《近红外苊醌类荧光染料的合成.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《近红外苊醌类荧光染料的合成.doc（3页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、豆丁网近红外苊醌类荧光染料的合成张建伟，崔京南大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁大连 （116012）E-mail：peg2000摘 要：本文以苊醌为原料，通过硝化、缩合及取代三步反应制备了 4,5-二丁氨基苊并吡嗪 类荧光染料 4；通过硝化和取代两步反应制备了 4,5-二丁氨基苊醌荧光染料 5，并通过核磁 共振谱图表征了这两个新型荧光染料以及中间体的化学结构正确。经测试这两个染料的紫外 吸收光谱和荧光发射光谱，显示染料 5 仅达到 520 nm，而染料 4 的荧光发射波长达到 610 nm。 通过两个染料结构对比，阐明了它们之间的光学谱图之间差异的原因。此苊醌类荧光染料相 对于 1,8
2、-萘酰亚胺类染料，具有更为优秀的光学性质以及更加简便的制备方法，为荧光染料4 进一步改造后，在生物化学领域应用打下了良好基础。 关键词：近红外；荧光；染料；苊醌中图分类号：TQ617.31.引 言一些化学物质从外界吸收并储存能量（如光能、化学能、X线、阴极射线等）而进入激 发态，当其从激发态再恢复到基态时，过剩的能量可以用电磁辐射的形式散失（即发光）， 这种现象叫做荧光现象。可产生荧光的分子或者原子在接受能量之后会立刻产生荧光，而一 旦停止供能，荧光现象也会随之消失 1 。日本的下村修、美国的马丁沙尔菲和美籍华人钱永健因绿色荧光蛋白（GFP）的研究， 分享了 2008 年的诺贝尔化学奖。虽然G
3、FP有很多优点，但是由于其荧光强度弱，荧光波长 短，受温度、溶剂影响大，Stocks位移小，成本高昂等不足，限制了其在生物测试方面的广 泛应用2-4。而成本低廉、性能稳定的荧光染料仍将广泛应用于先期测试当中。荧光染料是一种广泛使用的荧光指示剂（又称为荧光探针），具有检测速度快、重复性 好、用样量少、无辐射等优点5。利用荧光探针可测定DNA和RNA的结构、研究DNA碱基 损伤修复、辨别蛋白质分子中氨基的状态和蛋白质分子的活性区，检测pmol级的蛋白质， 区分不同构象的核酸以及有关药物的化学反应活性检测。荧光免疫分析采用时间-分辨技术 可用于许多蛋白质、激素、病毒抗原及DNA杂交体的分析。激光诱导
4、的荧光染料光谱在活 细胞、活体体液、DNA碱基序列和细菌原体的鉴定、恶性肿瘤的早期诊断和治疗中起到重 要作用6。目前用于标记或衍生的荧光试剂只主要有荧光素类、罗丹明类、邻苯二甲醛（OPA）类 等化合物，他们虽然这些染料具有很高的荧光量子产率，但最大吸收波长和荧光发射波长大 多小于 600 nm。而对于生物样品而言，其样品生物基体和一些杂质在此区域也有吸收或能 发射荧光，再加上光散射的影响往往会产生较为严重的背景干扰，限制了荧光分析法灵敏度 的提高7。相对于常规荧光（em 600 nm）光 区，生物样品基体光吸收或荧光强度很小，因而背景干扰大大降低。并且由于扩散光强度与 波长的四次方成反比，随着
5、波长的增加，拉曼散射迅速减小，使扩散干扰也大为减少。因而，创制新型长荧光波长的近红外荧光染料，对于生物化学研究具有重要作用。- 3 -2.实验部分2.1 试剂 苊醌（工业级）；浓硫酸（98%）；浓硝酸（70%，工业级）；正丁胺（分析纯，天津科密欧化学试剂开发中心）；二氨基马来腈(DAMN，工业级，武汉鑫华远精细化学有限公司)。2.2 表征仪器Varian INOVA 400（400MHz）核磁共振仪（美国 Varian 公司，TMS 为内标），TU-1901双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），F-4500 荧光分光光度计（日本日立公司）。2.3 合成路线NCCNNC CN
6、O OHNO3O ODAMNN NNO2 NO2n-C4H9NH2CH3CNn-C4H9N NNH HNn-C4H9H2SO4NO2 NO23 4n-C4H9NH2O O1 2NH HNn-C4H9 n-C4H95图 1 苊醌类荧光染料的合成Fig.1 Synthesis of Acenaphthenequinone fluorescent dyes2.4 合成步骤与结构表征2.4.1 化合物 2 的合成与表征在 100 ml的三口圆底烧瓶中加入 2.0 g（11.0 mmol）的苊醌 1，0 搅拌下缓缓加入 30 ml的浓硫酸至溶解。将溶解在 4 ml浓硫酸的 1.5 ml 浓HNO3，在
