本發(fā)明涉及精細(xì)化工、有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料及其制備方法。
背景技術(shù)：
氟硼二吡咯(bodipy)染料是近二十幾年才發(fā)展起來的并受到廣泛重視的一類光物理化學(xué)性能非常優(yōu)異的熒光化合物。其母核結(jié)構(gòu)及編號(hào)系統(tǒng)如下式(a)所示，兩個(gè)吡咯環(huán)之間通過硼橋鍵和甲川橋鍵固定在具有剛性的一個(gè)平面內(nèi)。這一類染料具有光熱穩(wěn)定性好、摩爾消光系數(shù)大(通常大于80000cm-1m-1)、可修飾性強(qiáng)、光譜半峰寬窄、熒光量子產(chǎn)量高、對(duì)環(huán)境ph不敏感等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生物標(biāo)示、細(xì)胞器熒光呈像、上轉(zhuǎn)換材料等領(lǐng)域。
傳統(tǒng)bodipy染料的紫外吸收和熒光發(fā)射最大波長一般在470-530nm之間，嚴(yán)重制約了其在細(xì)胞呈像中的應(yīng)用。具有長波長吸收和發(fā)射的近紅外熒光bodipy染料成為人們開發(fā)的重心，這類染料的吸收和發(fā)射最大波長大于650nm,穿透力強(qiáng)、可有效避免水、蛋白質(zhì)等背景的干擾。
芳環(huán)稠合bodipy是指通過化學(xué)修飾將苯環(huán)、蒽環(huán)、萘環(huán)、菲環(huán)、噻吩、呋喃等芳環(huán)或雜環(huán)稠合到bodipy的母體結(jié)構(gòu)上，利用擴(kuò)展共軛系統(tǒng)的效應(yīng)，降低熒光染料的homo-lumo能級(jí)差，使吸收和發(fā)射光譜紅移。目前合成近紅外熒光bodipy染料的方法主要有兩大類：(1)合成芳環(huán)稠合的吡咯，然后與醛反應(yīng)并氧化配位氟硼(eur.j.org.chem.,2016,2016,4429-4435.；rscadvances,2016,6,52180-52188.)；(2)合成簡單bodipy，通過2,6-位鹵代，并與芳基硼酸反應(yīng)，之后進(jìn)行分子內(nèi)氧化稠合得到(j.org.chem.,2016,81,229-237.；org.lett.,2014,16,6080-6083.)。合成方法(1)步驟較多，芳環(huán)稠合的吡咯易被氧化，增大了合成難度。且這種方法只能得到對(duì)稱結(jié)構(gòu)的bodipys。合成方法(2)要在bodipy染料的基礎(chǔ)上經(jīng)過兩步反應(yīng)，最終產(chǎn)物產(chǎn)率較低。這些因素都影響了近紅外bodipy染料的合成效率及廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是：為解決目前已報(bào)道的稠合bodipy合成方法較為繁瑣，所得產(chǎn)品以對(duì)稱結(jié)構(gòu)為主的問題，提出一種不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料及其制備方法，使其合成方法簡單、分離方便、產(chǎn)率較高；并且具有優(yōu)異的光譜性質(zhì)如高摩爾消光系數(shù)、較強(qiáng)的熒光發(fā)射，使其光穩(wěn)定性高，可進(jìn)一步修飾成分子探針。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料具有如(i)所示的結(jié)構(gòu)式：
式中，ar選自苯基、取代苯基、噻吩、取代噻吩、呋喃、取代呋喃中的一種。r選自甲基、甲氧基、氟中的一種。
本發(fā)明的不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料的制備方法為：在惰性氣體保護(hù)下，以碘代氟硼二吡咯和取代苯硼酸作為原料，在堿性條件下，加入1當(dāng)量相轉(zhuǎn)移催化劑，在溶劑中鈀催化80℃一鍋煮反應(yīng)4～14小時(shí)，再經(jīng)硅膠柱層析分離制得萘環(huán)稠合的氟硼二吡咯熒光染料。
所述碘代氟硼二吡咯優(yōu)選為2位單碘代氟硼二吡咯，其中吡咯的2,4-位取代基為甲基。
所述取代苯硼酸選自2-甲酰基苯硼酸、2-甲?；?5-氟苯硼酸、3-氟-2-甲?；脚鹚嶂械囊环N，碘代氟硼二吡咯與取代苯硼酸的摩爾比為1:1.5。
所述溶劑選自甲苯、四氫呋喃中的一種，溶劑的使用量為使溶質(zhì)溶解的量。
所述相轉(zhuǎn)移催化劑選自18冠6、四丁基溴化銨(tbab)、四丁基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨中的一種；作為優(yōu)選，使用四丁基溴化銨；相轉(zhuǎn)移催化劑與碘代bodipy的摩爾比為1-2：1。
