【正文】 環(huán)己酮和二氯甲烷加入無水硫酸鎂干燥，放置數(shù)天。重氮化反應(yīng)必須在酸性溶液中完成，在進(jìn)行重氮化反應(yīng)時，要先將對氨基苯磺酸與堿作用，變成水溶性較大的對氨基苯磺酸鈉，然后再加亞硝酸鈉和鹽酸。同時亞硝酸鈉溶液滴加速度要慢，以防止亞硝酸分解和溶液溫度升高。圖31 對肼基苯磺酸的合成實驗結(jié)果表明，當(dāng)溫度在85 ℃對重氮鹽進(jìn)行還原，于95 ℃在硫酸作用下水解，效果較好，不經(jīng)分離可直接用于下步合成。醋酸的催化和縛堿的協(xié)同作用，加快了反應(yīng)速度， h，生成了主要產(chǎn)物2,3,3三甲基吲哚啉5磺酸。雖然加熱回流較麻煩，但產(chǎn)品收率較高，容易控制反應(yīng)終點。反應(yīng)混合液在室溫攪拌下十幾分鐘，顏色即轉(zhuǎn)為墨綠色，說明反應(yīng)速度較快，6小時后，反應(yīng)基本完全，產(chǎn)品經(jīng)乙醚使之全部析出后，過濾。經(jīng)多次薄層色譜分離，對稱Cy7菁染料的最佳洗脫劑配比為：二氯甲烷：無水甲醇=：2；在此比例下，產(chǎn)品分離效果最好。對制得的七甲川菁染料產(chǎn)品通過熒光發(fā)射光譜進(jìn)行檢測，以便獲得所要的其最大熒光發(fā)射強(qiáng)度所對應(yīng)的波長值。(2) 運(yùn)用薄層色譜和柱色譜對對稱Cy7進(jìn)行了分離提純，對稱Cy7的最佳洗脫劑配比為無水甲醇：二氯甲烷=：2。她的悉心教導(dǎo)讓我對課題內(nèi)容有了更近一步的了解，同時也拓寬了我的知識面，使我受益匪淺。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。本畢業(yè)試驗設(shè)計旨在通過傳統(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。通過薄層色譜、高效液相色譜和質(zhì)譜對合成的染料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。尤其是作為一類熒光探針已在生物芯片、DNA測序、熒光免疫分析、流式細(xì)胞測量、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。4）隨著吲哚七甲川菁染料甲川鏈增長，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)來提高染料的穩(wěn)定性是當(dāng)前學(xué)者的研究熱點。降低生產(chǎn)成本、開發(fā)屬于我們中國自己的新型專用染料是我們面臨的主要任務(wù)。 在過去，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，同時深入探討了淀粉狀蛋白形成的先決條件和動力學(xué)條件，由體外分析過程中采用相同的染料得到。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)。在纖維狀BLG存在時， T49和SH 516熒光性極大增加。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。3）染料的第二結(jié)構(gòu)特征也會使吸收峰的位置發(fā)生變化。目前，國內(nèi)外對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)用價值和研究前景。利用醋酐作溶劑 ，醋酸鈉作催化劑合成對稱和不對稱七甲川菁染料。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)時的空間位阻；(3) 雜環(huán)核中選擇合適的雜原子；(4)在各個碳上選擇合適的取代基；(5) 選擇非極性溶劑作為溶劑。但吲哚七甲川菁染料還存在種類不多、合成較困難、對光熱穩(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。王老師淵博的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，求實創(chuàng)新的探索精神，時時鞭策和激勵著我，使我受益匪淺。結(jié)論(1) 合成得到了染料中間體化合物（1對羧芐基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氣保護(hù)下，合成得到了對稱Cy7。 圖35 對稱Cy7菁染料質(zhì)譜圖([MK])，由此可以初步表征了對稱七甲川菁染料的結(jié)構(gòu)。 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，本實驗采用無水甲醇和二氯甲烷（或三氯甲烷）的二元體系為洗脫劑，將對稱Cy7菁染料產(chǎn)物進(jìn)行分離。 對稱橋環(huán)Cy7的合成探討 g( mmol)中間體a攪拌至溶解。 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。本文首先用對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。 重氮鹽還原制備對肼基苯磺酸對肼基苯磺酸制備反應(yīng)方程式如圖31所示。實驗結(jié)果表明，對氨基苯磺酸重氮化最佳控制溫度為1622 ℃，以16 ℃為最佳。C5186。 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，對人體有刺激、腐蝕。