【正文】 在光信息存儲(chǔ)技術(shù)中作為記錄介質(zhì)具有廣闊的應(yīng)用前景，一直是開發(fā)有機(jī)光記錄材料的科學(xué)家研究的重點(diǎn)。20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池，具有許多硅太陽(yáng)能電池所不具有的優(yōu)點(diǎn)，因此成為該領(lǐng)域里的研究熱點(diǎn)。 在生物分析領(lǐng)域的應(yīng)用菁染料在生物大分子標(biāo)記中的應(yīng)用近年來(lái)發(fā)展極為迅速，熒光染料是一種廣泛使用的熒光探針，已逐步取代具有放射性危害的同位素標(biāo)記法，成為分子生物學(xué)和生命科學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。菁染料類熒光探針的應(yīng)用正日漸擴(kuò)大，已被廣泛應(yīng)用于各種生物分析技術(shù)，包括生物大分子的定量測(cè)定、DNA測(cè)序、熒光免疫分析檢測(cè)及原位熒光雜交技術(shù)等[7]。 免疫分析檢測(cè)在免疫分析領(lǐng)域花精染料作為抗體或抗原的標(biāo)記物，可提高分析的靈敏度。所用的七甲川吲哚菁染料探針可以通過(guò)活動(dòng)性反應(yīng)基團(tuán)與抗原抗體相結(jié)合，形成染料蛋白質(zhì)的結(jié)合物。分別對(duì)布洛芬、萘普生等多種藥物進(jìn)行分析。近紅外吲哚碳菁染料吸收和發(fā)射光譜區(qū)位于530nm1200nm（近紅外熒光λem600nm）。多甲川吲哚菁染料根據(jù)甲川鏈兩端母核是否相同，可以將其分為對(duì)稱型和不對(duì)稱型菁染料。通過(guò)改變n、RRRRRR6即可形成各種對(duì)稱與不對(duì)稱的多甲川吲哚菁染料。樓開炎等合成了一種新型的不對(duì)稱水溶性吲哚菁染料。但此類水溶性菁染料的光穩(wěn)定性是一個(gè)問題。而不對(duì)稱型水溶性吲哚線性多甲川菁染料的合成方法通常是先對(duì)吲哚環(huán)進(jìn)行修飾，再用縮合劑與等摩爾的吲哚雜環(huán)季銨鹽反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物，將中間產(chǎn)物與另一種雜環(huán)季銨鹽反應(yīng)，得到不對(duì)稱型水溶性的線性多甲川吲哚菁染料。由此根據(jù)共軛甲川鏈中是否含有剛性橋環(huán)，吲哚菁染料也可分為吲哚線性多甲川菁染料和吲哚剛性橋環(huán)多甲川菁染料兩類。吲哚剛性橋環(huán)多甲川菁染料的合成方法與吲哚線性多甲川菁染料的相似，只是用剛性橋環(huán)代替了傳統(tǒng)的線性多甲川縮合劑。由此我們可知，七甲川菁染料可通過(guò)其共軛骨架中的甲川鏈的長(zhǎng)短調(diào)節(jié)染料分子的最大吸收波長(zhǎng)，使之覆蓋紫外到可見光區(qū)域，很容易合成得到近紅外七甲川菁染料。同一種染料單體，處在不同狀態(tài)下，其吸收峰也會(huì)有所不同，這是由于分子間的相互作用長(zhǎng)而提高，所以，當(dāng)發(fā)色體的長(zhǎng)度增加時(shí)，譜帶寬度會(huì)隨著共軛鏈長(zhǎng)度的增加而減小。因此，隨著七甲川菁染料中的甲川鏈增長(zhǎng)，染料的穩(wěn)定性下降，如：?jiǎn)渭状ㄝ既玖虾腿状ㄝ既玖显?0 ℃下可保存四年之久，七甲川菁染料在常溫下存放幾個(gè)月就會(huì)發(fā)生分解。 溶解性 七甲川菁染料具有優(yōu)良的光學(xué)物理特性：較高的摩爾消光系數(shù)、最大吸收波長(zhǎng)、可調(diào)諧范圍大等特點(diǎn)，但其溶解性不高，光穩(wěn)定性差等性質(zhì)限制了其應(yīng)用，尤其是在生物熒光檢測(cè)方面。