[发明专利]羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成方法和应用

说明书

本发明提供了一种新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成和应用，该类染料是以1，8‑萘酰亚胺为荧光团母体，使其4号位与羰基氮杂环丁烷共价连接。这类新型荧光染料具有优异的荧光强度和光稳定性，使其在荧光检测和荧光成像等领域，特别是单分子检测和超分辨荧光成像等新兴领域具有广泛的应用前景。R₁为H、C1‑4烷基、芳基，R₂为其中X₁为H、C1‑2烷基，X₂为C1‑2烷基，X₃为C1‑2烷基，X₄为C1‑2烷基。

技术领域

本发明属于荧光染料领域，具体涉及一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料及其合成和应用。

背景技术

有机荧光染料被广泛应用于生物分子标记，通过所见即所得的方式跟踪生物分子，研究功能生物分子的位置和作用。荧光染料的光强度和光稳定性是影响成像质量的首要因素，虽然，大量商业染料已经被开发并广泛应用，但随着以超高分辨为技术支撑的单分子荧光成像的快速发展，对荧光染料的光强度和光稳定性提出了更高的要求。

有机荧光染料从荧光构效关系上可分为共振(Resonant)染料与电荷转移(ChargeTransfer，CT)染料，而荧光性质决定于基态与激发态间的电子传递。1,8-萘酰亚胺由于其独特的光物理性质而被认为是最通用的荧光团母体之一，在各种实际应用中得到了广泛的探索。1,8-萘酰亚胺类染料属于电荷转移染料，存在明确的电子供体与电子受体，其具有较宽的吸收与发射峰、大斯托克斯位移、相对较低的摩尔吸光系数等发光性能。四元氮杂环丁烷环已经被证明可同时提高染料的亮度和光稳定性，然而，氮杂环丁烷对于萘酰亚胺类染料在亮度方面的提升幅度不高，新开发的羰基氮杂环丁烷则可以弥补这一不足，进一步提高萘酰亚胺荧光团的亮度和光稳定性。

发明内容

本发明的目的之一是提供一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料。

本发明的另一目的是提供一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料的合成方法，该方法具有操作简便、便于提纯、易于功能化衍生等优点。

本发明提供一类新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料，以1,8-萘酰亚胺为荧光团母体，在供电子一端通过共价连接羰基氮杂环丁烷，实现了该类染料荧光量子效率的提高和光稳定性的提升。

所述的羰基氮杂环丁烷4位取代的萘酰亚胺类染料，其结构式为：

R₁为H、C14烷基、芳基，R₂为其中X₁为H、C1-2烷基，X₂为C1-2烷基，X₃为C_1-2烷基，X₄为c_1-2烷基。

新型羰基氮杂环丁烷取代的萘酰亚胺类荧光染料具体合成步骤如下：

(1)染料N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2-(2-(2-羟基乙氧基)乙基)甲酰胺)-1,8-萘酰亚胺的合成：

将N-甲基-4-溴-1,8-萘酰亚胺溶于二甲基亚砜中，并向其中加入氮杂环丁烷-2-羧酸和碳酸钾；将反应液缓慢升温至50-140℃，并在氮气保护下反应10-24h。停止加热，冷却至室温，将反应液倒入水中，用稀盐酸中和至pH为4。用二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，减压除去溶剂，硅胶柱分离，以体积比为400-30:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得棕黄色固体中间体N-甲基-4-(氮杂环丁烷-2羧酸)-1,8-萘酰亚胺；