具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物及其制备和应用

摘要

本发明涉及高效固态发光的罗丹明B衍生物及其制备和应用，此类化合物由聚集诱导发光或结晶诱导发光单元修饰罗丹明B得到。通过在合成中乙醇酯化保护3-溴苯酐成二酯，用聚集诱导发光或结晶诱导发光单元修饰二酯，然后将二酯脱保护水解成二羧酸，再基于二羧酸与间羟基二乙基苯胺合成得到罗丹明B衍生物，使得反应合成更具有目的性和指向性，减少反应步数和副产物，纯化简单，制备得到的罗丹明B衍生物可以作为荧光传感器、生物染色剂、细胞染色成像和有机半导体材料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种罗丹明B衍生物，尤其是涉及一种具有高效固态发光性质 的罗丹明B衍生物及其制备和应用。

背景技术

聚集引起猝灭(ACQ)化合物，传统的发光化合物，在稀溶液中发光良好， 在聚集时由于分子间强烈的π-π相互作用或其他不利于发光的激子相互左右存 在，从而导致荧光猝灭。

聚集诱导发光(AIE)是指在溶液中发光差或不发光的化合物在聚集态发 光的现象，是近年来先进光电功能材料领域的研究热点。AIE化合物(单元) 为获得新的高效固态发光化合物提供了可能，从而为其后续应用奠定了基础。 目前已有研究证实AIE化合物在发光、传感、生物成像等领域具有广阔应用前 景。

结晶诱导发光(CIE)是指在化合物在溶液和无定形态不发光，但在晶态 发光的现象。

罗丹明B作为一种广泛应用的传统荧光染色剂，具有很好的生物相容性(二 乙基胺)和pH响应性(羧基和胺)。其稀溶液发光量子效率高，可作为基准 发光物质，且相比其他有机发光物质又具有极佳的水溶性。红光化合物较蓝光、 绿光化合物在生物活体染色应用中对机体的伤害较小，受背景噪音影响小，对 比度更高。因此，红光发射罗丹明B在生物传感和影像等领域具有广泛应用潜 力。但由于其通常在聚集态使用，其ACQ性质极大在地限制了其实际应用， 因此将罗丹明B改造成为AIE化合物的研究价值极大。

中国专利CN101914102B公开了一种罗丹明B衍生物及其制备和应用。首 先将罗丹明B肼解产物与乙二醛反应生成中间体化合物；然后在无水乙醇中， 回流条件下与肼基二硫代甲酸苄酯以摩尔比1∶1反应4-6h，冷却后将析出的 固体过滤，依次用无水乙醇、乙醚洗涤，真空干燥即得目标化合物。制备得到 的罗丹明B衍生物L可作为荧光探针。但是，由于化合物固有的发光性质，传 统的罗丹明B衍生物作为荧光探针，在溶液中可以发光，而在聚集或结晶态发 光消失的现象，即荧光淬灭，在上述专利中并没有得到很好的解决。因此，此 类荧光探针只能应用于稀溶液中离子检测，而无法应用于生物活体，晶态响应， 纳米颗粒等形式。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有目 的性和指向性，减少反应步数和副产物，纯化简单的具有高效固态发光性质的 罗丹明B衍生物及其制备和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物，其特征在于，其结构式为：

其中R为苯基、H、CN、NO₃、CH₃、或

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物采用如下方法制备得到：

(1)乙醇酯化保护：向3-溴苯酐中加入无水乙醇，无水乙醇和3-溴苯酐 摩尔比为20-30:1，滴入浓硫酸，在70-90℃下回流反应5-10h，分离纯化后得 到3-溴邻苯二甲酸乙酯；

(2)铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯与含硼酸基团的聚集诱导发 光或结晶诱导发光化合物加入四氢呋喃和水的混合溶液中，加入碳酸钾和四三 苯基膦钯，3-溴邻苯二甲酸乙酯与含硼酸基团的聚集诱导发光或结晶诱导发光 化合物的摩尔比为1:1.1-1.2，在80-90℃下反应回流10-15h，分离纯化后得到 连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸酯；

(3)脱保护：将连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸 酯加入到摩尔比为4:1的氢氧化钾和甲醇的溶液中，在35℃下反应8h，酸化， 分离提纯，将二酯水解为二羧酸；

