近红外荧光染料及在检测SO的制作方法

近红外荧光染料及在检测so
32-/hso
3-上面的应用
技术领域
1.本专利技术属于荧光染料领域，具体涉及到近红外荧光染料的制备及其应用。


背景技术：

2.荧光染料是染料化学中的一个重要的分支。近几十年来,荧光染料及其衍生物在材料、生物、医学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。
3.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。特别是随着生命科学的发展，人们希望能够获得分子或离子生物学功能的直观信息,因此各种成像技术得以迅速发展，特别是近红外成像一直是人们关注的焦点，与传统分析技术相比近红外荧光成像具有非破坏性、灵敏度高、选择性好等优点。而荧光成像的发展受到荧光染料性质的制约，因此开发性能优异的荧光染料，特别是近红外荧光染料(发射波长≥650nm)，是化学生物学一个重要的研究方向，近红外荧光染料是一类功能性染料，由于其在近红外光区有很好的吸收，因此近红外技术在细胞成像、肿瘤治疗、生物分子标记﹑医学诊断等中都有着广泛的应用。常见的近红外有机染料有菁类染料，光稳定性差；酞菁染料，合成要求高，产率低，分子体积较大且溶解性差；金属络合物染料，溶解性较差，吸收强度不大。
4.本发明针对传统荧光染料的稳定性差，发射波长短，溶解性较差等问题，以提高和改善荧光染料的光物理和光化学性能为目的,通过杂化策略构建了一系列新型的荧光染料，尤其是得到了两种近红外的荧光染料(在混合溶剂(vdmso：vpbs＝3:7)中，sz-1发射波长699nm， mz-1发射波长656nm)，这两种近红外染料具有光、热稳定性良好，溶解性好，发射波长长等优良特点，并把这些染料初步的应用在探针的设计和开发中。


技术实现要素：

5.本发明的目的在合成一系列简单高效的荧光染料，特别是近红外荧光染料及光谱性质的研究。
6.本发明的目的通过下述技术方案实现：
7.一系列喹啉衍生物，喹啉并咪唑(噻唑)环结构的化合物，其结构式如下：
[0008][0009]
取代基r包括甲氧基、氢、二乙氨基中的任意一种。
[0010]
所述的荧光染料化合物的制备方法，包括一下步骤：将2-氰甲基苯并咪唑(2-氰甲基苯并噻唑)和与喹啉衍生物溶于乙醇中，加入适量乙酸，在常温下搅拌反应3.5小时，反应
结束后，将反应物放入冰箱中，有沉淀析出，经过滤、洗涤、干燥后得到目标化合物产品
[0011]
所述方法包括以下合成路径：
[0012][0013]
取代基r包括甲氧基、氢、二乙氨基中的任意一种。
[0014]
所述的喹啉衍生物、2-氰甲基苯并咪唑(苯并噻唑-2-乙腈)与乙酸的摩尔比为1：(1～1.5)： (1～1.5)。
[0015]
本发明的荧光染料合成路线如下：
[0016]
[0017][0018]
本发明的另一技术方案是将所述的荧光染料化合物作为荧光染料上的应用。
[0019]
所述的荧光染料化合物作为荧光染料在检测二甲基亚砜溶液中的应用。
[0020]
所述的近红外荧光染料在检测so2及其衍生物的应用，可用作检测so2的荧光探针，所述的衍生物包括so
32-或hso
3-。
[0021]
喹啉是一类典型的、具有大π共轭结构的有机分子发光团。喹啉衍生物是具有生物活性和药理活性比较常见的一类杂环化合物，在医药、分子生物学、染料工业等领域有着重要的应用。喹啉在结构上是吡啶与苯的稠合体，但在化学性质上近似于吡啶和苯。其亲核取代发生于吡啶环，亲电取代几乎仅发生于苯环。本发明通过改变苯环取代基的类型能够极大的改变产物的荧光量子产率和化合物的波长。
[0022]
本发明的一系列荧光染料化合物，得到了两种近红外的荧光染料，并且这两种近红外荧光染料的光、热稳定性强，制备简单，用于细胞成像可有效避免细胞自身的荧光干扰，在生物体内红色信号的穿透力更强更明显，可直接用于细胞成像，同时也可作为一种检测so2衍生物的荧光探针。另外通过改变苯环上取代基的不同，得到了另外四种染料，但是由于供电子能力较弱，对比两种近红外染料来说，波长较短，效果不如两种近红外染料。