柱色譜分離裝置由一個均勻玻璃柱和填充填料(本章選用硅膠)組成，用洗脫劑流過填料，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。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。醋酸鈉是常用的催化劑。靜置，過濾，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。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℃。圖22 染料中間體的結(jié)構(gòu)1對羧芐基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。但不對稱染料的分離較復(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中常出現(xiàn)激發(fā)波長過于接近發(fā)射波長，引起測量誤差。在極性溶劑中功能菁染料的最大吸收波長往往要小得多，有時其差值可達(dá) l00nm 以上。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。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。所有上述可能的反應(yīng)機(jī)理過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。 （1）能量轉(zhuǎn)移機(jī)制：Dye ＋ hv → Dye本文以硅膠為吸附劑，采用硬板操作。吲哚三碳菁染料的雜環(huán)氮原子上連有環(huán)烷烴時，能改變其在CDR光盤涂層溶劑中的溶解度。因此，隨著七甲川菁染料中的甲川鏈增長，染料的穩(wěn)定性下降，如：單甲川菁染料和三甲川菁染料在20 ℃下可保存四年之久，七甲川菁染料在常溫下存放幾個月就會發(fā)生分解。由此我們可知，七甲川菁染料可通過其共軛骨架中的甲川鏈的長短調(diào)節(jié)染料分子的最大吸收波長，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。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。但此類水溶性菁染料的光穩(wěn)定性是一個問題。通過改變n、RRRRRR6即可形成各種對稱與不對稱的多甲川吲哚菁染料。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）。所用的七甲川吲哚菁染料探針可以通過活動性反應(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。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定、DNA測序、熒光免疫分析檢測及原位熒光雜交技術(shù)等[7]。20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的染料敏化納米晶太陽能電池，具有許多硅太陽能電池所不具有的優(yōu)點，因此成為該領(lǐng)域里的研究熱點。 近年來，菁染料及其衍生物作為新型光存儲介質(zhì)在有機(jī)型存儲光盤中得以廣泛應(yīng)用。其中菁型、份菁和酸菁染料具有各種不同的顏色，但由于染料在日光或酸的作用下易褪色，故一般不用染色。菁染料是指發(fā)色團(tuán)共軛體系兩端建立在NN原子間的脒離子插烯物，而且兩個氮原子及部分多甲川鏈為雜環(huán)核的組成部分。 dye intermediate。本文在其共軛多甲川鏈上引入中位含氯六元剛性橋環(huán)，設(shè)計合成了對稱橋環(huán)七甲川吲哚菁染料。 spectral properties 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 菁染料 1 前言 1 菁染料的結(jié)構(gòu) 2 菁染料的應(yīng)用進(jìn)展 2 七甲川吲哚菁染料 5 七甲川吲哚菁染料的概述 5 七甲川吲哚菁染料的結(jié)構(gòu) 6 七甲川吲哚菁染料的合成進(jìn)展 7 七甲川吲哚菁染料的性能 8 七甲川吲哚菁染料的分離類型 10 影響七甲川吲哚菁染料的光穩(wěn)定因素 11 七甲川吲哚菁染料的氧化機(jī)理 11 增加菁染料穩(wěn)定性的途徑 12第2章 實驗部分 15 實驗儀器及藥品 15 實驗儀器 15 實驗藥品 15 染料中間體的制備 15 染料中間體的合成路線 15 染料中間體的合成預(yù)處理 16 染料中間體的合成方法 17 縮合劑的制備 18 對稱橋環(huán)Cy7的制備 19 對稱橋環(huán)七甲川吲哚菁染料的結(jié)構(gòu) 19 對稱橋環(huán)七甲川吲哚菁染料的合成 19 對稱橋環(huán)Cy7的分離 20 TLC分離 20 柱色譜分離 21 本章小結(jié) 21第3章 結(jié)果與討論 22 縮合劑的制備工藝探討 22 原料的預(yù)處理 22 三氯氧磷、環(huán)己酮的滴加速度 22 染料中間體的制備工藝探討 22 對氨基苯磺酸制備重氮鹽 22 重氮鹽還原制備對肼基苯磺酸 23 2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸的合成 24 2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸鉀的合成 24 N對羧芐基3H吲哚啉5磺酸鉀的合成 25 