一种粘度敏感型杂环化合物的制备方法和应用

1.本发明涉及一种杂环化合物，更具体的，涉及一种粘度敏感型杂环化合物的制备方法和应用，该类化合物对粘度有一定的响应，在低粘度时，荧光较弱，随着粘度的增加，荧光增强。


背景技术：

2.体液的粘度是病理状况的确定生物标志。当细胞受到外部压力时，细胞粘度就会发生异常。bopyin类探针作为对粘度响应的小分子荧光探针，具有灵敏度高、生物光损伤小、生物相容性好以及实时检测等优点，因此，可对细胞内微环境的异常变化进行高灵敏检测。例如，线粒体肿胀而表现出的粘度增加就与许多疾病相关，如神经变性疾病帕金森氏病、阿兹海默氏病和动脉粥样硬化。同时，作为具有大共轭系统的探针，它拥有着荧光背景信号低、光子穿透深度大等优势，对于生物活体分析具有重要意义，在临床医学应用方向显示出巨大潜力。
3.荧光探针由于其潜在的便利性和高时空分辨率的微生物样品显微监视而引起广泛关注。寻找监测粘度的小分子探针用于疾病诊断和基础研究是非常有必要的。具有可旋转取代基的染料表现出对粘度的响应性荧光增强，并且具有大共轭系统使探针穿透性更强。通常log(粘度)对log(荧光强度)是线性响应。在粘度较低的液体环境下，探针的分子内旋转键能高速旋转，因此产生很低的背景荧光信号；而在粘度较高的液体环境中，分子旋转受阻，分子发射出强烈的荧光信号。随着粘度的增加，探针发光增强可高达7.5倍。
4.本发明所提供的探针是一种粘度敏感型杂环化合物的制备方法和应用，其本身的荧光较弱，但随着粘度的增加，荧光逐渐增强。粘度敏感系数为3.76～4.70，并且对粘度的最大荧光增强为原荧光强度的2.7～7.5倍。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种粘度敏感型杂环化合物的制备方法和应用。
6.本发明的技术方案如下：一种粘度敏感型杂环化合物的制备方法和应用，所述化合物的化学结构式为：
其中，取代基r为选自n,n-二苯胺基、氰基中的任意一种，作为优选方案，所述的粘度敏感型杂环化合物的化学结构式为：中的任意一种。
7.合成所述的基于粘度敏感型杂环化合物的制备方法和应用，所述方法包括以下合成路径：所述方法包括以下步骤：
(1)在室温下向反应瓶中加入化合物1，甲苯，搅拌溶解，然后再加入化合物2、哌啶、醋酸，加热回流，得到反应液；(2)将步骤(1)中的反应液旋蒸，再经硅胶柱层析分离得到产物i，即七元氟硼二吡衍生物。
8.化合物1为七元氟硼二吡咯化合物，所述化合物2为苯甲醛的对位衍生物；化合物1与化合物2的投料摩尔比为1:1～10。所述的步骤(1)的投料顺序为化合物1，甲苯，化合物2，哌啶，醋酸。
9.醋酸使亚甲基化合物去质子化，生成一个共振稳定的烯醇化物、羰基化合物和哌啶中的胺制成的亚胺离子，烯醇化合物和亚胺离子生成一个四面体中间体，经1,2-消除得到所需的α,β-不饱和二羰基或相关化合物。醋酸，哌啶都起活化反应物的作用，需最后加入。化合物1与哌啶的摩尔投料比为1:1-10，化合物1与醋酸的摩尔投料比为1:1-10。
10.所述的步骤(1)的加热温度为30～150℃，加热时间为2～18小时。根据反应物的不同，反应温度和时间不定。当温度升高至120℃以上后，产率下降；温度降低至60℃，将难以启动反应的进行，导致反应时间增加。
11.本发明所述的一种七元氟硼二吡咯杂环化合物在检测液体粘度上的应用。
12.所述的液体选自dmf、dme、dmso、乙二醇、乙醇、正丁醇、异丙醇、pbs中的任意一种或多种。
13.所述的液体粘度范围为0.1-400mpa
·
s；进一步优选为0.1-320mpa
·
s；进一步优选为0.1-300mpa
·
s；进一步优选为0.1-280mpa
·
s；进一步优选为0.1-270mpa
·
s；进一步优选为0.1-250mpa
·
s；进一步优选为0.1-200mpa
·
s；进一步优选为0.1-150mpa
·
s。
14.本发明的杂环化合物在低粘度条件下荧光较弱，这是由于自由旋转的非辐射路径消耗了能量。在高粘度的情况下，自由旋转被阻断，并且在可忽略的非辐射路径下打开强荧光。随着粘度的增强，荧光强度不断增强，当粘度升高至400mpa
·
s以上时，此时自由旋转受到最大限制，荧光强度不再增加。
15.本发明有益效果如下：(1)本发明的化合物对粘度有一定的响应，化合物本身荧光较弱，随着粘度的增加，荧光逐渐增强，并且对粘度的最大荧光增强为7.5倍。
16.(2)本发明的合成反应条件易于控制，产物纯化简单，具有普遍的适用性。
17.(3)本发明的合成步骤简单，反应条件温和。
附图说明
18.图1是实施例1得到的化合物i-1在不同比例dmf-甘油混合物中的荧光光谱图。
19.图2是实施例1得到的化合物i-1荧光强度logi
729nm
与logη的线性关系。
20.图3是实施例8得到的化合物i-2在不同比例dmf-甘油混合物中的荧光光谱图。
21.图4是实施例8得到的化合物i-2荧光强度logi
586nm
与logη的线性关系。
具体实施方式
22.下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
23.实施例1称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(273mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)90℃加热搅拌8小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(196.9mg)，产率30.1％。
24.实施例2称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(546mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)90℃加热搅拌8小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(306.1mg)，产率46.8％。当4-氰基苯甲醛的量相对于实施例1增加1倍时，产率增加了16.7％。
25.实施例3称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(273mg，1mmol)，哌啶(0.18ml，2mmol)，醋酸(0.12ml，2mmol)
90℃加热搅拌8小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(175.9mg)，产率26.9％。当哌啶、醋酸的量都相对于实施例1增加1倍时，产率无明显变化。
