[发明专利]一种具有生物膜透性潜能的氧杂蒽类荧光染料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及光学传感成像检测技术中的分子荧光染料的制备，特别是一种具有生物相关应用潜能的新型pH稳定且可透膜的氧杂蒽类染料的制备方法，并将该染料应用到细胞成像实验中。

背景技术

分子荧光染料的研究在分子传感技术，分子成像技术及光电子设备研究等领域是持续热门的话题。氧杂蒽类染料（如荧光素和罗丹明类及其衍生物）以其摩尔消光系数大，量子效率高以及好的生物兼容性而被大量研究并被广泛应用到分子生物学和太阳能电池等领域。然而，由于现有的这些染料其自身光物理性质的缺陷而使其应用受到局限。比如荧光素类染料在强光作用下会发生不可逆的光漂白，而且其荧光性能有强烈的pH依赖性，其与蛋白络合后会导致荧光减弱甚至淬灭；罗丹明类衍生物在浓度较大的溶液或掺杂固体中会因π-π堆积作用而形成二聚体，导致光淬灭或者光敏性降低。因此，基于氧杂蒽类结构的新型分子荧光染料的设计与合成迫在眉睫，依旧是引人注目的研究热点。

Rhodafluor又名rhodol荧光团，以其特有的结构兼具了荧光素和罗丹明好的光物理性质如摩尔消光系数大、荧光量子效率高、光稳定性好以及良好的溶解性，而且它们中的大多数在pH 5.5以上的环境中能产生稳定的光学信号。最近，它们已被成功发展成为一系列荧光示踪物包括对高活性氧、酶、离子及其它化学物质的识别。但就我们所知，现存的rhodafluor染料尽管有优良的光学性质但仍有局限性，如其光稳定性仍有待提高，pH适用范围较窄等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种具有生物相关应用潜能的新型pH稳定且具有透膜功能的氧杂蒽类染料及其衍生物的制备方法。本发明构思设计了一种新的类似于rhodol的氧杂蒽结构骨架，这种设计不但优化了rhodol染料的发光稳定性，而且将发射波长红移了70-80 nm。与rhodol染料相比，本发明设计合成的新型染料更有利于细胞示踪信号官能团，且对于pH低的细胞器（如：溶酶体pH4.5-5.5）也能够获得稳定的光学信号。

本发明所提供的具有生物膜透性潜能的氧杂蒽类荧光染料化合物，其结构如式1所示

。

 

本发明提供的具有生物膜透性潜能的新型pH稳定的氧杂蒽类荧光染料的制备方法，详细步骤如下：

(1)将2-(4-二乙氨基)-2-羟基苯甲酰)苯甲酸和1,4-二羟基萘在甲磺酸中加热搅拌，加热温度为80-85 ℃，反应时间4-6h，冷却后得产物溶液。

(2)将上述产物溶液中加水后，用碳酸氢钠中和，乙酸乙酯萃取，收集有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤，用甲醇重结晶即得到如式1产品。

所述2-(4-二乙氨基)-2-羟基苯甲酰)苯甲酸和1,4-二羟基萘的摩尔比为1:1，二者的总重量与溶剂甲磺酸的重量比为1:2-5。

所述中和时加入水的体积与产物溶液的体积比是7-12：1。

所述重结晶时甲醇与固体残余物的重量比为8-15：1。

本发明提供的荧光化合物1在多数有机溶剂中以螺环内酯的结构稳定存在，但对酸较敏感。化合物1在不同溶剂中的光物理性质如表1所示。

表1 化合物1在不同溶剂中的光物理性质

注: a: “-TFA”不加TFA; b: “+TFA”加 1% TFA; c: “--” 吸收值为负数.。

本发明提供的荧光化合物在中性和酸性的水样介质中以开环的共轭形式存在，在pH 1.5-9.5的水溶液中578 nm处有显著的吸收，621 nm处有明显的发射峰，当pH增加到12时吸收峰红移到620 nm处，荧光发射强度变得很弱，随着pH的增大，溶液颜色从紫红色变为墨绿色，其pKa值分别为4.05和10.03。化合物1在不同PH中所对应的平衡转化结构式如下图：

。

 

本发明的优点和有益效果：

本发明改进现有的氧杂蒽类染料光谱性能上的不足,设计并合成出长波长的新型荧光染料。该类长波长荧光染料具有对pH稳定，光稳定性好的优点,此外这类化合物还具有较好的水溶性,同时具备良好的细胞膜通透性。