CN116925097A - 一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用 - Google Patents

一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用，属于荧光材料技术领域。所提供的有机荧光小分子材料由吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键连接形成，且吩噻嗪类化合物的N上连接有功能性基团。以上可以通过调节吩噻嗪基团和二氧噻吩的连接位置和数量来调整大π共轭体系，以及在特定的位点增加修饰基团来增强推拉电子体系，从而设计出一系列具有波长可调、斯托克斯位移大和荧光量子产率高等特点的荧光分子。使所得的荧光分子广泛应用于荧光标记、荧光成像等领域，如基因测序、核酸检测、免疫检测、免疫荧光侧流层析、流式细胞荧光标记、手术导航等。

Description

一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，具体而言，涉及一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用。
背景技术
光分析方法具有简单、直观、不需要复杂仪器等特点，其中荧光检测技术作为一种新兴的分析检测技术，广泛应用于环境检测、生物成像分析、疾病诊断与治疗等领域，受到人们广泛关注。
荧光检测技术作为一种微量分析技术，具有灵敏度高、选择性好、检出限低以及立体位阻小等优点，克服了传统分析方法中需要样品前处理、成本高、不能实时在线分析以及可视化成像等缺点，可以对单一或多种对象进行可视化检测。小分子荧光探针作为荧光检测技术中最重要的工具之一，具有以下优点：对单分子或者多分子的检测具有高灵敏性，能够实现人与分子的直接通讯，具有可视化的空间分辨能力和亚毫秒的时间分辨能力，能够在不对机体活性环境产生破坏的情况下进入机体，与机体内目标分析物反应后产生荧光信号的变化。在荧光检测分析领域中，发展新型的具有高灵敏度、高选择性、光稳定性好及生物相容性好的小分子荧光探针是一项具有挑战性的工作，已受到越来越多研究者的关注。
小分子荧光探针由于具有结构可调控、响应灵敏、选择性高及可视化分析等优点，在环境分析、生物标记、细胞与组织成像、临床诊断与治疗等领域显示出极大的应用潜力。但由于生物体系复杂多样的特性，尤其是其存在的生物自吸收与自发荧光会对检测造成一定干扰，开发光学性质良好、响应灵敏和选择性好的小分子荧光探针用于生物样品分析，依然是当前研究的热点与难点。
长波长发射的荧光探针可有效避免机体的自发荧光对检测的干扰，提高成像穿透深度，同时避免短的激发波长对组织的损伤。而具有大的斯托克斯(Stokes)位移的荧光探针可以降低荧光自猝灭的情况，使检测结果更加准确，减少假阴性信号的出现。此外，光稳定性好的探针有较强的抗光漂白能力，更适合对生物体内的物质进行实时监测。因此，长波长发射、光稳定性好并具有大的Stokes位移的荧光探针在生物体内的可视化成像分析中显示出极大的优势和广阔的应用前景。
由于具有独特的光电性质、良好的生物相容性、可修饰性、可视化性质、较高的检测灵敏度，有机荧光小分子染料广泛用于有机光电、生物医学成像、体外检测、环境监测、生命科学研究以及临床手术导航等领域。
荧光技术已成为一种检测分析物，观测细胞形态、结构和了解生理过程的非侵入性方法。有机小分子荧光探针由于其合成可控性，设计方案灵活性和使用简便性等优点成为荧光技术在生物传感领域的重要组成部分。同时有机小分子的成像能力已成为现阶段临床诊疗过程中的重要辅助手段,在生物医学领域具有广阔的应用前景。
荧光染料是染料化学中的一个重要的分支。近几十年来，荧光染料在材料、生物、医学、太阳能利用等方面取得了很多突破性进展，逐渐成为了染料化学中一个关键的研究方向。有机荧光染料作为一种重要的荧光染料，具有千变万化的结构。但从本质上来看，其结构通常包含可发射荧光的母核以及能改变荧光波长和增强荧光的助色基团。
