クレイゼン・シュミット凝縮アプローチによるpH依存性ピラゾール、イミダゾール、イソインドロネジピロンフルオロフォアの合成

2つの芳香環がモノメチン橋で連結される多くの共役二環系は、結合回転を介して異性化を受け、光子(図1A)1、2、3、4、5で励起した場合である。励起された異性体は、一般的に非放射減衰プロセス⁶を通じて地盤状態に緩和する。ボンド回転に対するエネルギーバリアが十分に大きくなると、光異性化を制限または防止することができる。その代わりに、フォトニック励起は、非放射減衰ではなく蛍光を介してリラックスすることが多い励起された一重の状態をもたらす(図1B)。光異性化の抑制は、共有結合によって2つの芳香環系をテザリングして結合回転を機械的に制限することによって最も一般的に達成され、それによって分子を特定の異性体状態にロックする。このアプローチは、次のようないくつかの異なる蛍光三環式ジピリノンおよびジピロールメタンアナログを作成するために利用されてきた:3H,5H-ジピロロ[1,2-c:2′,1’f]ピリミジン-3-1(1),キサント ホグロース(2)6、7、ピロロインドリンジインジオンアナログ(3)8、およびBODIPYアナログ^9(4、図2)によりピロリジンおよび/またはピロールリングシステムがメチレン、カルボニル、カルボニルとつながれている、 またはホウ素ジフルオロリンカー。通常、1~4 は Φ_F > 0.7 を所有しており、これらのシステムはフルオロフォアユニットとして非常に効率的であることを示唆しています。

また、環系を共有結合する以外の手段により光異性化を制限することも可能である。例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)のフェノールおよびイミダゾリノンリング(図2)は、タンパク質環境による回転に制限されています。制限的な設定は自由解¹⁰の同じ発火単位と比較して量子収率を3桁増加させる。GFPのタンパク質足場は、立体及び静電効果¹¹を通じて回転バリアを提供すると考えられている。最近、ネバダ大学のOdohグループと共同で、リノはジピリノー系のキサントホロー系と構造的類似性を持つ別のフルオロフォア系を発見した(図2)^12。しかし、これらのジピロン類似体は、共有結合ではなく分子内水素結合という点でキサントホロー系とは異なり、光異性化を抑止し、蛍光二環系をもたらす。さらに、ピラゾール、イミダゾール、およびイソインドロネジピロン類似体は、プロトン化および脱プロトン化された状態で水素結合することができる。デプロトネーションは、励起波長と発光波長の両方の赤ずれをもたらし、システムの電子的性質の変化による可能性が高い。水素結合は、13、14、15、16の制限された回転を経ても量子収率を増加させると報告されているが、分子のプロトン化および分解状態の両方で制限異性化が蛍光のモードとなる他の蛍光系は認識していない。したがって、これらのpH依存性ジピロンフルオロフォアは、その点でユニークである。

このビデオでは、蛍光ジピロンアナログシリーズの合成と化学特性に焦点を当てています。特に、一連の蛍光アナログを完全に構築するために使用されたクラゼン・シュミット凝縮方法論に重点が置かれています。この反応は、アルデヒド基を攻撃する塩基媒介性ビニノラスエノール酸イオンの生成に依存し、その後、排除を受けるアルコールを生成する。ジピリノーンアナログシリーズの場合、ピロリニオン/イソインドロンは、ピラゾールまたはイミダゾールリングに付着したアルデヒド群への攻撃を容易にするためにエノレートに変換される(図3);除去後、メチン橋によって連結された完全結合二環系が形成される。ジピリロンアナログのシリーズ全体は、容易に入手可能な市販材料から構築することができ、一般的に中程度から高い収率(収率は約50〜95%)で単一のワンポット反応シーケンスで製造することができることは注目に値します。ジピリニオンアナログの大部分は、本質的に結晶性が高いため、分析的に純粋なサンプルを生成するために標準的なワークアップ条件以外の精製はほとんど必要ありません。したがって、このフルオロフォアシステムは、容易に入手可能な市販材料からアクセスするためにわずかなステップしか必要とされず、比較的短い時間枠での分析または生物学的研究のために合成、精製、および調製することができる。