专利名称：一种发射波长可调的bodipy荧光染料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及生物荧光分析领域的荧光染料及其制备，特别是一种发射波长可调节的BODIPY (氟化硼络合二吡咯甲川)荧光染料及其制备方法。
背景技术：
氟化硼络和二吡咯甲川荧光染料(BODIPY)是近年来出现的一类新型荧光染料，它是由二吡咯亚甲基与三氟化硼形成的复合物。该染料分子具有较高的稳定性，可以避免染料自身在荧光分析过程中受激发光的照射、温度的升高或检测环境的改变而导致染料结构迅速降解，也保证了光谱分析信号的稳定性。此外，BODIPY染料具有荧光量子效率高、吸收光谱和荧光发射光谱窄的优点，因而在生物分析及生物标记时具有很高的灵敏度。1985年，Worries H.J.和Koek J.H.等人合成了 2位带有磺酸基团的BODIPY染料，该染料以钠盐形式存在，因此具有很好的水溶性。这是首次成功地在BODIPY染料母体结构中引入了活性基团，为BODIPY染料日后广泛应用于生物分析领域走出了第一步。为了解决BODIPY分子的水溶性，Ziessel R.等人在BODIPY的2，6位引入季铵盐基团，得到了一系列水溶性好、荧光量子效率高的BODIPY荧光染料。Liu H.Y.通过在BODIPY的3，5引入水溶性的聚乙二醇基团，以及用聚乙二醇功能化的炔试剂取代BODIPY中心氟原子，得到一些列水溶性好的荧光染料。近年来，对BODIPY染料的研究倾向于合成长波长的BODIPY染料，因为染料的发射波长较长，光穿透力强，背景干扰�。梢院芎玫赜τ糜谏锓治龊蜕锍上�。为了把BODIPY的荧光发射波长调节到近红外区，研究人员主要运用了下列三种方法:I)把吡咯换成异喹啉和呋喃并吡咯来增加分子的π共轭结构，并在3位和5位连接芳香取代基。1995年，Haugland R.P.和Kang H.C.采用邻苯二羰基化合物为原料，先与羟胺反应生成异吲哚二 甲川中间体，然后与三氟化硼络合，最终得到具有大共轭体系的BODIPY荧光染料。这个系列BODIPY染料母体结构的最大发射波长不到600nm，但将母核的3，5位连上两个噻吩基或有烷基取代的噻吩基以后，最大发射波长甚至超过了 700nm，成为近红外荧光染料。但是，这一系列的化合物由于无法引入可连接的基团且染料分子的溶解性很差，难于穿透细胞膜进入细胞组织内，从而阻碍了其在生化领域的应用。2)在BODIPY的α位共轭连接推电子的芳香基团。Haugland R.P.和Kang H.C.等人通过乙烯桥将芳香基团与BODIPY染料母体连接起来，得到染料的荧光发射波长为652nm,说明在BODIPY染料母核的2位上引入苯乙烯基，可以使染料的发射波长大大红移。Burgess研究组合成了一系列呋喃并吡咯化合物，并以此为原料与酰氯缩合研发了最大发射波长大于650nm的一类氟硼荧染料，这类染料减少了分子的扭转程度，从而使其最大发射波长红移。3)用氮原子取代普通BODIPY的8位上碳原子，得到aza_B0DIPY。为了设计合成具有大斯托克斯(Stokes)位移、荧光量子效率高、光稳定性好且使BODIPY分子的荧光发射波长到达近红外区，O’ Shea’研究组用氮原子取代普通的BODIPY的8位上碳原子，得到aza-BODIPY。aza-BODIPY染料的摩尔消光系数大、荧光量子产率高、荧光光谱半峰宽窄、荧光寿命长和光稳定性好，并且其突光对溶剂的极性和pH均不敏感，是一类可应用于生物领域的荧光染料，极有可能作为光敏剂应用于光动力学治疗。目前大多数BODIPY染料的水溶性差，缺少可以用于功能化的基团，因而限制了其在生物医学上的进一步应用。为了设计合成水溶性较好，有活性官能团的近红外荧光染料，本发明设计合成了一种结构新颖、性能优良、制备方法简单的新型BODIPY荧光染料。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种发射波长可调的BODIPY荧光染料及其制备方法，该BODIPY荧光染料在氟硼二吡咯母体的3，5位和meso位引入活性基团从而改变染料的光谱性质，克服现有荧光染料在性能和结构上的不足，具有分子结构简单、荧光量子效率高、发射波长从可见光到近红外可调、光稳定性好且制备方法简单的优点，适用于细胞成像、荧光探针或激光染料。本发明的技术方案:一种发射波长可调的BODIPY (氟化硼络合二吡咯甲川)荧光染料，化学式为C15+mH6+nBF7N2+x0y，其中m，n, x, y均为0-100的整数，且分子具有以下结构:
