光光谱测定
用万分之一天平精确称量经过真空干燥后的染料,配制5mmol/L的DMSO染料母液于棕色样品瓶中,在4℃冰箱中保存备用。
测试紫外可见吸收光谱和荧光光谱时,用微量移液枪量取1.2μL的染料母液,并将其溶于含有3mL待测溶剂的石英比色皿中,混合均匀,得到染料的浓度为2.0μmol/L,用于吸收光谱和荧光发射光谱的测试。所有测试均在25℃下完成。
如图3所示,通过在甲醇里对吸收光谱的测试结果可知,化合物1和2相较于对比分子化合物3而言,吸收光谱没有出现变化,其最大吸收波长均在720nm-725nm之间,并且活化后的化合物1的吸收波长与化合物1相比没有发生变化。
如图4所示,通过在甲醇里对发射光谱的测试结果可知,化合物1和2相较于对比分子化合物3而言,荧光发射光谱没有出现明显变化,其荧光发射波长均在735nm-745nm之间,并且活化后的化合物1的发射波长与化合物1相比没有发生变化,说明在R1位点引入基团不会对化合物的吸收产生影响,而活化之后也不会产生影响。综上所述,在R1位点引入官能团不会对染料母体的光物理性质带来很大变化,我们可以利用R1位点对染料母体进行修饰,从而应用于具体的成像场景中。
实施例5对化合物1、2和活化的化合物1进行绝对荧光量子产率测试
用由实施例4中的母液,配制2.0μmol/L的化合物1、2和活化的化合物1的PBS溶液,经绝对荧光量子产率仪(Hamamatsu,C11347)Ex:720nm下测得对应的绝对荧光量子产率,数据结果见表1。
化合物1 化合物2 化合物3 活化的化合物1
0.263 0.266 0.152 0.251
由表1数据分析,证明化合物1、2和活化后的化合物1在水系溶剂中的绝对荧光量子产率均在25%以上,远高于对比例化合物3的15%。证明该染料相较于对比例具有更好的水溶性和在水性溶剂中具有更强的荧光发射。
实施例6对化合物3进行活化反应并进行液相色谱检测
在室温下,向3mL的化合物3(0.050g,0.080mmol,leq)的DMF溶液中中加入N,N,N’,N’,-四甲基-0-(N-琥珀酰亚胺)脲四氟硼酸盐(0.025g,0.074mmol,1.2eq),随后加入三乙胺(0.18mL),反应2h,停止反应,将反应液倒入乙酸乙酯中,用9000转/min离心,收集沉淀,在720nm的波长下对化合物3和活化反应后的收集的沉淀进行高效液相色谱检测。
如图5AB所示,化合物3在活化反应前A后B的出峰时间相同,均为14.75min,说明化合物3的羧基无法被活化。
实施例7活化的化合物1对赖氨酸的荧光标记
用PBS(pH=7.4)配制l0 mmol/L的L-赖氨酸母液于5mL棕色样品瓶中,取50μL浓度为l0 mmol/L的L-赖氨酸母液于0.5mL离心管,再加入100mL浓度为5mmol/L的活化的化合物1的母液,在台式恒温摇床反应6h后,用甲醇和超纯水作为流动相,C18填充的反向柱为分离柱,在720nm的波长下对活化的化合物1和标记L-赖氨酸的化合物1进行液相色谱表征。
如图6所示,活化的化合物1的保留时间为6.85min(图6A),而与L-赖氨酸共同孵育之后(图6B),在相同的条件下进行液相色谱表征时可以发现,6.85min的峰几乎没有了,而出现了保留时间为5.44min的新的吸收峰,新的峰的峰面积占到了91%,这说明活化后的化合物1可以很好的与L-赖氨酸发生作用,成功的将L-赖氨酸连接到化合物1染料上,说明这类新型的氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料具备和生物大分子结合的能力,可以很好的应用于细胞成像、蛋白标记、抗体的特异性识别、核酸标记及DNA测序等方面。
以上是结合本发明具体的优选实施例对本发明做的进一步阐述,不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的技术范围内,做出些许变动或者修饰,均将被视为涵盖在本发明的权利要求之内。

Claims (10)

1.一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其特征在于:所述的染料具有如通式I的结构式:
Figure FDA0003484137890000011
通式I中,
R1选自1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、芳基、芳基羧酸基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种;
R2和R3各自独立的选自氢、具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的烷基磺酸根、具有1-18个碳的烷基磺酸盐、芳基、芳基羧酸基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种;
R4、R5、R6各自独立的选自氢、卤素、具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的烷基磺酸根、具有1-18个碳的烷基磺酸盐、芳基、芳基羧酸基、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐中的一种;
X选自氧、硫、硒、碲中的一种;
Y选自卤素离子、ClO4 -、BF4 -、CH3COO-、CF3COO-或OTs-中的一种。
2.根据权利要求1所述的一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其特征在于:R1选自2-10个碳的羧烷基、芳基羧酸基中的一种。
3.根据权利要求1所述的一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其特征在于:R2和R3各自独立的选自氢、具有1-6个碳的烷基、具有1-6个碳的烷基磺酸根、具有1-6个碳的羧烷基或芳基中的一种。
