Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Synthese van pH-afhankelijke pyrazol, imidazol en isoindodondiyrrinonefluoroforen met behulp van een Claisen-Schmidt condensatiebenadering

Published: June 10, 2021 doi: 10.3791/61944
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Physical and Life Sciences, Nevada State College, 2Department of Humanities, Nevada State College

Summary

De Claisen-Schmidt condensatiereactie is een belangrijke methodiek voor het genereren van methine-overbrugde geconjugeerde bicyclische aromatische verbindingen. Door gebruik te maken van een basisgemedieerde variant van de aldolreactie, kan een reeks fluorescerende en/of biologisch relevante moleculen toegankelijk zijn via een over het algemeen goedkope en operationeel eenvoudige synthetische aanpak.

Abstract

Methine-overbrugde geconjugeerde bicyclische aromatische verbindingen zijn gemeenschappelijke bestanddelen van een reeks biologisch relevante moleculen zoals porfyrines, dipyrrinonen en geneesmiddelen. Bovendien resulteert beperkte rotatie van deze systemen vaak in sterk tot matig fluorescerende systemen zoals waargenomen in 3H,5H-dipyrrolo[1,2-c:2',1'-f]pyrimidin-3-ones, xanthoglows, pyrroloindolizinedione analogen, BODIPY analogen, en de fenolische en imidazolinone ringsystemen van Green Fluorescent Protein (GFP). Dit manuscript beschrijft een goedkope en operationeel eenvoudige methode om een Claisen-Schmidt condensatie uit te voeren om een reeks fluorescerende pH-afhankelijke pyrazol/imidazol/isoindolon dipyrrinone analogen te genereren. Hoewel de methodologie de synthese van dipyrrinone-analogen illustreert, kan het worden vertaald om een breed scala aan geconjugeerde bicyclische aromatische verbindingen te produceren. De claisen-schmidtcondensatiereactie die bij deze methode wordt gebruikt, is beperkt tot nucleofielen en elektrofielen die onder basisomstandigheden (nucleofiele component) en niet-enolizeerbare aldehyden (elektrofiele component) kunnen worden geëvervandeerd. Bovendien moeten zowel de nucleofiele als de elektrofiele reactanten functionele groepen bevatten die niet per ongeluk met hydroxide zullen reageren. Ondanks deze beperkingen biedt deze methodologie toegang tot volledig nieuwe systemen die kunnen worden gebruikt als biologische of moleculaire sondes.

Introduction

Een aantal geconjugeerde bicyclische systemen, waarbij twee aromatische ringen met elkaar verbonden zijn door een monomethinebrug, ondergaan isomerisatie via bindingsrotatie, wanneer opgewekt met een foton (Figuur 1A)1,2,3,4,5. Het opgewonden isomeer zal over het algemeen ontspannen tot de grondtoestand door niet-radiatieve vervalprocessen6. Als de energiebarrière voor bindingsrotatie voldoende wordt verhoogd, is het mogelijk om de fotoisomerisatie te beperken of te voorkomen. In plaats daarvan resulteert fotonische excitatie in een opgewonden singlettoestand die vaak ontspant via fluorescentie in plaats van niet-radiatief verval (Figuur 1B). Het beperken van fotoisomerisatie wordt meestal bereikt door de bindingsrotatie mechanisch te beperken door de twee aromatische ringsystemen te binden door covalente verbindingen, waardoor het molecuul in een bepaalde isomeertoestand wordt vergrendeld. Deze benadering is gebruikt om verschillende fluorescerende tricyclische dipyrrinone en dipyrrolemethane analogen te creëren, zoals: 3H,5H-dipyrrolo[1,2-c:2',1'-f]pyrimidin-3-ones (1), xanthoglows (2)6,7, pyrroloindolizinedione analogen( 3)8, en BODIPY carbonyl, of boordifluore linkers. Typisch, 1-4 bezitten ΦF > 0.7 suggererend deze systemen zeer efficiënt als fluorofooreenheden zijn.

