一种新型吲哚花菁染料的制作方法

1.本申请涉及花菁染料的技术领域，更具体地说，它涉及一种新型吲哚花菁染料。


背景技术：

2.花菁染料因具有光谱范围易于调控、摩尔消光系数大、与蛋白质或者核酸等结合后其荧光强度增大等优点而成为备受生命科学领域最受关注的荧光染料之一。
3.在花菁染料应用过程中发现，花菁染料的水溶性较差，而生物应用的环境基本上都是水溶液，使得花菁染料在生物体内容易趋于聚集，从而容易导致荧光减弱或猝灭，无法检测到荧光信号，不利于应用，因此，花菁染料在使用过程必须加入有机溶剂，但是有机溶剂通常对生物是有害的，从而限制了花菁染料在生物环境的应用。
4.针对上述相关技术，发明人认为花菁染料的水溶性较差，难以满足生物应用的环境的需求，因此还有改善空间。


技术实现要素：

5.为了提供一种水溶性较佳的吲哚花菁染料，本申请提供一种新型吲哚花菁染料。
6.本申请提供一种新型吲哚花菁染料，采用如下的技术方案：
7.一种新型吲哚花菁染料，结构如下：
8.其中，n＝1,2,3。
9.本申请提供一种新型的吲哚花菁染料，吲哚花菁染料中增加了能够提高水溶性的磺酸钾基团，使得吲哚花菁染料的水溶性提高，使得吲哚花菁染料在生物体内不易聚集，从而使得吲哚花菁染料不易因聚集导致荧光减弱或者猝灭，使得吲哚花菁染料在生物体内的应用效果较佳。
10.优选的，所述新型吲哚花菁染料的制备方法包括以下步骤：
11.步骤(1)，将1mmol缩合剂和1.2
‑
1.5mmol原料a混合，然后加入4
‑
6ml的乙酸和4
‑
6ml的乙酸酐混合回流2.8
‑
3.2h，得到半菁反应液；
12.步骤(2)，再将2
‑
2.3mmol的原料b加入至步骤(1)制备的半菁反应液中，然后加入7
‑
9ml的乙酸和7
‑
9ml的吡啶，接着对新型吲哚花菁染料粗品进行纯化处理，得到新型吲哚花菁染料；
13.其中，所述缩合剂为戊二烯醛缩二苯胺盐酸盐或丙二醛二苯胺盐酸盐；
14.所述原料a的结构式为：
15.所述原料b的结构式为：
16.本申请通过采用上述技术方案制备一种全新结构的吲哚花菁染料，上述技术方案中，在半菁反应液和原料b的混合溶液中加入乙酸以及吡啶后，反应液立刻变成浓绿色，说明该反应在较短时间内便能够迅速完成反应，且反应后目标产物的产率可能较高，通过进行高效液相色谱检测结果得知该新型的吲哚花菁染料的产率为85％左右，表明本申请新型的吲哚花菁染料的产率较高。综上，本申请具有产率较高、反应迅速的优点，有效降低生产成本。
17.优选的，所述步骤(2)中，纯化处理为：停止反应后，先旋蒸除去溶剂，然后加入2
‑
5ml的水溶解，过减压反相柱进行分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝1/10时收集流出液，旋干，获得新型吲哚花菁染料。
18.通过上述纯化处理步骤，使得吲哚花菁染料与反应带来的其他杂质的分离效果较佳，有利于收集得到纯度较高的新型吲哚花菁染料粗品。
19.优选的，所述新型吲哚花菁染料还可以通过以下步骤制备所得：
20.步骤1)，第一步：将1mmol的原料b和(1.2
‑
2)mmol的缩合剂混合，然后加入9
‑
12ml的乙酸混合加热回流，在3
‑
5h后停止反应，旋蒸除去乙酸，加入5
‑
15ml的乙酸乙酯搅拌至析
出固体，过滤取固体，干燥得半菁产物；
21.步骤2)，第二步：在步骤1)得到的半菁产物、0.45
‑
0.55g原料a、7.5
‑
8.5ml的乙酸、7.5
‑
8.5ml的乙酸酐、7.5
‑
8.5ml的三乙胺混合搅拌，100
‑
105℃反应3
‑
5h，接着进行纯化处理，得到新型吲哚花菁染料；
22.其中，步骤1)中缩合剂为n，n'
‑
二苯甲脒或丙二醛二苯胺盐酸盐。
23.上述技术方案中，半菁产物、原料a、乙酸酐以及三乙胺混合搅拌后，混合液开始变蓝，在100
‑
