具体实施方式

本发明提供了一种七甲川吲哚菁染料，具有式1所示结构：

式1中，n为0或1；

R₁为式R_1-1、R_1-2、R_1-3和R_1-4中的任意一种：

R₁中，m为0、1或2；

R₂为式R_2-1或式R_2-2：

R₃为式R_3-1或式R_3-2：

当R₂为R_2-1时，R₃为R_3-1；当R₂为R_2-2时，R₃为R_3-2。

在本发明中，表示连接位点。

在本发明中，所述七甲川吲哚菁染料的结构优选如式2～9所示，具体见表1。

表1七甲川吲哚菁染料的具体结构式

本发明提供的七甲川吲哚菁染料在近红外区有强的近红外吸收，所述近红外区的波长优选为620～850nm。本发明提供的七甲川吲哚菁染料具有良好的光稳定性和光热转换效率，其光热转换率、光热稳定性相较于吲哚菁绿明显提高。同时，本发明提供的七甲川吲哚菁染料具有良好的荧光性能。本发明中的七甲川吲哚菁染料属于有机小分子，细胞毒性低且化学位点多，易于进一步设计合成功能性分子；其生物相容性好，在生物体内易于清除，具有明确的生物降解途径，能够应用于生物标记、光学成像、光热成像、光声成像、光动力疗法和光热治疗领域。

本发明提供了上述七甲川吲哚菁染料的制备方法，包括以下步骤：

①当R₁为时，所述七甲川吲哚菁染料的制备方法包括以下步骤：

具有式a所示结构的化合物与具有式b所示结构的化合物进行反应，得到具有式c所示结构的化合物；

具有式c所示结构的化合物与亲核试剂进行亲核取代反应，得到七甲川吲哚菁染料；

所述亲核试剂具有式d-1、式d-2或式d-3所示结构；

在本发明中，所述具有式a所示结构的化合物的制备方法，优选包括以下步骤：

将三氯氧磷与N’N-二甲基甲酰胺混合，得到Vilsmeier-Haack弱亲核试剂；

将所述Vilsmeier-Haack弱亲核试剂与环烷酮、苯胺混合，进行Vilsmeier-Haack反应，得到具有式a所示结构的化合物；所述环烷酮为环己酮或环戊酮。

本发明将三氯氧磷与N’N-二甲基甲酰胺混合，得到Vilsmeier-Haack弱亲核试剂。在本发明中，所述混合优选在氮气保护下进行；所述三氯氧磷与N’N-二甲基甲酰胺的摩尔比优选为2.3∶3.2。在本发明中，所述混合的温度优选为-2～5℃，更优选为0～2℃；所述混合的时间优选为0.5～2h，更优选为1～1.5h。在本发明中，所述三氯氧磷与N’N-二甲基甲酰胺能够形成Vilsmeier-Haack弱亲核试剂。

在本发明中，将所述Vilsmeier-Haack弱亲核试剂与环烷酮、苯胺混合，进行Vilsmeier-Haack反应，得到具有式a所示结构的化合物；所述环烷酮为环己酮或环戊酮。在本发明中，所述环烷酮、三氯氧磷和苯胺的摩尔比优选为1∶2.3∶(2～2.2)。在本发明中，所述苯胺优选以苯胺的乙醇溶液的形式加入，所述苯胺与乙醇的摩尔比优选为1∶1。

在本发明中，所述混合的方式优选为：将所述Vilsmeier-Haack弱亲核试剂与环烷酮混合，进行加热回流，冷却后加入苯胺。在本发明中，所述加热回流的温度优选为153～165℃，更优选为155～160℃；时间优选为1h。

在本发明中，所述Vilsmeier-Haack反应的温度优选为室温，时间优选为0.5～2h，更优选为1～1.5h。

所述Vilsmeier-Haack反应后，本发明优选对所得Vilsmeier-Haack反应产物进行后处理，所述后处理优选包括以下步骤：

对所得Vilsmeier-Haack反应产物依次进行重结晶、洗涤、过滤和干燥，得到具有式a所示结构的化合物固体。在本发明中，所述重结晶优选在冷水浴条件下进行，所述重结晶使用的溶剂优选为浓盐酸。在本发明中，所述冷水的温度优选为0～4℃，浓盐酸中水与盐酸的体积比优选为8～10∶1。