所述不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料在近紅外離子檢測(cè)、熒光呈像功能材料中的應(yīng)用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在，萘環(huán)稠合可有效擴(kuò)展bodipy的π軌道，有利于電子離域，從而實(shí)現(xiàn)分子的近紅外吸收和熒光發(fā)射。相比于[a]-稠合(1,2位/6,7位)，[b]-稠合(2,3位/5,6位)可進(jìn)一步降低分子的homo-lumo能級(jí)，從而比前者有更為紅移的光譜；所述的不對(duì)稱萘環(huán)稠合bodipy染料的5位可進(jìn)一步修飾，通過knoevenagel反應(yīng)引入離子識(shí)別基團(tuán)，設(shè)計(jì)合成新型近紅外熒光探針；所述的不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料具有合成及分離簡單、產(chǎn)率較高，優(yōu)異的光譜性質(zhì)如高摩爾消光系數(shù)、光穩(wěn)定大大提高，是一種理想的近紅外光功能材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果還體現(xiàn)在：
(1)制備方法簡單，產(chǎn)率較高，分離簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
(2)合成方法使用范圍廣，含有給電子和吸電子取代基的原料都可使用。
(3)應(yīng)用范圍廣，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步修飾用于設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)熒光探針。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，實(shí)施例中所用原料均可市購。
實(shí)施例1
在一個(gè)50mlschlenk反應(yīng)瓶中，加入單碘代bodipy(50mg,0.11mmol),2-甲酰基苯硼酸(25mg,0.165mmol)，四三苯基膦鈀(13mg,0.011mmol)，20ml四氫呋喃，tbab(35mg，0.11mmol),3ml2mna2co3水溶液。通氮?dú)?0分鐘，80℃攪拌反應(yīng)6小時(shí)。用層析柱(dcm：pe＝35:65)分離即可得到紫黑色固體產(chǎn)物17.7mg，產(chǎn)率為39％。結(jié)構(gòu)式如(i-1)中所示的產(chǎn)物不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝8.22(d,1h),7.88(d,1h),7.80(d,1h),7.69(d,1h),7.57–7.56(m,3h),7.48(t,1h),7.41–7.37(m,3h),6.16(s,1h),2.69(s,3h),2.01(s,3h),1.45(s,3h)ppm.maldi-tof-ms:calcdfor[c26h21bf2n2]+:410.18；found:410.57[m]+,391.52[m-f]+.
合成反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例2
在一個(gè)50mlschlenk反應(yīng)瓶中，加入單碘代bodipy(50mg,0.11mmol),5-氟-2-甲酰基苯硼酸(28mg,0.165mmol)，四三苯基膦鈀(13mg,0.011mmol)，20ml四氫呋喃，tbab(35mg，0.11mmol)，3ml2mna2co3水溶液。通氮?dú)?0分鐘，80℃攪拌反應(yīng)6小時(shí)。用層析柱(dcm：pe＝35:65)分離即可得到紫黑色固體產(chǎn)物21mg，產(chǎn)率45％。結(jié)構(gòu)式如(i-2)所示的產(chǎn)物不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料。
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝7.88-7.77(m,3h),7.67(d,1h),7.59–7.56(m,3h),7.41-7.38(m,2h),7.16-7.11(m,1h),6.18(s,1h),2.70(s,3h),1.97(s,3h),1.46(s,3h)ppm.
maldi-tof-ms:calcdfor[c26h20bf3n2]+:428.17；found:428.47[m]+,409.58[m-f]+.
