本發(fā)明涉及熒光染料的合成技術(shù)，特別是一種具有優(yōu)異熒光性能的硼酸酯三環(huán)半菁染料及其合成方法，該染料在生物檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是在細(xì)胞中硝基還原酶的檢測(cè)中具有重要應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、熒光成像是一種非侵入性的成像技術(shù)，具有無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、可視化、高時(shí)空分辨率等優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)疾病的快速診斷。而熒光母核是一個(gè)熒光探針的“核心骨架”。熒光母核特性直接決定了其探針的光學(xué)性質(zhì)以及在疾病診療中的應(yīng)用潛力。目前常見(jiàn)的熒光母核主要有：菁染料、羅丹明、香豆素、d-a-d和bodipy等。雖然以此為核心的熒光探針有很多，但其中大部分探針依舊存在合成困難、穩(wěn)定性差、熒光波長(zhǎng)較短、熒光亮度低、化學(xué)修飾位點(diǎn)少以及熒光不易調(diào)控等問(wèn)題。因此了解熒光母核結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，開(kāi)發(fā)新的多功能熒光母核，在醫(yī)學(xué)診療方面具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種新型硼酸酯三環(huán)半菁染料，該染料易于合成，具有優(yōu)秀的光學(xué)性能和結(jié)構(gòu)易調(diào)控性，適用于細(xì)胞中硝基還原酶的檢測(cè)。本發(fā)明還提供了該染料的合成方法，包括兩種合成路線，以及通過(guò)具體實(shí)施例展示其有的染料如r1上帶有硝基的染料還可在硝基還原酶檢測(cè)中的應(yīng)用。

2、所述的硼酸酯三環(huán)半菁的結(jié)構(gòu)式如下式e：

3、其中

4、

5、虛線方框?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)式為

6、等結(jié)構(gòu)(其中圓圈中對(duì)應(yīng)的碳是雙鍵的一個(gè)碳)。

7、結(jié)構(gòu)式中的r1均為h、1～20個(gè)碳原子的烷基或取代烷基(如芳香環(huán)取代或具有取代基的芳香環(huán)取代等)、磺酸基、磷酸基、羧基及羧酸衍生物基團(tuán)、芳香環(huán)及具有取代基的芳香環(huán)，上述芳香環(huán)上的取代基為硝基、羧基、胺基等，可以是單取代、多取代等；結(jié)構(gòu)式中的r2、r3為苯環(huán)上的不同位點(diǎn)的h、烷基或鹵素取代的烷基(烷基的碳原子個(gè)數(shù)為1-20等)、烯烴、炔基、芳香基、羥基、胺基、鹵素、硝基、芐氧基、烷氧基、苯環(huán)或各種水溶性基團(tuán)(例：so3m)；r4為h、烷基(烷基的碳原子個(gè)數(shù)為1-20等)、烯烴、炔基、芳香基、羥基、鹵素、硝基、芐氧基、烷氧基、苯環(huán)或各種水溶性基團(tuán)(例：so3m)。上述所涉及的烷基均選自碳原子個(gè)數(shù)為1-20等的烷基。

8、本發(fā)明所述的一種硼酸酯三環(huán)半菁染料的合成方法，以5-甲醛基呋喃-2-硼酸為起始原料，先與一個(gè)吲哚季銨鹽縮合制成半菁，再與鄰氨基酚(及其衍生物)反應(yīng)，最終合成硼酸酯三環(huán)半菁產(chǎn)物。或者以5-甲醛基呋喃-2-硼酸為起始原料，先與一個(gè)苯胺(及其衍生物)縮合制成亞胺類化合物，再與鄰氨基酚(及其衍生物)反應(yīng)，最后加入堿和吲哚季銨鹽進(jìn)行取代反應(yīng)，最終合成硼酸酯三環(huán)半菁產(chǎn)物。具體包括如下：