附图说明
[0023]
图1为mz-1的荧光染料的核磁氢谱图。
[0024]
图2为mz-2的荧光染料的核磁氢谱图。
[0025]
图3为mz-3的荧光染料的核磁氢谱图。
[0026]
图4为sz-1的荧光染料的核磁氢谱图。
[0027]
图5为sz-2的荧光染料的核磁氢谱图。
[0028]
图6为sz-3的荧光染料的核磁氢谱图。
[0029]
图7为mz-1、mz-2、mz-3在dmso中的荧光光谱。
[0030]
图8为sz-1、sz-2、sz-3在dmso中的荧光光谱。
[0031]
图9为实施例1荧光染料作为检测so2荧光探针的荧光光谱。
[0032]
图10为实施例1荧光染料作为检测so2荧光探针选择性的荧光光谱，从1到18依次为： 1、空白2、叠氮钠3、氯化钠4、硫酸钠5、碳酸钠6、硝酸钠7、磷酸二氢钠8、抗坏血酸9、谷胱甘肽10、半胱氨酸11、氯化钙12、硫酸亚铁13、次氯酸钠14、过氧化氢15、硫代硫酸钠16、水
合肼17、亚硫酸氢钠18、亚硫酸钠。
[0033]
图11为实施例4荧光染料作为检测so2荧光探针的荧光光谱。
[0034]
图12为实施例4荧光染料作为检测so2荧光探针选择性的荧光光谱，从1到18依次为：1、空白2、叠氮钠3、氯化钠4、硫酸钠5、碳酸钠6、硝酸钠7、磷酸二氢钠8、抗坏血酸9、谷胱甘肽10、半胱氨酸11、氯化钙12、硫酸亚铁13、次氯酸钠14、过氧化氢15、硫代硫酸钠16、水合肼17、亚硫酸氢钠18、亚硫酸钠。
[0035]
具体实施方法：
[0036]
实施例1：化合物mz-1的合成
[0037]
称取50mg(0.22mol)的6-(二乙基氨基)喹啉-2-甲醛和34.4mg(0.22mol)的2-氰甲基苯并咪唑加入到25ml反应瓶中，加入13.2mg(0.22mol)的醋酸，在加入2ml无水乙醇溶解，室温搅拌3.5小时，tlc点板监测反应至原料反应完全，减压过滤，洗涤得55mg红色固体，产率为68％。
[0038]
实施例2：化合物mz-2的合成
[0039]
称取50mg(0.32mol)的喹啉-2-甲醛和50.24mg(0.32mol)的2-氰甲基苯并咪唑加入到 25ml反应瓶中，加入19.2mg(0.32mol)的醋酸，再加入2ml无水乙醇溶解，室温搅拌3.5 小时，tlc点板监测反应至原料反应完全。减压过滤洗涤得73mg黑色固体，产率为77％。
[0040]
实施例3：化合物mz-3的合成
[0041]
称取50mg(0.267mol)的6-甲氧基喹啉-2-甲醛和42mg(0.267mol)的2-氰甲基苯并咪唑加入到25ml反应瓶中，加入16mg(0.32mol)的醋酸，再加入2ml无水乙醇溶解，室温搅拌3.5小时，tlc点板监测反应至原料反应完全。减压过滤洗涤得76mg绿色固体，产率为 87％。
[0042]
实施例4：化合物sz-1的合成
[0043]
称取50mg(0.22mol)的6-(二乙基氨基)喹啉-2-甲醛和38.3mg(0.22mol)的2-氰甲基苯并噻唑加入到25ml反应瓶中，加入13.2mg(0.22mol)的醋酸，再加入2ml无水乙醇溶解，室温搅拌3.5小时,tlc点板监测反应至原料反应完全。减压过滤洗涤得58.3mg深红色固体，产率为69％。
[0044]
实施例5：化合物sz-2的合成
[0045]
称取50mg(0.318mol)的喹啉-2-甲醛和55mg(0.318mol)的2-氰甲基苯并噻唑加入到25ml 反应瓶中，加入19mg(0.318mol)的醋酸，再加入2ml无水乙醇溶解，室温搅拌3.5小时， tlc点板监测反应至原料反应完全。减压过滤洗涤得67mg绿色固体，产率为67％。
[0046]