105℃反应的过程中，溶液的蓝色逐渐变深，可能是新型吲哚花菁染料产物含量增加，通过高效液相色谱检测新型吲哚花菁染料产物的含量，发现高效液相色谱中新型吲哚花菁染料产物的含量为70％左右，证明新型吲哚花菁染料产物的产率较高。
24.优选的，所述步骤(2)中，纯化处理为：停止反应后，先旋蒸除去乙酸、乙酸酐以及吡啶，然后加入2
‑
5ml的水溶解，过反相柱进行分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝1/10时收集流出液，旋干，获得新型吲哚花菁染料。
25.通过上述技术方案，使得新型吲哚花菁染料与其他杂质的分离效果提高，使得得到的新型吲哚花菁染料产物的纯度较高。
26.优选的，所述原料a的制备方法为：将1mmol的4
‑
[(2，3
‑
二甲基
‑5‑
磺基
‑
3h
‑
吲哚
‑3‑
基)甲基]苯甲酸和1.1
‑
1.3mmol的乙酸钾混合，再加入9
‑
12ml甲醇，搅拌9
‑
12min，旋蒸除去甲醇，再用等量的甲醇重复2
‑
4次蒸干后，然后加入7
‑
8mmol1，3
‑
丙烷磺内酯以及8
‑
12ml的邻二氯苯，氮气球保护，加热至108
‑
112℃反应3
‑
4h，然后进行纯化处理，获得原料a。
[0027]
通过采用上述技术方案，在制备原料a的过程中，先加入乙酸钾，使得与吲哚基团直接连接的磺酸基变成磺酸钾盐基团，1，3
‑
丙烷磺内酯与含磺酸钾盐基团的3
‑
[(4
‑
羧基苯基)甲基]
‑
2，3
‑
二甲基
‑
3h
‑
吲哚
‑5‑
磺酸盐原料的反应，有利于反应朝向合成原料a的方向进行，从而有利于减少原料a中的杂质含量，从而有效减少杂质对新型吲哚花菁染料产生的影响，使得新型花菁染料的产率较高。
[0028]
优选的，所述原料a制备过程中的纯化处理为：反应停止后，固体粘附在瓶底，倒掉上层液体，加丙酮搅拌至析出红色粉末，真空抽滤取固体，将固体加入0.18
‑
0.22mol/l的氢氧化钾溶液中形成混合溶液搅拌过夜，之后用酸度调节剂调节混合溶液的ph至2
‑
3，接着旋干除去水分，过反相柱分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝10/1时收集流出液，旋干流出液，获得原料a。
[0029]
通过上述技术方案，使得原料a与反应体系中的其他杂质的分离效果较佳，从而有利于进一步提高原料a的纯度，从而使得原料a的纯度提高，有利于进一步提高杂质对吲哚花菁染料的产率的影响。
[0030]
优选的，所述原料b的制备方法为：所述原料b的制备方法为：将1mmol的2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐、2.8
‑
3.5mmol的1，3
‑
丙烷磺内酯和16
‑
22ml的邻二氯苯混合，加热至110
‑
120℃，约1
‑
2h有固体沉出，倒掉溶剂，取少量固体进行薄层色谱法检测，发现无原料，则停止反应，然后进行纯化处理，获得原料b。
[0031]
通过上述技术方案，通过1，3
‑
丙烷磺内酯与2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐反应，有利于反应朝向合成原料b的方向进行，使得反应生成的杂质减少，从而使得原料b的合成产率较佳。
[0032]
优选的，若薄层色谱法检测发现仍有原料，则取出固体并将研磨成粉末，再加入
16
‑
22ml的邻二氯苯，以1
‑
2℃/min的速度缓慢升温，以800
‑
1000r/min的速度强烈搅拌，使其尽可能不要结块，110
‑
120℃反应1
‑
3h，然后进行纯化处理，获得原料b。
[0033]
通过上述技术方案，2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐和1，3
‑