7、05 中滴入到苊醌的硫 酸溶液中。滴加结束后，将溶液加热到 65 ，继续搅拌反应 3 h结束。将混合物倒入到冰 水中，过滤，干燥。使用乙腈进行重结晶，可以得到 1.7 g黄色针状晶体，收率 86 %。1H-NMR（DMSO-d6, 400MHz）： 8.36(d, J = 7.6 Hz, 2H), 8.72(d, J = 7.6 Hz, 2H)。2.4.2 化合物 3 的合成与表征在 100 ml的单口圆底烧瓶中加入 1.0 g（3.7 mmol）的 2 和 400 mg（3.7 mmol）的二氨 基马来腈(DAMN)，然后加入 50 ml的乙腈搅拌溶解后，加热回流反应 4 h结束。减压旋蒸去
8、 乙腈，得粗产品 1.2 g，收率 95 %。使用乙腈进行重结晶，得到淡黄色针状晶体 0.87 g，收 率 70 %。1H-NMR（DMSO-d6, 400MHz）： 8.76(d, J = 7.6 Hz, 2H), 8.84(d, J = 7.6 Hz, 2H)。2.4.3 化合物 4 的合成与表征在 25 ml的单口圆底烧瓶中加入 3 中间体 50 mg（0.12 mmol），搅拌下加入 15 ml的乙腈将其溶解后，加入 227 mg（0.3 mmol）丁胺，回流下搅拌 8 h，反应结束。减压旋蒸去乙腈后，使用CH2Cl2/CH3OH = 100/1 洗脱剂，进行硅胶HPLC分离纯化，得到
9、橙红色固粉末 12 mg，收率为 24.4 %。1H-NMR（DMSO-d6, 400MHz）： 1.00(d, J = 7.2 Hz, 3H), 1.20(m, J = 7.2Hz, 2H), 3.20(t, J = 7.2 Hz, 2H), 4.10(d, J = 7.2 Hz, 2H), 6.82(d, J = 7.2 Hz, 1H), 7.00(d, J = 7.6Hz, 1H), 8.30(d, J = 7.6 Hz, 1H)。2.4.4 化合物 5 的合成与表征在 100 ml的单口圆底烧瓶中加入 100 mg（0.4 mmol）的 2，搅拌下加入 60 ml的乙腈将 其溶解后，加
10、入 100 mg（1.4 mmol）的丁胺，回流下搅拌 6 h，反应结束。减压旋蒸去乙腈， 使用CH2Cl2作为洗脱剂，进行硅胶HPLC柱分离纯化，得到黄色固粉末 42 mg，收率为 35.7%。1H-NMR（CDCl3, 400 MHz）： 1.00(d, J = 7.2 Hz, 3H), 1.20(m, J = 7.2 Hz, 2H), 3.20(t, J = 7.2Hz, 2H), 4.30(d, J = 7.2 Hz, 2H), 6.72(d, J = 7.6 Hz, 1H), 8.40(d, J = 7.6 Hz, 1H)。3.结果与讨论3.1 合成工艺路线比较由于本论文所设计的两个
11、荧光染料，在结构上与 1,8-萘酰亚胺类荧光染料相似，因此， 选用 1,8-萘酰亚胺类荧光染料的工业合成路线作为参比。1 ,8-萘酰亚胺是一类非常重要的荧 光染料，因其具有色泽鲜艳，荧光强烈的特点，而广泛用于荧光染料和荧光增白剂。此外， 还用于金属荧光探针，太阳能聚集器，液晶，有机光导材料8。此类化合物的制备方法是由 苊出发，经硝化、氧化、脱水、还原、取代五步反应制得，合成路线如下9：HOAcHNO3NO2OCO2HCO2HNO2O-H2OOONO2HOOONH2O RNH2RNONH2图 2 1,8-萘酰亚胺类荧光染料合成路线Fig.2 Synthesis route for 1, 8- Naphthalimide fluorescent dyes相对比之下，本文设计的苊醌类的荧光染料具有合成步骤简单（23 步），合成收率 高的优点。3.2 化合物的光学性质以CH2Cl2为溶剂，化合物 4 的光学特点与绿色荧光蛋白（GFP）非常相似，紫外吸收出 现了主吸收峰（378 nm）和次吸收峰（483 nm）两个吸收峰，荧光也在 520nm处出现了一 个肩峰，但只有使用次吸收峰作为激发光时，才会得到稳定的荧光谱图。（见图 3）
