專利名稱：喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應用領(lǐng)域，特別是涉及喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應用。

背景技術(shù)：
自從1965年Triebs和Jacob首次報道了用吡啶和方酸合成了第一個難溶的吡啶方酸菁染料以來，方酸菁染料以其獨特的D-π-A-π-D型共軛體系的兩性離子結(jié)構(gòu)，具有良好的光電性質(zhì)，如強吸光度(ε≥105L mol-1cm-1)、吸收或發(fā)射波長范圍廣(從可見光到近紅外區(qū)域)、高吸光系數(shù)、高發(fā)光量子產(chǎn)率及光穩(wěn)定性好等引起國內(nèi)外眾多科學者的關(guān)注和重視。新型多功能的方酸菁染料不斷被報道設計合成，已廣泛應用于熒光標記、生物探針等領(lǐng)域。如1997年，Yasemin G等人合成了N，N-二羧基取代的苯胺類方酸菁染料，結(jié)構(gòu)式為
以其水溶性好，對氫離子相應靈敏度高等優(yōu)點，是很好的氫離子熒光探針。
1998年，Umut Oguz a等人含冠醚的方酸菁染料，并用于選擇性檢測Na離子，其結(jié)構(gòu)為
2005年，Karl J.Wallace等人報道合成了含羥基的方酸菁染料，能有效地與鐵離子配位，用于對Fe離子的分析檢測，其結(jié)構(gòu)為
2007年，Rekha R.Avirah等報道合成了含喹啉的半方酸菁染料，應用于Hg2+的檢測，效果明顯，該染料的結(jié)構(gòu)式為
但上述方酸菁染料無論是吸收波長還是發(fā)光波長范圍都很小(500～650nm)，僅限于可見光范圍內(nèi)，且Stockes位移小(≤30nm)，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊較多，染料的自吸收程度高，激發(fā)光與發(fā)射光的之間的相互干擾及背景干擾等嚴重，很難在生物環(huán)境中進行分析、檢測。
2008年，Sivaramapanicker Sreejith等報道合成了可用于生物背景中分析檢測人血漿中硫醇含量的近紅外發(fā)光方酸菁染料，有效地克服了背景干擾，實現(xiàn)了生物環(huán)境下巰基(SH)的分析、監(jiān)測，該近紅外方酸菁結(jié)構(gòu)為
但該染料的Stockes位移仍較小，存在激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊及染料的自吸收等缺點，分析的靈敏度待進一步提高。
綜上所述，方酸菁染料是一類非常重要的有機功能染料，它與現(xiàn)代高新技術(shù)緊密相聯(lián)系。隨著方酸菁染料的被廣泛地開發(fā)和應用，對方酸菁染料的需求標準也將越來越高，但現(xiàn)有的菁染料一般具有溶解性差、活性鍵合能力低，發(fā)射波長范圍不理想，穩(wěn)定性有待進一步提高等缺點，阻礙其在分析、尤其是生物分析等方面的應用。研究開發(fā)新的在近紅外波段具有較強發(fā)光或吸收、較高穩(wěn)定性和溶解性的方酸菁染料必將會對分析檢測等性能帶來巨大影響，因此合成具有優(yōu)良性能的新型方酸菁染料仍將是目前研究的熱點。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料及其制備和應用，該類染料的熒光發(fā)射波長達800nm～1160nm的近紅外范圍，對環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，背景吸收?。涣硗?，該染料分子具有較大的Stockes位移(△>100nm)，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊較少，減少了檢測中染料的自吸收，降低了激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的之間的相互干擾，提高熒光分析檢測的靈敏度，可達10-10mol/L以上。該染料應用于熒光標記與探針以及生物免疫分析、檢測、新藥物開發(fā)等領(lǐng)域。
本發(fā)明的化學反應方程式，如下 (1)喹啉季銨鹽的制備
其中，R1＝NO2，OH，NH2或SO3H；R3＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。

其中，R1＝PO4H2，COOH或-CN；R3＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
(2)對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
其中，R1＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN；R3＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
(3)不對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN等； R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
本發(fā)明的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子結(jié)構(gòu)通式如下
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN等； R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)； 性狀深灰色至黑色固體，熔點在200～390℃范圍內(nèi)。
所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為對稱或非對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料； 所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1＝R2且R3＝R4； 所述的非對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1≠R2且R3≠R4；所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含硝基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H12O6N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含氨基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O2N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磺酸基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H14O8S2N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磷酸基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O8N2P2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含羧基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C24H14O6N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)。