权利要求
1.一种发射波长可调的BODIPY (氟化硼络合二吡咯甲川)荧光染料，其特征在于:化学式为C15+mH6+nBF7N2+x0y，其中m，n, x, y均为0-100的整数，且分子具有以下结构:
2.一种如权利要求1所述发射波长可调的BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)将五氟苯甲醛溶解在无水有机溶剂中，在氮气氛围下加入带有取代基R1,R2, R3的吡咯，得到混合液，混合液中五氟苯甲醛与无水有机溶剂的用量比为300-20000毫克:100毫升，醛与带有取代基R1, R2, R3的吡咯的摩尔比为0.01-0.50:1 ； 2)在氮气保护下，把催化剂滴加到上述混合液中，在温度为0-110°C下反应3小时，得到反应液； 3)在上述反应液中加入2，3-二氯-5，6- 二氰基-1，4-苯醌(DDQ)，DDQ与醛的摩尔比为0.01-10:1，氧化脱氢0.5小时，得到脱氢液； 4)在上述脱氢液中依次加入有机胺、摩尔比为1:1的三氟化硼乙醚溶液，有机胺与醛的摩尔比为1-300:1，三氟化硼乙醚溶液与醛的摩尔比为0.1-500:1，继续反应I小时，得到目标溶液； 5)减压蒸馏除去溶剂后，残留物经过硅胶柱层析得到目标物。
3.根据权利要求2所述发射波长可调的BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于:所述带有取代基为R1, R2, R3的吡咯中的取代基R1, R2, R3为烷基、巯基、炔基、苯酚基、苯硫酚基、苯基、苯乙烯基、对甲氧基苯乙烯基、对氨基苯乙烯基、苯乙炔基或对氨基苯乙炔基且直接连接到吡咯环上。
4.根据权利要求2所述发射波长可调的BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于:所述有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃或无水乙酸乙脂。
5.根据权利要求2所述发射波长可调的BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于:所述催化剂为三氟乙酸或对甲苯磺酸。
6.根据权利要求2所述发射波长可调的BODIPY荧光染料的制备方法，其特征在于:所述有机胺为三乙胺、三甲胺、二异丙基乙胺或哌啶。
7.—种如权利要求1所述发射波长可调的BODIPY荧光染料的应用，其特征在于:用于细胞成像、荧光探针或激光染料，方法是:将该荧光染料分子溶解在生理盐水或羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)的缓冲水溶液中、或将该荧光染料分子溶解在甲醇、乙醇、乙腈、二甲亚砜、二甲酰胺有机溶剂中、或水与上述有机溶剂任意比例的混合溶剂中，然后把溶解有该荧光染料的上述溶液直接用于各 种应用场合。
全文摘要
一种发射波长可调的新型BODIPY荧光染料，化学式为C15+mH6+nBF7N2+xOy，其中m,n，x，y为0-100的整数；制备方法是将五氟苯甲醛溶解在有机溶剂中，在通氮气下加入带有取代基R1，R2，R3的吡咯，以三氟乙酸或对甲苯磺酸作为催化剂进行反应，然后加入2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌氧化脱氢，最后加入有机胺和三氟化硼乙醚溶液继续反应，将反应液浓缩后，利用硅胶柱层析得到目标物；该荧光染料可用于细胞成像等。本发明的优点该荧光染料的发射波长可以从可见光区调节到近红外区，且荧光发射光谱窄、荧光量子效率高、光稳定性好；该荧光染料分子结构简单、合成方法简便，易于推广应用。
文档编号G01N33/52GK103194085SQ201310115259
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者曾林涛, 徐俊超, 查佳玉, 王亮, 王秋生 申请人:天津理工大学
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