(4)缩合：将摩尔比为1:1的二羧酸与间羟基二乙基苯胺在二氯化锌催化、 150-180℃下反应10-15h，分离提纯得到具有高效固态发光性质的罗丹明B衍 生物。

通过在合成中乙醇酯化保护3-溴苯酐成二酯，用聚集诱导发光或结晶诱导 发光单元修饰二酯，然后将二酯脱保护水解成二羧酸，再基于二羧酸与间羟基 二乙基苯胺合成得到罗丹明B衍生物，使得反应合成更具有目的性和指向性， 减少反应步数和副产物，纯化简单。

通过对3-溴苯酐的乙醇酯化保护，防止后续合成的化合物由于二羧基的存 在与硅胶亲和性太强而无法使用硅胶柱层析纯化。

步骤(2)中所述的聚集诱导发光或结晶诱导发光单元包括三苯基乙烯、 四苯基乙烯或三苯基丙烯腈及其衍生物。

分离纯化的操作包括萃取、洗涤、干燥、过滤、分液、柱层析，以及它们 的组合，以下是具体的分离纯化方法：

步骤(1)中的分离纯化具体采用以下步骤：去除溶剂，加入碳酸钾中和， 水洗，分液，用二氯甲烷萃取水层，合并有机层，干燥，抽滤，除去溶剂，得 到的产物为3-溴邻苯二甲酸乙酯。

步骤(2)中的分离纯化具体采用以下步骤：去除溶剂，加水，加二氯甲 烷，加入盐酸中和，分液，水层用二氯甲烷萃取，合并有机层，干燥，抽滤， 去除溶剂，硅胶柱层析纯化，得到的产物为连接有聚集诱导发光或结晶诱导发 光单元的邻苯二甲酸酯。

步骤(3)中的分离提纯具体采用以下步骤：加入水，盐酸中和，沉淀析 出，用二氯甲烷萃取，去除溶剂，用石油醚回流洗涤产物，冷却抽滤，烘干， 得到的粉末状产物为二羧酸。

步骤(4)中的分离提纯具体采用以下步骤：加入水和二氯甲烷萃取，分 液，有机层去除溶剂，硅胶柱层析纯化，得到的红色晶体产物为具有高效固态 发光性质的罗丹明B衍生物。

制备得到的罗丹明B衍生物可作为生物染色剂、有机半导体材料或细胞染 色成像染料。

通过上述方法制备得到的罗丹明B衍生物具有更大的应用范围，主要针对 合成的罗丹明B衍生物因为具有优良的固态高效发光的性质，可以应用于生物 染色剂，细胞染色成像和有机半导体材料领域；同时，由于本专利中介绍的聚 集诱导发光或结晶诱导发光单元中的R基团可以做许多修饰，能够给与相应的 罗丹明B衍生物更多的性质，如分子亲和力、发射波长等的改变。因此，给予 了这种合成修饰方法和相应化合物更多的前景应用。

与现有技术相比，本发明具有目的性和指向性，减少反应步数和副产物， 纯化简单。通过基于聚集诱导发光或结晶诱导发光单元逐步合成罗丹明B衍生 物，相比较直接修饰罗丹明B分子，可以更有效地得到目标产物，确定取代基 位置，得到更少的副产物，极大程度的保护罗丹明分子结构，减少纯化的复杂 度。同时，反应中通过对双羧酸的酯化保护，可以更方便的通过纯化得到产物 而避免吸附损失。此外，通过改变聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的R基团， 可以得到不同性质的罗丹明B衍生物，极大增加了光物理性质调控的灵活性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

一类具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物：所述的具有高效固态发光 性质的罗丹明B衍生物为式1所示化合物，或其立体异构体，或其在药学上可 接受的盐，其分子式如下：

为了合成此类具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物，发明人通过在合 成中乙醇酯化保护3-溴苯酐成二酯，用聚集诱导发光或结晶诱导发光单元修饰 二酯，然后将二酯脱保护水解成二羧酸，再基于二羧酸与间羟基二乙基苯胺合 成得到罗丹明B衍生物。