吲哚三碳菁染料的雜環(huán)氮原子上連有環(huán)烷烴時(shí)，能改變其在CDR光盤涂層溶劑中的溶解度。此法特別適用于揮發(fā)性較小或較高溫度易發(fā)生變化而不能用氣相色譜分析的物質(zhì)。本文以硅膠為吸附劑，采用硬板操作。 影響七甲川吲哚菁染料的光穩(wěn)定因素 七甲川吲哚菁染料的氧化機(jī)理在實(shí)際的光化學(xué)應(yīng)用中，染料需要具備高光穩(wěn)定性，而菁染料的最大問題就是染料對(duì)光、熱、氧、臭氧的不穩(wěn)定。 （1）能量轉(zhuǎn)移機(jī)制：Dye ＋ hv → Dye ＋ Dye → DyeO2(Fading) （2）電子轉(zhuǎn)移機(jī)制：Dye ＋ hv → Dye所有上述可能的反應(yīng)機(jī)理過(guò)程都是由于具有反應(yīng)活性的氧( 單線態(tài)氧和超氧負(fù)離子)所致。從公式中可以看出，隨著鏈的增加，雖然 L與 N 都增加，但L為二階，故△Etheo減小，相應(yīng)的吸收波長(zhǎng)增大。目前人們使用和研究的近紅外功能菁染料絕大部分是七甲川。目前關(guān)于橋環(huán)對(duì)功能菁染料最大吸收波長(zhǎng)影響的報(bào)道相對(duì)較少，曾有文獻(xiàn)稱橋環(huán)可以增大功能菁染料的最大吸收波長(zhǎng)，但影響不大。染料的光穩(wěn)定性隨母核結(jié)構(gòu)按以下順序遞減:吲哚喹啉噻唑。．Shindy 等認(rèn)為：苯環(huán)上被取代，無(wú)論取代基吸電的還是供電的，功能菁染料的最大吸收波長(zhǎng)都會(huì)發(fā)生紅移。在極性溶劑中功能菁染料的最大吸收波長(zhǎng)往往要小得多，有時(shí)其差值可達(dá) l00nm 以上。但它在實(shí)際的應(yīng)用中仍然有很多不足。但不對(duì)稱染料的分離較復(fù)雜和困難；(3) 菁染料熒光壽命短，熒光量子產(chǎn)率低，水溶液中易出現(xiàn)自聚，斯托克斯位移小，這一方面造成菁染料在溶液中存在相當(dāng)程度的熒光猝滅，另一方面在熒光檢測(cè)中常出現(xiàn)激發(fā)波長(zhǎng)過(guò)于接近發(fā)射波長(zhǎng)，引起測(cè)量誤差。含活潑甲基的中間體可作為親核試劑，與具有親電活性的縮合劑反應(yīng)，得到相應(yīng)的菁染料。圖22 染料中間體的結(jié)構(gòu)1對(duì)羧芐基2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸鉀其中間體為新型染料中間體。待碳酸鈉溶解后， g( mol)，再將30% g（ mol）細(xì)流加入。將混合物升溫至80℃， h后，緩慢滴入15 mL濃硫酸，滴加完畢，再升溫至95℃，反應(yīng)1 h后，冷卻至25℃。反應(yīng)3個(gè)小時(shí)后，冷卻至室溫。靜置，過(guò)濾，黃色固體產(chǎn)品用乙醚洗滌三次，然后放入真空干燥器中保存，直接用作下步合成。產(chǎn)品于氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于冰箱中保存，備用。醋酸鈉是常用的催化劑。TLC分離裝置如圖25所示。定性分析，用管口平整的毛細(xì)管吸取樣品，輕輕接觸到玻璃板下端1cm處。展開劑主要采用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。柱色譜分離裝置由一個(gè)均勻玻璃柱和填充填料(本章選用硅膠)組成，用洗脫劑流過(guò)填料，使混合物在洗脫劑作用下不斷進(jìn)行吸附和解吸，達(dá)到分離目的。洗脫方式常采用從低極性逐步遞增極性的方式，同時(shí)借助薄層層析結(jié)果，適當(dāng)降低薄層展開劑極性，作為柱色譜的洗脫劑極性配比 本章小結(jié)本章設(shè)計(jì)了染料中間體和縮合劑，以縮合劑和中間體為原料合成了對(duì)稱橋環(huán)七甲川吲哚菁染料。 