丙烷磺内酯在反应过程中，比较容易出现结块沉淀现象，此时需要取出沉淀并将结块的沉淀物质研磨，使得其重新变成粉末状，然后在粉末状的固体物质中重新加入反应液，让2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐和1，3
‑
丙烷磺内酯在特定的升温速度以及搅拌速度下分散，从而制备得到原料b。
[0034]
优选的，所述原料b的制备方法中，纯化处理为：反应停止后加丙酮搅拌至固体析出，用异丙醇洗，再用丙酮或者乙醚洗涤一次，抽干得原料b。
[0035]
在加入丙酮搅拌至固体析出，然后用异丙醇以及丙酮或者乙醚洗涤，固体在洗涤后抽干得粉红色固体，原料b的纯化处理操作简单，且较容易得到杂质较少的原料b底物，有利于进一步减少杂质对吲哚花菁染料的产率的影响，从而有利进一步提高吲哚花菁染料的产率。
[0036]
综上所述，本申请具有以下有益效果：
[0037]
1、本申请合成了一种新型的吲哚花菁染料，该吲哚花菁染料具有较佳的水溶性，在生物体内的水溶液中溶解效果较佳，有利于提高吲哚花菁染料在生物环境内的分散性，从而使得吲哚花菁染料在生物体内不易因聚集而产生荧光减少或者猝灭等情况，使得吲哚花菁染料更好地应用于生物体内。
[0038]
2、该新型的吲哚花菁染料的制备方法具有反应时间短、分离提纯方便的优点，使得吲哚花菁染料的合成较为便捷。
[0039]
3、本申请中4
‑
[(2，3
‑
二甲基
‑5‑
磺基
‑
3h
‑
吲哚
‑3‑
基)甲基]苯甲酸和乙酸钾反应后，再和1，3
‑
丙烷磺内酯反应制备得到原料a，原料a的纯度较高，从而减少原料a中杂质对合成新型吲哚花菁染料的影响，有利于减少副反应的发生。
[0040]
4、本申请优先采用2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐和1，3
‑
丙烷磺内酯反应后得到纯度较高的原料b，从而减少了原料b中杂质对合成新型吲哚花菁染料的影响，从而减少副反应的发生。
附图说明
[0041]
图1是本申请实施例1中新型吲哚花菁染料粗品的高效液相色谱图。
[0042]
图2是本申请实施例1中新型吲哚花菁染料精品的质谱图。
具体实施方式
[0043]
本申请在合成新型吲哚花菁染料时，需要合成原料a和原料b作为反应底物，以下为原料a和原料b的合成路线。
[0044]
原料a的合成路线:
[0045][0046]
其中，a1为4
‑
(2，3
‑
二甲基
‑5‑
磺基
‑
3h
‑
吲哚
‑3‑
基)苯甲酸，英文名称为4
‑
[(2，3
‑
dimethyl
‑5‑
sulfo
‑
3h
‑
indol
‑3‑
yl)methyl]benzoicacid，cas号为1316891
‑
34
‑
5。
[0047]
原料b的合成路线:
[0048][0049]
其中，b1为2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐，英文名称为：potassium2，3，3
‑
trimethyl
‑
3h
‑
indole
‑5‑
sulfonate，cas号为184351
‑
56
‑
2。
[0050]
新型吲哚花菁染料的合成方法有两种，反应路线分别为：
[0051]
方法一：
[0052]
方法一中的缩合剂为戊二烯醛缩二苯胺盐酸盐，缩合剂还可以为丙二醛二苯胺盐酸盐。
[0053]
方法二：
[0054][0055]
方法二中，缩合剂为n，n'
‑
二苯甲脒，缩合剂还可以为丙二醛二苯胺盐酸盐。
[0056]
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
[0057]
制备例1
[0058]
原料a的制备方法如下：
[0059]
将1mmol的4
‑
[(2，3
‑
二甲基
‑5‑
磺基
‑
3h
‑
吲哚
‑3‑
基)甲基]苯甲酸(a1)和1.1mmol的乙酸钾混合，再加入9ml甲醇，搅拌9min，旋蒸除去甲醇，再用等量的甲醇重复2次蒸干后，加入7mmol1，3
