一類近紅外氟硼二吡咯熒光染料及其合成方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及兩種近紅外氟硼二吡咯熒光染料及其合成方法，屬于功能性熒光染 料、有機合成和精細化學品領域。
【背景技術】
[0002] 熒光分析技術作為目前應用極其廣泛的一種有效檢測方法，利用帶有識別基團的 熒光化合物分子作為檢測試劑，再與靶標物結合的前后熒光的強度或者波長的變化來判定 靶標的種類和濃度等等相關參數。大多數生物分子本身沒有熒光或熒光較弱，檢測靈敏度 較低。為了使其高靈敏地檢出，人們常用熒光染料或熒光探針與待測物進行標記或反應， 生成具有強熒光的共價或非共價結合的物質進行生物標記、熒光成像等，使檢出限大大降 低，是研宄在活體組織的細胞和亞細胞的一個十分重要的手段.。作為熒光響應信號的傳遞 者，有機染料應不影響生物自身的功能，并且具有良好的性質。目前，許多種類的熒光染料 被應用于生物檢測領域中，然而不同的熒光染料即便是應用在同種物質分析過程中他們的 表現卻有著較大的差異，這說明并不是所有的熒光染料都適合設計成相應的熒光探針而應 用在生物體內活性靶標的檢測領域。一般認為適宜生物用的熒光染料應該同時具備長波吸 收和發射、高的熒光量子產率、較高的光化學穩定性、較好的細胞穿透能力和細胞內的溶解 能力、對生物體沒有或者僅有極小的毒害等。
[0003] 近紅外熒光染料（600-1000nm)，使用低能激光分子，可以降低生物體內物質的自 吸收和自發熒光的干擾，提高檢測的靈敏度和選擇性，有利于提高熒光穿透深度、提高熒 光成像效率，可以深入的用于探索生物體內部奧秘。目前已經廣泛應用于生物分析眾多領 域，如DNA雜交測試，免疫檢測，腫瘤細胞早期診斷，基因變異檢測等。
[0004] 氟硼二吡咯類（BODIPY)熒光染料是近二三十年發展起來的一類光物理化學性能 優異的熒光分子。在其結構中，硼橋鍵和甲川橋鍵把兩個吡咯環固定在一個平面上，具有 剛性平面結構。該類分子大多具有非常優異的光物理性能：1)較高的剛性，較高的熒光量 子產率；2)較高的摩爾消光系數，吸光效率高；3)較窄的熒光發射光譜；4)較好的光熱及 化學穩定性，受環境、溶液PH影響較小；5)較小的分子質量和較低的細胞毒性；6)多個修 飾位點等。因此可用于設計高靈敏度的熒光探針來進入細胞檢測各種陽離子、陰離子、自由 基以及蛋白質等，還能應用于合成DNA探針等。與其他染料一樣，短波長的BODIPY熒光染 料應用于生物領域檢測的結果受到生物自吸收和自身熒光的干擾，降低了檢測靈敏度。因 此對其進行結構修飾，開發利用具有高度剛性、高熒光量子產率和光化學穩定性的新型長 波近紅外及功能化BODIPY熒光染料分子具有重大的意義。
[0005]目前，在近紅外染料BODIPY的合成方面人們已經做了大量的工作，并且得到了 一系列近紅外熒光染料：Donal F. 0' Sheal 組（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10619-10631) 和 Erica M. Carreira (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1677-1679)課題組報道的一系列 BODIPY染料，但是這種染料的量子產率都低于0. 36。Haugland和Kang課題組（U. S. Patent 6005113,1999 ;W093/09185, 13May 1993)報道的 BODIPY 類熒光染料的衍生物，在 BODIPY 母體的引入芳基、五元雜環、苯乙烯基、萘乙烯基等多達Iio多種衍生物。但專利中所給出 的合成比較繁瑣.近年來，市場上的近紅外BODIPY焚光染料主要為Iifetechnology公司 產品，比如BODIPY 650/665, BODIPY 630/650等，但是其價格昂貴（前者4280元/mg，后者 4419元/5mg)，限制正常的應用。因此合成一種量子產率高，成本低廉的新型的近紅外熒光 染料具有重大理論意義和應用價值