所述的方酸菁發(fā)光材料的發(fā)光波長為800nm～1160nm； 本發(fā)明的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備方法，包括 (1)苯環(huán)上含有取代基的喹啉季胺鹽的制備 I喹啉衍生物的制備 ①磺化 將2-甲基喹啉與濃硫酸按體積比1:5混合，控制反應溫度在220℃以下，反應3h，在冰水浴條件下用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為5.8～6.2，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進行分離，得到5-磺酸基-2-甲基喹啉(45～50％)和6-磺酸基-2-甲基喹啉(14～20％)； 或②硝化 將2-甲基喹啉、濃硝酸和濃硫酸按體積比1:5:5混合，控制反應溫度在10℃以下，反應4h，在冰水浴條件下用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值3～4，待有大量白色沉淀生成，抽濾，再以硅膠為載體，石油醚/乙酸乙酯體積比4:1為洗脫劑進行分離，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率75％和6-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率10％；或改變溫度為60℃，其它條件相同，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率45％和6-硝基-2-甲基喹啉，產(chǎn)率52％； 或③?、谒苽涞?或6-硝基-2-甲基喹啉、鐵粉和醋酸按摩爾比1:4:6混合(醋酸的濃度為體積比1:1)，攪拌條件下回流1h，加入NaCO3調(diào)節(jié)呈堿性(pH8～9)，用二氯甲烷萃取有機相，減壓蒸餾，除去有機溶劑，再經(jīng)硅膠柱層析分離，石油醚/乙酸乙酯體積比1∶4，分別得5-氨基-2-甲基喹啉和6-氨基-2-甲基喹啉； 或④將對磷酸基苯胺與無水乙醛按摩爾比1:2混合，并加入2mL濃硫酸，回流攪拌4.5h，用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為6.8～7.2，減壓蒸出部分是水，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進行分離，得到6-磷酸基-2-甲基喹啉； 或⑤將對腈基苯胺與無水乙醛按摩爾比1:2混合，并加入2mL濃硫酸，回流攪拌5.0h，用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為6.8～7.2，減壓蒸出部分是水，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比2:1為洗脫劑進行分離，得到6-腈基-2-甲基喹啉；再將0.015mol 6-腈基-2-甲基喹啉與20mL0.05mol/NaOH混合，室溫下攪拌反應24h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值，有大量沉淀生成，過濾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比1:1為洗脫劑分離，得到6-羧基-2-甲基喹啉； II喹啉季胺鹽的制備 將上述I中制備的喹啉衍生物與碘代酸按摩爾比1:1.1混合，再加入20mL乙腈、回流加熱12h，待有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析，乙醇/二氯甲烷體積比1:(1.5～3)，得喹啉季銨鹽； 所述的碘代酸為碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等； (2)喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備 I對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備 將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽與方酸按摩爾比2:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為4:3:1，再用乙醇重結(jié)晶，得對稱水溶性喹啉方酸菁染料； 或II非對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備 ①將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽A與方酸按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時加入0.8mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析，其中，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為(1～4):3:(1～5)，得半方酸菁染料； ②取半方酸菁染料與步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽B按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為(1～4):3:(1～5)，再用乙醇重結(jié)晶，得非對稱水溶性喹啉方酸菁染料。
所述步驟(2)中的喹啉季銨鹽A和喹啉季銨鹽B為步驟(1)中所制備的兩種不同取代基的喹啉季銨鹽。
本發(fā)明的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料應用于新藥物開發(fā)、熒光標記與探針以及生物免疫分析、檢測等領(lǐng)域。
本發(fā)明選用生物活性高、剛性強、共軛體系較大的芳香雜環(huán)喹啉為前體，與具有芳香性的方酸四元環(huán)共軛，同時在喹啉環(huán)的氮原子上引入體積較大的活性羧基、酯基，可與方酸四元環(huán)上的氧原子形成分子內(nèi)H鍵，限制兩環(huán)平面的轉(zhuǎn)動，增加了平面共軛性，大大增強了其光穩(wěn)定性及與其它材料的相容性等。