伴随分析化学、生物科学、生命科学、医学等学科的飞速发展，有机荧光染料已经被广泛地应用在生物分子标记、酶分析、环境分析、细胞染色和临床检验诊断等诸多方面，是化学、生物学、环境科学和医学研究中不可缺少的荧光信号报告团。因此，开发具有实用价值的功能性有机荧光染料已成为当前倍受关注的研究课题。在多数已被广泛使用的商业化有机荧光染料中，它们在光物理和光化学性能方面存在的缺陷无法满足当前化学生物学研究和复杂体系分析检测的需求。因此，发展新型荧光染料就显得非常有必要。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种有机荧光小分子材料，有机荧光小分子材料由吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键连接形成，且吩噻嗪类化合物的N上连接有功能性基团。
本发明提供一种上述有机荧光小分子材料的制备方法，其包括：将吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键桥接得到有机荧光小分子材料。
本发明提供一种上述有机荧光小分子材料在荧光标记、荧光成像领域中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用，所提供的有机荧光小分子材料的设计原理结合大π共轭体系和推拉电子分子体系，使用吩噻嗪作为电子供体和大π共轭骨架、二氧噻吩和碳碳双键为共轭桥接部分，并在吩噻嗪N取代位点设计了专门的修饰位点。通过调节吩噻嗪基团和二氧噻吩的连接位置和数量来调整大π共轭体系，以及在特定的位点增加修饰基团来增强推拉电子体系，使所设计的荧光分子具有波长可调、斯托克斯位移大和荧光量子产率高等特点。因此可广泛应用于荧光标记、荧光成像等领域，比如荧光标记、荧光成像等领域，如基因测序、核酸检测、免疫检测、分子信标、免疫荧光侧流层析、流式细胞荧光标记、手术导航等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的有机荧光小分子材料的合成路线图；
图2为实施例3所制备化合物的激发光谱图；
图3为实施例3所制备化合物的发射光谱图；
图4为实施例3所制备化合物、cy3和cy5在各自最大激发波长条件下的最大吸光度标准曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
目前有机荧光小分子材料的设计原理通常是大π共轭体系和推拉电子分子体系(Intramolecular Charge Transfer,ICT；Twisted Intramolecular Charge Transfer,TICT)。大π共轭体系通常具有近平面的分子结构，包括菁类、BODIPY类、罗丹明类、芘类、轮烯类、卟啉类等。与近平面π共轭体系的有机染料相比，推拉电子分子体系通过设计电子给体和电子受体以及共轭连接体系，通过调整分子内电子的离域程度来调控能级间隙，以设计可见光、近红外波长范围的荧光分子。推拉电子分子体系中，电子给体通常选用氨基、亚氨基、烷氧基、含氮、氧、硫的杂环化合物，以及二茂铁和四硫富勒瓦西等，氰基、氰基乙酸、硝基、羧基、磺酰基、亚砜、羰基、吡啶盐、苯并噻二唑等为常用的电子受体。共轭桥接基团则有碳碳三键、碳碳双键、苯、二苯乙烯、二苯乙炔、偶氮苯、噻吩等。
本发明实施例基于分子内电荷转移的机理合理设计并合成了一种简单而有效的具有大π键共轭的荧光染料，通过简单的合成策略，构建了一种新型的波长可调节的荧光染料，并把这些染料初步的应用在探针的设计和开发中。光谱性能测试表明该类染料具有良好的荧光性能，其激发波长覆盖可见光区，发射波长可以覆盖可见光区，并通过分子共轭模块调整可达近红外区。同时具有大的摩尔吸光系数，高的荧光量子产率，大的Stokes位移，结构易于修饰等特点。
下面对本发明实施例提供的一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用进行具体说明。
第一方面，本发明实施例提供一种有机荧光小分子材料，有机荧光小分子材料由吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键连接形成，且吩噻嗪类化合物的N上连接有功能性基团。
本发明实施例提供一种有机荧光小分子材料，其设计原理结合大π共轭体系和推拉电子分子体系，使用吩噻嗪作为电子供体和大π共轭骨架、二氧噻吩和碳碳双键为共轭桥接部分，并在吩噻嗪N取代位点设计了专门的修饰位点。以上可通过调节吩噻嗪基团和二氧噻吩的连接位置和数量来调整大π共轭体系，以及在特定的位点增加修饰基团来增强推拉电子体系，设计出依托于上述结构的一系列具有大的摩尔吸光系数，高的荧光量子产率，大的Stokes位移，结构易于修饰等特点的小分子荧光材料。