实施例6：化合物sz-3的合成
[0047]
称取50mg(0.267mol)的6-甲氧基喹啉-2-甲醛和46.5mg(0.267mol)的2-氰甲基苯并噻唑加入到25ml反应瓶中，加入16mg(0.267mol)的醋酸，再加入2ml无水乙醇，室温搅拌 3.5小时，tlc点板监测反应至原料反应完全。减压过滤洗涤得56.4mg绿色固体，产率为61％
[0048]
[0049][0050]
a:d:f为6-(二乙基氨基)喹啉-2-甲醛:2-氰甲基苯并咪唑:醋酸
[0051]
b:d:f为喹啉-2-甲醛:2-氰甲基苯并咪唑:醋酸
[0052]
c:d:f为6-甲氧基喹啉-2-甲醛:2-氰甲基苯并咪唑:醋酸
[0053]
a:e:f为6-(二乙基氨基)喹啉-2-甲醛:2-氰甲基苯并噻唑:醋酸
[0054]
b:e:f为喹啉-2-甲醛:2-苯并噻唑-2-乙腈:醋酸
[0055]
c:e:f为6-甲氧基喹啉-2-甲醛:2-氰甲基苯并噻唑:醋酸
[0056]
实施例7：荧光染料在dmso中的效应
[0057]
取实施例1-6制备的mz-1、mz-2、mz-3、sz-1、sz-2、sz-3化合物，分别溶解到dmso 溶液中，配置成1mm的母液。在试管中加入dmso，每根试管3ml，从母液中取出6μl(2μm) 加入到每根试管当中，采用480nm的激发波长，采用荧光光谱仪测试每个化合物在dmso 溶剂中的发射光谱，测试结果见图7、图8，从图中可以看出不同化合物在同一种溶剂中发射波长不同，mz-1在dmso中发射波长为627nm、mz-2在dmso中发射波长为527nm、mz-3 在dmso中发射波长为466nm、sz-1在dmso中发射波长为668nm、sz-2在dmso中发射波长为523nm、sz-3在dmso中发射波长为484nm，这是由于喹啉基团上取代基不同，取代基供电子能力强弱不同，二乙胺基最强、甲氧基次之、氢最弱，导致发生分子内电子转移转移的程度不同，供电子能力越强的分子内电子转移的程度越大，导致波长更长。
[0058]
实施例8：mz-1探针对so2的浓度荧光检测
[0059]
取实施例1制备的mz-1化合物，溶解到dmso溶液中，配置成1mm的母液。将nahso3溶解在去离子水中，配置成5mm的母液。在试管中加入(pbs:dmso＝7:3)的混合溶液，每根试管
3ml，从mz-1母液中取出6μl(2μm)加入到每根试管当中，接着加入不同体积的 nahso3母液于试管中，反应25分钟后。采用400nm的激发波长，用荧光光谱仪测试探针在不同浓度(0μl、3μl、6μl、9μl、12μl、15μl、18μl、21μl、24μl、27μl、30μl、36μl、 42μl、48μl、54μl、60μl、72μl、84μl、96μl、108μl、120μl)nahso3的荧光光谱变化。荧光光谱变化情况如图9所示。结果显示，随着加入不同浓度nahso3后，在478nm处荧光发射增强，在656nm出荧光发射减弱。由于nahso3的不断加入，破坏了染料的共轭体系，导致激发波长变短，荧光颜色由红变蓝，从而可以达到检测so2的目的。。
[0060]
染料mz-2、mz-3也具有类似的结构，因此也能够与nahso3发生反应，从而实现对so2的检测，但是由于染料mz-2、mz-3的发射波长短，作为探针会受到背景荧光的干扰，没有 mz-1效果好，故没有作为探针应用。
[0061]
实施例9：mz-1探针对so2的选择性检测
[0062]