同時，在喹啉基的苯環(huán)的上5、6位上引入帶有π鍵或含有孤對電子的硝基、羥基、氨基、腈基、磺酸基、磷酸基、羧基等基團，增加了方酸菁體系的共軛電子云密度或共軛長度，使該類染料的熒光發(fā)射波長達800nm～1160nm的近紅外范圍，對環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，背景吸收小(生物組織及環(huán)境對該波段光吸收較小或者不吸收)；另外，該染料分子具有較大的Stockes位移(△>100nm)，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的重疊較少，減少了檢測中染料的自吸收，降低了激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的之間的相互干擾，提高熒光分析檢測的靈敏度，可達10-10mol/L以上。
有益效果 (1)本發(fā)明制備的方酸菁染料具有穩(wěn)定性高，與其他材料相容性好等有點； (2)該染料的熒光發(fā)射波長在近紅外區(qū)域，對環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，減少自吸收和背景吸收，熒光分析的靈敏度可達10-10mol/L，如對溶液中小牛胸腺DNA的檢出限為1.2×10-10mol/L； (3)該制備方法簡單易行，成本低，經(jīng)濟效益好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。



圖1為喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的分子結(jié)構(gòu)通式； 圖2為實施例1所制備的5-硝基-2-甲基喹啉和2-甲基喹啉紅外光圖譜； 圖3為實施例1所制備的5-硝基-2-甲基喹啉核磁氫譜圖； 圖4為實施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉鹽的紅外光圖譜； 圖5為實施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉對稱方酸菁染料的紅外光圖譜； 圖6為實施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉對稱方酸菁染料的核磁氫譜圖； 圖7為pH對實施例1所制備的喹啉對稱方酸菁染料熒光光譜的影響分析圖，其中csample＝1.2×10-5M； 圖8為溶劑對實施例1所制備的喹啉對稱方酸菁染料熒光光譜的影響分析圖，其中csample＝1.2×10-5M； 圖9為實施例1所制備的N-羧丙基5-硝基-2-甲基喹啉對稱方酸菁染料的核磁氫譜圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1 含硝基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成，其分子式為C22H12O6N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為褐色至深褐色固體，熔點在330～356℃范圍。
將配有冷凝管、溫度計和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶在冰水浴及磁力攪拌條件下，加入10mL濃硝酸和10mL濃硫酸，充分攪拌下緩慢滴加2mL 2-甲基喹啉，控制反應溫度在10℃以下，待反應物全部加入后，繼續(xù)反應4h，在冰水浴條件下用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值3～4，有大量白色沉淀生成，抽濾，再以硅膠為載體，石油醚/乙酸乙酯(4:1)為洗脫劑分離，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉(yield75％)和6-硝基-2-甲基喹啉(yield10％)。改變溫度為60℃，其它條件相同，分別得到5-硝基-2-甲基喹啉(yield45％)和6-硝基-2-甲基喹啉(yield52％)，具體數(shù)據(jù)特征見圖2和圖3。
稱取硝基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1:3))得對應季銨鹽(55～64％)，紅外光譜分析見圖4。
將0.06mmol對應季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾出有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝1:3:5)，再用乙醇重結(jié)晶，得對應的含硝基對稱水溶性喹啉方酸菁染料(70～86％)，具體數(shù)據(jù)特征見圖5，圖6和圖7。
含硝基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料在不同溶劑中的光譜數(shù)據(jù)，見表1 表1.目標方酸菁染料在不同溶劑中的光譜數(shù)據(jù)(csample＝1.2×10-5M)
實施例2 含氨基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成其分子式為C22H16O2N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至褐色固體，熔點在293～324℃范圍。
在100mL三口燒瓶中，加入0.04mol鐵粉和40mL水，再加入2mL冰醋酸，在回流條件下小火煮沸5min，稍冷，滴加0.01mol 5或6-硝基-2-甲基喹啉，攪拌條件下回流1h，加入NaCO3調(diào)節(jié)呈堿性，用二氯甲烷萃取有機相，減壓蒸餾，除去有機溶劑(二氯甲烷和少量冰醋酸)，再經(jīng)硅膠柱層析分離[石油醚/乙酸乙酯(1:4)]，得對應氨基衍生物[5-氨基-2-甲基喹啉(yield64％)和6-氨基-2-甲基喹啉(yield28％)。
稱取氨基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1:2))得對應季銨鹽(56～62％)。
將0.06mmol對應季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝2:3:1)，再用乙醇重結(jié)晶，得對應含氨基基對稱水溶性喹啉方酸菁染料(70-87％)。
實施例3 含磺酸基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成其分子式為C22H14O8S2N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為黑色至深褐色固體，熔點在341～365℃范圍。