原料的預(yù)處理三氯氧磷在潮濕空氣中劇烈發(fā)煙，在水、乙醇中分解形成磷酸及氯化氫，這不僅影響產(chǎn)品的速率，而且三氯氧磷與水反應(yīng)后的毒性與三氯化磷、五氯化磷及光氣相似，對(duì)人體有刺激、腐蝕。 三氯氧磷、環(huán)己酮的滴加速度將三氯氧磷和環(huán)己酮滴入DMF的過(guò)程中，滴加速度對(duì)反應(yīng)影響很大。C5186。芳伯胺的堿性太弱，只有與強(qiáng)酸才能形成穩(wěn)定的鹽，同時(shí)生成的重氮鹽與未反應(yīng)的芳伯胺偶聯(lián)形成重氮氨基苯，因此加入的鹽酸必須過(guò)量，一部分酸制備重氮鹽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)氨基苯磺酸重氮化最佳控制溫度為1622 ℃，以16 ℃為最佳。反應(yīng)中亞硝酸起著氧化和亞硝化作用，會(huì)引起一系列副反應(yīng)，因此必須檢驗(yàn)亞硝酸是否過(guò)量。 重氮鹽還原制備對(duì)肼基苯磺酸對(duì)肼基苯磺酸制備反應(yīng)方程式如圖31所示。 2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸的合成吲哚環(huán)在自然界不同化合物中大量存在，其合成方法很早就引起了人們的極大興趣和廣泛關(guān)注。本文首先用對(duì)肼基苯磺酸與甲基異丙基酮脫水縮合生成腙，然后在醋酸催化下脫氨閉環(huán)得到2,3,3三甲基吲哚啉5磺酸。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶液酸性越大，副產(chǎn)物產(chǎn)率越高。 2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸鉀的合成2,2,3三甲基3H吲哚啉5磺酸鉀鹽的制備方法如圖32所示。一般苯環(huán)上無(wú)取代基的3H吲哚啉化合物N原子的電子云密度小，當(dāng)苯環(huán)上連有強(qiáng)吸電子基——磺酸基時(shí)，N原子的電子云密度變得更小，因而2,2,3三甲基3H吲哚啉5磺酸鉀的N烷基化較難。 對(duì)稱橋環(huán)Cy7的合成探討 g( mmol)中間體a攪拌至溶解。將得到的固體產(chǎn)物溶解在甲醇中，過(guò)濾，殘?jiān)蒙倭考状枷礈臁?洗脫劑的最佳配比根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品的水溶性性質(zhì)和極性特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)采用無(wú)水甲醇和二氯甲烷（或三氯甲烷）的二元體系為洗脫劑，將對(duì)稱Cy7菁染料產(chǎn)物進(jìn)行分離。本實(shí)驗(yàn)采用硅膠與異丙醇混合，攪拌均勻后倒入柱子中，靜置四個(gè)小時(shí)后，將柱子下面的旋塞打開，使多余的異丙醇流出，待其即將流完時(shí)，加入已配好的洗脫劑潤(rùn)洗柱子三次后，加入少量待分離的產(chǎn)品水溶液，等產(chǎn)品溶液完全進(jìn)入硅膠柱子后再加洗脫劑，進(jìn)行分離。 圖35 對(duì)稱Cy7菁染料質(zhì)譜圖([MK])，由此可以初步表征了對(duì)稱七甲川菁染料的結(jié)構(gòu)。 圖36 對(duì)稱Cy7菁染料熒光發(fā)射光譜圖 對(duì)稱Cy7紫外可見光譜分析對(duì)制得的對(duì)稱Cy7菁染料通過(guò)紫外光譜進(jìn)行檢測(cè)，以便定性的判斷目標(biāo)產(chǎn)物的最大紫外吸收波長(zhǎng)。