26.实施例4称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(273mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)120℃加热搅拌6小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(428.4mg)，产率65.5％。当反应温度相对于实施例1增加了30℃，反应时间减少了2个小时，产率提高了35.4％。
27.实施例5称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(273mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)140℃加热搅拌6小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(106.6mg)，产率16.3％。当反应温度相对于实施例1增加了50℃，反应时间减少了2个小时，产率降低了
13.8％。
28.实施例6称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(273mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)60℃加热搅拌12小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(123.6mg)，产率18.9％。当反应温度相对于实施例1减少了30℃，反应时间增加了4个小时，产率降低了11.2％。
29.实施例7称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取60.00ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-二苯氨基苯甲醛(273mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)90℃加热搅拌8小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-1(179.2mg)，产率27.4％。当甲苯的体积相对于实施例1增加了一倍时，产率降低了2.7％。
30.实施例8称取化合物1七元氟硼二吡咯化合物(399mg，1mmol)，取30ml甲苯混合溶解后，再依次加入4-氰基苯甲醛(131mg，1mmol)，哌啶(0.09ml，1mmol)，醋酸(0.06ml，1mmol)90℃加热搅拌8小时反应完全，将反应物旋蒸，柱层析纯化后得到紫色固体i-2(228.2mg)，产率34.9％。
31.实施例9-化合物i-1、i-2对粘度的响应称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml dmf溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的dmf与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(dmf：甘油＝10：0，如3ml的dmf，粘度为0.77mpa
·
s)、(dmf：甘油＝9：1，如2.7ml dmf与0.3ml甘油的化合物，粘度为1.5mpa
·
s)、(dmf：甘油＝8：2，如2.4ml dmf与0.6ml甘油的化合物，粘度为2.41mpa
·
s)、(dmf：甘油＝7：3，如2.1ml dmf与0.9ml甘油的化合物，粘度为4.22mpa
·
s)、(dmf：甘油＝6：4，如1.8ml dmf与1.2ml甘油的化合物，粘度为7.36mpa
·
s)(dmf：甘油＝5：5，如1.5ml dmf与1.5ml甘油的化合物，粘度为14.2mpa
·
s)、(dmf：甘油＝4：6，如1.2ml dmf与1.8ml甘油的化合物，粘度为19.9mpa
·
s)、(dmf：甘油＝3：7，如0.9ml dmf与2.1ml甘油的化合物，粘度为64.6mpa
·
s)分别检测它们的荧光光谱，得到图1，并拟合荧光强度logi 729nm
与logη的线性关系，得到图2。i-1本身的荧光较弱，但随着粘度的增加，荧
光逐渐增。粘度系数为4.7，并且对粘度的最大荧光增强为2.7倍。
32.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml dme溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的dme与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(dme：甘油＝10：0)、(dme：甘油＝9：1)、(dme：甘油＝8：2)、(dme：甘油＝7：3)、(dme：甘油＝6：4)(dme：甘油＝5：5)、(dme：甘油＝4：6)、分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-260mpa
·
s。
33.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml dmso溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的dmso与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(dmso：甘油＝10：0)、(dmso：甘油＝9：1)、(dmso：甘油＝8：2)、(dmso：甘油＝7：3)、(dmso：甘油＝6：4)(dmso：甘油＝5：5)、(dmso：甘油＝4：6)、(dmso：甘油＝3：7)、(dmso：甘油＝2：8)、(dmso：甘油＝1：9)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-300mpa
·
s。
34.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml乙二醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的乙二醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(乙二醇：甘油＝10：0)、(乙二醇：甘油＝9：1)、(乙二醇：甘油＝8：2)、(乙二醇：甘油＝7：3)、(乙二醇：甘油＝6：4)、(乙二醇：甘油＝5：5)、(乙二醇：甘油＝4：6)、(乙二醇：甘油＝3：7)、(乙二醇：甘油＝2：8)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-270mpa