Het is ook mogelijk om fotoisomerisatie te beperken door middel van andere middelen dan het covalent verbinden van de ringsystemen. De fenolische en imidazolinone ringen (figuur 2) van Green Fluorescent Protein (GFP) zijn bijvoorbeeld beperkt tot rotatie door de eiwitomgeving; de beperkende instelling verhoogt de kwantumopbrengst met drie ordes van grootte in vergelijking met dezelfde chromofooreenheid in vrije oplossing10. Er wordt aangenomen dat de eiwitsteiger van GFP een rotatiebarrière biedt door sterische en elektrostatische effecten11. Onlangs ontdekte onze groep in samenwerking met de Odoh-groep aan de Universiteit van Nevada, Reno een ander fluorofoorsysteem dat structurele gelijkenis vertoont met de op dipyrrinone gebaseerde xanthoglow-systemen (Figuur 2)12. Deze dipyrrinone-analogen verschillen echter van het xanthoglow-systeem in die tijd dat intramoleculaire waterstofbindingen, in plaats van covalente bindingen, fotoisomerisatie ontmoedigen en resulteren in een fluorescerend bicyclisch systeem. Bovendien kunnen de pyrazol-, imidazol- en isoindolondiprorinone-analogen waterstofbinding in geprotoneerde en gedeprotoneerde toestanden; deprotonatie resulteert in de roodverschuiving van zowel de excitatie- als de emissiegolflengten, waarschijnlijk als gevolg van een verandering in de elektronische aard van het systeem. Hoewel er is gemeld dat waterstofbinding de kwantumopbrengsten verhoogt, hoewel beperkte rotatie13,14,15,16, zijn we ons niet bewust van enig ander fluorofoorsysteem waarin beperkte isomeer als fluorescentiewijze dient in zowel geprotoneerde als gedeprotoneerde toestanden van het molecuul. Daarom zijn deze pH-afhankelijke dipyrrinonefluoroforen in dat opzicht uniek.

In deze video richten we ons op de synthese en chemische karakterisering van de fluorescerende dipyrrinone analoge serie. In het bijzonder wordt de nadruk gelegd op de Claisen-Schmidt condensatiemethode die werd gebruikt om de complete serie fluorescerende analogen te construeren. Deze reactie is gebaseerd op de generatie van een basisgemedieerd vinylogous enolaation dat een aldehydegroep aanvalt, om een alcohol te produceren die vervolgens wordt geëlimineerd. Voor de analoge difthrrinonereeks wordt een pyrrolinon/isoindolon omgezet in een enolaat om een aanval op een aldehydegroep die aan een pyrazol- of imidazolring is bevestigd, te vergemakkelijken (figuur 3); na eliminatie wordt een volledig geconjugeerd bicyclisch systeem gevormd, verbonden door een methinebrug. Het is opmerkelijk dat de hele serie dipyrrinone-analogen kan worden gemaakt van direct beschikbare commerciële materialen en kan worden geproduceerd in een enkele eenpotreactiesequentie, meestal in matige tot hoge opbrengsten (opbrengsten variëren van ongeveer 50-95%). Aangezien de meeste dipyrrinone-analogen zeer kristallijn van aard zijn, is er zeer weinig zuivering buiten de standaard workup-omstandigheden nodig om analytisch zuivere monsters te produceren. Bijgevolg vereist dit fluorofoorsysteem slechts een paar stappen om toegang te krijgen tot direct beschikbare commerciële materialen en kan het in relatief korte tijd worden gesynthetiseerd, gezuiverd en voorbereid voor analytische of biologische studies.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Algemene procedure voor de synthese van Dipyrrinone-analogen 16-25