在可选的实施方式中，吩噻嗪类化合物和/或二氧噻吩类化合物的芳香环上还连接有功能性基团；
优选地，有机荧光小分子材料由通式Ⅰ所示的吩噻嗪类化合物和通式Ⅱ所示的二氧噻吩类化合物通过双键连接形成；
其中，R2为O、S、N中的任意一种；当R2为N时，R4存在；
R1、R3、R4和R5为功能性基团；
更优选地，功能性基团为水溶性基团、脂溶性基团、供电子基团、标记集团或特异性靶向基团。
在可选的实施方式中，R1、R3、R4和R5各自独立地选自马来酰亚胺、羧基、烷基、磺酸基、聚乙二醇基、烷氧基、酚羟基、苯胺基、氨基、酚羟基、二甲氨基、芳基、四苯乙烯基、酰基、醛基、酰氨基、腈基、硝基、卤仿基、季胺基、多肽、三苯基膦盐亚胺、释放肽受体拮抗剂、邻二羰基、苯酚类、吗啡啉、吗啡、硼酸酯、半菁衍生物、季胺盐和MKT-077衍生物。
以上有机荧光小分子材料中，R2为O、S、N中的任意一种；当R2为N时候R4存在；R1和R4为水溶性基团、脂溶性基团、标记基团、吸电子基团或供电子基团或特异性靶向基团；R3和R5为水溶性基团、脂溶性基团、标记基团、供电子基团、吸电子基团或特异性靶向基团。其中，标记基团、水溶性基团、脂溶性基团、吸电子基团、供电子基团或特异性靶向基团是本领域已知的，如水溶性基团包括但不限于磺酸基、聚乙二醇基，脂溶性基团包括不限于多烷基链，标记基团包括不限于马来酰亚胺、氨基、羧基、活化酯，吸电子基团包括但不限于烷氧基、苯胺基、氨基、酚羟基、二甲氨基、芳基、四苯乙烯基，供电子基团包括但不限于酰基、醛基、羧基、酰氨基、磺酸基、腈基、硝基、卤仿基和季胺基，特异性靶向基团包括但不限于多肽、三苯基膦盐亚胺、释放肽受体拮抗剂、邻二羰基、苯酚类、吗啡啉、吗啡、硼酸酯、半菁衍生物、季胺盐和MKT-077衍生物。
在可选的实施方式中，有机荧光小分子材料为下述化合物中的一种：
在可选的实施方式中，有机荧光小分子材料的荧光量子产率为2％-70％，激发波长为350-800nm，发射波长为400-1000nm。
以上，本发明实施例提供的有机荧光小分子材料提供了一种新的荧光团骨架，与现有的荧光团骨架如菁类，BODIPY类，罗丹明类相比，吩噻嗪-π-二氧噻吩类荧光团骨架具有可调波长、有专门的功能修饰位点、斯托克斯位移大等特点。
(1)波长可调
本发明实施例提供的有机荧光小分子材料，主要通过调节吩噻嗪基团和二氧噻吩的连接位置和数量来调整大π共轭体系，以及在特定的位点增加修饰基团来增强推拉电子体系，增强分子间电荷离域，从而实现能级间隙的减小，导致波长的红移。
其设计原理结合了大π共轭体系和推拉电子分子体系，具有波长可调性质，实现了400-750nm波段的灵活可调，这是现有的荧光团骨架如BODIPY类，罗丹明类的缺陷。而花氰类荧光分子可调荧光波长，但是由于共轭桥接单位是叠加的碳碳双键，其稳定性较差，而吩噻嗪-π-二氧噻吩类荧光骨架，由于吩噻嗪-π二氧噻吩比碳碳双键稳定，稳定性会更好。
(2)专门的功能修饰位点
其中，R2为O、S、N中的任意一种；当R2为N时，R4存在；
R1和R4为水溶性基团、脂溶性基团、供电子基团或特异性靶向基团、标记集团；
R3和R5为水溶性基团、脂溶性基团、供电子基团、吸电子基团或特异性靶向基团、标记集团。
在可选的实施方式中，R1和R4各自独立地选自马来酰亚胺、羧基、烷基、磺酸基、聚乙二醇基、烷氧基、酚羟基、苯胺基、氨基、二甲氨基、芳基、四苯乙烯基、多肽、三苯基膦盐亚胺、释放肽受体拮抗剂、邻二羰基、苯酚类、吗啡啉、吗啡、硼酸酯、半菁衍生物、季胺盐和MKT-077衍生物；
R3和R5各自独立地选自马来酰亚胺、烷氧基、苯胺基、氨基、酚羟基、二甲氨基、芳基、四苯乙烯基、酰基、醛基、羧基、酰氨基、磺酸基、腈基、硝基、卤仿基、季胺基、多肽、三苯基膦盐亚胺、释放肽受体拮抗剂、邻二羰基、苯酚类、吗啡啉、吗啡、硼酸酯、半菁衍生物、季胺盐和MKT-077衍生物。
(3)斯托克斯位移大
本发明实施例提供的有机荧光小分子材料，吩噻嗪与二氧噻吩之间的π桥接单元为碳碳双键，在吩噻嗪-π-二氧噻吩类荧光分子骨架中，碳碳双键由于扭曲的分子平面结构，导致电子给体(吩噻嗪类基团)与二氧噻吩之间分子扭曲，分子在回到基态以前,在激发态寿命期间能量的消耗加大，荧光发射光谱大大红移。
