【正文】 三次，得粗產(chǎn)品，放入真空干燥器中保存 對(duì)稱橋環(huán)Cy7的分離 TLC分離所用展開(kāi)劑揮發(fā)性較大，為防止在展開(kāi)過(guò)程中展開(kāi)劑比例改變，薄層色譜展開(kāi)必須在封閉器皿中進(jìn)行，分上行法(溶劑向上爬)、下行法(溶劑向下爬)和近水平(溶劑橫向擴(kuò)散)等。醋酸鈉是常用的催化劑。圖 24 對(duì)稱Cy7菁染料的結(jié)構(gòu)式 對(duì)稱橋環(huán)七甲川吲哚菁染料的合成中位含氯六元橋環(huán)七甲川吲哚菁染料的合成一般是通過(guò)傳統(tǒng)的縮合反應(yīng)，即含有活性甲基的雜環(huán)堿性化合物與Schiff堿不飽和雙醛類化合物在催化劑作用下縮合而實(shí)現(xiàn)的。產(chǎn)品于氮?dú)獗Ｗo(hù)下置于冰箱中保存，備用。反應(yīng)一步完成，條件溫和，但反應(yīng)物要求嚴(yán)格無(wú)水，合成方程式如圖23。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。真空干燥， g，%，直接用作下步合成。反應(yīng)3個(gè)小時(shí)后，冷卻至室溫。 2,3,3三甲基3H吲哚啉5磺酸的合成方法 在100 mL的三口瓶中加入3甲基2丁酮5 mL（ mol）、 g（ mol）及9 mL醋酸。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℃。 對(duì)肼基苯磺酸的合成方法 在250 mL的三口燒瓶中加入30 mL水， g ( mol)。待碳酸鈉溶解后， g( mol)，再將30% g（ mol）細(xì)流加入。在中間體的2位上存在著富電子、活潑性甲基，可作為親核試劑與具有親電活性的縮合劑縮合而得到各種相應(yīng)3H吲哚菁染料。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。一般是通過(guò)具有親核性的染料中間體與具有親電活性的縮合劑縮合而合成得到的。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。在吲哚環(huán)N原子上引入對(duì)羧芐基，在芳香環(huán)上引入磺酸基增加水溶性；(2) 合成橋環(huán)七甲川吲哚菁染料縮合劑2氯1甲?；?羥甲基環(huán)己烯的合成條件進(jìn)行改進(jìn)，減少縮合劑在生產(chǎn)過(guò)程中被氧化程度第2章 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品 實(shí)驗(yàn)儀器予華SHZD(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵 鞏義市英峪予華儀器廠DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市英峪予華儀器廠旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 RE52C 鞏義市英峪予華儀器廠紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(uv2550) 日本島津FL3（Fluorolog 3)熒光光譜儀 法國(guó)Jobin Yvon 實(shí)驗(yàn)藥品三氯氧磷 分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所二氯甲烷 分析純 天津市凱通化學(xué)試劑有限公司三氯甲烷 分析純 天津市凱通化學(xué)試劑有限公司環(huán)己酮 分析純 天津市凱通化學(xué)試劑有限公司N，N二甲基甲酰胺 分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所無(wú)水乙醚 分析純 天津市科密歐試劑有限公司乙酸酐 分析純 天津市化學(xué)試劑三廠無(wú)水甲醇 分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所丙酮 分析純 天津易發(fā)化學(xué)試劑廠異丙醇 分析純 天津市化學(xué)試劑一廠硅膠 200~300目 天津市圣源化學(xué)試劑有限公司 染料中間體的制備 染料中間體的合成路線染料中間體的合成路線如圖21所示。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。熒光標(biāo)記時(shí)，熒光菁染料最好在分子中含有且僅含有一個(gè)羧基基團(tuán)，則可以用于特定的衍生反應(yīng)。但它在實(shí)際的應(yīng)用中仍然有很多不足。另外，其他因素也會(huì)有一定的影響，例如將染料與抗氧化劑一起使用可減少介質(zhì)中 1O2和 O2 的含量，功能菁染料同樣會(huì)趨于穩(wěn)定。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。然而N原子上連接的是甲基還是乙基，對(duì)最大吸收波長(zhǎng)沒(méi)有明顯的影響。．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。Fegling Song等指出，N 原子上用苯取代常規(guī)的烷基，以用供電基團(tuán)取代橋環(huán)上的氯原子都將改善染料穩(wěn)定性。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。 雜環(huán)核中的雜原子 姚祖光稱，雜環(huán)核中雜原子電負(fù)性對(duì)功能菁染料的最大吸收波長(zhǎng)有一定的影響，由于噻唑的堿性比吲哚大，故吸收波長(zhǎng)紅移，這是強(qiáng)吸電作用使共軛電子能量降低的結(jié)果。