本发明使得反应合成更具有目的性和指向性，减少反应步数和副产物，纯 化简单。

具体合成路径见下式

实施例1

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物的制备方法：

1、乙醇酯化保护：将17.62mmol3-溴苯酐加入428.71mmol的无水乙醇 中，滴入2ml98％浓硫酸，在80℃、氮气保护下回流反应8h。

分离纯化：旋干溶剂，加入碳酸钾中和至pH＝7，水洗，分液，用二氯甲 烷萃取水层，合并有机层，用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干溶剂，得到淡黄色 液体产物。收率60％。

2、铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯2.32mmol与三苯基乙烯(HTPE) 的硼酸化合物2.79mmol在氮气保护下加入35ml四氢呋喃和5ml水的混合溶 液中，加入6.97mmol碳酸钾和92.98μmol四三苯基膦钯，在85℃、氮气保 护下反应回流12h。

分离纯化：旋干溶剂，加水，加二氯甲烷，加入盐酸中和至弱酸性，分液， 水层用二氯甲烷萃取三次，合并有机层，用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干溶剂， 硅胶柱层析纯化，洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:1，得到黄色液体产物。收 率72％。

3、脱保护：将连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸酯 1.47mmol加入氢氧化钾和甲醇摩尔比为4:1的溶液中，其中甲醇为10ml，碳 酸钾为1g，在35℃下氮气保护反应8h。

分离纯化：将产物倒入水中，用盐酸中和至沉淀全部析出，用二氯甲烷萃 取，分液得到有机层，旋干溶剂，用石油醚在70℃回流洗涤产物4h，冷却结 晶，抽滤，烘干，得到白色固体粉末状产物。收率93％。

4、缩合：将上一步所得的二羧酸475.67μmol与间羟基二乙基苯胺1.19 mmol在975.13μmol二氯化锌催化、160℃、氮气保护下反应12h。

分离纯化：将产物加入水和二氯甲烷萃取，分液，取有机层，水层用二氯 甲烷萃取三次，合并有机层，旋干溶剂，硅胶柱层析纯化，洗脱剂为丙酮，其 中加千分之一的乙酸防止吸附，得到深红色晶体产物。收率52％。

实施例2

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物的制备方法：

1、乙醇酯化保护：将17.62mmol3-溴苯酐加入428.71mmol的无水乙醇中， 滴入2ml98％浓硫酸，在80℃、氮气保护下回流反应8h。

分离纯化：旋干溶剂，加入碳酸钾中和至pH＝7，水洗，分液，用二氯甲 烷萃取水层，合并有机层，用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干溶剂，得到淡黄色 液体产物。收率60％。

2、铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯2.32mmol与四苯基乙烯(TPE) 的硼酸化合物2.79mmol在氮气保护下加入35ml四氢呋喃和5ml水的混合溶 液中，加入6.97mmol碳酸钾和92.98μmol四三苯基膦钯，在85℃、氮气保护 下反应回流12h。

分离纯化：旋干溶剂,加水，加二氯甲烷，加入盐酸中和至弱酸性，分液， 水层用二氯甲烷萃取三次，合并有机层，用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干溶剂， 硅胶柱层析纯化，洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:1，得到黄色液体产物。收 率76％。

3、脱保护：将连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光基团的邻苯二甲酸酯 1.47mmol加入氢氧化钾和甲醇摩尔比为4:1的溶液中，其中甲醇为10ml，碳 酸钾为1g，在35℃下氮气保护反应8h。

分离纯化：将产物倒入水中，用盐酸中和至沉淀全部析出，用二氯甲烷萃 取，分液得到有机层，旋干溶剂，用石油醚在70℃回流洗涤产物4h，冷却结 晶，抽滤，烘干，得到白色固体粉末状产物。收率90％。

4、缩合：将上一步所得的二羧酸475.67μmol与间羟基二乙基苯胺 1.19mmol在975.13μmol二氯化锌催化、160℃、氮气保护下反应12h。

分离纯化：将产物加入水和二氯甲烷萃取，分液，取有机层，水层用二氯 甲烷萃取三次，合并有机层，旋干溶剂，硅胶柱层析纯化，洗脱剂为丙酮，其 中加千分之一的乙酸防止吸附，得到深红色晶体产物。收率59％。