合成反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例3
在一個(gè)50mlschlenk反應(yīng)瓶中，加入單碘代bodipy(50mg,0.11mmol),3-氟-2-甲酰基苯硼酸(28mg,0.165mmol)，四三苯基膦鈀(13mg,0.011mmol)，20ml四氫呋喃，tbab(35mg，0.11mmol)，3ml2mna2co3水溶液。通氮?dú)?0分鐘，80℃攪拌反應(yīng)6小時(shí)。用層析柱(dcm：pe＝35:65)分離即可得到紫黑色固體產(chǎn)物10mg，產(chǎn)率21％。結(jié)構(gòu)式如(i-3)所示的產(chǎn)物不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料。
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝8.03-8.01(m,3h),7.95(d,1h),7.72–7.67(m,1h),7.58(t,3h),7.42-7.37(m,2h),7.08(t,1h),6.19(s,1h),2.71(s,3h),1.99(s,3h),1.46(s,3h)ppm.
maldi-tof-ms:calcdfor[c26h20bf3n2]+:428.17；found:428.34[m]+,409.25[m-f]+.
合成反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例4
在一個(gè)50mlschlenk反應(yīng)瓶中，加入單碘代bodipy(30mg,0.06mmol),2-甲?；脚鹚?14mg,0.09mmol)，四三苯基膦鈀(7mg,0.006mmol)，20ml四氫呋喃，tbab(19mg，0.06mmol),3ml2mna2co3水溶液。通氮?dú)?0分鐘，80℃攪拌反應(yīng)12小時(shí)。用層析柱(dcm：pe＝35:65)分離即可得到金色固體產(chǎn)物16mg，產(chǎn)率為58％。結(jié)構(gòu)式如(i-4)所示的產(chǎn)物不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料。
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝8.25(d,1h),7.89(d,1h),7.81(d,1h),7.70(d,1h),7.58(d,2h),7.47(t,1h),7.39(t,1h),7.30(d,2h),6.16(s,1h),2.69(s,3h),2.01(s,3h),1.54(s,3h),1.46(s,3h),1.41(s,6h)ppm.
maldi-tof-ms:calcdfor[c30h29bf2n2]+:466.24；found:466.36[m]+,447.44[m-f]+.
合成反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例5
在一個(gè)50mlschlenk反應(yīng)瓶中，加入單碘代bodipy(30mg,0.06mmol),2-甲?；脚鹚?14mg,0.09mmol)，四三苯基膦鈀(7mg,0.006mmol)，20ml四氫呋喃，tbab(19mg，0.06mmol),3ml2mna2co3水溶液。通氮?dú)?0分鐘，80℃攪拌反應(yīng)14小時(shí)。用層析柱(dcm：pe＝35:65)分離即可得到深紅色固體產(chǎn)物17mg，產(chǎn)率為61％。結(jié)構(gòu)式如(i-5)所示的產(chǎn)物不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料。
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝8.27(d,1h),7.80(d,2h),7.81(d,2h),7.72(d,2h),7.52-7.44(m,2h),7.40(t,1h),6.15(s,1h),2.69(s,3h),2.40(s,3h),2.14(s,6h),2.09(s,3h),1.44(s,3h)ppm.
maldi-tof-ms:calcdfor[c29h27bf2n2]+:452.22；found:452.47[m]+,433.56[m-f]+.
合成反應(yīng)方程式如下：
實(shí)施例6
在一個(gè)50mlschlenk反應(yīng)瓶中，加入單碘代bodipy(50mg,0.13mmol),2-甲?；脚鹚?30mg,0.2mmol)，四三苯基膦鈀(15.4mg,0.013mmol)，20ml四氫呋喃，tbab(43mg，0.13mmol),3ml2mna2co3水溶液。通氮?dú)?0分鐘，80℃攪拌反應(yīng)3小時(shí)。用層析柱(dcm：pe＝1:1)分離即可得到黑色固體產(chǎn)物15.8mg，產(chǎn)率為27％。結(jié)構(gòu)式如(i-6)所示的產(chǎn)物不對(duì)稱萘環(huán)稠合氟硼二吡咯熒光染料。
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝8.20(d,1h),7.90(d,2h),7.86(d,1h),7.82(d,1h),7.72(d,1h),7.60(d,2h),7.51(t,1h),7.42(t,1h),6.20(s,1h),2.70(s,3h),1.99(s,3h),1.44(s,3h)ppm.
maldi-tof-ms:calcdfor[c27h20bf2n3]+:435.17；found:435.26[m]+,416.28[m-f]+.
合成反應(yīng)方程式如下：