‑
丙烷磺内酯以及8ml的邻二氯苯，氮气球保护，加热至108℃反应3h，反应停止后，固体粘附在瓶底，倒掉上层液体，加5ml丙酮以100r/min的转速搅拌至析出红色粉末，真空抽滤取固体，将固体加入0.22mol/l的氢氧化钾溶液中形成混合溶液搅拌12h，之后用质量浓度为3％的盐酸调节混合溶液的ph至2，接着旋干除去水分，过减压c18反相柱分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝10/1时收集流出液，旋干流出液，真空干燥箱干燥得0.462g白色固体，即为原料a，产率为89％。
[0060]
制备例2
[0061]
原料a的制备方法如下：
[0062]
将1mmol的4
‑
[(2，3
‑
二甲基
‑5‑
磺基
‑
3h
‑
吲哚
‑3‑
基)甲基]苯甲酸(a1)和1.3mmol的乙酸钾混合，再加入12ml甲醇，搅拌12min，旋蒸除去甲醇，再用等量的甲醇重复4次蒸干后，加入8mmol1，3
‑
丙烷磺内酯以及8
‑
12ml的邻二氯苯，氮气球保护，加热至112℃反应4h，反应停止后，固体粘附在瓶底，倒掉上层液体，加5
‑
10ml丙酮以100r/min的转速搅拌至析出红色粉末，真空抽滤取固体，在固体加入0.18mol/l的氢氧化钾溶液形成混合溶液搅拌10h，
之后用质量浓度为3％的盐酸调节混合溶液的ph至3，接着旋干除去水分，过减压c18反相柱分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝10/1时收集流出液，旋干流出液，真空干燥箱干燥得0.473g白色固体，即为原料a，产率为91％。
[0063]
制备例3
[0064]
原料b的制备方法如下：
[0065]
原料b的制备方法如下：
[0066]
将1mmol的2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐(b1)、2.8mmol的1，3
‑
丙烷磺内酯和16ml的邻二氯苯混合，加热至110℃，约1h有固体沉出，上层液体为澄清，倒掉溶剂，取少量固体进行薄层色谱法检测，若发现无原料，则停止反应，反应停止后加5ml丙酮搅拌至固体析出，用1ml异丙醇洗，再用5ml丙酮洗涤一次，真空抽干，干燥得0.345g粉红色固体，即为原料b,产率为86％。
[0067]
制备例4
[0068]
将1mmol的2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐(b1)、2.8mmol的1，3
‑
丙烷磺内酯和16ml的邻二氯苯混合，加热至110℃，约1h有固体沉出，上层液体为澄清，倒掉溶剂，取少量固体进行薄层色谱法检测，若发现无原料，则停止反应，若发现仍有原料，则取出固体并将研磨成粉末，再加入16ml的邻二氯苯，以1℃/min的速度缓慢升温，以800r/min的速度强烈搅拌，使其尽可能不要结块，120℃反应3h，反应停止后加5ml丙酮搅拌至固体析出，用1ml异丙醇洗，再用5ml丙酮洗涤一次，真空抽干，干燥得0.336g粉红色固体，即为原料b,产率为84％。
[0069]
制备例5
[0070]
原料b的制备方法如下：
[0071]
将1mmol的2，3，3
‑
三甲基吲哚
‑5‑
磺酸钾盐(b1)、3.5mmol的1，3
‑
丙烷磺内酯和22ml的邻二氯苯混合，加热至120℃，约2h有固体沉出，上层液体为澄清，倒掉溶剂，取少量固体进行薄层色谱法检测，若发现无原料，则停止反应，若发现仍有原料，则取出固体并将研磨成粉末，再加入22ml的邻二氯苯，以2℃/min的速度缓慢升温，以1000r/min的速度强烈搅拌，使其尽可能不要结块，110℃反应1h，反应停止后加10ml丙酮搅拌至固体析出，用3ml异丙醇洗，再用2ml乙醚洗涤一次，真空抽干，干燥得0.233g粉红色固体，即为原料b,产率为84％。