因此，本发明实施例提供具有上述荧光骨架设计的荧光分子，普遍斯托斯克位移比较大，在100nm-220nm之间，激发光谱与发射光谱重合区很小，而现有的BODIPY类，罗丹明骨架类，花氰类荧光分子斯托克斯位移只有20-50nm，并且激发光谱和发射光谱重叠较大，会导致自荧光吸收，影响成像分辨率。大的斯托克斯位移在生物成像中可以减少荧光分子激发发射荧光的自吸收，有高的信噪比，在成像中有很大的优势。大斯托克斯位移有机荧光分子在荧光试纸条，基因测序等需求定量测试的场景也有应用需求。
综上，本发明实施例提供一种上述有机荧光小分子材料，设计依托于上述结构的一系列有机荧光小分子材料，实现了可见光荧光常用波段400nm-650nm和红光、近红外波段650-780nm的波长可调，荧光量子产率为2％-70％，摩尔消光系数在20000-300000之间。此外，通过扩大共轭体系以及在分子上设计能增加电子推拉能力的基团以增强分子内电子离域来减小能级间隙，也可以使该类染料发光红移至近红外区。
第二方面，本发明实施例提供一种上述有机荧光小分子材料的制备方法，其包括：将吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键桥接得到有机荧光小分子材料。
在可选的实施方式中，包括以下步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基；利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；多次利用Vilsmeier-Haack反应和Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，构建多组有机小分子，其中，共轭模块为吩噻嗪类化合物或二氧噻吩类化合物。
在可选的实施方式中，包括以下步骤：惰性气体保护下，将吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物加入含有碱的有机溶剂中，搅拌反应，加水淬灭反应，利用有机溶剂萃取，然后柱色谱分离得到固体；
优选地，碱为K2CO3、NaH和叔丁醇钾中的至少一种，碱的用量为原料总用量的1-20倍摩尔当量；
优选地，反应温度为20-80℃，反应时间为3-24h；
优选地，反应所用有机溶剂为DMF、THF、DMSO、甲苯、异丙醇、二氯甲烷、二氯乙烷中的至少一种，萃取所用有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷中的至少一种，柱色谱分离所用有机溶剂为石油醚/乙酸乙酯体系，石油醚/二氯甲烷体系。
第三方面，本发明实施例提供一种上述有机荧光小分子材料在荧光标记、荧光成像领域中的应用。
在可选的实施方式中，将有机荧光小分子材料应用于基因测序、免疫检测、核酸检测、分子信标、免疫荧光试纸条、流式细胞仪、手术导航。
下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明提供一种新型有机荧光小分子材料，其结构如下：
本发明结合大π共轭体系和推拉电子分子体系，使用吩噻嗪、二氧噻吩和碳碳双键构建大π共轭骨架，并在吩噻嗪N取代位点设计了专门的修饰位点。此外，还可以在吩噻嗪和/或二氧噻吩的芳香环上设计一些功能性基团如水溶性基团、脂溶性基团、供电子基团、吸电子基团、标记基团或特异性靶向基团，作为调控能级间隙部分。
同时，本发明实施例还提供了上述新型有机荧光小分子材料的制备方法，可以参见图1，其包含下列步骤：
(1)利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基；
(2)利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；
(3)多次利用Vilsmeier-Haack反应和Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，可构建多种该类有机荧光小分子材料。
其中，共轭模块包括但不局限于本领域常规的吩噻嗪、噻吩等。在不违背本领域常识的基础上，上述各个共轭模块，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。本发明实施例的整体工艺简便，是一条绿色高效环境友好的可应用于大规模生产的路线。