將配有冷凝管、溫度計和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶在冰水浴及磁力攪拌條件下，20mL濃硫酸，充分攪拌下緩慢滴加2mL(0.016mol)2-甲基喹啉，控制反應溫度在220℃一下，待反應物全部加入后，繼續(xù)反應3h，在冰水浴條件下用NaOH中和部分硫酸，使pH≈6.0，用二氯甲烷萃取(20mL×5)，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(3:1)為洗脫劑分離，分別得到5-磺酸基-2-甲基喹啉(yield:42％)和6-磺酸基-2-甲基喹啉(yield:20％)。
稱取磺酸基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1:3))得對應季銨鹽(45-59％)。
將0.06mmol對應季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝4:3:1)，再用乙醇重結(jié)晶，得對應含磺酸基對稱水溶性喹啉方酸菁染料(70～86％)。
實施例4 含磷酸基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成，其分子式為C22H16O8N2P2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至深褐色固體，熔點在351～380℃范圍。
向配有冷凝管、溫度計和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶中0.02mol對磷酸基苯胺，2mL濃硫酸，充分攪拌下緩慢滴加0.04mol無水乙醛，回流攪拌4.5h，用NaOH中和部分硫酸，使pH≈7.0，減壓蒸出部分溶劑(主要是水)，用二氯甲烷萃取(20mL×5)，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(3:1)為洗脫劑分離，得到6-磷酸基-2-甲基喹啉(yield47％)。
稱取磷酸基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(1∶3))得對應季銨鹽(50～59％)。
將0.06mmol對應季銨鹽，0.03mmol方酸和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝4:3:1)，再用乙醇重結(jié)晶，得含磷酸基對稱水溶性喹啉方酸菁染料(75～89％)。
實施例5 含羧基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成，其分子式為C24H14O6N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至褐色固體，熔點在327～349℃范圍。
向配有冷凝管、溫度計和恒壓滴液漏斗的100mL三口燒瓶中0.02mol對腈基苯胺，2mL濃硫酸，充分攪拌下緩慢滴加0.04mol無水乙醛，回流攪拌5.0h，用NaOH中和部分硫酸，使pH≈7.0，減壓蒸出部分溶劑(主要是水)，用二氯甲烷萃取(20mL×5)，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(2:1)為洗脫劑分離，分別得到6-腈基-2-甲基喹啉(yield56％)。
向配有冷凝管圓底燒瓶中依次加入20mL0.05mol/LNaOH溶液，0.015mol腈基取代喹啉衍生物，室溫下攪拌反應24h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值，有大量沉淀生成，過濾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯(1:1)為洗脫劑分離，得到6-羧基-2-甲基喹啉(yield51％)。
稱取羧基取代喹啉衍生物0.01mol，加入100mL三口燒瓶中，再依次加入20mL乙腈、0.015mol碘代酸(如，碘甲酸、碘乙酸、正碘代丙酸等)，回流加熱12h，有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析(乙醇/二氯甲烷(2:3))得對應季銨鹽(46～57％)。
將0.06mmol對應季銨鹽和0.5mL喹啉依次加入含6mL苯和6mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝4:3:2)，再用乙醇重結(jié)晶，得含羧基對稱水溶性喹啉方酸菁染料(75～83％)。
實施例6 不對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的合成 其分子式為C22H12O2N2R1R2R3R4，結(jié)構(gòu)式為
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN等，R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至黑色固體，熔點在302-395℃范圍。
分別稱取實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5中各取代基喹啉季胺鹽0.05mmol，0.05mmol方酸和0.8mL喹啉依次加入含9mL苯和9mL正丁醇的混合液中，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析硅膠柱層析分離(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝(1～4):3:(1～5))，得對應半方酸菁染料(77～86％)。
分別稱取上述半方酸菁染料各0.03mmol，0.5mL喹啉，6mL苯和6mL正丁醇于100mL燒瓶中，再以正交不重疊的方式加入實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5中各取代基喹啉季胺鹽0.03mmol，共沸蒸餾去水，反應12h，減壓蒸餾除去有機溶劑(苯和正丁醇)，硅膠柱層析(乙醇:二氯甲烷:乙酸乙酯＝(1～4):3:(1～5))，再用乙醇重結(jié)晶，得各種不同的不對稱方酸菁染料(67％～90％)。
權(quán)利要求
1.喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子結(jié)構(gòu)通式如下
其中，R1或R2＝NO2，OH，NH2，SO3H，PO4H2，COOH或-CN；
R3或R4＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，