·
s。
35.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml乙醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的乙醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(乙醇：甘油＝10：0)、(乙醇：甘油＝9：1)、(乙醇：甘油＝8：2)、(乙醇：甘油＝7：3)、(乙醇：甘油＝6：4)、(乙醇：甘油＝5：5)、(乙醇：甘油＝4：6)、(乙醇：甘油＝3：7)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-200mpa
·
s。
36.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml正丁醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的正丁醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(正丁醇：甘油＝10：0)、(正丁醇：甘油＝9：1)、(正丁醇：甘油＝8：2)、(正丁醇：甘油＝7：3)、(正丁醇：甘油＝6：4)、(正丁醇：甘油＝5：5)、(正丁醇：甘油＝4：6)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-200mpa
·
s。
37.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1ml异丙醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的异丙醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(异丙醇：甘油＝10：0)、(异丙醇：甘油＝9：1)、(异丙醇：甘油＝8：2)、(异丙醇：甘油＝7：3)、(异丙醇：甘油＝6：4)、(异丙醇：甘油＝5：5)、(异丙醇：甘油＝4：6)、(异丙醇：甘油＝3：7)、(异丙醇：甘油＝2：8)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-250mpa
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s。
38.称取化合物i-1(6.54mg,0.01mmol)取1mlpbs溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的pbs与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(pbs：甘油＝10：0)、(pbs：甘油＝9：1)、(pbs：甘油＝8：2)、(pbs：甘油＝7：3)、(pbs：甘油＝6：4)、(pbs：甘油＝5：5)、(pbs：甘油＝4：6)、(pbs：甘油＝3：7)、(pbs：甘油＝2：8)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-250mpa
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s。
39.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml dmf溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的dmf与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(dmf：甘油＝10：0，如3ml的dmf，粘度为0.77mpa
·
s)、(dmf：甘油＝9：1，如2.7ml dmf与0.3ml甘油的化合物，粘度为1.5mpa
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s)、(dmf：甘油＝8：2，如2.4ml dmf与0.6ml甘油的化合物，粘度为2.41mpa
·
s)、(dmf：甘油＝7：3，如2.1ml dmf与0.9ml甘油的化合物，粘度为4.22mpa
·
s)、(dmf：甘油＝6：4，如1.8ml dmf与1.2ml甘油的化合物，粘度为7.36mpa
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s)(dmf：甘油＝5：5，如1.5ml dmf与1.5ml甘油的化合物，粘度为14.2mpa
·
s)分别检测它们的荧光光谱，得到图3，并拟合荧光强度logi 586nm
与logη的线性关系，得到图4。i-2本身的荧光较弱，但随着粘度的增加，荧光逐渐增。粘度系数为3.76，并且对粘度的最大荧光增强为7.5倍。
40.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml dme溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的dme与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(dme：甘油＝10：0)、(dme：甘油＝9：1)、(dme：甘油＝8：2)、(dme：甘油＝7：3)、(dme：甘油＝6：4)(dme：甘油＝5：5)、(dme：甘油＝4：6)、(dme：甘油＝3：7)、(dme：甘油＝2：8)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-320mpa
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s。
41.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml dmso溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的dmso与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(dmso：甘油＝10：0)、(dmso：甘油＝9：1)、(dmso：甘油＝8：2)、(dmso：甘油＝7：3)、(dmso：甘油＝6：4)(dmso：甘油＝5：5)、(dmso：甘油＝4：6)、(dmso：甘油＝3：7)、dmso：甘油＝2：8)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-280mpa
