化合物及其制备方法和用途与流程

1.本发明涉及有机化学领域，具体而言，本发明涉及化合物及其制备方法和用途。


背景技术：

2.罗丹明类染料是一类在科学研究、工业生产中都得到广泛应用的染料。它是由3、6位氨基取代的氧杂蒽母体与9位碳原子取代芳基构成的一类有机荧光染料。它最引人注意的是其优异的发光性能，包括高的摩尔消光系数，高的荧光量子产率(rhob在二氯甲烷中的量子效率高达98％)，良好的光稳定性等等。这些优点使得其在分子生物学、环境检测、分子检测、荧光标记、激光染料、分子遗传学等方面有着很广泛的应用，是分析化学与生物医学领域最常见的荧光染料之一。
3.传统的罗丹明荧光染料是高度疏水的芳香类化合物，具有的荧光淬灭和水溶性不好的问题。常规罗丹明荧光染料通常容易形成二聚体，容易发生分子间淬灭，从而导致染料荧光亮度的减弱。此外，包括基因测序在内的大部分的生化反应和生物检测的介质为水，而罗丹明的高度疏水性导致其难溶于水。上述缺点限制了罗丹明类荧光染料的进一步的应用。
4.在传统的罗丹明染料上引入磺酸官能团是最常见的增加荧光染料水溶性和防止荧光淬灭的方法。商业化的磺基化罗丹明类荧光染料(例如alexa fluor 488、alexa fluor 532、alexa fluor 546、alexa fluor568、atto 488、atto514、atto532等)已经广泛应用于包括抗体在内的生物大分子的标记。同时，在一些情况中，磺酸官能团的引入还能提高荧光染料的光稳定性，降低ph敏感性，此外还能对荧光染料的最大吸收波长有一定范围的调整。
5.现在通常的合成带有磺酸官能团的罗丹明荧光染料的方法是通过将事先制备的传统罗丹明化合物与高浓度的发烟硫酸中，从而在罗丹明的上引入磺酸官能团。然而，目前市场上销售的带有磺酸官能团的罗丹明类荧光染料的价格都非常的昂贵，目前制备带有磺酸官能团的罗丹明类荧光染料需要使用高浓度的发烟硫酸。发烟硫酸作为具有强腐蚀性的化学试剂，存在安全隐患。而中国本土生产的发烟硫酸由于其中三氧化硫的浓度不够，会导致罗丹明的磺化效率非常低甚至没有目标产物生成。
6.综上所述，开发一条能够不依赖高浓度发烟硫酸的合成的带有磺酸官能团的罗丹明荧光染料具有非常重要的现实意义。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备磺基化罗丹明类荧光染料的方法、由该方法制备的磺基化罗丹明类荧光染料产品及其用途。
8.在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备化合物的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)在酸作用下，使式1所示化合物与式2所示化合物接触，得到式3所示化合物；(2)使所述式3所示化合物与氯磺酸接触，得到式4所示化合物；其中，
9.a为苯环，a任选地被一个或多个f、cl、br、i、oh、nh2、no2、cn、n3、c
1-6
烷基、c
2-6
烯基、c
2-6
炔基、c
1-6
卤代烷基、c
1-6
烷氧基、c
1-6
羟基烷基或c
1-6
烷基氨基所取代；
10.r1和r2分别独立地为h、f、cl、br、i、oh、nh2、no2、cn、n3、c
1-6
烷基、c
2-6
烯基、c
2-6
炔基、c
1-6
卤代烷基、c
1-6
烷氧基、c
1-6
羟基烷基、c
1-6
烷基氨基、c
3-12
碳环基或c
6-10
芳基，或者r1和r2与相连的n形成c
3-12
杂环基，或者r1和r2与相连的n形成c
5-12
杂芳基；
11.r3和r4分别独立地为h、f、cl、br、i、oh、nh2、no2、cn、n3、c
1-6
烷基、c
2-6
烯基、c
2-6
炔基、c
1-6
卤代烷基、c
1-6
烷氧基、c
1-6
羟基烷基、c
1-6
烷基氨基、c
3-12
碳环基、c
3-12
杂环基、c
6-10
芳基或c
5-12
杂芳基；且r3和r4分别独立任选地被一个或多个r1所取代；
[0012][0013]
根据本发明实施例的制备化合物的方法，首先在酸作用下，使3-氨基苯酚衍生物1和对甲酰基苯甲酸衍生物2发生缩合反应得到，罗丹明母体3；进而利用氯磺酸，在罗丹明母体3上引入磺酸官能团，得到目标产物4。该方法所采用的原料来源广泛、廉价易得，通过利用氯磺酸在罗丹明母体3上引入磺酸官能团，不需要使用高浓度发烟硫酸，反应条件温和，大大提高了该类化合物合成的安全性，并降低的了合成成本。
[0014]
另外，根据本发明上述实施例的制备化合物的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0015]
根据本发明的一些实施例，a为苯环，且-cho与-cooh的取代位置为苯环对位取代，a任选地被一个或多个f、cl、br、i、oh、nh2、no2、cn、n3、c
1-3
烷基、c
2-3
烯基、c
2-3
炔基、c
1-3
卤代烷基、c
1-3
烷氧基、c
1-3
