苯并吲哚菁染料的合成及应用

HPLC 分离后，产率为 95.8%，在甲醇中的最大吸收为 663nm, ε＝162000，但量子产率较低。
H3C CH3 CH3
N (CH2)4SO4
CH2(CH=NPh)2HCl (CH3CO)2O,1h,120℃
H3C CH3
N (CH2)4SO4
NCOCH3 Ph
H3C CH3
CH3
N
Br
(CH2)5COOH
Abstract Benzoindocyanine dyes have become one of the most important dyes which were used in optical disc, photography, biological analysis by their special structures and functions. In this paper, the advance in synthesis and applications of benzoindocyanine dyes were introduced, and the prospects of their development were anticipated.
H3C CH3
H3C CH3 R
H3C CH3
H3C CH3 R
CH CH CH
N
I
N
R1
CH3
3a R1 = CH3 R = Cl 3b R1 = Bu R = OCH3
CH CH CH
N
N
ClO4
R1
CH3
4a R1 = CH3 R = Cl 4b R1 = Bu R = OCH3
2002 年孟凡顺等[10]以(1-烷基-3,3-二甲基-1,3-氢化-苯并[e]吲哚-2-烯)-乙醛与取代的 1-烷基
由 2,3,3-三甲基苯并吲哚季铵盐或其衍生物与缩合剂反应，然后再与另一不同的杂环碱季铵盐缩
合得到。
王静[9]以(1-丁基-3,3-二甲基-1,3-氢化-苯并[e]吲哚-2-烯)-乙醛和 1,2,3,3-四甲基吲哚碘盐为原
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化学通报 2005 年 第 68 卷

