[发明专利]吲哚类半菁染料的合成与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类吲哚类半菁染料的合成与应用，属于精细化工领域中一类功能染料的合成及其作为荧光染料的应用。

背景技术

细胞内质子在许多细胞过程中都扮演一个重要的角色，如：细胞的成长、 钙的调节、 细胞内吞作用、细胞粘连等。研究细胞内pH的动力学对理解许多细胞内生理机能的调节机制是至关重要的。检测细胞内pH的方法很多，如微电极、核磁共振等，而荧光显微镜比这些方法更灵敏、更方便，因此近几年荧光pH探针被广泛用于监控细胞内pH的变化。 一般来说，细胞内存在两个较宽的pH范围：一个是大约6.8–7.4，如细胞质；另一个是大约4.5–6.0，即所谓的酸性细胞器，如溶酶体。以各种荧光团为母体的pH探针已经被报道，有些已被用于组织或活细胞成像，有些也已经商品化。但是具有双发射的pH探针已见报道的很少。特别是酸性pH探针，几乎都是基于光诱导电子转移（PET）机理，因此没有波长的变化。虽然商品化探针DND160是具有双发射的酸性pH探针（Diwu Z, Chen CS, Zhang C Chem. Biol. 1999, 6 (7): 411-418），但其缺点明显: 探针的吸收和发射波长都很短，容易对细胞造成损伤，而且还会产生生物质自荧光的干扰。因此合成较长波长的双发射、低pKa的探针，将会有更好的应用前景。

苯乙烯类吲哚菁染料具有良好的光稳定性，合适的水溶性，很好的细胞膜通透性以及在细胞内具有较强的荧光，而且这类染料的合成非常简单，收率也很高，但是通常对pH不敏感。羟基是一个重要的pH探针官能团，许多含有羟基的pH探针已经被报道（Tang B, Liu X, Xu KH, Huang H, Yang GW, An LG. Chem. Comm. 2007, 3726-3728）。而应用于细胞酸泡成像的pH探针需要具有较低的pKa，在染料分子中引入吸电基团可以降低分子的pKa。

近几年，具有固体荧光的有机化合物已经受到广泛关注，因为它们不仅可以用来进行基础研究，而且还可能应用于光电领域，如有机发光二极管，光电转换系统。理解它们的发光行为和固态的性能是非常重要的，因为在实际应用中，这些材料一般是以薄膜的形式应用的。然而，具有固态发射的有机化合物很少。这主要是因为在晶体形态或者无定形的固相（例如薄膜），荧光团之间堆积得非常紧密，即使具有最亮发射的荧光团，也会导致严重的淬灭。另外，固态的激发光和发射光具有很强的消光系数，这对固体荧光是非常有害的(Ozdemir T, Atilgan S, Kutuk I, Yildirim,LT, Tulek A, Bayindir M, Akkaya E U.Org. Lett. 2009, 11 (10): 2105-2107)，特别当荧光团的斯托克斯位移很小的时候。因此，高效的固态荧光分子的开发是一个具有挑战的课题。最近几年，有很多文献 (Ooyama Y, Mamura T, Yoshida K.  E. J. Org. Chem. 2007, 5010–5019; Shimizu M, Takeda Y, Higashi M. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48 (20): 3653-3656; Shimizu M, Takeda Y, Higashi M, Hiyama T. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48 (20): 1-5) 报道固体发射的荧光团结构，阐述其发光机理，它们都是带有较大侧链的共轭体系，这样可以抑制分子间的聚集；而且多数分子是供-受体形式，有较强的分子内质子转移（ICT）效应，可以增大荧光团的斯托克斯位移，减少荧光自淬灭。

上述许多研究在X-射线单晶衍射的基础上，阐述了固体荧光性质和分子堆积结构的关系。研究表明：分子间的强π-π作用和邻近的荧光团之间连续的分子内氢键是导致固态荧光淬灭的主要因素。因此，设计新型的强固态发射的荧光团首先要减少引起荧光淬灭的分子间作用。当前消除分子间聚集的方法主要是引入大体积取代基或者引入具有位阻的取代基构建非平面结构，以此来解决聚集淬灭荧光的问题。苯乙烯类染料具有较强的ICT效应，通过引入较大的取代基也可以使其具有较强的固态荧光，这类染料的光稳定性好，易于合成与纯化，适于光电领域的研究。