9、路線i：

10、合成路線：

11、

12、步驟1，5-甲醛基呋喃-2-硼酸a與雜環(huán)化合物b(0.2～1倍投料量)溶于溶劑(極性溶劑與非極性溶劑均可)中，以0.01倍～5倍的堿為催化劑，上述的倍數(shù)是基于5-甲醛基呋喃-2-硼酸a，在60～140℃下反應(yīng)1～12小時(shí)得到粗產(chǎn)物c，除去溶劑得到化合物c；

13、步驟2，化合物c與鄰氨基酚或其衍生物d(0.5～3倍投料量)在溶劑(極性溶劑與非極性溶劑均可)中混合，上述倍數(shù)是基于化合物c的，在0～70℃下反應(yīng)5～60分鐘，除去溶劑，經(jīng)過(guò)柱色譜層析得到純的化合物e即硼酸酯三環(huán)半菁染料。

14、步驟1中；反應(yīng)所需的溶劑為乙醇、甲醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮等，所需的堿為哌啶、吡啶、三乙胺等；

15、雜環(huán)b的選自：或有活性甲基或活性亞甲基的其他芳基取代雜環(huán)結(jié)構(gòu)化合物；有活性亞甲基的芳基取代雜環(huán)結(jié)構(gòu)選自如下(其中虛線圈內(nèi)的碳用于形成雙鍵)：

16、

17、鄰氨基酚(或其衍生物)d的選自：或羥基和氨基為鄰位的化合物；羥基和氨基為鄰位的其他化合物結(jié)構(gòu)選自如下：

18、

19、步驟2中，結(jié)構(gòu)式中的y-為陰離子，主要為鹵素離子、pf6-、clo4-、tso-等；

20、結(jié)構(gòu)式中的r1均為h、1～20個(gè)碳原子的烷基或取代烷基(如芳香環(huán)取代或具有取代基的芳香環(huán)取代等)、磺酸基、磷酸基、羧基及羧酸衍生物基團(tuán)、芳香環(huán)及具有取代基的芳香環(huán)，上述芳香環(huán)上的取代基為硝基、羧基、胺基等，可以是單取代、多取代等；結(jié)構(gòu)式中的r2、r3為苯環(huán)上的不同位點(diǎn)的h、烷基或鹵素取代的烷基(烷基的碳原子個(gè)數(shù)為1-20等)、烯烴、炔基、芳香基、羥基、胺基、鹵素、硝基、芐氧基、烷氧基、苯環(huán)或各種水溶性基團(tuán)(例：so3m)。可以是單取代、多取代；r4為h、烷基(烷基的碳原子個(gè)數(shù)為1-20等)、烯烴、炔基、芳香基、羥基、鹵素、硝基、芐氧基、烷氧基、苯環(huán)或各種水溶性基團(tuán)(例：so3m)。上述所涉及的烷基均選自碳原子個(gè)數(shù)為1-20等的烷基。

21、路線二：

22、合成路線：

23、

24、步驟1，5-甲醛基呋喃-2-硼酸a與苯胺f(0.2～1倍投料量)溶于溶劑中，上述的倍數(shù)是基于5-甲醛基呋喃-2-硼酸a，在0～70℃下反應(yīng)1～12小時(shí)得到中產(chǎn)物g，繼續(xù)加入鄰氨基酚或其衍生物d(0.5～3倍投料量)在溶劑中混合，上述倍數(shù)是基于化合物a的，在0～70℃下反應(yīng)1～12小時(shí)，減壓蒸發(fā)溶劑，得到粗產(chǎn)物h。

25、步驟2，將粗產(chǎn)物h和雜環(huán)化合物b(0.5～3倍投料量)在堿溶液中混合，上述倍數(shù)是基于化合物h的，在40～120℃下反應(yīng)1～12小時(shí)，除去溶劑，經(jīng)過(guò)柱色譜層析得到純的化合物e即硼酸酯三環(huán)半菁染料。

26、步驟1中；反應(yīng)所需的溶劑為乙醇、甲醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮等。

27、鄰氨基酚或其衍生物d與方法i一致；進(jìn)一步步驟2中，反應(yīng)所需的溶劑為乙醇、甲醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮等，所需的堿為哌啶、吡啶、三乙胺等；雜環(huán)b與方法i一致。