作为本发明实施例提供的一种较优的方式，上述新型有机荧光小分子材料的制备方法，包括以下步骤：
惰性气体保护下，将吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物加入含有碱的有机溶剂中，搅拌反应，加水淬灭反应，利用有机溶剂萃取，然后柱色谱分离得到固体；
优选地，碱为K2CO3、NaH和叔丁醇钾中的至少一种，碱的用量为原料总用量的1-20倍摩尔当量；
优选地，反应温度为20-80℃，反应时间为3-24h；
优选地，反应所用有机溶剂为DMF、THF、DMSO、甲苯、异丙醇、二氯甲烷、二氯乙烷中的至少一种，萃取所用有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷中的至少一种，柱色谱分离所用有机溶剂为石油醚/乙酸乙酯体系，石油醚/二氯甲烷体系。
实施例1
合成步骤：在反应瓶中，0℃条件下，惰性气体保护，加入EPE与60mlDMF，以1：1摩尔当量加入4-(3-formyl-10H-phenothiazin-10-yl)butyl)sodium(III)sulfite，再加入1：4摩尔当量的碱(NaH)，80℃搅拌12h。爬板分析反应完成。加入水淬灭反应，经乙酸乙酯萃取，选用乙酸乙酯/石油醚洗脱剂体系柱色谱得到纯化产物。
利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块，如上述反应中，EPE不仅限于噻吩类化合物，吩噻嗪类化合物亦可修饰为wittig/Hormor试剂；Vilsmeier-Haack反应生成的醛类化合物不仅限于吩噻嗪类化合物，噻吩类化合物亦可。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.31(d,J＝9.9Hz,1H),7.23–7.15(m,2H),7.16–7.09(m,1H),7.02(dd,J＝15.9,9.2Hz,2H),6.99–6.89(m,2H),6.72(d,J＝16.2Hz,1H),6.51(s,1H),4.33–4.13(m,4H),3.85(s,2H),,2.45(t,J＝7.2Hz,2H),1.85–1.62(m,4H)。
实施例2
合成步骤：在反应瓶中，0℃条件下，惰性气体保护，加入PT-E与10倍摩尔当量的DMF和10倍摩尔当量的三氯氧磷，添加反应溶剂二氯乙烷或四氢呋喃，85℃搅拌12h。爬板分析反应完成。加入水淬灭反应，加氢氧化钠调pH至中性左右，经萃取，柱色谱得到纯化产物。
如上，惰性气体为氮气或氩气；反应溶剂优选DMF，二氯甲烷，四氢呋喃，二氯乙烷；萃取有机溶剂优选乙酸乙酯，二氯甲烷；柱色谱有机溶剂优选石油醚/乙酸乙酯体系，石油醚/二氯甲烷体系。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.70(d,J＝2.5Hz,1H),7.52–7.42(m,2H),7.41–7.34(m,2H),7.33–7.21(m,2H),7.05–7.00(m,1H),6.93–6.84(m,1H),6.79–6.69(m,1H),4.40–4.35(m,4H),3.30–3.21(m,3H)。
实施例3
合成步骤：在反应瓶中，0℃条件下，惰性气体保护，将EPE和PT-E-Q以1：1的摩尔比投入圆底烧瓶，以DMF作为溶剂30ml，加入碱(NaH)，搅拌12h。爬板分析反应完成，加入水淬灭反应，经萃取，柱色谱分离得到纯化产物。
如上，惰性气体为氮气或氩气；反应溶剂优选DMF，THF，萃取有机溶剂优选乙酸乙酯，二氯甲烷；柱色谱有机溶剂优选石油醚/乙酸乙酯体系，石油醚/二氯甲烷体系。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.39–7.32(m,1H),7.22(t,J＝7.8Hz,1H),7.19–7.14(m,1H),7.10–7.04(m,1H),6.97(t,J＝7.2Hz,3H),6.91(d,J＝8.7Hz,1H),6.79(t,J＝12.6Hz,2H),6.75–6.68(m,1H),6.54(s,1H),4.38–4.26(m,8H),3.32(s,3H)。
