吡咯,作为重要的杂环化合物之一,是许多天然产物的基本母核,也是合成多种功能材料的重要前驱体。有效合成功能化吡咯有很多方法,如经典方法(Paal-Knorr合成、Hantzsch合成等)、环加成法、多组分法、金属催化法。2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯作为功能化吡咯的一种,是构建BODIPY类染料的重要前驱体。目前,合成2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯的方法仅有Paal-Knorr合成法与环加成法,又因其合成的吡咯结构单一(多为苯基取代)、中间体不易储存、爆炸性原料且无法合成非苯基修饰吡咯等问题存在限制,因此,开发合成2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯的新方法具有重要的基础研究意义与生物医药和材料等应用前景。氮杂BODIPY染料,因其荧光波长较长(一般在650 nm以上)、摩尔消光系数大、荧光量子产率较高(通常在0.23–0.36)、窄的荧光光谱半峰宽、光稳定性好等突出优点,在荧光成像、太阳能材料、光电子器件等生物与材料科学中被广泛应用。目前已报道多种苯基修饰的氮杂BODIPY染料,而吡啶或非苯基修饰氮杂BODIPY少见报道,有且仅有2007年Akkaya等人报道的一种基于1,7位吡啶修饰的氮杂BODIPY染料结构与2017年本课题组硕士毕业生刘唱在毕业论文中报道的19种1位、7位吡啶修饰的氮杂BODIPY染料。目前,1位与3位吡啶修饰氮杂BODIPY染料仍鲜有报道,因此构建新型吡啶修饰氮杂BODIPY染料有助于拓展氮杂BODIPY染料平台,为氮杂BODIPY染料的进一步应用研究奠定基础。基于课题组前期研究工作及相关文献调研,我们以4-吡啶乙酮为起始化合物,开发了一种合成2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯的新方法。初始设计以环加成合成法为基础,期待合成新取代类型的2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯。但在以4-吡啶乙烯为起始化合物的前期实验探索中,发现目前环加成方法无法合成吡啶修饰的氮杂环丙烯。在内本肟水解重排生成α-氨基酮的过程中存在氮杂环丙烯过程,我们计划利用该路径合成吡啶修饰的氮杂环丙烯,从而实现新型2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯的合成。在内本肟转化生成碳负离子过程中,其α位存在酯基,而1-(4’-吡啶)-1-乙酮基对甲苯磺酸肟酯在相应的位点没有强拉电子基团,我们设计利用强碱来生成相应的碳负离子,经过对实验条件的优化,最终探索出以NaH为碱、50°C为反应温度的一种简单快速合成2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯的新方法。利用该方法成功合成了共计54种2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯,其中吡啶、噻吩、吡嗪等基团修饰的新型2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯达到36种,充分显示了该方法优良的基团耐受性。该新方法也为利用吡咯构建新型BODIPY染料提供了强大的技术支持。利用上述新方法合成的吡啶取代吡咯,我们构建了8种新型1位、3位吡啶修饰氮杂BODIPY,并对其进行了相关的光谱测试。光谱测试数据显示,吡啶引入氮杂BODIPY染料使其Stokes位移增大,3位吡啶的引入会引起染料波长蓝移,荧光量子产率的增加,1位吡啶的引入会使染料红移,荧光量子产率降低,吡啶-4-基的影响相比吡啶-3-基的影响更显著。而摩尔消光系数、半峰宽等受其吡啶取代位置与吡啶氮位置的共同作用表现了不同的光谱性质。该系列染料的成功合成与测试,不仅拓展了氮杂BODIPY的染料平台,也为染料在化工、医药、生物科技领域的应用提供了更多选择。综上所述,我们开发了一种合成2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯的新方法,该方法合成操作简单、中间体易储存、原料易得、基团耐受性好,为利用吡咯构建新型BODIPY染料提供了强大的技术支持。我们利用新方法合成的吡啶基吡咯成功构建了8种新型氮杂BODIPY染料,并进行了相关的光谱测试,初步判断吡啶取代位置及吡啶氮位置的改变对氮杂BODIPY光谱性质的影响。该工作不仅为合成新取代基修饰的2,4-二取代/2,3,4-三取代吡咯提供了合成方法,也为荧光成像、太阳能材料等生物和材料科学的应用研究提供了更多选择。