4.根据权利要求1所述的一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其特征在于:R4、R5、R6各自独立的选自氢、具有1-10个碳的烷基、具有1-10个碳的烷基磺酸根、具有1-10个碳的烷基磺酸盐中的一种。
5.如权利要求1所述的一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料的合成方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)在0-30℃下,将PBr3和DMF作为反应原料缓慢滴加到有机溶剂中,其中PBr3和DMF的体积比为1:1-6,室温搅拌0.5-3h,加入环己酮,其中PBr3和环己酮的体积比为1:0.3-1.5,反应8-15h后中和反应,蒸发溶剂得到中间产物S-1;
(2)在10-50℃下,将S-1和R4、R5、R6、X取代的S-2溶解在极性溶剂中,在无机碱催化下反应10-30h后,萃取、浓缩、纯化,得到含有R4、R5、R6、X取代的中间产物S-3;
(3)在有机溶剂中,在60-120℃下,含R1和R3取代的Y-1与R2取代的卤代烷烃反应3-24h,经过重结晶得到含N-R2取代侧链的季铵盐Y-2;其中,化合物Y-1和R2取代的卤代烷烃的摩尔比为1:1-10;
(4)在有机溶剂中,在60-120℃下,将Y-2与S-3溶解在有机溶剂中,在有机碱的催化下发生缩合反应,经过重结晶纯化,得到氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料Ⅰ。
Figure FDA0003484137890000021
6.根据权利要求5所述的合成方法,其特征在于:在上述步骤(1)中,有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、丙酮、四氢呋喃中的一种;在上述步骤(2)中,极性溶剂选自DMF、DMSO、甲醇、乙醇中的任意一种;步骤(2)中无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铯、乙酸钠、乙醇钠中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的合成方法,其特征在于:在上述步骤(3)中,有机溶剂选自苯、甲苯、邻二氯苯、DMF的任意一种或几种组合的混合溶剂;重结晶溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、丙醇的任意一种或几种组合的混合溶剂。
8.根据权利要求5所述的合成方法,其特征在于:在上述步骤(4)中,重结晶所用溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、水、乙酸乙酯、乙醚、丙酮、丙醇的任意一种或几种组合的混合溶剂。
9.根据权利要求5所述的合成方法,其特征在于:在上述步骤(4)中,有机溶剂选自乙醇、乙酸、乙酸酐、DMF的任意一种或几种组合的混合溶剂;所述步骤(4)中的有机碱选自三乙胺、吡啶和DIPEA中的任意一种。
10.如权利要求1所述的一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料的应用,其特征在于:该应用包括所述染料在细胞成像、蛋白标记、抗体的特异性识别、核酸标记、荧光探针、DNA测序、以及肿瘤光动力治疗方面的应用。
CN202210083846.0A 2022-01-23 2022-01-23 一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用 Active CN114591633B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210083846.0A CN114591633B (zh) 2022-01-23 2022-01-23 一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210083846.0A CN114591633B (zh) 2022-01-23 2022-01-23 一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114591633A true CN114591633A (zh) 2022-06-07
CN114591633B CN114591633B (zh) 2023-03-24

Family

ID=81804696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210083846.0A Active CN114591633B (zh) 2022-01-23 2022-01-23 一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114591633B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115368347A (zh) * 2022-09-01 2022-11-22 南开大学 一类具有ptt和pdt效应的近红外分子及其用途
CN115584142A (zh) * 2022-09-09 2023-01-10 三峡大学 一种红色发光环状结构花菁染料及其合成方法
CN116239893A (zh) * 2023-03-21 2023-06-09 大连理工大学 一种季铵盐修饰的花菁类荧光染料及其合成方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000053678A1 (de) * 1999-03-11 2000-09-14 Dyomics Laser-kompatible nir-marker-farbstoffe
