一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料及其合成方法技术

本发明专利技术提供了一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料及其合成方法。该荧光染料为基于萘酰亚胺，通过对供电基团的调节设计合成的一系列匹配405nm激光的高亮度、高稳定性的荧光染料。该系列染料含有两类DF 405荧光染料，第一类为4‑位单取代萘酰亚胺类染料；第二类为4,5‑位双取代萘酰亚胺类染料。其中，第一类染料荧光斯托克斯位移大(>80nm)，水中荧光量子产率大于0.80，且由于衍生、功能化。第二类染料半峰宽小于50nm，水荧光量子产率大于0.6。此外，此系列染料光稳定得到大幅提升，对pH(3‑11)、黏度、温度等微环境变化极不敏感，能够在生物体内复杂环境中提供可靠的荧光信号更，在生物成像、检测等领域有较好应用前景。

A 405nm excited fluorescent dye with high brightness and stability and its synthesis method

【技术实现步骤摘要】
一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料及其合成方法
本专利技术属荧光染料领域，具体涉及一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料及其合成方法。
技术介绍
由于有机小分子荧光染料的荧光发射光谱广泛、尺寸小、易改造等特点，其已经成为光学显微成像及光学检测的重要工具。然而，光学显微成像技术的革新也对有机小分子荧光染料的荧光亮度、稳定性提出了更高的要求；单分子检测的精准性也很大程度决定于染料分子的信号的真实性。因此，荧光染料的改进及荧光性能的提升迫在眉睫。Alexa405与太平洋蓝是405nm激发下应用最为广泛的荧光染料。其中，Alexa405是8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠衍生物，太平洋蓝是7-羟基香豆素类衍生物。但是，由于芘激基缔合物的形成导致Alexa405对极性等微环境存在较强敏感性，导致荧光信号的准确性降低。7-羟基香豆素类化合物强荧光态为氧负离子，这导致这类化合物稳定性较差，同时pH对荧光影响明显，弱酸性条件下即出现荧光淬灭。因此，405nm的荧光染料仍然极为匮乏，缺乏适用于对荧光稳定性要求更高、荧光信号要求更为准确的超分辨成像以及单分子检测等领域的荧光染料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料及其合成方法。一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料，该系列染料荧光量子产率在水溶达到0.80以上，对pH等微环境均不敏感。一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料的合成方法，该方法具有操作简单、提纯容易、原料价廉等优点。本专利技术提供一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料，以萘酰亚胺为荧光团，通过对供电基团的调节设计合成了两类DF405荧光染料，第一类为4-位单取代萘酰亚胺类染料；第二类为4,5-位双取代萘酰亚胺类染料。第一类染料荧光斯托克斯位移大(>80nm)，水中荧光量子产率>0.80，且由于衍生、功能化。第二类染料半峰宽<50nm，水荧光量子产率>0.6。一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料，该系列荧光染料具有如下结构：其中，n为1,2,3,4等整数，m为0,1,2；R1,R2分别为H,C1-C4烷基。一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料的合成方法第一类荧光染料合成路线，如下：具体合成步骤如下：(1)中间体N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物的合成：将N-丁基-4-氨基-1,8-萘酰亚胺溶于四氢呋喃中，并在0℃下向该反应液中滴加氯取代烷基酰氯；滴加完毕后将混合液转移至室温反应6-10h。减压除去溶剂后，去离子水洗涤残余物，抽滤得白色滤饼并用甲醇洗涤，真空干燥得N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物；(2)染料N-丁基-4-环酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物的合成：将N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物，溶于乙腈中，并向其中加入碳酸钾。将反应液缓慢升温至50-90℃，并持续反应1-3h。减压除去溶剂，经200-300目二氧化硅硅胶柱分离，以体积比为200～800:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得米白色固体N-丁基-4-环酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物。步骤(1)中，N-丁基-4-氨基-1,8-萘酰亚胺的质量与四氢呋喃的体积比为2-25:1mg/mL；氯取代烷基酰氯与四氢呋喃体积比为1:10-80、氯取代烷基酰氯与去离子水体积比为1:5-50、氯取代烷基酰氯与甲醇的体积比为1:10-20。步骤(2)中，N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物与碳酸钾质量比1:1-4；碳酸钾的质量与乙腈的体积比为10-20:1mg/mL。一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料的合成方法，第二类荧光染料合成路线，如下：具体合成步骤如下：(1)中间体N-丁基-4-溴-5-硝基-1,8-萘酰亚胺的合成：将4-溴-5-硝基-1,8-萘酐、丁胺溶于无水乙醇中。将反应液加热至40-90℃，搅拌1-12h。将反应液泠却至室温后，减压除去溶剂后，硅胶柱分离，以体积比1:0.25～6的二氯甲烷和石油醚＝或体积比为50～200：1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，减压除去溶剂得米白色固体N-丁基-4-溴-5-硝基-1,8-萘酰亚胺；(2)染料N-丁基-4,5-二烷氧基-1,8-萘酰亚胺的合成：将多元醇溶于干燥的四氢呋喃中，鼓吹氮气下加入Na块，0.5-1h后向反应液中加入N-丁基-4-溴-5-硝基-1,8-萘酰亚胺并加热至60-90℃,2-10h。减压除去溶剂后，硅胶柱分离，以体积比为1:1～4的二氯甲烷和石油醚＝为洗脱剂，减压除去溶剂得白色固体N-丁基-4,5-二烷氧基-1,8-萘酰亚胺。步骤(1)中，4-溴-5-硝基-1,8-萘酐、丁胺的质量比为2-4:1；丁胺的质量与乙醇的体积比为10-20:1mg/mL。步骤(2)中，多元醇、钠块的质量比为2-1:1；多元醇、N-丁基-4-溴-5-硝基-1,8-萘酰亚胺的质量比为2:1-12；多元醇的质量与四氢呋喃的体积比为1-10:1mg/mL。上述一系列405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料荧光量子产率高，且对多种微环境均表现出不敏感性。一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料在荧光标记、荧光成像领域中的应用。本专利技术具有以下特点：本专利技术涉及的染料拥有合成原料低价、方法简单且便于功能化、修饰等优点。本专利技术涉及的染料在不同有机溶剂中吸收波长在405nm左右，水中荧光量子产率高。第一类为4-位环酰胺基取代萘酰亚胺类染料，荧光斯托克斯位移大(>80nm)，水中荧光量子产率>0.80；第二类为4,5-位双烷氧基取代萘酰亚胺类染料，半峰宽<50nm，水荧光量子产率>0.6。本专利技术涉及的染料能够对为环境中pH等微环境保持不敏感性，保持高的荧光亮度，能够应用于荧光成像及荧光检测领域中。附图说明图1实施例1制备的PAm的核磁谱图氢谱。图2实施例1制备的PAm的核磁谱图碳谱。图3实施例2制备的BAm的核磁谱图氢谱。图4实施例2制备的BAm的核磁谱图碳谱。图5实施例4制备的OEOAN的核磁谱图氢谱。图6实施例4制备的OEOAN的核磁谱图碳谱。图7实施例1制备的PAm在不同溶剂中的归一化荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度，荧光探针的浓度为10μM。图8实施例1制备的PAm在不同溶剂中的归一化紫外吸收谱图，横坐标为波长，纵坐标为吸收强度，荧光探针的浓度为10μM。图9实施例1制备的PAm在不同pH下的荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度，荧光探针的浓度为10μM；插图为470nm下荧光强度随pH变化曲线图。图10实施例4制备的OEOAN在不同溶剂中的归一化荧光发射谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料，其特征在于：该染料均以萘酰亚胺为荧光母体，通过4,5-位供电基团的改变将激发波长调节至380-410nm之间，用于405nm的激光进行激发、成像，其结构如下：/n第一类染料结构为：/n