結(jié)論(1) 合成得到了染料中間體化合物（1對(duì)羧芐基2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸鉀）和縮合劑（2氯1甲?；?羥甲亞基環(huán)己烯）；以所合成的縮合劑與中間體為原料在室溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，合成得到了對(duì)稱Cy7。(4) 在水溶液中，對(duì)稱Cy7最大紫外特征吸收波長(zhǎng)為776 nm。王老師淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，求實(shí)創(chuàng)新的探索精神，時(shí)時(shí)鞭策和激勵(lì)著我，使我受益匪淺。最后，對(duì)于所有關(guān)心和幫助我的老師和同學(xué)，在此，向他們一并表示衷心的感謝。但吲哚七甲川菁染料還存在種類不多、合成較困難、對(duì)光熱穩(wěn)定性較差等問題，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，研究開發(fā)新的具有低背景、良好光熱穩(wěn)定性的吲哚七甲川菁染料就顯得尤為重要。因此，吲哚菁染料可通過(guò)其共軛骨架中的甲川鏈的長(zhǎng)短調(diào)節(jié)染料分子的最大吸收波長(zhǎng)，使之覆蓋紫外到可見光區(qū)域，很容易合成得到近紅外吲哚菁染料。根據(jù)此理論，目前解決甲川鏈菁染料穩(wěn)定性通常采用以下幾種方法：（1）適當(dāng)?shù)脑黾觼喖谆湹拈L(zhǎng)度；(2) 在亞甲基鏈中增加橋環(huán)等不飽和環(huán)體結(jié)構(gòu)以增加分子的剛性和光氧化反應(yīng)時(shí)的空間位阻；(3) 雜環(huán)核中選擇合適的雜原子；(4)在各個(gè)碳上選擇合適的取代基；(5) 選擇非極性溶劑作為溶劑。三、 研究步驟、方法及措施 1)中間體（即吲哚雜環(huán)季銨鹽）的合成： 吲哚雜環(huán)季銨鹽由2，3，3三甲基吲哚雜環(huán)發(fā)生季銨化反應(yīng)得到。利用醋酐作溶劑 ，醋酸鈉作催化劑合成對(duì)稱和不對(duì)稱七甲川菁染料。這兩個(gè)學(xué)科的飛速發(fā)展將極大地推動(dòng)其它學(xué)科的變革，而新材料的開發(fā)及應(yīng)用將成為核心科學(xué)發(fā)展所依賴的重要技術(shù)基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)吲哚七甲川菁染料的合成及應(yīng)用研究方興未艾，這類染料具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和研究前景。目前使用的絕大多數(shù)近紅外熒光染料是吲哚菁染料。3）染料的第二結(jié)構(gòu)特征也會(huì)使吸收峰的位置發(fā)生變化。四、存在問題七甲川菁染料是一類性能優(yōu)異、應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域非常廣闊的有機(jī)功能材料，它與快速發(fā)展的高新技術(shù)緊密結(jié)合。只能著重于染料性能與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，開發(fā)適應(yīng)不同用途的染料。這些熒光性質(zhì)的菁染料的測(cè)定，在無(wú)約束狀態(tài)，并且在單體和纖維狀BLG存在時(shí)，與那些商用噻唑染料硫代黃素。在纖維狀BLG存在時(shí)， T49和SH 516熒光性極大增加。 盡管淀粉狀蛋白質(zhì)之中缺少氨基酸序列的同源性，共同形態(tài)的淀粉樣蛋白纖維被用于X光纖維衍射分析和電子顯微鏡學(xué)。噻唑染料硫代黃素 T和對(duì)稱磺化偶氮染料剛果紅進(jìn)行了調(diào)整，都曾用來(lái)研究淀。