一種協(xié)助金屬增強熒光的化合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種協(xié)助金屬增強熒光的化合物的制備方法，包括下述步驟：1)在含有吡啶基團的染料中原位合成銀納米粒子；2)將制備得到的銀?含有吡啶基團染料的化合物溶解在溶劑中，滴加含有鹵素分子的溶液，制備得到銀?鹵素分子?含有吡啶基團染料的雙鹵鍵化合物。本發(fā)明的雙鹵鍵化合物具有可協(xié)助金屬增強熒光的特性，在生物醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域有著廣闊的潛在應(yīng)用，而且本發(fā)明中通過引入鹵鍵增加金屬與染料之間的距離從而增強熒光。
【專利說明】
一種協(xié)助金屬増強熒光的化合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種可協(xié)助金屬增強熒光材料的新方法及基于此方法的熒光材料的 制備，特別涉及一類以鹵素、銀納米粒子和含有吡啶基團的染料為原料制備得到的雙鹵鍵 化合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，利用金屬納米粒子對電磁場的表面增強效應(yīng)進行分子熒光的改性研究是近 年來國際研究的熱點之一，涉及光譜學(xué)、材料、生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。而熒光基團與 金屬納米結(jié)構(gòu)的距離是影響熒光基團熒光強度的重要因素之一，只有當熒光基團與金屬納 米結(jié)構(gòu)的距離適當?shù)臅r候，金屬納米結(jié)構(gòu)
[0003] 存在引起的輻射衰減率才可以起到增加熒光基團的總輻射衰減率，提高熒光基團 的量子產(chǎn)率，縮短其熒光壽命。因此，在金屬增強熒光(MEF)的應(yīng)用中，常將熒光團和金屬表 面或顆粒人為地隔開一定的距離，并探討距離對金屬增強熒光的影響以及可獲得最大熒光 增強的合適距離。
[0004] 文獻報道隔開熒光團和金屬表面或顆粒常見的方法有如下幾種：（1)利用無機層 Si02隔開熒光團與金屬表面或顆粒。如在Ag膜表層涂覆一層Si02,再將標記染料熒光團的生 物分子與Si0 2鍵合;或在Ag納米粒子的表面化學(xué)包覆Si02,形成Ag@Si02的核殼結(jié)構(gòu)，將熒光 分子摻雜于Si0 2殼內(nèi)，或與Si02層表面形成化學(xué)鍵合，熒光分子與金屬表面或顆粒之間的距 離可通過Si0 2層的厚度進行調(diào)節(jié)。（2)利用具有確定鏈長的DNA序列隔開熒光分子與金屬表 面或顆粒。如Ginger等人將Ag膜或固定于基片表面的Ag納米粒子與單序列DNA化學(xué)鍵合，并 與經(jīng)熒光分子標記的互補單序列DNA雜化。因此，熒光分子與金屬表面之間的距離為精確的 DNA雙鏈長度，可選擇不同鏈長的DNA來連接熒光團和金屬表面，以此調(diào)節(jié)兩者之間的距離。 (3)利用生物大分子層隔開熒光分子與金屬表面或顆粒。（4)利用多層膜結(jié)構(gòu)隔開熒光分子 與金屬表面。對金屬增強熒光效應(yīng)的全面研究不僅可使人們更深入地了解金屬納米粒子的 表面等離子體性質(zhì)，尤其可為發(fā)展新的生物醫(yī)學(xué)光譜研究方法以及進一步提高檢測靈敏度 奠定重要的理論基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有金屬熒光技術(shù)中存在的部分問題，提供一種協(xié)助金屬增 強熒光的化合物及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種協(xié)助金屬增強熒光的化合物的制備方法，包括如下步驟：
[0008] (1 )4_氨基吡啶和苯酚在亞硝酸根存在的條件下發(fā)生重氮偶合反應(yīng)，得到中間體 4-羥基苯偶氮吡啶；
[0009] (2)4-羥基苯偶氮吡啶與氯代烷烴或溴代烷烴發(fā)生醚化反應(yīng)后過濾沉淀、水洗、重 結(jié)晶、干燥后用石油醚與乙酸乙酯的混合溶劑進行柱層析生成偶氮吡啶烷氧基苯；
[0010] (3)將碘或溴溶于有機溶劑中，然后滴加到步驟(2)的偶氮吡啶烷氧基苯的溶液 中，攪拌，沉淀出碘鍵或溴鍵化合物；
