Синтез рН зависимых пиразол, имидазол, и изойндолон дипиринон флюорофоры с использованием Claisen-Шмидт конденсата подход

Ряд спряженных велосипедных систем, в которых два ароматических кольца соединены монометином мостом, проходят изомеризацию через вращение связи, когда возбуждаются фотоном(рисунок 1A)^1,2,3,4,5. Возбужденный изомер, как правило, расслабиться до состояния земли через нелучающих процессов распада⁶. Если энергетический барьер для вращения связи увеличен до достаточно большой степени, можно ограничить или предотвратить фотоизомеризацию. Вместо этого, фотонический возбуждение приводит к возбужденным синглетным состоянием, которое часто расслабляется через флуоресценцию, а не нелучающий распад(рисунок 1B). Ограничение фотоизомеризации чаще всего достигается механически ограничивающим вращением связей путем привязывания двух ароматических кольцевых систем ковалентными связями, тем самым запирая молекулу в определенном изомеристом состоянии. Этот подход был использован для создания нескольких различных флуоресцентных трициклических дипирринон и дипиролеметан аналоги, такие как: 3H,5H-dipyrrolo-1,2-c:2′,1′-f’pyrimidin-3-ones (1), xanthoglows (2)^6,7, пирролоиндолизиндион аналоги (3)⁸, и BODIPY^{аналоги 9} (4, Рисунок 2), в котором пирролидин и / или пиррол кольцо системы привязаны с метиленом, карбонилом, или бор дифторо связующихся. Как правило, 1–4 обладают Φ_F > 0,7 предполагая, что эти системы очень эффективны, как фторфор единиц.

Также можно ограничить фотоизомеризацию с помощью других средств, помимо ковалентной связи систем кольца. Например, кольца фенольных и имидазолинонов(рисунок 2)зеленого флуоресцентного белка (GFP) ограничиваются вращением белковой среды; ограничительная настройка увеличивает квантовую доходность на три порядка величины по сравнению с той же единицей хромофора в свободном растворе^10. Считается, что белок эшафот GFP обеспечивает вращательное барьер через стерические и электростатические эффекты¹¹. Недавно наша группа в сотрудничестве с группой Odoh в Университете Невады, Рено обнаружил другую систему флюорофора, которая несет структурное сходство с дипиринон основе ксантоглоу систем (Рисунок 2)¹². Эти аналоги дипиринона, однако, отличаются от системы ксантогов в том, что внутримолекулярные водородные связи, а не ковалентные связи, сдерживают фотоизомеризацию и приводят к флуоресцентной велосипедной системе. Кроме того, пиразол, имидазол и изойндолон дипиринон аналоги могут водородной связи в протонированных и депротонированных состояний; депротонация приводит к смещению красных волн возбуждения и выбросов, что, вероятно, объясняется изменением электронного характера системы. Хотя водородные связи, как сообщается, увеличение квантовой урожайности, хотя^{ограниченное вращение 13},^14,15,16, мы не знаем о какой-либо другой флюорофорной системы, в которой ограниченная изомеризация служит режимом флуоресценции как в протонированных и депротонированных состояний молекулы. Таким образом, эти рН зависимых дипиринон фторфоры уникальны в этом отношении.

В этом видео мы сосредоточимся на синтезе и химической характеристике аналоговой серии флуоресцентных дипиринонов. В частности, особое внимание уделяется методологии конденсации Клейзен-Шмидт, которая использовалась для построения полной серии флуоресцентных аналогов. Эта реакция опирается на генерацию базового опосредованного винилогоя энолета, который атакует группу альдегидов, чтобы произвести алкоголь, который впоследствии подвергается ликвидации. Для аналоговой серии дипиринона пирролинон/изойндолон преобразуется в энолат для облегчения нападения на группу альдегидов, прикрепленную к пиразолу или имидазоловому кольцу(рисунок 3); после ликвидации образуется полностью конъюгированный велосипедная система, соединенная метан-мостом. Примечательно, что вся серия аналогов дипиринона может быть построена из легкодоступных коммерческих материалов и может быть произведена в одной последовательности реакции одного горшка, как правило, в умеренных и высоких урожаев (доходность варьируется от примерно 50-95%). Поскольку большинство аналогов дипиринона имеют высококристаллическую природу, для получения аналитически чистых образцов требуется очень мало очистки вне стандартных условий работы. Следовательно, эта система флюорофора требует лишь нескольких шагов для доступа из легкодоступных коммерческих материалов и может быть синтезирована, очищена и подготовлена для аналитических или биологических исследований в относительно короткие сроки.