本发明对所述洗涤、过滤和干燥的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的上述操作即可。

在本发明中，所述具有式b所示结构的化合物的制备方法，优选包括以下步骤：

1，1，2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚与亲电试剂混合，进行亲电反应，得到具有式b所示结构的化合物。

在本发明中，所述亲电试剂优选为1，3-丙磺酸内酯或1，4-丁磺酸内酯。

在本发明中，所述亲电反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂优选为甲苯。

在本发明中，所述1，1，2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚与亲电试剂的摩尔比优选为1∶(1.2～1.7)，更优选为1∶1.5。在本发明中，所述亲电反应的温度优选为回流温度，时间优选为18～24h，更优选为20～22h。

所述亲电反应完成后，本发明优选对所得亲电反应液进行后处理，所述后处理优选包括以下步骤：

对所述亲电反应液依次进行固液分离，所得固体重结晶，得到具有式b所示结构的化合物固体。

本发明对所述固液分离的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的固液分离方式即可，具体的如过滤。在本发明中，所述重结晶所用溶剂优选为甲醇和乙醚的混合液，所述混合液中甲醇与乙醚的体积比优选为1∶(1～2)。

在本发明中，具有式a所示结构的化合物与具有式b所示结构的化合物进行反应，得到具有式c所示结构的化合物。

在本发明中，所述具有式a所示结构的化合物与具有式b所示结构的化合物的摩尔比优选为1∶2～2.1，更优选为1∶2。

在本发明中，所述反应优选在无水醋酸钠存在下进行，所述具有式a所示结构的化合物与无水醋酸钠的摩尔比优选为1∶2.3。在本发明中，所述无水醋酸钠为反应提供碱性条件。

在本发明中，所述反应使用的有机溶剂优选为无水乙醇。

在本发明中，所述反应完成后，本发明优选对所得反应产物进行后处理，所述后处理优选包括以下步骤：

对所得反应产物依次进行除溶剂和重结晶，得到具有式c所示结构的化合物固体。

本发明对所述除溶剂的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的除溶剂方式即可。在本发明中，所述重结晶所用溶剂优选为甲醇和乙醚的混合液，所述混合液中甲醇与乙醚的体积比优选为1∶(1～2)。

在本发明中，所述具有式c所示结构的化合物的制备流程如式A所示：

得到所述具有式c结构的化合物后，本发明将具有式c所示结构的化合物与亲核试剂进行亲核取代反应，得到七甲川吲哚菁染料；

所述亲核试剂具有式d-1、式d-2或式d-3所示结构；

在本发明中，所述亲核试剂进攻具有式c所示结构的化合物的共轭链中位碳原子，通过亲核取代反应，对具有式c所示结构的化合物中位氯进行取代制备得到七甲川吲哚菁染料。

在本发明中，所述亲核取代反应所用溶剂优选为甲醇、DMSO、DMF和丙酮中的一种或几种。在本发明中，所述亲核取代反应优选在N₂保护下进行。

在本发明中，当所述亲核试剂具有式d-1或式d-3所示结构时，所述亲核取代反应的温度优选为80～90℃，时间优选为4～6h，更优选为5h。

在本发明中，当所述亲核试剂具有式d-2所示结构时，所述亲核取代反应优选在碱性条件下进行，在本发明中，提供碱性条件使用的碱优选为氢化钠。在本发明中，当所述亲核试剂具有式d-2所示结构时，所述亲核取代反应的温度优选为室温，时间优选为17～24h，更优选为20～22h。

在本发明中，所述亲核取代反应的反应过程如式B所示：

在本发明中，所述亲核取代反应完成后，本发明优选对所得亲核取代反应液进行C18反向柱层析分离，得到七甲川吲哚菁染料纯品。在本发明中，所述C18反向柱层析分离的填料优选为硅胶，流动相优选为石油醚和乙酸乙酯。