实施例3

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物的制备方法：

1、乙醇酯化保护：将17.62mmol3-溴苯酐加入428.71mmol的无水乙醇 中，滴入2ml98％浓硫酸，在80℃、氮气保护下回流反应8h。

分离纯化：旋干溶剂，加入碳酸钾中和至pH＝7，水洗，分液，用二氯甲 烷萃取水层，合并有机层，用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干溶剂，得到淡黄色 液体产物。收率60％。

2、铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯2.32mmol与三苯基氰丙烯腈 (TPAN)的硼酸化合物2.79mmol在氮气保护下加入35ml四氢呋喃和5ml 水的混合溶液中，加入6.97mmol碳酸钾和92.98μmol四三苯基膦钯，在85℃、 氮气保护下反应回流12h。

分离纯化：旋干溶剂，加水，加二氯甲烷，加入盐酸中和至弱酸性，分液， 水层用二氯甲烷萃取三次，合并有机层，用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干溶剂， 硅胶柱层析纯化，洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:1，得到产物。收率69％。

3、脱保护：将连接有修饰基团的邻苯二甲酸酯1.47mmol加入氢氧化钾和 甲醇摩尔比为4:1的溶液中，其中甲醇为10ml，碳酸钾为1g，在35℃下氮 气保护反应8h。

分离纯化：将产物倒入水中，用盐酸中和至沉淀全部析出，用二氯甲烷萃 取，分液得到有机层，旋干溶剂，用石油醚在70℃回流洗涤产物4h，冷却结 晶，抽滤，烘干，得到固体粉末状产物。收率94％。

4、缩合：将上一步所得的二羧酸475.67μmol与间羟基二乙基苯胺 1.19mmol在975.13μmol二氯化锌催化、160℃、氮气保护下反应12h。

分离纯化：将产物加入水和二氯甲烷萃取，分液，取有机层，水层用二氯 甲烷萃取三次，合并有机层，旋干溶剂，硅胶柱层析纯化，洗脱剂为丙酮，其 中加千分之一的乙酸防止吸附，得到红色晶体产物。收率62％。

实施例4

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物的制备方法采用以下步骤：

(1)乙醇酯化保护：向3-溴苯酐中加入无水乙醇，无水乙醇和3-溴苯酐 摩尔比为20:1，滴入浓硫酸，在70℃下回流反应10h，然后去除溶剂，加入碳 酸钾中和，水洗，分液，用二氯甲烷萃取水层，合并有机层，干燥，抽滤，除 去溶剂，得到的淡黄色液体产物为3-溴邻苯二甲酸乙酯；

(2)铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯与含硼酸基团的三苯基乙烯 加入四氢呋喃和水的混合溶液中，加入碳酸钾和四三苯基膦钯，3-溴邻苯二甲 酸乙酯与含硼酸基团的三苯基乙烯的摩尔比为1:1.1，在80℃下反应回流15h， 然后去除溶剂，加水，加二氯甲烷，加入盐酸中和，分液，水层用二氯甲烷萃 取，合并有机层，干燥，抽滤，去除溶剂，硅胶柱层析纯化，得到的黄色液体 产物为连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸酯；

(3)脱保护：将连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸 酯加入到摩尔比为4:1的氢氧化钾和甲醇的溶液中，在35℃下反应8h，酸化， 然后加入水，盐酸中和，沉淀析出，用二氯甲烷萃取，去除溶剂，用石油醚回 流洗涤产物，冷却抽滤，烘干，得到的白色固体粉末状产物为二羧酸；

(4)缩合：将摩尔比为1:1的二羧酸与间羟基二乙基苯胺在二氯化锌催化、 150℃下反应15h，加入水和二氯甲烷萃取，分液，有机层去除溶剂，硅胶柱层 析纯化，得到的深红色晶体产物为具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物。