  1. Los pyrrolinon/isoindolon (1,00 mmol) en de overeenkomstige pyrazol/imidazolaldehyde (1,00 mmol) op in 5,0 ml ethanol in een kolf met ronde bodem.
  2. Voeg waterige KOH (24,0 mmol, 10 M, 2,40 ml) in één portie toe aan de kolf.
  3. Roer en reflux het mengsel totdat de reactie is voltooid door TLC (zie tabel 1 voor een lijst met reactietijden). Er werd een TLC-eluent van 10% methanol in dichloormethaan gebruikt en de analogen werden waargenomen om Rf-waarden te bezitten in of rond het bereik van 0,62 tot 0,86. Breng voldoende vacuümvet aan of gebruik een PTFE-huls aan de interfase van glasverbindingen om te voorkomen dat het glas van de condensor en de kolf met ronde bodem onder hoge temperaturen en basisomstandigheden in beslag worden nemen.
  4. Laat het reactiemengsel afkoelen tot kamertemperatuur en verdampt vluchtige stoffen onder verminderde druk met behulp van een roterende verdamper.
  5. Koel het reactiemengsel af tot 0 °C met behulp van een ijsbad.
  6. Neutraliseer het resterende olieachtige mengsel door azijnzuur (30,0 mmol, 1,70 ml) in één portie toe te voegen.
  7. Zuiver het resulterende productmateriaal met vacuümfiltratie (zie stap 2a, voor verbindingen: 17, 18, 20-22, 24 en 25) of gebruik vloeistof-vloeistofextractie/kolomchromatografie (zie stap 2b, voor verbindingen: 16, 19en 23).

2. Procedure Zuivering

  1. via vacuümfiltratie
    1. Plaats een Hirsch trechter in een zijarmkolf met behulp van een gemonteerde rubberen adapter.
    2. Breng een stuk rond filterpapier aan op de Hirsch-trechter en licht nat met gedeioneerd water om de trechter te kunnen vasthouden.
    3. Sluit een vacuümbron aan op de zijarm van de kolf en zorg ervoor dat er voldoende vacuümafdichting is door ervoor te zorgen dat geen van het glaswerk uit elkaar kan worden getrokken terwijl u onder vacuüm staat.
    4. Giet de kolf met het gekristalliseerde product over het vacuümfilter en laat filteren. Spoel de kristallen af met 10 ml ijskoud gedeioneerd water.
    5. Laat de gefilterde kristallen op het filterpapier blijven drogen, terwijl ze nog steeds verbonden zijn met de vacuümbron, na de filtratie van alle vloeistoffen.
    6. Verzamel de gefilterde kristallen en plaats ze in een kolf met ronde bodem van 25 ml.
    7. Bevestig de kolf met ronde bodem aan een gemalen glasverbinding/vacuümleidingadapter. Bevestig de glazen voegverbinding met een keck-clip.
    8. Bevestig aan het geribbelde uiteinde van de glashoge vacuümlijnadapter een vacuümleiding die naar een hoge vacuümpomp wordt gerouteerd en koel een vacuümvanger (met behulp van koelmiddel zoals vloeibare stikstof of droogijs/aceton) om vluchtige materialen te condenseren die uit het kristallijne materiaal kunnen verdampen. Schakel de hoogvacuümpomp in om volledige verdamping van eventuele sporen van overgebleven oplosmiddel uit de kristallen te garanderen.
    9. Laat de kristallen minimaal 1 uur drogen onder hoog vacuüm. Verwijder de kolf met ronde bodem van de vacuümleiding/adapter, schakel de hoge vacuümpomp uit en maak de vacuümvanger schoon.
  2. Procedure Zuivering via Kolomchromatografie
    1. Verdun de inhoud van het met azijnzuur behandelde reactiemengsel (vanaf stap 1.6) met 10 ml gedeioneerd water en breng het over in een afscheidingstrechter. Voeg 10 ml dichloormethaan toe aan de afscheidingstrechter. Schud en ontlucht de afscheidingstrechter voorzichtig om de twee lagen te scheiden.
    2. Extraheer de waterige laag met behulp van volgende porties dichloormethaan (3 x 5 ml). Combineer de organische fracties en droog met watervrij Na2SO4. Decanteer en verwijder alle vluchtige stoffen onder verminderde druk met behulp van een roterende verdamper.
    3. Verdun het residu verkregen uit stap 2.2.2. met 5 ml CH2Cl2. Voer flitskolomchromatografie uit met ongeveer 75 g silicagel. Elute het monster met een oplossing van 10% methanol in dichloormethaan.
    4. Verwijder de verzamelde fracties oplosmiddel onder verminderde druk met behulp van een roterende verdamper. Breng het vaste residu over in een kolf met ronde bodem van 25 ml met ongeveer 10 ml CH2Cl2. Verwijder het oplosmiddel onder verminderde druk met behulp van een roterende verdamper.
    5. Droog de resterende vaste resten onder hoog vacuüm zoals eerder beschreven in stap 2.1.7 - 2.1.9.