①当R₁为时，所述七甲川吲哚菁染料具有式1-1所示结构：

所述具有式1-1所示结构的七甲川吲哚菁染料的制备方法，包括以下步骤：

按照①的方法制备七甲川吲哚菁染料，具有式1-2所示结构；

将具有式1-2所示结构的七甲川吲哚菁染料进行脱BOC保护基反应，得到具有式1-1所示结构的七甲川吲哚菁染料。

在本发明中，所述脱BOC保护基反应使用的脱保护试剂优选为三氟乙酸水溶液，所述三氟乙酸水溶液中三氟乙酸与水的体积比优选为1～2:1。在本发明中，所述脱BOC保护基反应的温度优选为室温，时间优选为2～6h。

在本发明中，所述脱BOC保护基反应的反应过程如式C所示。

本发明提供了上述七甲川吲哚菁染料在制备生物标记、荧光成像、光热成像、光声成像的试剂或药物中的应用。。

本发明提供了上述七甲川吲哚菁染料在制备光热治疗药物或光动力治疗药物中的应用。

下面结合实施例对本发明提供的七甲川吲哚菁染料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)具有式a所示化合物(化合物1)的制备

在2℃条件下，向1.2mL无水DMF中加入1mL POCl₃，反应30min后加入0.5mL环己酮，加热回流1h；然后冷却至20℃，逐滴加入2.9mL苯胺/乙醇混合物，混合物中苯胺与乙醇的摩尔比为1:1；搅拌1.5小时后，倒入浓HCl中，在冰水浴中重结晶，过滤、洗涤、真空干燥得到1.044g化合物1，产率61％。

LCMS(ESI+):计算[M+H]⁺323.1，测到323.1。

合成路线如式D所示：

(2)具有式b所示化合物(化合物2)的制备

将甲苯、1.3g 1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚和1.1mL1,3-丙磺酸内酯加热回流18小时；冷却至室温，得到的蓝色晶体过滤，用乙醚洗涤，产物用甲醇和乙醚重结晶，真空干燥，得到1.81g灰色固体，为化合物2，产率88％。

LCMS(ESI+):计算[M+H]⁺332.1，测到332.1。

合成路线如式E所示：

(3)具有式c所示结构的化合物(化合物3)的合成

在氮气氛围下，制备得到的化合物1(360mg)、化合物2(662mg)和无水乙酸钠在无水乙醇溶液中加热回流4小时，薄层色谱(TLC)监测反应过程；减压除去溶剂乙醇，用乙醚洗涤所得固体，通过柱层析分离得到粗产品，用甲醇和乙醚重结晶纯化粗品，最后经过滤、真空干燥，得到化合物3(759mg)，产率95％。

合成路线如式F所示：

(4)七甲川吲哚菁染料Cy1的合成

称量800mg 4-羟基苄胺，1.56g二碳酸二叔丁脂，加入碳酸氢钠溶解于甲醇中，加热回流过夜，TLC监测反应过程；反应结束后混合液冷却至室温，减压除去溶剂甲醇，加入水和乙酸乙酯萃取，经后处理，柱层析技术分离得到化合物4(1.14g)，产率79％。

LCMS(ESI-):计算[M-H]^-222.1，测到222.1。

在N₂气氛下，称量836mg化合物4溶于无水DMF中，向上述溶液中添加150mg氢化钠，混合液在室温下搅拌1小时。向上述溶液中加入200mg化合物3，室温下反应20小时；将溶剂蒸干，并加入乙酸乙酯搅拌，过滤并在真空下干燥得到粗产物，之后通过柱层析分离纯化得到七甲川吲哚菁染料Cy1。

合成路线如式G所示：

实施例2

称量200mg七甲川吲哚菁染料Cy1，加入10mL三氟乙酸(TFA)和水的混合液，在室温下搅拌4小时，将溶剂蒸干，并加入乙酸乙酯搅拌，过滤并在真空下干燥得到粗产物，之后通过柱层析分离纯化得到七甲川吲哚菁染料Cy2。

LCMS(ESI+):计算[M+H]⁺886.3；测到886.3。

合成路线如式H所示：

实施例3

称量化合物七甲川吲哚菁染料化合物3(200mg)，对苯二胺(270mg)溶解于无水DMF中，混合液加热反应4-6小时，TLC监测反应进程，然后冷却至室温并加入乙醚，搅拌，过滤，真空干燥得到粗产物，通过C18反向柱层析分离纯化得到七甲川吲哚菁染料Cy3。