其激发和发射光谱图参见图2和图3(以可见光区400-650nm，700-900nm近红外一区，900-1700nm近红外二区为标准)，以DMSO为溶剂，将实施例3制备的化合物制成浓度为2.5-25μM的溶液，采用测试仪器进行测试，从图中可以看出，其激发光谱处于可见光区，最大激发波长447nm，发射光谱从500nm开始最大至800nm，延伸至近红外区，最大发射波长607nm。
实施例3所制备化合物、cy3和cy5在各自最大激发波长条件下的最大吸光度标准曲线参见图4(以摩尔吸光系数为15万的cy3和摩尔吸光系数为25万的cy5为对比)，基于朗伯-比尔定律计算得出实施例3所制备的化合物的摩尔吸光系数为102000。
荧光量子产率测定方法：检测机构：中科百册深圳检测中心，检测方法：积分球法测定荧光量子产率，检测仪器：稳态瞬态荧光光谱仪，FLS1000/FSS英国爱丁堡生产。检测结果：所制备化合物的荧光量子产率为46.5％。
实施例4
合成步骤：在反应瓶中，常温下将PT-E-Q溶于甲苯溶液，再加入3倍摩尔当量的甲基(三苯基磷亚胺)醋酸酯。然后120℃条件下加热回流12h。经爬板分析反应完成后，冷却室温，经萃取，柱色谱得到纯化产物。
如上，惰性气体为氮气或氩气；反应溶剂优选甲苯，THF，萃取有机溶剂优选乙酸乙酯，二氯甲烷；柱色谱有机溶剂优选石油醚/乙酸乙酯体系，石油醚/二氯甲烷体系。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.69(d,J＝15.6Hz,1H),7.25–7.19(m,2H),7.19–7.09(m,2H),6.98(dd,J＝20.1,9.0Hz,2H),6.85–6.72(m,3H),6.14(d,J＝15.7Hz,1H),4.31(q,J＝5.1Hz,4H),3.78(d,J＝5.9Hz,3H),3.39(s,3H)。
实施例5
合成步骤：使用VH-reaction在PT-EE噻吩硫的邻位添加醛基，然后使用wittigreaction将EPE与醛基反应得到PT-EEE。具体合成方法参考实施例1-实施例3。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.36(d,J＝4.9Hz,1H),7.22(t,J＝7.7Hz,2H),7.17(d,J＝6.8Hz,1H),7.08(d,J＝16.2Hz,1H),6.99–6.93(m,3H),6.91(d,J＝8.4Hz,2H),6.75(dd,J＝8.8,3.4Hz,2H),6.70(s,1H),5.32(s,1H),4.39–4.12(m,12H),3.27(s,3H)。
实施例6
合成步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基，利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；具体合成方法参考实施例1-实施例3。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CD2Cl2)δ7.28(s,4H),7.25(s,2H),7.16(d,J＝22.3Hz,2H),7.01(d,J＝16.2Hz,1H),6.94(s,1H),6.87(d,J＝10.6Hz,2H),6.80(s,3H),6.75(d,J＝16.1Hz,2H),6.20(s,1H),4.24(d,J＝22.7Hz,4H),3.38(s,7H)。
实施例7
合成步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基，利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；具体合成方法参考实施例1-实施例3。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23–7.18(m,2H),7.18–7.12(m,5H),7.03-6.99(m,2H),6.93(t,J＝6.9Hz,3H),6.81(d,J＝7.9Hz,2H),6.75(d,J＝8.4Hz,2H),6.69(d,J＝16.1Hz,2H),4.30(s,4H),3.38(s,6H)。
实施例8