對稱橋環(huán)Cy7的合成探討 25 產(chǎn)品的分離及結(jié)構(gòu)表征 26 目標(biāo)產(chǎn)品的薄層色譜分離 26 洗脫劑的最佳配比 26 柱色譜分離 27 對稱Cy7高效液相色譜分析 27 對稱Cy7質(zhì)譜分析 28 對稱橋環(huán)Cy7的合成探討 28 對稱Cy7熒光發(fā)射光譜分析 28 對稱Cy7紫外可見光譜分析 29 本章小結(jié) 30結(jié)論 31參考文獻(xiàn) 32致謝 34附錄1 35附錄2 39附錄3 43附錄4 52第1章 緒論1856年Williamsf發(fā)現(xiàn)了菁染料（亦稱花菁），十七年后，Vogel發(fā)現(xiàn)該染料具有異常靈敏的感光能力，從此菁染料逐漸在照相感光及其它高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中占據(jù)了重要地位，得到迅猛發(fā)展。近年來，菁染料及其衍生物作為新型光存儲介質(zhì)在有機(jī)型存儲光盤中得以廣泛應(yīng)用，尤其是隨著光存儲技術(shù)的飛速發(fā)展，研究新的、性能更高的作為光盤存儲介質(zhì)的菁染料成為開發(fā)新的光盤存儲技術(shù)的關(guān)鍵與核心[3]。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，菁染料逐漸在照相感光及其它高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中占據(jù)了重要地位。其中，含苯并吲哚環(huán)的菁染料及其衍生物與其它可用作記錄介質(zhì)的有機(jī)染料相比，能夠高度吸收近紅外光，具有強(qiáng)反射性、吸收波長可調(diào)諧范圍大、反射率高、摩爾消光系數(shù)大、信噪比較高、在有機(jī)溶劑中溶解度較大及可方便地采用旋涂制膜等優(yōu)點，使它作為有機(jī)光記錄介質(zhì)的應(yīng)用研究越來越受到人們的普遍關(guān)注。此外，為充分利用有機(jī)染料的波譜范圍，可將兩種或多種具有不同光譜響應(yīng)的有機(jī)染料組合形成雙層結(jié)構(gòu)涂敷在電極上，形成有機(jī)固態(tài)異質(zhì)的太陽能電池，如張莉等[4]構(gòu)造了由n型多層的兩種不同的染料和p型無金屬酞菁組成的有機(jī)pn異質(zhì)的太陽能電池，其吸收光覆蓋了400 nm～900 nm波長的可見光，使光電池從單層染料電池的幾微安增大到幾百微安，電池填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率也顯著提高。mol/L濃度的鈣離子；另一類是通過減色效應(yīng)，也就是所測物與功能菁染料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過其褪色程度得出結(jié)論。藥物與人體血清蛋白結(jié)合后會影響到藥物的毒性、活性和人體對它的排泄。多甲川吲哚菁染料（也稱3H吲哚菁染料）的基本結(jié)構(gòu)如圖12所示。 線性多甲川菁染料的合成進(jìn)展李群[10]等用1,3丙磺酸內(nèi)酯為季銨化試劑，原甲酸三乙酯為縮合劑，在雜環(huán)氮原子上引入了磺酸基，制備了雜環(huán)氮原子上帶磺酸基的吲哚碳菁染料，這些染料與雜環(huán)氮原子上含有烷基的吲哚三甲川菁染料相比，具有較高的熔點，并在水、甲醇、乙醇等極性溶劑中有較大的溶解度，但其缺點在于產(chǎn)品的產(chǎn)率比較低。由上可以看出：對稱型水溶性吲哚線性多甲川菁染料通常是先對吲哚雜環(huán)進(jìn)行修飾，再由N原子上帶有活性甲基的取代吲哚雜環(huán)季銨鹽與縮合劑反應(yīng)得到。他們對四種菁染料進(jìn)行光穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，提高染料的光穩(wěn)定性可以采取以下三種方法：(1)在傳統(tǒng)的直鏈甲川鏈上引入環(huán)己烯；(2)以芐基溴為烴化試劑使吲哚環(huán)中的氮季銨化；(3)在甲川鏈中引入給電子基團(tuán)。在甲川鏈上引入橋環(huán)結(jié)構(gòu)后，波長及波形都會有所改變。由于第一種方法常常引起染料溶解度的下降,第二種方法易引起染料吸收光譜的藍(lán)移,因此第三種方法最為常用, 效果也最明顯。TLC兼?zhèn)淞酥V和紙色譜的優(yōu)點，一方面適用于少量樣品(幾到幾微克，)的分離；另一方面在制作薄層板時，可把吸附層加厚加大，可用來精制樣品。色譜法又稱色層法、層析法，是分離、提純和鑒定化合物的重要方法之一，它是一種物理的分離方法，其基本原理是利用混合物各組分在某一物質(zhì)中的吸附或溶解性能（分配）的不同，或其親和性能的差異，使混合物的各組分隨著流動的液體或氣體（稱流動相），通過另一種不動的固體或液體（稱固定相），進(jìn)行反復(fù)的吸附或分配作用從而使各組分分離。(1Δg) ； 1O2Reda Mahmoud Abd E1Aal 給出了一個粗略計算躍遷能的公式： △Etheo=h2/8mL2(N＋1) 其中：h為普朗克常量，m 為電子質(zhì)量，L為鏈長度，N 為雙鍵個數(shù)。在甲川鏈上引入不飽和環(huán)體結(jié)構(gòu)，使多甲川鏈部分剛性化，增加光氧化反應(yīng)時的空間位阻，使 1O2 和 O2 的進(jìn)攻受阻，提高其光穩(wěn)定性能。在吲哚環(huán)上引入強(qiáng)吸電子基團(tuán)，如NOCN、SO3H、鹵素等，能使共軛甲川鏈上的電