3. Molaire absorptiviteit acquisitie en UV / Vis pKa studies voor analogen 16-25

  1. Maak samengestelde voorraadoplossingen voor UV/Vis Spectrofotometrie voor analogen 16 - 25.
    1. Weeg 10 μmol van de geselecteerde dipyrrinone analoog (16 - 25) af en voeg deze toe aan een maatkolf van 10 ml.
    2. Voeg DMSO toe aan de 10,0 ml markering op de volumetrische kolf.
      OPMERKING: Als de verbinding niet volledig oplost, verwarmt u de kolf met behulp van een warmtepistool en roert u de kolf indien nodig om de verbinding volledig op te lossen.
  2. Maak fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) op verschillende pH-niveaus. De analogen werden gekarakteriseerd in PBS-buffers variërend in pH van ongeveer 4 tot 15.
    1. Maak met behulp van een volumetrische cilinder van 1 L PBS-voorraadoplossing 1 L door 100 ml PBS (x100) in 900 ml gedeioneerd water te verdunnen.
    2. Breng 50 ml van de bereide PBS-voorraadoplossing (stap 3.2.1) over naar een bekerglas van 100 ml en voeg een magnetische roerstaaf toe. Gebruik vervolgens een gekalibreerde pH-meter om veranderingen in de pH te controleren en titreer de PBS-buffer met een waterige 1,0 M NaOH (om buffers met pH > 7,0) of 1,0 M HCl te verkrijgen (om buffers met pH < 7,0 te verkrijgen).
      OPMERKING: Om gegevens te verkrijgen die resulteren in een goed gedefinieerde titratiecurve, raden we aan pH-buffers te genereren in stappen van 0,1 pH-eenheden binnen ± 0,5 van het verwachte punt van buiging en stappen van 0,5 buiten het verwachte punt van verbuiging.
  3. Verkrijg molaire absorptiviteitsspectra voor analogen 16 - 25 in PBS (pH 7,0) en 1,0 M NaOH (pH 14,0) oplossingen.
    1. Bereid een "blanco" met een schone en droge kwarts cuvette en voeg vervolgens 2,0 ml PBS-stamoplossing (pH 7,0) of waterige 1,0 M NaOH toe aan de cuvette met behulp van een micropipet van 100 - 1000 μL.
      OPMERKING: Het is belangrijk voor de integriteit van het blanco proces voor het verzamelen van gegevens over de oplossing om ervoor te zorgen dat er geen luchtbellen in de cuvette-oplossing zitten en om de zijkanten van de cuvette grondig af te vegen met een Kim-doekje om lichtverstrooiing als gevolg van stof of vuil aan de buitenkant van de cuvette te voorkomen. Als de bubbels aanhouden, tikt u voorzichtig en herhaaldelijk op de cuvette op een papieren handdoek die op een harde ondergrond is gelegd.
    2. Maak met behulp van een UV/Vis spectrofotometer de geselecteerde oplossing leeg voor een bereik van 200 - 800 nm.
    3. Voeg in een tweede schone en droge kwarts cuvette 2,00 ml PBS (pH 7,0) of 1,0 M NaOH (pH 14) toe, gevolgd door 10 μL van de dipyrrinone analoge (16 - 25) stamoplossing (zie stap 3.1) met een 5-50 μL micropipet. Plaats een dop op de cuvette en schud goed naast het omkeren van de cuvette.
      OPMERKING: Het is belangrijk voor de integriteit van het proces voor het verzamelen van gegevens van de monsteroplossing om ervoor te zorgen dat er geen luchtbellen in de cuvette-oplossing zitten en om de zijkanten van de cuvette grondig af te vegen met een Kim-doekje om te voorkomen dat lichtverstrooiing als gevolg van stof of vuil aan de buitenkant van de cuvette. Als de bubbels aanhouden, tikt u voorzichtig en herhaaldelijk op de cuvette op een papieren handdoek die op een harde ondergrond is gelegd.