·
s。
42.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml乙二醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的乙二醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(乙二醇：甘油＝10：0)、(乙二醇：甘油＝9：1)、(乙二醇：甘油＝8：2)、(乙二醇：甘油＝7：3)、(乙二醇：甘油＝6：4)、(乙二醇：甘油＝5：5)、(乙二醇：甘油＝4：6)、(乙二醇：甘油＝3：7)、(乙二醇：甘油＝2：8)、(乙二醇：甘油＝1：9)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-300mpa
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s。
43.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml乙醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的乙醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(乙醇：甘油＝10：0)、(乙醇：甘油＝9：1)、(乙醇：甘油＝8：2)、(乙醇：甘油＝7：3)、(乙醇：甘油＝6：4)、(乙醇：甘油＝5：5)、(乙醇：甘油＝4：6)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-230mpa
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s。
44.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml正丁醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的正丁醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(正丁醇：甘油＝10：0)、(正丁醇：甘油＝9：1)、(正丁醇：甘油＝8：2)、(正丁醇：甘油＝7：3)、(正丁醇：甘油＝6：4)、(正丁醇：甘油＝5：5)、(正丁醇：甘油＝4：6)、(正丁醇：甘油＝3：7)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-180mpa
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s。
45.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1ml异丙醇溶解配成0.01mol/l的母液，然后
再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的异丙醇与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(异丙醇：甘油＝10：0)、(异丙醇：甘油＝9：1)、(异丙醇：甘油＝8：2)、(异丙醇：甘油＝7：3)、(异丙醇：甘油＝6：4)、(异丙醇：甘油＝5：5)、(异丙醇：甘油＝4：6)、(异丙醇：甘油＝3：7)、(异丙醇：甘油＝2：8)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-250mpa
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s。
46.称取化合物i-2(5.12mg,0.01mmol)取1mlpbs溶解配成0.01mol/l的母液，然后再各取10μl母液分别溶入3ml不同粘度的pbs与甘油的混合物中，配成33.3μmol/l的待测溶液其中(pbs：甘油＝10：0)、(pbs：甘油＝9：1)、(pbs：甘油＝8：2)、(pbs：甘油＝7：3)、(pbs：甘油＝6：4)、(pbs：甘油＝5：5)分别检测它们的荧光光谱，随着粘度的增加，荧光逐渐增。可检测的粘度范围为0.1-150mpa
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s。
47.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种七元氟硼二吡咯杂环化合物，其特征在于，所述杂环化合物的结构式为：其中，取代基r为选自n,n-二苯胺基、氰基中的任意一种。2.合成权利要求1所述的一种七元氟硼二吡咯杂环化合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下合成路径：其中，取代基r为选自n,n-二苯胺基、氰基中的任意一种，(1)在室温下向反应瓶中加入化合物1、甲苯，搅拌溶解，再加入化合物2、哌啶、醋酸，加热回流，得到反应液；(2)将步骤(1)中的反应液旋蒸，再经硅胶柱层析分离得到产物i，即七元氟硼二吡咯杂环化合物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，化合物2为苯甲醛的对位衍生物，化合物1与苯甲醛的对位衍生物的投料摩尔比为1:1～10。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤(1)的加热温度为30～150℃，加热时间为2～18小时。5.权利要求1所述的一种七元氟硼二吡咯杂环化合物在检测液体粘度上的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的液体选自dmf、dme、dmso、乙二醇、乙醇、正丁醇、异丙醇、pbs中的任意一种或多种。

技术总结
本发明公开了一种粘度敏感型杂环合物的制备方法和应用，所述荧光染料的结构如下式：其中，取代基R为选自N,N-二苯胺基、氰基中的任意一种。该染料以苯甲醛的对位取代物与七元氟硼二吡咯化合物为原料，在哌啶、醋酸的催化作用一步缩合而成，合成方法简单，分离提纯方便，产率较高。芳环取代基的引入，使分子共轭性增加，吸收和发射光谱红移，可监测粘度的变化。可监测粘度的变化。


技术研发人员：晏佳莹 王璇 张诺诺 张驰 王龙
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/19