取实施例1制备的探针化合物mz-1，溶解到dmso溶液中，配置成1mm的探针母液，将nahso3溶解在去离子水中，配置成5mm的母液。配置17种母液(1、叠氮钠2、氯化钠 3、硫酸钠4、碳酸钠5、硝酸钠6、磷酸二氢钠7、抗坏血酸8、谷胱甘肽9、半胱氨酸10、氯化钙11、硫酸亚铁12、次氯酸钠13、过氧化氢14、硫代硫酸钠15、水合肼16、亚硫酸氢钠17、亚硫酸钠)。在试管中加入(pbs:dmso＝7:3)的混合溶液，每根试管3ml。从 mz-1母液中取出6μl(2μm)加入到每根试管当中，取相同浓度的不同选择物母液100μl (200μm)于前述盛有3ml探针的试管中，反应25分钟后，采用400nm的激发波长，用荧光光谱仪测试探针与相同浓度的不同选择物和探针反应的荧光光谱变化情况。图10看到只有亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针产生了强烈的荧光变化效果，得到只有亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针有较高的响应性。
[0063]
由于染料mz-2、mz-3也具有类似的结构，因此与上述分析物反应可以得出mz-1与分析物反应相同的结论，亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针产生了的荧光变化效果，得到亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针有较高的响应性。
[0064]
实施例10：sz-1探针对so2的浓度荧光检测
[0065]
取实施例4制备的sz-1化合物，溶解到dmso溶液中，配置成1mm的母液。将nahso3溶解在去离子水中，配置成5mm的母液。在试管中加入(pbs:dmso＝7:3)的混合溶液，每根试管3ml，从mz-1母液中取出6μl(2μm)加入到每根试管当中，接着加入不同体积的 nahso3母液于试管中,反应15分钟后。采用400nm的激发波长，用荧光光谱仪测试探针在不同浓度(0μl、3μl、6μl、9μl、12μl、15μl、18μl、21μl、24μl、27μl、30μl、36μl、 42μl、48μl、54μl、60μl)的荧光光谱。荧光光谱变化情况如图11所示。结果显示，随着加入不同浓度nahso3后，在478nm处荧光发射增强，在699nm出荧光发射减弱，由于nahso3的不断加入，破坏了染料的共轭体系，导致激发波长变短，荧光颜色由红变蓝，从而可以达到检测so2的目的。。
[0066]
染料sz-2、sz-3也具有类似的结构，因此也能够与nahso3发生反应，从而实现对so2的检测。
[0067]
实施例10：sz-1探针对so2的选择性检测
[0068]
取实施例4制备的探针化合物sz-1，溶解到dmso溶液中，配置成1mm的探针母液，将nahso3溶解在去离子水中，配置成5mm的母液。配置17种母液(1、叠氮钠2、氯化钠 3、硫酸钠4、碳酸钠5、硝酸钠6、磷酸二氢钠7、抗坏血酸8、谷胱甘肽9、半胱氨酸10、氯化钙11、硫酸亚铁12、次氯酸钠13、过氧化氢14、硫代硫酸钠15、水合肼16、亚硫酸氢钠17、亚硫酸钠)。在试
管中加入(pbs:dmso＝7:3)的混合溶液，每根试管3ml。从 sz-1母液中取出6μl(2μm)加入到每根试管当中，取相同浓度的不同选择物母液100μl (200μm)于前述盛有3ml探针的试管中，反应15分钟后，采用400nm的激发波长，用荧光光谱仪测试探针与相同浓度的不同选择物和探针反应的荧光光谱变化情况。图12看到只有亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针产生了强烈的荧光变化效果，得到只有亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针有较高的响应性。
[0069]
由于染料sz-2、sz-3也具有类似的结构，因此与上述分析物反应可以得出sz-1与分析物反应相同的结论，只有亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针产生了的荧光变化效果，得到只有亚硫酸氢钠和亚硫酸钠对探针有较高的响应性。