CN108219510A (zh) * 2018-03-21 2018-06-29 湘潭大学 基于半花菁染料的过氧化亚硝基荧光探针的制备和应用
CN109810101A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 化合物、其制备方法及含有其的荧光探针和应用
CN113278304A (zh) * 2021-07-07 2021-08-20 广西师范大学 一种双比率型半花菁类染料分子及其合成方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000053678A1 (de) * 1999-03-11 2000-09-14 Dyomics Laser-kompatible nir-marker-farbstoffe
CN109810101A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 化合物、其制备方法及含有其的荧光探针和应用
CN108219510A (zh) * 2018-03-21 2018-06-29 湘潭大学 基于半花菁染料的过氧化亚硝基荧光探针的制备和应用
CN113278304A (zh) * 2021-07-07 2021-08-20 广西师范大学 一种双比率型半花菁类染料分子及其合成方法和应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115368347A (zh) * 2022-09-01 2022-11-22 南开大学 一类具有ptt和pdt效应的近红外分子及其用途
CN115584142A (zh) * 2022-09-09 2023-01-10 三峡大学 一种红色发光环状结构花菁染料及其合成方法
CN115584142B (zh) * 2022-09-09 2023-07-11 三峡大学 一种红色发光环状结构花菁染料及其合成方法
CN116239893A (zh) * 2023-03-21 2023-06-09 大连理工大学 一种季铵盐修饰的花菁类荧光染料及其合成方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114591633B (zh) 2023-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114591633B (zh) 一类氧杂蒽-半花菁近红外荧光染料,其合成方法及应用
Chen et al. A highly selective naked-eye and fluorescent probe for fluoride ion based on 1, 8-naphalimide and benzothizazole
CN113214672B (zh) 酰胺取代的氮杂吲哚-五甲川菁染料,其合成方法及其应用
CN108982447B (zh) 一种用于检测肼的比率式荧光探针的制备方法及应用
Wei et al. A two-step responsive colorimetric probe for fast detection of formaldehyde in weakly acidic environment
CN106854215B (zh) 一种新型比率型二价铅离子荧光探针及其制备方法与应用
JPH09100416A (ja) 固定化モノメチンシアニン染料
CN113024463A (zh) 一种1,8-萘酰亚胺类硫化氢荧光分子探针的制备和应用
CN114149441B (zh) 一种氨基取代色烯并喹啉型荧光标记物及其制备和应用
CN111892923A (zh) 一种基于二腈乙烯基的双光子荧光粘度探针及其制备方法和用途
CN114591632B (zh) 一类氮杂吲哚-半花菁染料、其合成方法及应用
CN104710977A (zh) 一种双功能探针及其制备方法和在检测正平行构象g-四链体中的应用
Huang et al. Naphthalimide-based AIE probe for direct and rapid detection of HSA in urine sample
JP2001002951A (ja) 新規な蛍光色素およびその蛍光マーカーとしての使用
US20040029837A1 (en) Oxazine derivatives
Kazarian et al. Development of a novel fluorescent tag O-2-[aminoethyl] fluorescein for the electrophoretic separation of oligosaccharides
CN108516979B (zh) 一种基于萘酰亚胺-罗丹明的化合物及其应用
CN114773875B (zh) 一类氮杂吲哚-方酸菁染料,其合成方法及应用
CN113121541B (zh) 一种同时区分金离子Au3+与钯的荧光探针的合成及应用
CN114106024B (zh) 一种荧光探针及其制备方法和应用
CN110669350B (zh) 一种哌啶基bodipy类红光荧光染料及其制备方法和应用
CN106008971B (zh) 荧光探针聚酰亚胺的制备方法
Du et al. Synthesis and evaluation of new BODIPY-benzofuroquinoline conjugates for sensitive and selective DNA detection
CN103012375A (zh) 吡啶基三氮唑甲基取代的吖啶衍生物及其制备方法和应用
CN114957180A (zh) 一种基于双激发波长荧光分析法识别pH值的荧光探针及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant