CN102321063B - 一种制备不对称罗丹明的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备不对称罗丹明的方法，用N，N-二乙基间氨基苯酚，邻苯二甲酸酐反应制得中间体酮酸，然后酮酸和对应的萘二酚结构在催化剂的作用下反应生成不对称罗丹明，并直接将其粗品乙酯化后柱层析，最终重结晶得到符合要求的不同结构的不对称罗丹明染料。与现有技术相比，本发明操作简单，设备要求低，生产成本较低，生产效率高，得到的新型罗丹明荧光性能好，稳定性良好，可以得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机荧光(激光)染料的制备方法，尤其是涉及一种不对称罗丹明的制备方法。
背景技术
罗丹明类化合物是以氧杂蒽为母体的碱性呫吨染料，由于特殊的结构及相应的荧光特性，使罗丹明类荧光染料被广泛的应用在信息科学，荧光标记，激光染料等方面。与其它的常用荧光染料相比，罗丹明类染料具有光稳定性好，荧光量子产率高等优点。
罗丹明类化合物的合成方法很多，从合成步骤来划分可以分为直接缩合法、分步缩合法两大类，而从结构修饰来划分又可分为对母环修饰、对底环进行修饰以及多发色团的罗丹明类荧光染料合成。由于分子结构中含共轭II键和较活泼的助色基团，通过引入不同的官能团对罗丹明的结构进行修饰，可以设计合成出许多罗丹明类衍生物(包含不对称罗丹明)。这些修饰可以在缩合反应之后进行，也可以在合成之前对芳环或杂芳环修饰。经过修饰的罗丹明很好地弥补了亲脂性差、特异选择性不好、量子收率较低、发射波长较低等缺点且不对称罗丹明可以有效地增加其斯托克位移，有利于提高其分辨率。
直接缩合法一般用来合成取代基对称的罗丹明类荧光染料。罗丹明类荧光染料的经典合成就是属于该类方法，通过合适的氨基酚与各种苯甲酸、邻苯二甲酸、苯酐、磺基苯甲酸及其酸酐反应，用浓硫酸、无水氯化锌及其它Lewis酸作催化剂缩合。
分步缩合法可以用来合成取代基对称的罗丹明类荧光染料，也可以用来合成取代基不对称的罗丹明类荧光染料。分步缩合法总体来说反应条件比较温和，副产物较少，与直接缩合法相比有一个明显的优势，可以用来合成取代基不对称的罗丹明类荧光染料，这极大的丰富了罗丹明类荧光染料品种。正是基于此分步缩合法也被称为区域选择合成法。
目前有关罗丹明酯类化合的研究报道已经有很多，但还没有发现关于萘二酚结构的不对称罗丹明的研究报道，这一结构合成简便，且具有一定的斯托克位移且较高的荧光强度，光稳定性良好，可以作为一种新型的罗丹明类荧光染料，广泛应用于激光染料，荧光探针，荧光标记等方面。
目前罗丹明类染料的提纯主要采用硅胶柱层析对制备的罗丹明酯进行提纯，所用的洗脱剂包括氯仿，二氯甲烷，甲醇等等。对于萘二酚结构的不对称罗丹明，在经过柱层析后，又通过重结晶，大幅提高了产品的纯度，有效地保证并提高了其荧光强度。
目前，由于罗丹明类染料的广泛应用，对各个波段的罗丹明的特定需求也逐渐增加，萘二酚结构的不对称罗丹明因其简便的合成方法和较强的荧光强度在其特定波长上的应用上具备了其无可比拟的优势，因此研究各种新型特定波长的罗丹明类染料具有非常大的应用价值和经济价值。
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纯度高、荧光强度高、稳定性良好的制备不对称罗丹明的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种制备不对称罗丹明的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)中间体酮酸的制备：取N，N-二乙基间氨基苯酚以及其1-2倍摩尔量的邻苯二甲酸酐作为原料，利用10-50倍质量的甲苯溶解，氮气保护条件下搅拌，加热回流5-10小时，冷却后抽滤得到中间体酮酸；
(2)不对称罗丹明的制备：取步骤(1)制备得到的中间体酮酸，萘二酚甲酸乙酯和催化剂，萘二酚甲酸乙酯的加入量为中间体酮酸的1-3倍摩尔量，加热到100-160℃反应2-10小时，将得到的混合物投入40-80倍质量的水中析出沉淀，抽滤，干燥后得到粗品；
(3)不对称罗丹明粗品的酯化：将得到的不对称罗丹明的粗品溶解于20-50倍重量的乙醇溶液中，加入催化剂，回流反应10-30小时，旋转蒸发去除溶剂，用二氯甲烷溶解产品，用大量的水洗涤除去催化剂，浓缩二氯甲烷溶液后得到酯化的不对称罗丹明粗品；
(4)不对称罗丹明染料的纯化：将得到的酯化的不对称罗丹明粗品经过柱层析后重结晶得到纯品不对称罗丹明。
步骤(2)中所述的催化剂选自氯化锌、硫酸、磷酸、三氯氧磷或甲烷磺酸，催化剂与中间体酮酸的重量比为1～2∶3～4。
步骤(3)中所述的催化剂选自浓硫酸、氯化亚砜或氯化氢气体，催化剂与乙醇溶液的体积比为1∶10～20。
步骤(4)中所述的重结晶采用的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或乙酸乙酯中的一种或两种。
步骤(4)中所述的纯品不对称罗丹明的结构式为：
用不同的催化剂催化罗丹明的合成可以得到上述不同结构的不对称罗丹明染料。
合成路线如下：
其中，R为-H、-COOCH3CH2基团，分别对应为上述两种结构的不对称罗丹明染料。
与现有技术相比，本发明可以得到一类不对称罗丹明荧光染料，其纯度可以达到检测和应用要求，有一定的斯托克位移，荧光强度高，稳定性良好，并且生产所使用的溶剂价格便宜，所需的设备简单。
附图说明
图1为实施1制备得到的不对称罗丹明的紫外吸收和荧光谱图。
图2为实施2制备得到的不对称罗丹明的紫外吸收和荧光谱图。
图3是本发明的工艺路线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
不对称罗丹明I的制备及纯化：
在装有磁力搅拌的250ml三口瓶中加入N，N-二乙基间氨基苯酚9.9g，邻苯二甲酸酐9.0g，用150ml甲苯溶解，N2保护，搅拌，加热回流8小时后停止反应，冷却至室温后抽滤，滤饼用水重结晶，得淡黄色柱状晶体，即酮酸11.7g，收率62.5％。
在装有磁力搅拌的100mL圆底烧瓶中加入酮酸3.1g，萘二酚甲酸乙酯4.6g，氯化锌1.3g。120℃加热搅拌反应6h。将得到的混合物投入200ml水中析出沉淀，抽滤，滤饼干燥后得到粗品。
取3g得到的粗品溶解于100ml的无水乙醇中，冰水浴下滴入5ml的浓硫酸。然后回流24小时。旋转蒸发出去溶剂，用二氯甲烷溶解产品，用大量的水洗涤去除催化剂。浓缩二氯甲烷溶液后得不对称罗丹明I的粗品。
以二氯甲烷/乙酸乙酯为洗脱剂，硅胶为填充物分离得到不对称罗丹明I，用乙醇重结晶后得到黄色的棒状晶体为纯品罗丹明I，其结构式为：
其紫外吸收和荧光谱图如图1所示。
1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ0.87(t，3H)，1.23(t，6H)，3.41-3.46(q，4H)，3.99-4.01(m，2H)，6.43(dd，1H)，6.58(t，3H)，6.88(d，1H)，7.06-7.10(t，1H)，7.35(t，1H)，7.68-7.71(m，2H)，8.30(m，1H)，8.45(d，1H)。
实施例2
不对称罗丹明II的制备及纯化：
在装有磁力搅拌的250ml三口瓶中加入N，N-二乙基间氨基苯酚9.9g，邻苯二甲酸酐9.0g，用150ml甲苯溶解，N2保护，搅拌，加热回流8小时后停止反应，冷却至室温后抽滤，滤饼用水重结晶，得淡黄色柱状晶体，即酮酸11.7g，收率62.5％。
在装有磁力搅拌的100mL圆底烧瓶中加入酮酸3.1g，萘二酚甲酸乙酯4.6g，甲烷磺酸10ml。100℃加热搅拌反应10h。将得到的混合物投入200ml水中析出沉淀，抽滤，滤饼干燥后得到粗品。
取3g得到的粗品溶解于100ml的无水乙醇中，冰水浴下滴入5ml的浓硫酸。然后回流24小时。旋转蒸发出去溶剂，用二氯甲烷溶解产品，用大量的水洗涤去除催化剂。浓缩二氯甲烷溶液后得不对称罗丹明II的粗品。
以二氯甲烷/乙酸乙酯为洗脱剂，硅胶为填充物分离得到不对称罗丹明II，用乙醇重结晶后得到黄色的棒状晶体为纯品罗丹明II。其结构式为：
其紫外吸收和荧光谱图如图2所示。
1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ0.90(t，3H)，1.21(t，6H)，1.47-1.51(t，3H)，3.40-3.46(q，4H)，3.95-4.10(m，2H)，4.54-4.56(m，2H)，6.45-6.48(dd，1H)，6.54(d，1H)，6.63(d，1H)，6.67(d，1H)，7.07-7.10(m，1H)，7.16-7.18(m，1H)，7.33-7.37(t，1H)，7.67-7.70(m，1H)，8.28-8.32(m，1H)，8.45-8.47(dd，1H)。
实施例3
一种制备不对称罗丹明的方法，其工艺流程如图3所示，该方法包括以下步骤：
(1)中间体酮酸的制备：取N，N-二乙基间氨基苯酚以及其等摩尔量的邻苯二甲酸酐作为原料，利用10倍质量的甲苯溶解，氮气保护条件下搅拌，加热回流5小时，冷却后抽滤得到中间体酮酸；
(2)不对称罗丹明的制备：取步骤(1)制备得到的中间体酮酸，等倍摩尔量的萘二酚甲酸乙酯和催化剂氯化锌，氯化锌与中间体酮酸的重量比为1∶4，加热到100℃反应10小时，将得到的混合物投入40-80倍质量的水中析出沉淀，抽滤，干燥后得到粗品；
(3)不对称罗丹明粗品的酯化：将得到的不对称罗丹明粗品溶解于20倍重量的乙醇溶液中，加入催化剂浓硫酸，浓硫酸与乙醇溶液的体积比为1∶10，回流反应10小时，旋转蒸发去除溶剂，用二氯甲烷溶解产品，用大量的水洗涤除去催化剂，浓缩二氯甲烷溶液后得到酯化的不对称罗丹明粗品。
(4)不对称罗丹明染料的纯化：将得到酯化的不对称罗丹明粗品经过柱层析后重结晶，重结晶的溶剂为甲醇，得到纯品不对称罗丹明。
实施例4
一种制备不对称罗丹明的方法，包括以下步骤：
(1)中间体酮酸的制备：取N，N-二乙基间氨基苯酚以及其2倍摩尔量的邻苯二甲酸酐作为原料，利用50倍质量的甲苯溶解，氮气保护条件下搅拌，加热回流10小时，冷却后抽滤得到中间体酮酸；
(2)不对称罗丹明的制备：取步骤(1)制备得到的中间体酮酸，3倍摩尔量的萘二酚甲酸乙酯和催化剂磷酸，磷酸与中间体酮酸的重量比为2∶3，加热到160℃反应2小时，将得到的混合物投入80倍质量的水中析出沉淀，抽滤，干燥后得到粗品；
(3)不对称罗丹明粗品的酯化：将得到的不对称罗丹明粗品溶解于50倍重量的乙醇溶液中，加入催化剂氯化亚砜，氯化亚砜与乙醇溶液的体积比为1∶15，回流反应30小时，旋转蒸发去除溶剂，用二氯甲烷溶解产品，用大量的水洗涤除去催化剂，浓缩二氯甲烷溶液后得到酯化的不对称罗丹明粗品。
(4)不对称罗丹明染料的纯化：将得到酯化的不对称罗丹明粗品经过柱层析后重结晶，重结晶的溶剂为甲醇和丙醇的混合溶剂，得到纯品不对称罗丹明。
Claims (1)
1.一种制备酯化的不对称罗丹明的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)中间体酮酸的制备：取N,N-二乙基间氨基苯酚以及其1-2倍摩尔量的邻苯二甲酸酐作为原料，利用10-50倍质量的甲苯溶解，氮气保护条件下搅拌，加热回流5-10小时，冷却后抽滤得到中间体酮酸；
(2)不对称罗丹明的制备：取步骤(1)制备得到的中间体酮酸，萘二酚甲酸乙酯和催化剂，萘二酚甲酸乙酯的加入量为中间体酮酸的1-3倍摩尔量，加热到100-160℃反应2-10小时，将得到的混合物投入40-80倍质量的水中析出沉淀，抽滤，干燥后得到粗品；
(3)不对称罗丹明粗品的酯化：将得到的不对称罗丹明的粗品溶解于20-50倍重量的乙醇溶液中，加入催化剂，回流反应10-30小时，旋转蒸发去除溶剂，用二氯甲烷溶解产品，用大量的水洗涤除去催化剂，浓缩二氯甲烷溶液后得到酯化的不对称罗丹明粗品；
(4)酯化的不对称罗丹明染料的纯化：将得到的酯化的不对称罗丹明粗品经过柱层析后重结晶得到纯化的酯化的不对称罗丹明；
步骤(2)中所述的催化剂选自氯化锌、硫酸、磷酸、三氯氧磷或甲烷磺酸，催化剂与中间体酮酸的重量比为1～2︰3～4；
步骤(3)中所述的催化剂选自浓硫酸、氯化亚砜或氯化氢气体，催化剂与乙醇溶液的体积比为1︰10～20；
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