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的关于它的合成大多都是采用 Fischer 合成法，即以萘胺或萘肼为原料与甲基异丙基酮反应生成
相应的腙，然后经酸催化脱水闭合成环。
1998 年 Nagano 等[5]以β-萘肼与甲基异丙基酮为原料反应，得到 2,3,3-三甲基-4,5-苯并吲哚
C NNH2 +
Br Pd (OAC)2, BINAP
Cs2CO3 , 甲苯
NN C H
(CH3)2CHCOCH3, 16h
H3C
SO3H·H2O
H3C CH3 CH3 N
CH3 N CH3
CH3
C2H5OH，环丁砜
1
2
反应中没有使用易引起癌症的萘胺及萘肼，且产率较高(80%左右)。若用 1-卤代萘与二芳基
者的量子产率分别为 0.24 和 0.34。由于具有活性基团羧基，可形成琥珀酰亚氨酯，能与生物分
子中的羟基或氨基反应，所以可以用于标记多种生物分子。
Mader 等[13]以 2,3,3-三甲基苯并吲哚的丁磺酸内酯盐为原料，与缩合剂 CH2(CH=NPh)2HCl 反应，然后再和 1-羧戊基-2,3,3-三甲基吲哚溴盐反应得到一个具有荧光性的不对称菁染料，经
(1)，产率为 82.2%，结果比较理想。反应式为：
NHNH2 (CH3)2CHCOCH3
NHN=C(CH3)CH(CH3)2
浓HCl, 60℃, 15h (CH3)2CHOH
H3C CH3 CH3 N
1
王燕[6]将β-萘肼盐酸盐与甲基异丙基酮溶于定量的乙醇中，在 80℃搅拌回流 1.5h 后，滴加
KO3S
SO3
SO3
H3C CH3
ClPhHN
n NHPh
KO3S
CH3 CH3
CH3 N C2H5
HOAc/Ac2O, 120℃,3h
(CH CH)nNCOCH3 N
Ph C2H5 A: n = 3
H3C CH3
H3C N
CO2H
(CH2)4SO3
KO3S
SO3 H3C 2 CO2H
H3C CH3
CH3 H3C
N (CH2)4SO4
N (CH2)5COOH
Narayanan 等[14]合成出可用于荧光检测分析的近红外苯并吲哚方酸菁染料，其在甲醇中的最
大吸收为 663nm；Tarazi 等[15]还利用此方酸菁染料可与过渡金属形成稳定的、荧光性增强的配合
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硫酸脱水闭环，继续回流 3.5h 后，将混合物处理得粗产品，然后用环己烷重结晶，得产率为 74%
的目标产物 1。反应时间大大缩短，产率也较高。 Yamakawa 等[7]以β-萘酚代替可致癌且已被国际上禁用的 2-萘胺原料，制得了目标化合物 1。
工艺过程简单，但反应时间较长，产率低(15%左右)，因此值得有关研究者进一步对此合成方法
1 苯并吲哚菁染料的合成
苯并吲哚菁染料的合成一般包括三个步骤：一是碱性杂环中间体 2,3,3-三甲基苯并吲哚及其 衍生物的合成；二是碱性杂环中间体与成盐剂(也称烷化剂)反应得杂环碱类季铵盐；三是杂环碱 季铵盐(或杂环碱类)与缩合剂等进行缩合反应得相应的菁染料。根据苯并吲哚菁染料的结构对称 与否，可将其分为对称型和不对称型苯并吲哚菁染料。而不对称的苯并吲哚菁染料可按引起其不 对称的因素划分为两类，即杂环不对称类(共轭链两端所连结的杂环不同)和取代基不对称类(两边 杂环所带的取代基不同)。 1.1 2,3,3-三甲基苯并吲哚的合成
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物，检测了环境中对人身体有害的金属元素如 Fe(Ⅲ)、Co(Ⅱ)等，这一方法减少了传统方法中光 谱背景的干扰。
H3C CH3
O
H3C CH3
CH
CH
N
N
(CH2)5COOH O
(CH2)4SO3 Na
1.3 对称型苯并吲哚菁染料的合成
N CH3 I
Ac2O
H3C CH3
H3C CH3
CH CH CH
N
IN
Bu
CH3
把上述得到的染料与高氯酸钠、乙醇混合加热得不对称高氯酸盐菁染料(产率为 92%)，其在
乙醇中的最大吸收为 569nm，摩尔消光系数高，且在有机溶剂中的溶解性好。
有关研究表明，在吲哚环上引入卤素或烷氧基，能使作为光记录介质的菁染料结构更加稳定，
Key words Benzoindocyanine dye, Synthesis, Applications
苯并吲哚菁染料是菁染料的一个重要分支，由于其具有光热稳定性高、溶解性好、摩尔消光 系数较大、反射率高、导热率小、最大吸收波长可调谐范围大等特性[1]，已被广泛应用于照相感 光、光盘记录介质[2]、红外激光染料[3]、光学非线形材料[4]和生物大分子荧光标记等。目前，国 内外对苯并吲哚菁染料的合成及其应用研究方兴未艾，鉴于这类染料广泛的应用价值和研究前 景，本文将对苯并吲哚菁染料的合成研究及其应用领域进行综述。
随着生物技术和荧光标示技术的飞速发展，含吲哚环的菁染料已成为在 DNA、蛋白质、核 酸等分析检测中使用的重要荧光探针。为此许多研究者为适应这一发展，合成出了许多水溶性吲 哚类菁染料。如 Lin 等[12]合成出了两个新的具有良好化学稳定性和光学性的近红外水溶性苯并吲 哚菁染料，由于芳环上带有磺酸基，中间产物难于分离，采用了不分离中间体继续反应，最后用 高效液相法进行分离，但产率还是较低(14%)。合成路线如下：
进行探讨。反应如下：
OH + (CH3)2CHCOCH3+ N2H4
H3C
SO3H
reflux, 18h , xylene
H3C CH3 CH3 N
1
2000 年 Asanuma 等[8]利用二芳基酮腙(Ar1Ar2C=NNH2)与 2-卤代萘反应生成中间体二芳基酮 -β-萘腙，然后加入甲基异丙基酮，在酸催化下脱水关环得 1。合成路线如下：
-2,3,3-三甲基吲哚盐为原料，经缩合反应后得到下面一系列可用于 DVD 光盘记录介质的不对称
苯并吲哚类菁染料。
MeO
H3C CH3
H3C CH3
CH CH CH
NY
N
R1
R2
R1, R2 = (CH2)mCH2L m = 0~20
L = H, sulfo ,hydroxy, halogen, alkoxy, arylalkyl R3 Y = I, ClO4, PF6, p-C6H4SO3, R2OSO3
H
CH3 I
H3C CH3
H3C CH3
CH CH CH
N
N
C2H5
I
CH3
3

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Mason 等[11]在带有磺酰氯基团的树脂上通过捕获、活化半菁中间体进行反应合成了上面的 不对称三甲川菁染料，其中 λmax=565nm，ε=73000，这一固相合成方法减少了产物的纯化步聚， 且提供了吲哚类菁染料合成的新思路。
关键词 苯并吲哚菁染料 合成 应用
Synthesis and Applications of Benzoindocyanine Dyes
Fan Fangli, Wang Lanying*, Gou Xiaofeng, Zhang Zuxun
(Department of Chemistry, Northwest University, Xi’an 710069)

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