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。 橋環(huán)結(jié)構(gòu) 橋環(huán)結(jié)構(gòu)是公認(rèn)較好的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在改進(jìn)菁染料的穩(wěn)定性方面受到了廣泛關(guān)注。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。然而，隨著多甲川鏈的增加，功能菁染料的穩(wěn)定性迅速下降，主要是由于鏈的增長(zhǎng)使鏈更加柔順，易于遭受 1O2 和 O2 的進(jìn)攻。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。 增加菁染料穩(wěn)定性的途徑 增加鏈的長(zhǎng)度 鏈長(zhǎng)度的增加顯著增加菁染料的最大吸收波長(zhǎng)，且與分子軌道理論的計(jì)算結(jié)果相符。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。＋ O2 → Dye＋O2 ； O2 ＋ Dye → Fading。 ＋ Dye → DyeO2(Fading) （2）電子轉(zhuǎn)移機(jī)制：Dye ＋ hv → Dye＋ O2 → Dye ＋ 1O2 （1）能量轉(zhuǎn)移機(jī)制：Dye ＋ hv → Dye菁染料是含鏈共軛結(jié)構(gòu)的分子，它對(duì)可見(jiàn)、近紅外光的吸收源自于電子躍遷，因此，凡是能降低躍遷能差的結(jié)構(gòu)都有利于分子吸收波長(zhǎng)的紅移，反之，則發(fā)生紫移。 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(wèn)題就是染料對(duì)光、熱、氧、臭氧的不穩(wěn)定。繼續(xù)用溶劑洗脫，已經(jīng)分開(kāi)的溶質(zhì)可以從柱上分別析出收集。本文以硅膠為吸附劑，采用硬板操作。在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，常利用TLC觀察原料斑點(diǎn)的逐步消失來(lái)判斷反應(yīng)是否完成。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)。 七甲川吲哚菁染料的分離類型薄層色譜(Thin layer chromatography, TLC)是一種快速、簡(jiǎn)單高效的分離制備法，它將吸附劑均勻鋪在玻璃板上，將欲分離樣品點(diǎn)加到薄層上，然后用合適的溶劑展開(kāi)而達(dá)到分離、鑒定和定量的目的。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。大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)磺酸基的引入不僅增加了染料的水溶性，而且提高了其穩(wěn)定性，當(dāng)用羰基代替磺酸基時(shí)，水溶性有所下降。 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。這種淬滅劑可以是金屬螯合物類、胺類、氮雜環(huán)類、色滿類、酚類和有機(jī)磷化合物等多種材料。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。 光穩(wěn)定性 七甲川菁染料應(yīng)用于光盤存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域中具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其易發(fā)生光氧化反應(yīng)而使降低了染料的穩(wěn)定性。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。由于七甲川菁染料的鍵均勻性是隨著鏈的增吸收波長(zhǎng)紅移100nm。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(jiàn)光區(qū)域，很容易合成得到近紅外七甲川菁染料。 七甲川吲哚菁染料的性能 光譜性能 具有一個(gè)大的π共軛體系是七甲川菁染料分子的第一結(jié)構(gòu)特征，不同的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)。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。SongFengling等[22]利用親水性基團(tuán)對(duì)吲哚環(huán)進(jìn)行修飾，同時(shí)在甲川鏈上插入環(huán)烴基團(tuán)合成了一系列的水溶性吲哚剛性橋環(huán)多甲川菁染料。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。 剛性橋環(huán)多甲川菁染料的合成進(jìn)展 二十世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的在多甲川鏈上嵌入橋環(huán)的合成方法，使菁染料多甲川鏈逐步建立。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。與已經(jīng)商品化的菁染料相比，新型的水溶性菁染料除具有與其相似的水溶性和光譜性質(zhì)外，由于將結(jié)構(gòu)較大的分子引入了染料分子中，使其具有相對(duì)較好的光穩(wěn)定性。