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種量子產率高、穩定性好的近紅外氟硼二吡咯熒光染料及 其制備方法。
[0007] 本發明的另一目的是提供該熒光染料的一種交聯聚苯乙烯微球的應用方式。
[0008] 一類近紅外氟硼二吡咯熒光染料，其特征在于：所述染料結構通式如下：
[0009]
[0010] 其包括化合物1，結構如下：
[0011]
[0012] 化合物2,結構如下：
[0013]
[0014] 一種制備上述熒光染料的方法，包括如下步驟：
[0015] 1)將4-溴鄰苯二甲酰亞胺、錫粉在酸性條件下過夜進行還原反應后，經回流、萃 取、旋干，得到淡黃色固體；
[0016] 2)將淡黃色固體和等摩爾比例的Vilsmeier-Haack試劑（維爾斯邁爾-哈克試 劑）混合，經過夜回流反應，調節PH = 7,萃取，旋干，得到棕色固體；
[0017] 3)將得到的棕色固體和NaOH水溶液在乙醇中回流反應三小時，用稀鹽酸調PH至 出現白色晶體，萃取、旋干，得到褐色固體；
[0018] 4)將得到的褐色固體和吡咯類衍生物，以1 :10的摩爾比，有機溶劑、室溫、催化劑 條件下反應半小時后，冰浴中加入路易斯堿，室溫下攪拌后，冰浴中加入三氟化硼乙醚，室 溫下反應，經旋干后用硅膠柱和高效液相純化得到產品。
[0019] 所述酸性條件中酸為濃鹽酸和冰醋酸混合液，其體積比為1 :1 ;
[0020] 所述回流反應的有機溶劑為二氯甲烷和/或三氯甲烷；
[0021] 所述NaOH溶液濃度為4mol/L ;
[0022] 所述吡咯類衍生物為2,4-二甲基吡咯和2,4-二甲基-三乙基吡咯，其中為前者 時，染料為化合物1，為后者時，染料為化合物2 ;
[0023] 所述第四步反應催化劑為三氯氧磷，三氟乙酸；
[0024] 所述路易斯堿為三乙胺。
[0025] 一種上述熒光染料的應用，其特征在于所述熒光染料和聚苯乙烯微球相互交聯形 成聚苯乙烯熒光微球。
[0026] 所述聚苯乙烯熒光微球制備方法如下：
[0027] 1)聚苯乙烯微球的制備
[0028] A.單分散聚苯乙烯種子微球的制備：
[0029] 裝有磁力攪拌、回流冷凝裝置的IOOmL兩口圓底燒瓶，抽真空充氬氣三次，依次加 入一定量乙醇、蒸餾水以及分散劑聚乙烯吡咯烷酮，室溫下充分攪拌使分散劑溶解，向體系 中加入一定量引發劑偶氮二異丁晴的苯乙烯單體，充分攪拌使體系均勾，油浴加熱至聚介， 體系逐漸變白，恒溫反應，得白色乳狀液，反應液高速離心后棄去上層淸液，將下層白色固 體依次用去離子水、乙醇洗滌，產物于真空干燥箱中干燥，得白色固體粉末；
[0030] B.交聯聚苯乙烯微球的制備：
[0031] 配制0. 25wt %的十二烷基硫酸鈉（SDS)水溶液備用；
[0032] 稱取一定量聚苯乙烯種子微球加入上述SDS水溶液中，取適量溶脹劑加入SDS溶 液中，分別超聲乳化后將兩份乳液混合，油浴中攪拌溶脹，使乳化后的溶脹劑被種子微球吸 收；
[0033] 分別取一定量單體苯乙烯、交聯劑二乙烯基苯，加入適量引發劑過氧化二苯甲酰， 攪拌溶解后，加入SDS溶液并超聲乳化，將含有單體和引發劑的乳液加入到種子微球的溶 脹液中，使單體被種子微球充分吸收；
[0034] 最后向體系中加入質量分數10%的穩定劑水溶液，攪拌均勾后通氬氣保護，70°C 條件下恒溫聚合，反應液冷卻后高速離心分離，下層白色固體依次用乙醇、去離子水洗滌， 產物于真空干燥箱中干燥，所得白色固體粉末即交聯后的聚苯乙烯微球；
[0035] 2)熒光染料和聚苯乙烯微球交聯：
[0036] H2O-THF體系項微球中負載染料：將一定量交聯聚苯乙烯微球分散在適量的去離 子水中，權利要求1所述的熒光染料配成不同濃度的THF溶液，按H20、THF體積比5 :1加入 微球分散液中攪拌吸附，然后離心分離并用無水乙醇洗滌數次，微球在真空干燥箱中干燥， 獲得一系列染料含量不同的熒光微球。
[0037] 所述的聚苯乙烯熒光微球制備方法，其特征在于：
[0038] 1)在單分散聚苯乙烯種子微球制備過程中，溶劑中蒸餾水和無水乙醇體積比不小 于1 :5,苯乙烯單體用量是溶劑質量的10% -15%，分散劑聚乙