LCMS(ESI+)：计算C₅₀H₅₄N₄O₆S₂，m/z 870.3，[M+2H]2+435.5；测到435.2。

合成路线如式J所示：

实施例4

称量200mg化合物七甲川吲哚菁染料化合物3，215.5mg无水哌嗪溶解于无水DMF中，混合液加热反应5小时，TLC监测反应进程，然后冷却至室温并加入乙醚，搅拌，过滤，真空干燥得到粗产物，用甲醇和乙醚重结晶纯化粗品，最后经过滤和真空干燥，得到七甲川吲哚菁染料Cy4(160mg)，产率75％。

LCMS(ESI+)：计算[M]⁺849.1；测到849.1。

合成路线如式K所示：

七甲川吲哚菁染料Cy4的核磁共振氢谱如图1所示。

氢谱数据为：

¹HNMR(400MHz，DMSO-d₆)δ8.18(d，J＝8.8Hz，2H)，8.02(apps，2H)，8.00(apps，2H)，7.80(d，J＝13.2Hz，2H)，7.73(d，J＝8.8Hz，2H)，7.81-7.58(m，2H)，7.45-7.41(m，2H)，6.17(d，J＝13.2Hz，2H)，4.36-4.32(m，4H)，3.73(m，4H)，3.17-3.16(m，4H)，2.64-2.56(comp，8H)，2.09-2.02(m，4H)，1.94(s，12H)，1.79-1.73(m，2H).

性能测试

(一)紫外吸收光谱

以DMSO为溶剂，分别将Cy2、Cy3、Cy4配制成浓度为10^-2mol·L^-1的待测液，将待测液加入甲醇中稀释至10^-5mol·L^-1，测试其紫外吸收光谱，所得结果如图2所示。从图2可以看出，Cy2在甲醇中的最大吸收波长为808nm，Cy3在甲醇中的最大吸收波长为725nm，Cy4在甲醇中的最大吸收波长为808nm，其在近红外区均具有较强吸收。

(二)荧光性能

以DMSO为溶剂，分别将Cy2、Cy3、Cy4配制成浓度为10^-2mol·L^-1的待测液，将待测液加入甲醇中稀释至10^-5mol·L^-1，测试其荧光性能，所得结果如图3所示。从图3可以看出，Cy2在甲醇中的最大发射波长为835nm，Cy3在甲醇中的最大发射波长为834nm，Cy4在甲醇中的最大发射波长为830nm，Cy2、Cy4荧光强度更高，表现出良好的荧光性能。

(三)光热效应

将化合物Cy2、Cy3、Cy4制成0.2mmol/L水溶液，用880nm、2.5W/cm²激光照射10分钟，记录照射过程中溶液体系温度的变化。所得结果如图4所示。由图4可以看出，在880nm，2.5W/em²激光照射下，Cy4经近红外光照射10分钟后，温度升高27.8℃；Cy2温度升高21.7℃；Cy3温度升高12.7℃；本发明提供的七甲川吲哚菁染料Cy2、Cy3、Cy4均具有良好的光热转换效应，其中Cy4光热转换效率更高，升温效果最明显。

(四)光热转换稳定性

先使用808nm，1W/cm²的激光持续照射化合物Cy2、Cy3、Cy410分钟后自然冷却，后续以相同激光照射升温5分钟-自然冷却5分钟为一个循环周期，测试5个循环周期。Cy2的测试结果如图5所示，Cy3的测试结果如图6所示，Cy4的测试结果如图7所示。由图5～7可以看出，Cy3、Cy4每次重复时溶液体系的升温程度接近一致，说明Cy3、Cy4具有优异的光热转换稳定性。

(五)光稳定性

将化合物Cy2、Cy3、Cy4在880nm，1W/cm²激光下持续照射10min，测试化合物Cy2、Cy3、Cy4在光照前后的吸收光谱。Cy2的测试结果如图8所示，Cy3的测试结果如图9所示，Cy4的测试结果如图10所示。

由图8～10可以看出，照射10分钟后，化合物Cy2、Cy3、Cy4吸收强度均有所下降，但最大吸收波长和峰型基本未发生改变，说明其具有较好的光稳定性。

由以上测试可以看出，本发明提供的七甲川吲哚菁染料在近红外区具有强吸收，且具有良好的光稳定性和光热转换效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。