    4. Met behulp van de UV/Vis spectrofotometer verkrijgt u een absorptiespectrum voor de dipyrrinone analoge oplossing voor een bereik van 200 - 800 nm.
    5. Voeg aan dezelfde cuvette nog eens 10 μL van de dipyrrinone analoge stamoplossing toe en herhaal stap 3.3.3 en 3.3.4.
    6. Herhaal stap 3.3.5 totdat in totaal 50 μL dipyrrinone analoge stamoplossing aan de cuvette is toegevoegd om ten minste vijf excitatiegolflengtegegevenspunten te verkrijgen. Herhaal stap 3.3.1 - 3.3.6 totdat alle voorraadoplossingen van 16 - 25 zijn verkregen in zowel PBS (pH 7,0) als 1,0 M NaOH.
  4. Verkrijg molaire absorptiviteitswaarden voor 16 - 25 in PBS (pH 7,0) en 1,0 M NaOH met behulp van de best passende lineaire regressieanalyse.
    1. Met behulp van een grafiekprogramma zoals GraphPad Prism 7, plot u de gemeten absorptie (y-as) tegen de dipyrrinone analoge concentratie (x-as). Maak een best passende lineaire regressieanalyse voor de vijf geplote punten. Er moet een lineaire relatie worden waargenomen en statistische analyse moet een R2-waarde ≥ 0,98 laten zien.
    2. Herhaal stap 3.4.1 voor analogen 16 - 25 in PBS (pH 7.0) en 1.0 M NaOH.
    3. Bereken de molaire absorptiviteit voor 16 - 25 in PBS (pH 7,0) en 1,0 M NaOH met behulp van de geëxtrapoleerde hellingswaarde van de best passende lineaire curve.
  5. Bepaal de pKa-waarden van 16 - 25 studies met uv/vis spectrofotometrie
    1. Breng in een schone en droge kwarts cuvette 1.900 μL van de PBS-buffer over op het geselecteerde pH-niveau (bereid in stap 3.2) met behulp van een micropipet van 100 - 1000 μL.
      OPMERKING: We hebben bij opslag gemerkt dat er een wit neerslag kan ontstaan in sommige buffers. Om ervoor te zorgen dat de buffer volledig homogeen is en als er een neerslag zichtbaar is, gebruikt u zwaartekrachtfiltratie om elk neerslag onmiddellijk voor gebruik te verwijderen. Zie de opmerking na stap 3.3.1.
    2. Maak met behulp van de UV/Vis spectrofotometer de geselecteerde PBS-bufferoplossing leeg voor een bereik van 200 - 800 nm.
    3. Breng in een tweede schone en droge kwarts cuvette 1.900 μL van de geselecteerde PBS-buffer over en voeg vervolgens 100 μL van de geselecteerde analoge voorraadoplossing toe met behulp van een micropipet van 5-50 μL. Plaats een dop op de cuvette en schud goed naast het omkeren van de cuvette.
      OPMERKING: Zie de vorige opmerking na stap 3.3.3.
    4. Met behulp van de UV/Vis spectrofotometer verkrijgt u het absorptiespectrum voor de dipyrrinone analoog voor een bereik van 200 - 800 nm.
    5. Herhaal stap 3.5.1 - 3.5.4 voor 16 - 25 in elk van de PBS-buffers die in stap 3.2 zijn gegenereerd.
  6. Bepaal de pKa-waarden voor 16 - 25 met behulp van een best passende sigmoidale curve fittingfunctie.
    1. Met behulp van een grafiekprogramma, grafiek de gemeten absorptie vs. golflengte (nm) voor 16 - 25 op de verschillende pH-niveaus.
    2. Kies een golflengte tussen 380-415 nm waarbij bij lagere pH-niveaus (< 7,0) de absorptie klein is (0-0,1 eenheden) en bij een hogere pH (> 12,0) de absorptie aanzienlijk groter is (0,8-1,0 eenheden). Plot de absorptie op de gekozen golflengte versus de pH.
    3. Genereer met behulp van een sigmoidale curvefunctie een best passende curve voor elk van de analogen 16 - 25. Rapporteer de geëxtrapoleerde pH op halve hoogte van de curve. Dit is de gerapporteerde pKeen waarde.