28、本發(fā)明方法所涉及的原料易于制備，合成路線短，反應(yīng)條件溫和，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明所制備的半菁類染料具有很好的水溶性、穩(wěn)定性、生物相容性。

29、本發(fā)明所涉及的硼酸酯三環(huán)半菁染料及其合成方法，其合成的半菁染料具有熒光性，可進(jìn)一步用于但不限于紅外熒光成像、光聲成像、光動(dòng)力治療、聲動(dòng)力治療、光熱治療，進(jìn)一步在硝基還原酶檢測(cè)中的應(yīng)用。

30、有益效果：

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硼酸酯三環(huán)半菁染料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

32、(1)合成過(guò)程簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件溫和，易于大規(guī)模生產(chǎn)。

33、(2)染料具有優(yōu)異的水溶性、穩(wěn)定性和生物相容性。

34、(3)熒光性能優(yōu)異，熒光波長(zhǎng)可調(diào)，適用于多種生物檢測(cè)技術(shù)。

技術(shù)特征：

1.硼酸酯三環(huán)半菁染料，其特征在于，結(jié)構(gòu)式如下式e：

2.權(quán)利要求1所述的硼酸酯三環(huán)半菁染料的制備方法，其特征在于，以5-甲醛基呋喃-2-硼酸為起始原料，先與一個(gè)吲哚季銨鹽縮合制成半菁，再與鄰氨基酚及其衍生物反應(yīng)，最終合成硼酸酯三環(huán)半菁產(chǎn)物；包括以下步驟：

3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1中；反應(yīng)所需的溶劑為乙醇、甲醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮等，所需的堿為哌啶、吡啶、三乙胺等。

4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2中，結(jié)構(gòu)式中的y-為陰離子，選自鹵素離子、pf6-、clo4-、tso-等。

5.權(quán)利要求1所述的硼酸酯三環(huán)半菁染料的制備方法，其特征在于，以5-甲醛基呋喃-2-硼酸為起始原料，先與一個(gè)苯胺或其衍生物縮合制成亞胺類化合物，再與鄰氨基酚或其衍生物反應(yīng)，最后加入堿和吲哚季銨鹽進(jìn)行取代反應(yīng)，最終合成硼酸酯三環(huán)半菁產(chǎn)物；具體包括如下：

6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟1中；反應(yīng)所需的溶劑選自乙醇、甲醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮等。

7.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟2中，反應(yīng)所需的溶劑選自乙醇、甲醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮等，所需的堿選自哌啶、吡啶、三乙胺等；雜環(huán)b與權(quán)利要求2的一致。

8.權(quán)利要求1所述的硼酸酯三環(huán)半菁染料應(yīng)用，其特征在于，作為熒光物質(zhì)的應(yīng)用。

9.權(quán)利要求1所述的硼酸酯三環(huán)半菁染料的應(yīng)用，r1上帶有硝基的染料還在硝基還原酶檢測(cè)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種新型硼酸酯三環(huán)半菁染料及其合成方法，該染料具有優(yōu)異的熒光性能，適用于生物檢測(cè)和醫(yī)療成像。發(fā)明提出了兩種合成路線，均以5?甲醛基呋喃?2?硼酸為原料，通過(guò)不同化學(xué)反應(yīng)路徑高效合成目標(biāo)染料。路線一通過(guò)與吲哚季銨鹽縮合形成半菁中間體，再與鄰氨基酚或其衍生物反應(yīng)；路線二先與苯胺或其衍生物縮合形成亞胺類中間體，后通過(guò)取代反應(yīng)合成最終產(chǎn)品。合成步驟簡(jiǎn)便、條件溫和，適合大規(guī)模生產(chǎn)。所合成染料具有良好水溶性和生物相容性，熒光特性可調(diào)，適用于多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。實(shí)施例和附圖詳細(xì)展示了合成過(guò)程、熒光性能及其在細(xì)胞成像中的應(yīng)用，顯示了本發(fā)明在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中的重要價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：莫善雁,郝振銘,閆如玉,胡利明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24