[发明专利]含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机材料、拉曼光谱分析领域，具体涉及一类含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料及其制备方法和应用。

背景技术

拉曼光谱具有简单、可重复、样品无损性、水环境影响小、图谱“指纹”特性等优点，在化学、物理学、生物学和医学等各个领域拥有广泛应用。激光技术和纳米科技的发展促使了表面增强拉曼光谱分析(SERS)的产生，极大地提高了拉曼光谱检测的灵敏度，再加上拉曼光谱可提供丰富结构信息的优势使得SERS技术在生化分析研究领域逐渐成为一个重要的研究手段。

SERS探针技术是新兴的用于免疫、DNA和细胞细菌检测的方法。SERS探针一般由纳米颗粒基底和SERS染料(拉曼活性分子)以及其他保护壳层组成(参见附图1)，其中，SERS染料(拉曼活性分子)是其重要的组成部分，开发兼具大SERS效应和最大吸收波长在生物光学范围的SERS染料具有重要意义。

在近红外630nm至785nm光谱区域，生物体内的天然的发色团和水的吸收最小，被称为生物医学光谱“窗口”。噻吩是优良的共轭连接基团，与苯相比芳香性更小，将联噻吩引入D-π-A分子结构中，有利于电子跃迁，最大吸收波长更大，更容易得到吸收在生物医学光谱窗口区域的新材料。巯基与纳米金颗粒表面共价相互作用形成稳定的Au-S键，有利于染料分子在纳米金表面吸附，调节染料分子的电子密度，增强SERS探针信号强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一类含噻吩基团的D-π-A型苯并吲哚盐染料及其制备方法和用途。产物是有机离子型化合物，具有一定的水溶性；联噻吩共轭链使染料分子的吸收波长更长，使得生物体内天然的发色团和水对吸收波长影响较小；巯基基团有利于染料分子在纳米基底上吸附，使产物的SERS强度随其浓度的变化更灵敏，并且能够得到比不接巯基的相似结构染料更高的SERS灵敏度，有望在SERS标记物中得到应用。

本发明的技术方案是：一种含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐染料，其特征是具有不同碳链长度的巯基基团，并利用双键将苯并吲哚盐与联噻吩基团相连，作为二者之间电荷转移的通道，形成D-π-A结构的SERS染料化合物。(1)为含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐的结构通式：

其中

X为F、Cl、Br或I；

n为1-6的整数。

最优选地，所述含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐为如下化合物：

根据本发明的另一方面，提供了一种所述含巯基基团的联噻吩苯并吲哚盐的制备方法，该方法如下所示：

具体包括如下步骤：

a.5-溴-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和二甲胺水溶液回流反应生成以末端5位二甲胺基和醛基为取代基的二联噻吩；

b.链长为1-6个碳的双卤代烷烃与硫代乙酸钾反应生成一端被巯酯取代的卤代烷烃；

c.苯并吲哚与末端巯酯卤代烷在N,N-二甲基甲酰胺中回流反应生成苯并吲哚盐；

d.5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛与苯并吲哚盐反应生成含巯酯的噻吩苯并吲哚盐；

e.含巯酯的噻吩苯并吲哚盐与氢氧化钠反应后，用稀盐酸调pH至7得到上述的含巯基的噻吩苯并吲哚盐。

更具体地包括如下步骤：

(1)5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛的合成：在高压反应容器中以1:24的摩尔比加入5-溴-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和二甲胺水溶液，加入2倍摩尔量的磷酸钾提供碱性环境，在铜/碘化亚铜催化剂作用下加热反应；反应结束后多次水洗，利用柱层析的方法获得目标产物；

(2)末端分别以卤素和巯酯为取代基的直链烷烃的合成：在烧瓶中以1-3:1的摩尔比加入二卤代烷烃和硫代乙酸钾，加入适量四氢呋喃，加热回流10小时；反应结束后，冷却至室温，过滤出固体，利用柱层析方法提纯；

(3)苯并吲哚盐的合成：在烧瓶中以2:1的摩尔比加入卤代烷和1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚，并加入适量N,N-二甲基甲酰胺，加热反应12小时，冷却至室温，过滤出固体，真空干燥，最后得到灰白色苯并吲哚盐；

(4)联噻吩苯并吲哚盐的合成：将5-(二甲基氨基)-2,2'-联噻吩-5'-甲醛和苯并吲哚盐以1.1:1的摩尔比加入到无水乙醇中，滴加2～3滴哌啶(0.1mL)作为催化剂，85℃回流反应12小时；反应结束后冷却至室温，旋蒸除去大部分溶剂，然后倒入乙醚中沉析，过滤得到粗产物，通过柱层析的方法分离提纯；