通过以上方法制备得到罗丹明B衍生物可作为荧光传感器和生物染色剂、 有机半导体材料或者用于细胞染色成像。

实施例5

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物的制备方法采用以下步骤：

(1)乙醇酯化保护：向3-溴苯酐中加入无水乙醇，无水乙醇和3-溴苯酐 摩尔比为25:1，滴入浓硫酸，在80℃下回流反应8h，然后去除溶剂，加入碳 酸钾中和，水洗，分液，用二氯甲烷萃取水层，合并有机层，干燥，抽滤，除 去溶剂，得到的淡黄色液体产物为3-溴邻苯二甲酸乙酯；

(2)铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯与含硼酸基团的四苯基乙烯 加入四氢呋喃和水的混合溶液中，加入碳酸钾和四三苯基膦钯，3-溴邻苯二甲 酸乙酯与含硼酸基团的四苯基乙烯的摩尔比为1:1.1，在85℃下反应回流12h， 去除溶剂,加水，加二氯甲烷，加入盐酸中和，分液，水层用二氯甲烷萃取，合 并有机层，干燥，抽滤，去除溶剂，硅胶柱层析纯化，得到的黄色液体产物为 连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸酯；

(3)脱保护：将连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸 酯加入到摩尔比为4:1的氢氧化钾和甲醇的溶液中，在35℃下反应8h，酸化， 加入水，盐酸中和，沉淀析出，用二氯甲烷萃取，去除溶剂，用石油醚回流洗 涤产物，冷却抽滤，烘干，得到的白色固体粉末状产物为二羧酸；

(4)缩合：将摩尔比为1:1的二羧酸与间羟基二乙基苯胺在二氯化锌催化、 160℃下反应12h，加入水和二氯甲烷萃取，分液，有机层去除溶剂，硅胶柱层 析纯化，得到的深红色晶体产物为具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物。

通过以上方法制备得到罗丹明B衍生物可作为荧光传感器和生物染色剂、 有机半导体材料或者用于细胞染色成像。

实施例6

具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物的制备方法采用以下步骤：

(1)乙醇酯化保护：向3-溴苯酐中加入无水乙醇，无水乙醇和3-溴苯酐 摩尔比为30:1，滴入浓硫酸，在90℃下回流反应5h，去除溶剂，加入碳酸钾 中和，水洗，分液，用二氯甲烷萃取水层，合并有机层，干燥，抽滤，除去溶 剂，得到的淡黄色液体产物为3-溴邻苯二甲酸乙酯；

(2)铃木交叉偶联：将3-溴邻苯二甲酸乙酯与含硼酸基团的三苯基丙烯 腈加入四氢呋喃和水的混合溶液中，加入碳酸钾和四三苯基膦钯，3-溴邻苯二 甲酸乙酯与含硼酸基团的三苯基丙烯腈的摩尔比为1:1.2，在90℃下反应回流 10h，去除溶剂，加水，加二氯甲烷，加入盐酸中和，分液，水层用二氯甲烷 萃取，合并有机层，干燥，抽滤，去除溶剂，硅胶柱层析纯化，得到的黄色液 体产物为连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸酯；

(3)脱保护：将连接有聚集诱导发光或结晶诱导发光单元的邻苯二甲酸 酯加入到摩尔比为4:1的氢氧化钾和甲醇的溶液中，在35℃下反应8h，酸化， 加入水，盐酸中和，沉淀析出，用二氯甲烷萃取，去除溶剂，用石油醚回流洗 涤产物，冷却抽滤，烘干，得到的白色固体粉末状产物为二羧酸；

(4)缩合：将摩尔比为1:1的二羧酸与间羟基二乙基苯胺在二氯化锌催化、 180℃下反应10h，加入水和二氯甲烷萃取，分液，有机层去除溶剂，硅胶柱层 析纯化，得到的深红色晶体产物为具有高效固态发光性质的罗丹明B衍生物。

本申请制备得到的罗丹明B衍生物与之相比具有更大的应用范围，主要针 对合成的罗丹明B衍生物因为具有优良的固态高效发光的性质，可以应用于生 物染色剂，细胞染色成像和有机半导体材料领域；同时，由于本专利中介绍的 聚集诱导发光或结晶诱导发光单元中的R基团可以做许多修饰，能够给与相应 的罗丹明B衍生物更多的性质，如分子亲和力、发射波长等的改变。因此，给 予了这种合成修饰方法和相应化合物更多的前景应用。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任 何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本 发明权利要求的保护范围内。