[0011] (4)在碘鍵或溴鍵化合物中原位合成銀納米粒子，得到金屬-鹵素-偶氮吡啶衍生 物的雙鹵鍵化合物；
[0012] 所述步驟(1)中4-羥基苯偶氮吡啶的化學(xué)式如下所示：
[0014]所述步驟(2)中的偶氮吡啶烷氧基苯的化學(xué)式如下所示：
[0016] 其中，R為C10~C24的直鏈或支鏈烷基，X為C1或Br;
[0017] 所述步驟(3)的反應(yīng)過程如下所示：
[0019] 其中，X為I或者Br;
[0020] 按質(zhì)量份數(shù)計，所述步驟(4)通過熱還原法將0.5份醋酸銀充分溶解在乙腈溶液 中，然后將1.9份碘鍵或1.6份溴鍵化合物添加到溶解醋酸銀的乙腈溶液中，超聲攪拌0.5-lh后除掉乙腈溶劑，將上述混合物在真空條件下梯度升溫至110-120°C，冷卻至室溫后得到 金屬-鹵素-偶氮吡啶衍生物的雙鹵鍵化合物。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述R為C10~C18的直鏈或支鏈烷基。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟（1)的重氮偶合反應(yīng)是通過將亞硝酸鈉和苯酚置于氫氧化鈉或 氫氧化鉀溶液中冷卻至〇_5°C后將該混合溶液滴加到含有4-氨基吡啶的鹽酸水溶液中，冰 浴攪拌0.5-2h后將反應(yīng)混合物的pH調(diào)節(jié)至6~7，過濾，將沉淀水洗、重結(jié)晶、干燥得到中間 體4-羥基苯偶氮P比啶。
[0023] 優(yōu)選地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述亞硝酸鈉為4份，苯酚為5份;氫氧化鈉或氫氧化鉀溶 液為10 % (w/w);所述含有4-氨基吡啶的鹽酸水溶液中含4-氨基吡啶6份，鹽酸和水的體積 比為5:4。
[0024] 優(yōu)選地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述步驟（2)的醚化反應(yīng)是將4-羥基苯偶氮吡啶和碘化 鉀、份碳酸鉀溶于有機溶劑中，向該混合溶液中滴加氯代烷烴或溴代烷烴的溶液，加熱回流 反應(yīng);所述石油醚與乙酸乙酯的體積比為1:1或者1:2。
[0025] 優(yōu)選地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述4-羥基苯偶氮吡啶為2份，碘化鉀為0.005份，碳酸鉀 為6.9份;有機溶劑為二甲基亞砜(DMS0);加熱溫度為120-140°C，回流反應(yīng)時間為5-12h。
[0026] 優(yōu)選地，所述步驟(3)的有機溶劑為氯仿或正己烷;攪拌為室溫下攪拌2小時。
[0027] 優(yōu)選地，所述步驟(3)的偶氮吡啶烷氧基苯的溶液為偶氮吡啶烷氧基苯充分溶于 氯仿或正己烷中形成的溶液;按質(zhì)量份數(shù)計，所述偶氮吡啶烷氧基苯為1.8份。
[0028] 本發(fā)明的另一方面，一種協(xié)助金屬增強熒光的化合物，所述化合物通過上述方法 制備得到。
[0029] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的雙鹵鍵化合物由于引入雙鹵鍵作為偶氮染料與金屬 納米粒子之間的橋梁，增加了染料與金屬納米粒子之間的距離，從而具有可協(xié)助金屬增強 熒光的特性，并且，這種染料與金屬納米粒子之間的距離可以通過選擇不同的鹵族元素(如 1 2)來進行調(diào)節(jié)，進一步起到調(diào)控金屬增強熒光強度的作用，在生物醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域有著廣 闊的潛在應(yīng)用，而且本發(fā)明中通過引入鹵鍵增加金屬與染料之間的距離從而增強熒光的制 備方法簡單易行，易于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0030] 圖 1 是A12AzPy，12Br，A12AzPy-Ag和 12Br-Ag (0 · 6wt % )在丙酮中的熒光發(fā)射圖，其 中Ag納米粒子在基體中的濃度為10wt% ;
[0031] 圖2是A12AzPy-Ag(0 · 6wt % )在352nm的激發(fā)波長下的熒光發(fā)射峰；