性狀深灰色至黑色固體，熔點在200～390℃范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為對稱或非對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1＝R2且R3＝R4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的非對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其結(jié)構(gòu)式中R1≠R2且R3≠R4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含硝基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H12O6N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為褐色至深褐色固體，熔點在230～360℃范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含氨基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O2N4R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為深灰色至褐色固體，熔點在293～324℃范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磺酸基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H14O8S2N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，性狀為黑色至深褐色固體，熔點在341～365℃范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含磷酸基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C22H16O8N2P2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，為深灰色至深褐色固體，熔點在351～380℃范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料為含羧基對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子式為C24H14O6N2R2，結(jié)構(gòu)式為
其中，R＝(CH2)nCOOH，n＝0～7整數(shù)，為深灰色至褐色固體，熔點在327～349℃范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其特征在于所述的方酸菁發(fā)光材料的發(fā)光波長為800nm～1160nm。
11.喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備方法，包括
(1)苯環(huán)上含有取代基的喹啉季胺鹽的制備
I喹啉衍生物的制備
將2-甲基喹啉與濃硫酸按體積比1:5混合，控制反應溫度在220℃以下，反應3h，在冰水浴條件下用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為5.8～6.2，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進行分離，得到5-磺酸基-2-甲基喹啉45～50％和6-磺酸基-2-甲基喹啉14～20％；
或?qū)α姿峄桨放c無水乙醛按摩爾比1:2混合，并加入2mL濃硫酸，回流攪拌4.5h，用NaOH中和部分硫酸，調(diào)節(jié)pH為6.8～7.2，減壓蒸出部分水，用二氯甲烷萃取20mL×5，合并有機相，減壓蒸餾，再以硅膠為載體，二氯甲烷/乙酸乙酯體積比3:1為洗脫劑進行分離，得到6-磷酸基-2-甲基喹啉；
II 喹啉季胺鹽的制備
將上述I中制備的喹啉衍生物與碘代酸按摩爾比1:1.1混合，再加入20mL乙腈、回流加熱12h，待有大量沉淀生成，抽濾，乙醚洗滌后，硅膠柱層析，乙醇/二氯甲烷體積比1:1.5～3，得喹啉季銨鹽；
所述的碘代酸為碘甲酸、碘乙酸或正碘代丙酸；
(2)喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
I對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽與方酸按摩爾比2:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑苯和正丁醇，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為4:3:1，再用乙醇重結(jié)晶，得對稱水溶性喹啉方酸菁染料；
或II非對稱喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備
①將步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽A與方酸按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時加入0.8mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑苯和正丁醇，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為1～4:3:1～5，得半方酸菁染料；
②取半方酸菁染料與步驟(1)所制備的喹啉季銨鹽B按摩爾比1:1混合加入苯和正丁醇的混合溶液中，其中苯和正丁醇的體積比為1:1，同時加入0.5mL喹啉，共沸蒸餾去水，反應24h，減壓蒸餾除去有機溶劑苯和正丁醇，硅膠柱層析，其中，乙醇、二氯甲烷與乙酸乙酯的體積比為(1～4):3:(1～5)，再用乙醇重結(jié)晶，得非對稱水溶性喹啉方酸菁染料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的喹啉季銨鹽A和喹啉季銨鹽B為步驟(1)中所制備的兩種不同取代基的喹啉季銨鹽。
13.喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料應用于新藥物開發(fā)、熒光標記與探針以及生物免疫分析、檢測領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及喹啉類水溶性近紅外發(fā)光方酸菁染料，其分子結(jié)構(gòu)通式為右式，其制備包括將2-甲基喹啉進行溴代、磺化、硝化、?；?，再在乙腈與碘代酸或碘代酸酯作用生成喹啉季胺鹽；將喹啉季胺鹽與方酸混合，共沸蒸餾去水，減壓蒸餾，硅膠柱層析，再用乙醇重結(jié)晶，得水溶性喹啉方酸菁染料；該染料應用于新藥物開發(fā)、熒光標記與探針以及生物免疫分析、檢測等領(lǐng)域。本發(fā)明的喹啉方酸菁染料其熒光發(fā)射波長在近紅外區(qū)域，對環(huán)境、生物組織均具有優(yōu)良的穿透性，減少自吸收和背景吸收，熒光分析的靈敏度可達10-10mol/L；該制備方法簡單易行，成本低，經(jīng)濟效益好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號G01N33/53GK101544844SQ200910050048
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者徐洪耀, 嚴正權(quán), 陳玉風, 光善儀 申請人:東華大學