4. Quantum Yield Acquisitie en Fluorescentie Studies

  1. Maak fluorescentiestudie voorraadoplossingen voor dipyrrinone analogen 16 - 18 en 20 - 25.
    1. Voer met behulp van een dipyrrinone analoge stamoplossing die in stap 3.1 is gemaakt, een verdunning van de stamoplossing uit door 10 μL van de stamoplossing toe te voegen aan een maatkolf van 1 ml met behulp van een micropipet van 2 - 20 μL en voeg vervolgens PBS (pH 7,0) buffer toe aan de 1 ml-markering. Plaats een dop op de volumetrische kolf en meng goed door de kolf om te keren en te schudden. Deze verdunde stamoplossing zal worden gebruikt om de fluorescentiespectra te genereren en zal de fluorescentievoorraadoplossing worden genoemd.
    2. Herhaal stap 4.1.1 voor analogen 16 - 18 en 20 - 25.
  2. Verkrijg fluorescentie-emissiespectra in verschillende concentraties, voor analogen 16 - 18 en 20 - 25. Voor alle andere analogen dan 18, verkrijg vijf spectra voor elke analoog in oplossingen van pH 7 en 14 bij concentraties van: 19,96, 39,84, 59,64, 79,37 en 99,01 nM. Voor analoog 18, verwerf vijf spectra in een oplossing van pH 7 bij concentraties van: 49,75, 99,01, 147,8, 196,1 en 243,9 nM. In een oplossing van pH 14, verwerf vijf spectra voor analoog 18 bij concentraties van: 99.01, 196.1, 291.3, 384.6, 476.2 nM.
    1. Voeg in een transparante vierzijdige kwarts cuvette 3,00 ml PBS (pH 7,0) of 1,0 NaOH toe met een micropipet van 100 -1.000 μL in drie stappen van 1.000 μL.
      OPMERKING: Zie opmerking na stap 3.3.1.
    2. Met behulp van de fluorometer en het fluorometersoftwareprogramma FluorEssence verkrijgt u een emissiespectrum voor de geselecteerde oplossing en labelt u dit als de oplossing "blanco".
    3. Voeg aan dezelfde cuvette 6 μL fluorescentievoorraadoplossing toe voor de geselecteerde dipyrrinone-analoog (deel 4.1) met behulp van een 0,5-10 μL micropipet. Plaats de dop op de cuvette en meng goed door de cuvette om te keren en zachtjes te schudden.
      OPMERKING: Zie opmerking na stap 3.3.3.
    4. Met behulp van de fluorometer, verwerven van een emissiespectrum voor de geselecteerde samengestelde oplossing met behulp van λmax abs als de excitatie golflengte. Excitatie-intensiteit werd gemeten over een bereik van 200 nm vanaf 15 nm buiten de excitatiegolflengte (meestal is een bereik van 200 nm vereist om de fluorescentie-intensiteit terug te laten keren naar de uitgangswaarde).
    5. Herhaal stap 4.2.3 - 4.2.4 totdat in totaal 30 μL fluorescentievoorraadoplossing aan de cuvette is toegevoegd.
    6. Herhaal stap 4.2.1 - 4.2.5 voor analogen 16 - 25 in PBS (pH 7,0) en 1,0 M NaOH.
      OPMERKING: De cuvetteconcentraties werden gewijzigd voor analoog 18 en de gegevens werden verkregen met behulp van: 2,0 ml PBS met vijf opeenvolgende stappen van 10 μL fluorescentievoorraadoplossing voor een neutrale (geprotoneerde 18)oplossing en 2,0 ml 1,0 M NaOH met vijf stappen van 20 μL toegevoegde samengestelde stamoplossing voor een basisoplossing (gedeprotoneerde 18).