羟基烷基或c
1-3
烷基氨基所取代。也即是说，式2所示化合物母体可以为且其中的苯环可以具有如上所述的任选取代。在本发明的一些实施例中，式2所示化合物以任选取代的对甲酰基苯甲酸的形式提供。
[0016]
根据本发明的一些实施例，r1和r2分别独立地为h、f、cl、br、i、oh、nh2、no2、cn、n3、c
1-3
烷基、c
2-3
烯基、c
2-3
炔基、c
1-3
卤代烷基、c
1-3
烷氧基、c
1-3
羟基烷基、c
1-3
烷基氨基、c
3-6
碳环基或c
6-10
芳基，或者r1和r2与相连的n形成c
3-6
杂环基，或者r1和r2与相连的n形成c
5-12
杂芳基。
[0017]
根据本发明的一些实施例，r3和r4分别独立地为h、f、cl、br、i、oh、nh2、no2、cn、n3、c
1-6
烷基、c
2-3
烯基、c
2-3
炔基、c
1-3
卤代烷基、c
1-3
烷氧基、c
1-3
羟基烷基、c
1-3
烷基氨基、c
3-6
碳环基、c
3-6
杂环基、c
6-10
芳基或c
5-12
杂芳基；且r3和r4分别独立任选地被一个或多个r1所取代。
[0018]
根据本发明的一些实施例，所述酸选自磷酸、焦磷酸、甲酸、乙酸、丙酸中的至少之一。这类酸可以为式1所示化合物和式2所示化合物的缩合反应提供适宜的酸性条件，从而进一步提高式3所示化合物的产率。
[0019]
根据本发明的一些实施例，步骤(1)中，式1所示化合物与式2所示化合物的摩尔比为(2～3):1。具体的，式1所示化合物与式2所示化合物的摩尔比可以为2:1、2.25:1、2.5:1、2.75:1、3:1等，优选为2:1。由此，可以进一步提高式3所示化合物的产率，并减少副产物的生成。
[0020]
根据本发明的一些实施例，步骤(1)中，所述接触在80～120℃下进行1.5～2.5h完成。具体的，温度可以为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等，进行时间可以为1.5h、2h、2.5h等。由此，可以进一步提高式3所示化合物的产率，并减少副产物的生成。
[0021]
根据本发明的一些实施例，步骤(2)中，式3所示化合物与氯磺酸的摩尔比为(1.5～2.5):1。具体的，式3所示化合物与氯磺酸的摩尔比可以为1.5:1、1.75:1、2:1、2.25:1、2.5:1等。由此，可以进一步提高式4所示化合物的产率，并减少副产物的生成。
[0022]
根据本发明的一些实施例，步骤(2)中，所述接触在80～120℃下进行11～13h完成。具体的，温度可以为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等，进行时间可以为1h、12h、13h等。由此，可以进一步提高式3所示化合物的产率，并减少副产物的生成。
[0023]
在本发明的另一方面，本发明提出了一种化合物。根据本发明的实施例，该化合物是由上述实施例的制备化合物的方法制备得到的。由此，该化合物的制备方法简便高效、安全性高，且成本低廉。同时该化合物具有优异的发光性能，可以作为荧光染料，广泛应用于分子生物学、环境检测、分子检测、荧光标记、激光染料、分子遗传学等方面。
[0024]
在本发明的再一方面，本发明提出了上述实施例的化合物作为荧光染料在荧光标记中用途。本发明上述实施例的化合物具有优异的发光性能，可以作为荧光染料，广泛应用于分子生物学、环境检测、分子检测、荧光标记、激光染料、分子遗传学等方面。
[0025]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
[0026]
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0027]
另外，需要说明的是，式4所示化合物中的负电荷可以位于其中的羧基或磺酸基
[0028]
实施例1
[0029][0030]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入3-(氮杂啶-1-基)-1-苯酚(2.98g，20.0mmol)，对甲酰基苯甲酸(1.5g，10mmol)。在氩气保护条件下，加入无水二甲苯(20ml)，在100℃下磁力搅拌120min。相同温度下，向反应瓶中缓慢加入浓度为85％的h3po4水溶液(10ml)。反应在相同温度下继续搅拌反应12h。待反应混合物温度降至室温后，缓慢将反应溶液倒入到冰水中淬灭反应。目标产物3-1会在冰水中以砖红色的固体析出，过滤收集该砖红色固体，用真空泵将固体中残留的水分充分除去即可用于下一步反应。
[0031]
实施例2
[0032][0033]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入充分干燥的罗丹明化合物3-1(4.1g，10mmol)。在氩气保护条件下，0℃下向反应瓶中缓慢滴加氯磺酸hso3cl(10ml)，滴加过程持续30min。相同温度下搅拌反应60min后，50℃下搅拌反应6h。反应结束后，反应体系温度降到室温后，缓慢地将反应溶液倒入冰水混合物中淬灭反应。真空除去水分后，硅胶柱层析纯化，洗脱剂以体积计为二氯甲烷:甲醇＝10:1，得到暗红色粉末为目标产物4-1。