合成步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基，利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；具体合成方法参考实施例1-实施例3。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23(m,2H),7.15(dd,J＝16.7,9.1Hz,6H),7.03–6.98(m,1H),6.94(dd,J＝14.8,7.2Hz,2H),6.79(ddd,J＝29.9,14.1,4.8Hz,6H),6.71–6.61(m,1H),6.52(t,J＝11.9Hz,1H),6.33–6.25(m,1H),4.25(dd,J＝19.8,14.3Hz,8H),3.40(d,J＝14.9Hz,6H)。
实施例9
合成步骤：将EPE和PT-BQ以1：1的摩尔比投入圆底烧瓶，以DMF作为溶剂，加入碱(如K2CO3、NaH、叔丁醇钾等)，搅拌12小时。加入水猝灭反应，然后用有机溶剂(乙酸乙酯，二氯甲烷等常用溶剂)萃取。然后柱色谱分离得到黄色固体。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.80(d,J＝3.6Hz,1H),7.66(dd,J＝8.4,1.9Hz,1H),7.61(d,J＝1.8Hz,1H),7.24(s,1H),7.22–7.18(m,1H),7.02(d,J＝16.2Hz,1H),6.86(d,J＝8.4Hz,1H),6.76(dd,J＝20.4,12.4Hz,2H),6.21(s,1H),4.26(ddd,J＝8.0,6.3,3.5Hz,4H),3.43(d,J＝6.5Hz,3H)。
实施例10
合成步骤：方法参考实施例4，实施例9。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.69(d,J＝15.6Hz,1H),7.55(t,J＝14.0Hz,1H),7.31(d,J＝8.5Hz,2H),7.23(s,2H),7.06–6.94(m,1H),6.83–6.72(m,3H),6.30(d,J＝16.0Hz,1H),6.15(d,J＝15.6Hz,1H),4.32(s,4H),3.78(d,J＝7.3Hz,6H),3.40(s,3H)。
实施例11
合成步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基，利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；具体合成方法参考实施例1-实施例3。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.02(s,1H),7.16(dd,J＝13.6,7.5Hz,6H),7.01(d,J＝8.5Hz,1H),6.93(t,J＝7.4Hz,2H),6.81(d,J＝7.9Hz,1H),6.75(d,J＝8.5Hz,1H),4.29(s,8H),3.36(d,J＝13.0Hz,3H)。
实施例12
合成步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基，利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；具体合成方法参考实施例1-实施例4。
其氢谱数据如下：
1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.56(d,J＝15.6Hz,1H),7.37(d,J＝6.8Hz,2H),7.22(t,J＝7.8Hz,1H),7.16(d,J＝7.6Hz,1H),7.08(d,J＝16.1Hz,1H),7.03–6.88(m,4H),6.77(dd,J＝16.0,6.7Hz,2H),6.07(d,J＝15.6Hz,1H),4.46–4.27(m,8H),3.73–3.64(m,3H),3.32(s,3H)。
以下对合成的小分子荧光染料的性能进行测试，部分测试结果如下表1所示:
表1