【技术特征摘要】
1.一种405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料，其特征在于：该染料均以萘酰亚胺为荧光母体，通过4,5-位供电基团的改变将激发波长调节至380-410nm之间，用于405nm的激光进行激发、成像，其结构如下：
第一类染料结构为：



其中n为1,2,3,4或其他整数；
第二类染料结构为：



其中，m为0,1,2；R1,R2分别为H,C1-C4烷基。


2.一种如权利要求1所述的405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料的合成方法，其特征在于第一类荧光染料的合成方法包含步骤如下：
(1)中间体N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物的合成：
将N-丁基-4-氨基-1,8-萘酰亚胺溶于四氢呋喃中，并在0℃下向该反应液中滴加氯取代烷基酰氯；滴加完毕后将混合液转移至室温反应6-10h；减压除去溶剂后，去离子水洗涤残余物，抽滤得白色滤饼并用甲醇洗涤，真空干燥得N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物；
(2)染料N-丁基-4-环酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物的合成：
将N-丁基-4-酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物，溶于乙腈中，并向其中加入碳酸钾；将反应液缓慢升温至50-90℃，并持续反应1-3h。减压除去溶剂，经200-300目二氧化硅硅胶柱分离，以体积比为200～800:1的二氯甲烷和甲醇为洗脱剂，除去溶剂，得米白色固体N-丁基-4-环酰胺基-1,8-萘酰亚胺类化合物。


3.根据权利要求2所述的405nm激发的高亮度、高稳定性荧光染料的合成方法，其特征在于步骤(1)中，N-丁基-4-氨基-1,8-萘酰亚胺的质量与四氢呋喃的体积比为2-25:1mg/mL；
氯取代烷基酰氯与四氢呋喃体积比为1:10-80，
氯取代烷基酰氯与去离子水体积比为1:5-50，
氯取代烷基酰氯与甲醇的体积比为1:10-20。


4.根据权利要求2所述的405nm激发的高亮度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兆超，乔庆龙，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21