但此類水溶性菁染料的光穩(wěn)定性是一個(gè)問(wèn)題。與以前相比，樓開(kāi)炎等在合成純化路線上對(duì)每一步中間體都作純化，降低了最后產(chǎn)品的分離難度，利用通常的制備薄層色譜就可以進(jìn)行提純，免去了對(duì)高效液相色譜設(shè)備的要求，大大降低了成本。樓開(kāi)炎等合成了一種新型的不對(duì)稱水溶性吲哚菁染料。合成吲哚環(huán)的方法大多采用傳統(tǒng)的費(fèi)歇爾合成法，用苯肼或?qū)ξ蝗〈诫屡c甲基酮類化合物通過(guò)縮合、環(huán)化即得產(chǎn)物。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。根據(jù)共軛甲川鏈上的碳原子數(shù)可以將染料分為一甲川菁染料，三甲川菁染料，五甲川菁染料和七甲川菁染料等。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。七甲川作為甲川的吲哚碳菁染料的一種，吸收波長(zhǎng)更長(zhǎng)，背景干擾更小，應(yīng)用前景也就闊。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）。 七甲川吲哚菁染料1989年，砷化鎵鋁（GaALAs）二極管激光器問(wèn)世，它的工作波長(zhǎng)在近紅外區(qū)，這事之與之相匹配的近紅外吸收染料成為功能染料的研究特點(diǎn)之一，每年都有大量的專利文獻(xiàn)報(bào)道。分別對(duì)布洛芬、萘普生等多種藥物進(jìn)行分析。Sowell和agnew heard利用水溶性七甲川花菁染料近紅外熒光染料作為人體血清蛋白的非共價(jià)標(biāo)記物和示蹤物，通過(guò)毛細(xì)管電泳檢測(cè)不同藥物與人體血清蛋白的結(jié)合能力。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。其基本原理是將特異性的抗體或者抗原記上熒光基團(tuán)使之成為特異性試劑，與相應(yīng)的抗體或者抗原結(jié)合，形成抗原抗體復(fù)合物，再用熒光檢測(cè)儀器檢測(cè)熒光的現(xiàn)象及各種熒光參數(shù)，從而以熒光為信使，活的樣品中的抗原或者抗體的分布、濃度等信息。 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。功能菁染料與所測(cè)物質(zhì)的作用方式可分為兩類：一類是絡(luò)合機(jī)制，這類功能染料往往含有大環(huán)醚結(jié)構(gòu)的功能基團(tuán)，它可與對(duì)應(yīng)的金屬離子絡(luò)合，從而改變功能菁染料的光譜性質(zhì)，此方法可在無(wú)傷害、 181。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]。王麗秋等[6]發(fā)現(xiàn)一系列多甲川吲哚菁染料在近紅外區(qū)具有熒光吸收，可以用作標(biāo)記生物大分子，如DNA序列、氨基酸、低聚肽、蛋白質(zhì)、類脂和糖作熒光標(biāo)記；同時(shí)研究還表明該類染料可作為診斷劑的活性成份和激光治療癌癥的藥物成份。 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。1991年，Gratzel等研究了染料敏化納米二氧化鈦薄膜太陽(yáng)能光電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)10%以上，從而開(kāi)始了世界范圍內(nèi)對(duì)染料敏化寬帶半導(dǎo)體太陽(yáng)能薄膜電池的研究熱潮。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)。Liao等人采用兩種菁染料復(fù)配，作為高密度的光記錄介質(zhì)，取得了滿意的結(jié)果。因此，菁染料在光信息存儲(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(kāi)發(fā)有機(jī)光記錄材料的科學(xué)家研究的重點(diǎn)。菁染料作為有機(jī)光學(xué)記錄介質(zhì)的應(yīng)用研究越來(lái)越受到重視，并得到實(shí)際應(yīng)用。 近年來(lái)，菁染料及其衍生物作為新型光存儲(chǔ)介質(zhì)在有機(jī)型存儲(chǔ)光盤中得以廣泛應(yīng)用。七甲川吲哚菁染料是一類性能優(yōu)良的紅外膠片光譜增感染料[5]。吲哚類菁染料屬于陽(yáng)離子型增感劑，陽(yáng)離子的平面性質(zhì)決定了染料良好的增感效果。圖11 菁染料結(jié)構(gòu)通式 菁染料的應(yīng)用進(jìn)展 在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用1873年伏杰爾首先發(fā)現(xiàn)菁染料可以起到增感作用，由此菁染料成為主要的增感染料品種。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。 菁染料的一般結(jié)構(gòu)是分子兩端含有兩個(gè)氮原子中心，其中一端帶有正電荷的氮原子通過(guò)共軛鏈烯烴，與另一端的氮原子相連，形成通過(guò)共軛鏈烯烴“推拉”電子的骨架結(jié)構(gòu)，共軛鏈一般由奇數(shù)個(gè)碳原子組成。同時(shí)，菁染料具有的熒光特性被廣泛應(yīng)用于生物大分子熒光標(biāo)記，從而有力的促進(jìn)了生物分析技術(shù)的發(fā)展。由于這類染料易在光及酸存在下褪