综上，本发明实施例提供了一种有机荧光小分子材料、合成方法和应用，基于分子内电荷转移的机理合理设计并合成了一种简单而有效的具有大π键共轭的荧光染料，所提供的有机荧光小分子材料结合了大π共轭体系和推拉电子分子体系，通过简单的合成策略，构建了一种新型的波长可调节的荧光染料，并把这些染料初步的应用在探针的设计和开发中。光谱性能测试表明该类染料具有良好的荧光性能，该类染料具有良好的近红外荧光性能，包括近红外区域发射，大的摩尔吸光系数，高的荧光量子产率，大的Stokes位移，结构易于修饰等特点。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机荧光小分子材料，其特征在于，所述有机荧光小分子材料由吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键连接形成，且所述吩噻嗪类化合物的N上连接有功能性基团。
2.根据权利要求1所述的有机荧光小分子材料，其特征在于，所述吩噻嗪类化合物和/或所述二氧噻吩类化合物的芳香环上还连接有功能性基团；
优选地，所述有机荧光小分子材料由通式Ⅰ所示的吩噻嗪类化合物和通式Ⅱ所示的二氧噻吩类化合物通过双键连接形成；
其中，R2为O、S、N中的任意一种；当R2为N时，R4存在；
R1、R3、R4和R5为功能性基团；
更优选地，所述功能性基团为水溶性基团、脂溶性基团、供电子基团、吸电子基团、标记基团或特异性靶向基团。
3.根据权利要求2所述的有机荧光小分子材料，其特征在于，R1、R3、R4和R5各自独立地选自马来酰亚胺、羧基、烷基、磺酸基、聚乙二醇基、烷氧基、酚羟基、苯胺基、氨基、酚羟基、二甲氨基、芳基、四苯乙烯基、酰基、醛基、酰氨基、腈基、硝基、卤仿基、季胺基、多肽、三苯基膦盐亚胺、释放肽受体拮抗剂、邻二羰基、苯酚类、吗啡啉、吗啡、硼酸酯、半菁衍生物、季胺盐和MKT-077衍生物。
4.根据权利要求1所述的有机荧光小分子材料，其特征在于，所述有机荧光小分子材料为下述化合物中的一种：
5.根据权利要求1所述的有机荧光小分子材料，其特征在于，所述有机荧光小分子材料的荧光量子产率为2％-70％，激发波长为350-800nm，发射波长为400-1000nm。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述有机荧光小分子材料的制备方法，其特征在于，其包括：将吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物通过双键桥接得到所述有机荧光小分子材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用Vilsmeier-Haack反应在共轭模块中引入醛基；利用Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，通过双键的构建，引入另一共轭模块；多次利用Vilsmeier-Haack反应和Wittig反应或者Horner-Wadsworth-Emmons反应，构建多组所述有机荧光小分子材料，其中，所述共轭模块为吩噻嗪类化合物或二氧噻吩类化合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：惰性气体保护下，将吩噻嗪类化合物和二氧噻吩类化合物加入含有碱的有机溶剂中，搅拌反应，加水淬灭反应，利用有机溶剂萃取，然后柱色谱分离得到固体；
优选地，所述碱为K2CO3、NaH和叔丁醇钾中的至少一种，所述碱的用量为原料总用量的1-20倍摩尔当量；
优选地，反应温度为20-80℃，反应时间为3-24h；
优选地，反应所用有机溶剂为DMF、THF、DMSO、甲苯、异丙醇、二氯甲烷、二氯乙烷中的至少一种，萃取所用有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷中的至少一种，柱色谱分离所用有机溶剂为石油醚/乙酸乙酯体系，石油醚/二氯甲烷体系。
9.根据权利要求1-5中任一项所述有机荧光小分子材料或权利要求6-8中任一项所述的制备方法制备的有机荧光小分子材料在荧光标记、荧光成像领域中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述有机荧光小分子材料在基因测序、免疫检测、核酸检测、分子信标、免疫荧光试纸条、流式细胞仪、手术导航中的应用。
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