[0034]
实施例3
[0035][0036]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入带有磺酸官能团的罗丹明化合物4-1(570mg，1mmol)。在氩气保护条件下，加入无水dmf(10ml)，室温下搅拌混合10min。0℃下向
反应瓶中依次加入2-(7-氧化苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸盐(hatu，1mmol，380mg)和n,n-二异丙基乙胺((dipea，1mmol，129mg)。相同温度下搅拌反应2h后，向反应瓶中加入6-氨基己酸(1mmol，131mg)。室温搅拌反应12h后，向反应瓶中加入10ml去离子水淬灭反应。真空除去水后，硅胶柱层析纯化，洗脱剂以体积计为二氯甲烷:甲醇＝10:1，得到暗红色粉末为目标产物5。
[0037]
实施例4
[0038][0039]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入5-氟-3-(氮杂啶-1-基)-1-苯酚(3.34g，20.0mmol)，对甲酰基苯甲酸(1.5g，10mmol)。在氩气保护条件下，加入无水二甲苯(20ml)，100℃下磁力搅拌120min。相同温度下，向反应瓶中缓慢加入浓度为85％的h3po4水溶液(10ml)。反应在相同温度下继续搅拌反应12h。待反应混合物温度降至室温后，缓慢将反应溶液倒入到冰水中淬灭反应。目标产物3-2会在冰水中以砖红色的固体析出，过滤收集该砖红色固体，用真空泵将固体中残留的水分充分除去即可用于下一步反应。
[0040]
实施例5
[0041][0042]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入充分干燥的罗丹明化合物3-2(4.5g，10mmol)。氩气保护条件下，0℃下向反应瓶中缓慢滴加hso3cl(10ml)，滴加过程持续30min，滴加过程持续30min。相同温度下搅拌反应60min后，50℃下搅拌反应6h。反应结束后，待反应体系温度降到室温后，缓慢的将反应溶液倒入冰水混合物中淬灭反应。真空除去水后，硅胶柱层析纯化，洗脱剂以体积计为二氯甲烷:甲醇＝10:1，得到暗红色粉末为目标产物4-2。
[0043]
实施例6
[0044][0045]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入3-(氮杂啶-1-基)-1-苯酚(2.98g，20.0mmol)，3-氯-4-甲酰基苯甲酸(1.84g，10mmol)。氩气保护条件下，加入无水二甲苯(20ml)，100℃下磁力搅拌120min。相同温度下，向反应瓶中缓慢加入浓度为85％的h3po4水溶液(10ml)。反应在相同温度下继续搅拌反应12h。待反应混合物温度降至室温后，缓慢将反应溶液倒入到冰水中淬灭反应。目标产物3-3会在冰水中以砖红色的固体析出，过滤收集该砖红色固体，用真空泵将固体中残留的水分充分除去即可用于下一步反应。
[0046]
实施例7
[0047][0048]
在装有磁力搅拌子的500ml圆底烧瓶中，加入充分干燥的罗丹明化合物3-3(4.5g，10mmol)。氩气保护条件下，0℃下向反应瓶中缓慢滴加hso3cl(10ml)，滴加过程持续30min。相同温度下搅拌反应60min后，50℃下搅拌反应6h。反应结束后，待反应体系温度降到室温后，缓慢的将反应溶液倒入冰水混合物中淬灭反应。真空除去水分后，硅胶柱层析纯化，洗脱剂以体积计为二氯甲烷:甲醇＝10:1，得到暗红色粉末为目标产物4-3。
[0049]
实施例8
[0050]
本实施例中，以化合物3-1和化合物4-1为例，对含环丁胺结构的罗丹明类染料进行表征，结果如下：
[0051]
化合物3-1的最大吸收波长为551nm，最大发射波长为577nm。化合物3-1不溶于水，其在甲醇中的量子产率为70％。
[0052]
化合物4-1的最大吸收波长为553nm，最大发射波长为578nm。化合物4-1易溶于水，其在甲醇中的量子产率为75％，在水中的量子产率为60％。
[0053]
结果表明，化合物3-1和化合物4-1具有适宜的最大吸收波长和最大发射波长，且具有良好的荧光量子产率，能够满足作为荧光染料进行荧光标记的需求。另一方面，化合物的溶解性容易通过引入不同的取代基进行调整，说明这类化合物的适用范围广泛。
[0054]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0055]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。