[0072]
实施例1
[0073]
一种新型吲哚花菁染料的制备方法如下：
[0074]
步骤(1)，将1mmol戊二烯醛缩二苯胺盐酸盐和1.2mmol制备例1制备的原料a和混合，然后加入4ml的乙酸和4ml的乙酸酐混合回流2.8h，得到半菁反应液。
[0075]
步骤(2)，再将2mmol制备例4制备的原料b加入至步骤(1)制备的半菁反应液中，然后加入7ml的乙酸和7ml的吡啶，立即变绿色，且绿色较浓，先旋蒸除去溶剂，然后加入2ml的水溶解，过减压c18反相柱进行分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝1/10时收集流出液，旋干流出液，获得0.86g的新型吲哚花菁染料粗品，新型吲哚花菁染料粗品送用高效液相色谱检测，高效液相色谱检测显示新型吲哚花菁染料的含量为96％(见图1)，新型吲哚花菁染料粗品内含有0.83g的新型吲哚花菁染料，新型吲哚花菁染料的
[0076]
新型吲哚花菁染料粗品通过高效液相色谱进一步纯化，得到0.78g新型吲哚花菁染料精品。
[0077]
新型吲哚花菁染料精品的质谱结果见图2。
[0078]
实施例2
[0079]
一种新型吲哚花菁染料的制备方法如下：
[0080]
步骤(1)，将1mmol丙二醛二苯胺盐酸盐和1.5mmol制备例1制备的原料a和混合，然后加入6ml的乙酸和6ml的乙酸酐混合回流3.2h，得到半菁反应液。
[0081]
步骤(2)，再将2.3mmol的制备例4制备的原料b加入至步骤(1)制备的半菁反应液中，然后加入9ml的乙酸和9ml的吡啶，立即变绿色，且绿色较浓，先旋蒸除去溶剂，然后加入5ml的水溶解，过减压反相柱进行分离，以乙腈/水梯度洗脱，在乙腈/水＝1/10时收集流出液，旋干流出液，获得0.79g新型吲哚花菁染料粗品，产率为83％,用高效液相色谱进一步分离新型吲哚花菁染料粗品，得到0.72g新型吲哚花菁染料精品。
[0082]
实施例3
[0083]
一种新型吲哚花菁染料的制备方法如下：
[0084]
步骤1)，将1mmol制备例4制备的原料b和1.2mmol的n，n'
‑
二苯甲脒混合，然后加入9ml乙酸混合加热回流，在3h后停止反应，旋蒸除去乙酸，加入5ml的乙酸乙酯搅拌至析出固体，过滤取固体，干燥得半菁产物。
[0085]
步骤2)，将步骤1)得到的半菁产物、0.45g制备例1制备的原料a、7.5ml的乙酸、7.5ml的乙酸酐、7.5ml的三乙胺混合，以400r/min的转速搅拌，100℃反应3h，停止反应后，旋干溶剂，加入2ml水溶解，过减压c18反相柱进行分离，以乙腈/水梯度洗脱，当乙腈/水＝1/9时收集流出液，旋干流出液，获得0.76g新型吲哚花菁染料产物粗品，产率为80％,新型吲哚花菁染料粗品用高效液相色谱进一步分离，得到0.60g新型吲哚花菁染料精品。
[0086]
实施例4
[0087]
一种新型吲哚花菁染料的制备方法如下：
[0088]
步骤1)，第一步：将1mmol制备例4制备的原料b和2mmol的丙二醛二苯胺盐酸盐混合，然后加入12ml乙酸混合加热回流，在5h后停止反应，旋蒸除去乙酸，加入15ml的乙酸乙酯搅拌至析出固体，过滤取固体，干燥得半菁产物。
[0089]
步骤2)，第二步：将步骤1)得到的半菁产物、0.55g制备例1制备的原料a、8.5ml的乙酸、8.5ml的乙酸酐、8.5ml的三乙胺混合，以400r/min的转速搅拌，105℃反应5h，停止反应后，旋干溶剂，加入5ml水溶解，过减压c18反相柱进行分离，以乙腈/水梯度洗脱，当乙腈/水＝1/9时收集流出液，旋干流出液，获得0.77g新型吲哚花菁染料产物粗品，产率为82％,新型吲哚花菁染料粗品用高效液相色谱分离，得到0.67g新型吲哚花菁染料精品。
[0090]
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。