[0032]圖3是12Br-Ag(0.6wt % )在393nm的激發(fā)波長下的熒光發(fā)射峰；
[0033]圖4是不同濃度的12Br-Ag在丙酮中的熒光發(fā)射峰，其中Ag納米粒子在12Br基體中 的濃度為l〇wt%;
[0034] 圖5是不同銀摻雜濃度的12I_Ag(0.6wt%)在丙酮中的熒光發(fā)射峰。
【具體實施方式】
[0035] 為了更好地說明本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的 技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0036]實施例1:化合物lb的合成
[0038] 1.中間體4-羥基苯偶氮吡啶的合成
[0039] 將4 · 00g(58mmol)亞硝酸鈉和5 · 00g(53mmol)苯酸置于10% (w/w)氫氧化鈉水溶液 (20ml)中，并將其冷卻至ljO°C。將上述混合溶液逐滴加入到含有6.00g(64mmol)4-氨基吡啶 的45ml鹽酸溶液(25ml 11N鹽酸和20ml水）中。冰浴下攪拌0.5h。然后，用10 % (w/w)氫氧化 鈉水溶液將反應(yīng)混合物的pH值調(diào)節(jié)到6~7。過濾得到黃色的沉淀。水洗、重結(jié)晶、干燥得到 黃色固體。產(chǎn)率:38.0%。
[0040] 2.偶氮吡啶十二烷氧基苯(記作A12AzPy)的合成
[0041 ] 將4-羥基苯偶氮吡啶（2.00g，0. lmol)、碘化鉀（0.005g，0.03mmol)和碳酸鉀 (6.9g，0.005mol)溶于DMS0(20ml)溶液中。向上述混合溶液中逐滴滴加含有1-氯代十二烷 (2.05g，0.01mol)的DMSO(lOml)溶液。加熱到130°C回流反應(yīng)5h。反應(yīng)完后置于200ml水中過 濾得到桔黃色的沉淀。水洗、重結(jié)晶、干燥得到桔黃色固體。然后用石油醚與乙酸乙酯體積 比為1:1的混合溶劑進行柱層析，收集前餾分。真空旋干前餾分中溶劑，得到淺桔黃色粉末。 產(chǎn)率:61.0%。
[0042]結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)如下：
[0043] IR(KBr，cm-4 :2918cm-1 和2849cm-1 處為烷基鏈的特征吸收峰，1254cm-1 為C-0-C的 特征吸收峰。
[0044] iH-NMRGOOMHz^DCL·) :S8.77(2H，d，Ar-H)，S7.95(2H，d，Ar-H)，S7.71(2H，d，Ar-H),57.03(2H,d,Ar-H),54.06(2H,t,-〇-CH2-) ,5l.85(2H,m,-CH2-),5l.46(2H,m,-CH2-) ,δ 1.27(16H,m,-C8Hi6-),50.90(3H,t,-CH3)〇
[0045] 3.溴鍵化合物的合成
[0046] 將0.035g(0.5mmol)的溴水滴加到溶于5ml氯仿的偶氮吡啶十二烷氧基苯 (0.1835g，0.5mmo 1)的溶液中，室溫下攪拌2h。過濾和干燥得到橘紅色的沉淀。產(chǎn)率： 91.0%〇
[0047] 4.雙鹵鍵化合物的合成
[0048]上述步驟1、2、3、4可用下述反應(yīng)式表示，在本實施例中，XR為1-氯代十二烷，R為- Cl2H23 ;
[0050]實施例2:化合物la的合成
[0052]反應(yīng)步驟同實施例1，只是在步驟3用碘單質(zhì)代替溴水，得到碘鍵化合物（記作 121)〇
[0053]上述實施例制成的雙鹵鍵化合物具有如下特征：
[0054] 將上述得到的雙鹵鍵化合物溶解于丙酮中，其熒光特性較原化合物A12AzPy， A13AzPy，12Br和121有明顯增強。