在過(guò)去，組織學(xué)中，熒光染料被用于給材料學(xué)中的淀粉材料染色，同時(shí)深入探討了淀粉狀蛋白形成的先決條件和動(dòng)力學(xué)條件，由體外分析過(guò)程中采用相同的染料得到。 關(guān)鍵詞：菁染料；淀粉樣蛋白；螢光檢測(cè)1導(dǎo)言 沉積的不溶性的蛋白質(zhì)聚集體被稱為淀粉狀蛋白纖維，在不同的組織和器官中，與一些神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，包括老年癡呆癥及帕金森氏病，老年性全身淀粉樣變性病和傳染性海綿狀腦病[1][4] 。 我們發(fā)現(xiàn)，氨基酸在雜環(huán)中相對(duì)于非取代染料具有粘和纖維狀BLG的優(yōu)先權(quán)，并且在聚蛋白存在時(shí)有明顯的熒光性。降低生產(chǎn)成本、開發(fā)屬于我們中國(guó)自己的新型專用染料是我們面臨的主要任務(wù)。但是設(shè)想開發(fā)一種各項(xiàng)性能均十分優(yōu)越的染料幾乎是不可能的。4）隨著吲哚七甲川菁染料甲川鏈增長(zhǎng)，染料的光熱穩(wěn)定性下降，為了彌補(bǔ)這一不足，因此引入恰當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)來(lái)提高染料的穩(wěn)定性是當(dāng)前學(xué)者的研究熱點(diǎn)。2）不同的吲哚菁染料具有不同的光譜吸收和發(fā)射位置，共軛體系越大，分子的最大吸收波長(zhǎng)越長(zhǎng)，因此，吲哚菁染料可通過(guò)其共軛骨架甲川鏈的長(zhǎng)短調(diào)節(jié)染料吸收分子的最大吸收波長(zhǎng)，使之覆蓋紫外到可見光區(qū)域，很容易合成得到近紅外吲哚菁染料。尤其是作為一類熒光探針已在生物芯片、DNA測(cè)序、熒光免疫分析、流式細(xì)胞測(cè)量、臨床診斷分析與治療等生命科學(xué)前沿領(lǐng)域有了重要應(yīng)用，并逐步取代了具有放射性危害的同位素標(biāo)記法。在這樣的科學(xué)研究背景下，新型的光電功能材料的開發(fā)對(duì)未來(lái)的科學(xué)發(fā)展具有十分深遠(yuǎn)的意義。通過(guò)薄層色譜、高效液相色譜和質(zhì)譜對(duì)合成的染料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。此方法比較簡(jiǎn)單，Patonay先后提出使用催化劑和不使用催化劑兩種合成方法，所合成的七甲川鏈上連有不飽和六元橋環(huán)。本畢業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)旨在通過(guò)傳統(tǒng)的縮合反應(yīng)，在縮合劑2氯1甲?；?羥甲亞基環(huán)己烯及催化劑作用下制備出吲哚七甲川菁染料產(chǎn)品，并引入恰當(dāng)?shù)娜〈谷玖系姆€(wěn)定性提高。但甲川鏈越長(zhǎng)，染料的穩(wěn)定性越差。不同的吲哚菁染料具有不同的光譜吸收和發(fā)射位置，其大π共軛體系，決定了染料的主要吸收帶的范圍。而吲哚七甲川菁染料是菁染料的一個(gè)重要分支，由于其具有摩爾消光系數(shù)大、熒光性能良好、與基質(zhì)結(jié)合后熒光效率增大、反射率高、溶解性好、導(dǎo)熱率小、熔點(diǎn)低、最大吸收波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍大的特點(diǎn)，使其具有多種功能和用途。她的悉心教導(dǎo)讓我對(duì)課題內(nèi)容有了更近一步的了解，同時(shí)也拓寬了我的知識(shí)面，使我受益匪淺。參考文獻(xiàn)1. 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