[0055] 圖1-5顯示了上述實施例中制備的偶氮吡啶烷氧基苯（A12AzPy)，鹵鍵化合物 (12Br和121)和雙鹵鍵化合物（1 a至1 b)的熒光曲線，可以看出雙鹵鍵化合物的熒光較原料 A12AzPy，12Br和121具有顯著的提高，其中，由于I-Ι的距離大于Br-Br的距離，雙碘鍵化合 物的熒光強度大于雙溴鍵化合物的熒光強度。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護 范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種協(xié)助金屬增強熒光的化合物的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1 )4_氨基吡啶和苯酚在亞硝酸根存在的條件下發(fā)生重氮偶合反應(yīng)，得到中間體4-羥 基苯偶氣P比啶； (2) 4-羥基苯偶氮吡啶與氯代烷烴或溴代烷烴發(fā)生醚化反應(yīng)后過濾沉淀、水洗、重結(jié) 晶、干燥后用石油醚與乙酸乙酯的混合溶劑進行柱層析生成偶氮吡啶烷氧基苯； (3) 將碘或溴溶于有機溶劑中，然后滴加到步驟(2)的偶氮吡啶烷氧基苯的溶液中，攪 拌，沉淀出碘鍵或溴鍵化合物； (4) 在碘鍵或溴鍵化合物中原位合成銀納米粒子，得到金屬-鹵素-偶氮吡啶衍生物的 雙鹵鍵化合物； 所述步驟(1)中4-羥基苯偶氮吡啶的化學(xué)式如下所示：所述步驟(2)中的偶氮吡啶烷氧基苯的化學(xué)式如下所示：其中，R為CIO~C24的直鏈或支鏈烷基，X為C1或Br; 所述步驟(3)的反應(yīng)過程如下所示：其中，X為I或者Br; 按質(zhì)量份數(shù)計，所述步驟(4)通過熱還原法將0.5份醋酸銀充分溶解在乙腈溶液中，然 后將1.9份碘鍵或1.6份溴鍵化合物添加到溶解醋酸銀的乙腈溶液中，超聲攪拌0.5-lh后除 掉乙腈溶劑，將上述混合物在真空條件下梯度升溫至110-120°C，冷卻至室溫后得到金屬-鹵素-偶氮吡啶衍生物的雙鹵鍵化合物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述R為C10~C18的直鏈或支鏈烷基。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)的重氮偶合反應(yīng)是通過 將亞硝酸鈉和苯酸置于氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中冷卻至0-5 °C后將該混合溶液滴加到含 有4-氨基吡啶的鹽酸水溶液中，冰浴攪拌0.5-2h后將反應(yīng)混合物的pH調(diào)節(jié)至6~7，過濾，將 沉淀水洗、重結(jié)晶、干燥得到中間體4-羥基苯偶氮吡啶。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，按質(zhì)量份數(shù)計，所述亞硝酸鈉為4份， 苯酚為5份;氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液為10% (w/w);所述含有4-氨基吡啶的鹽酸水溶液中 含4-氨基吡啶6份，鹽酸和水的體積比為5: 4。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，按質(zhì)量份數(shù)計，所述步驟(2)的醚化反 應(yīng)是將4-羥基苯偶氮吡啶和碘化鉀、份碳酸鉀溶于有機溶劑中，向該混合溶液中滴加氯代 烷烴或溴代烷烴的溶液，加熱回流反應(yīng);所述石油醚與乙酸乙酯的體積比為1:1或者1:2。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，按質(zhì)量份數(shù)計，所述4-羥基苯偶氮吡 啶為2份，碘化鉀為0.005份，碳酸鉀為6.9份;有機溶劑為二甲基亞砜(DMSO);加熱溫度為 120-140 °C，回流反應(yīng)時間為5-12h。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的有機溶劑為氯仿或正 己烷;攪拌為室溫下攪拌2小時。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的偶氮吡啶烷氧基苯的 溶液為偶氮吡啶烷氧基苯充分溶于氯仿或正己烷中形成的溶液;按質(zhì)量份數(shù)計，所述偶氮 吡啶烷氧基苯為1.8份。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的方法制備的協(xié)助金屬增強熒光的化合物，其特征在于， 所述化合物通過上述方法制備得到。
【文檔編號】C09K11/06GK106045905SQ201610405347
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】陳寅杰, 于海峰, 楊槐, 李路海
【申請人】北京印刷學(xué)院