  3. Bepaal de kwantumopbrengst met behulp van de methode van Williams, A.T. et al.17
    1. Importeer met behulp van een spreadsheetsoftwareprogramma (d.w.z. Microsoft Excel) de gegevens (emissie-intensiteitsgegevenspunten) voor de emissiespectra voor een enkele dipyrrinone-analoog (genomen in PBS [pH 7.0] of 1.0 M NaOH) op de verschillende concentratieniveaus.
    2. Importeer de gegevenspunten uit de emissiespectra voor de "blanco" oplossing (stappen 4.2.1 - 4.2.2) en trek de "blanco" emissie-intensiteitsgegevenspunten af van de emissie-intensiteitsgegevenspunten, op de overeenkomstige golflengten, verkregen op verschillende concentratieniveaus.
    3. Breng de "blanco" gecorrigeerde emissie-intensiteitsgegevenspunten over in een grafiekprogramma, zoals GraphPad Prism 7, en plotemissie versus golflengte. Bereken het gebied onder de curve voor elk van de curven verkregen bij de verschillende concentratieniveaus van dipyrrinone analoog.
    4. Volgens de door Williams, A. T. et al. beschreven techniek, berekent u een geëxtrapoleerde absorptiewaarde voor elk van de variërende concentratieniveaus van dipyrrinone analoog. Dit wordt bereikt door de berekende molaire absorptiviteitswaarde (uit de best passende lineaire regressieanalyse, zie stap 3.4) te vermenigvuldigen met elke concentratie dipyrrinone analoog die wordt gebruikt in stap 4.2.3-4.2.5.
    5. Maak met behulp van een grafiekprogramma zoals GraphPad Prism 7 een plot van de geëxtrapoleerde absorptieantie (x-as) van de analoog ten opzichte van het berekende gebied onder elke concentratiecurve (stap 4.3.4) voor de emissiegolflengte die overeenkomt met de grootste emissiewaarde. Een lineaire relatie met een r2 ≥ 0,96 moet worden waargenomen.
    6. Voer stappen uit die vergelijkbaar zijn met 3.1-3.4 en 4.1-4.3.5 voor kinine in 0,5 M H2SO4 (ΦF = 0,55)18 en antracine in ethanol (ΦF = 0,27)18,19 om gegevens voor normen te verkrijgen.
    7. Verkrijg de kwantumopbrengstwaarden voor 16 - 25 in PBS (pH 7,0) en 1,0 M NaOH met behulp van de geëxtrapoleerde hellingen verkregen uit stap 4.3.5 en 4.3.6 in de volgende vergelijking:
      Φx =Φst(Gradx/Gradst)(η2x/η2st)
      waar Φst de kwantumopbrengst van de standaard vertegenwoordigt, Φx de kwantumopbrengst van het onbekende, grad is de helling van de beste lineaire pasvorm en η is de brekingsindex van het gebruikte oplosmiddel (de brekingsindexverhouding werd berekend met behulp van η = 1,36 voor ethanol en η = 1,35 voor 0,5 M H2SO4).
    8. Rapporteer de kwantumopbrengsten voor 16 - 18 en 20 - 25 in PBS (pH 7,0) en 1,0 M NaOH als een gemiddelde van de Φx verkregen voor kinine en antraceen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De condensatiereactie claisen-Schmidt gaf toegang tot dipyrrinone-analogen (16-25, figuur 4) volgens de in het protocolgedeelte beschreven eenpotprocedure (zie stap 1). Analogen 16-25 werden allemaal gegenereerd door het condenseren van pyrrolinon 9, bromoisoindolone 10, of isoindolon 11 met 1H-imidazol-2-carboxaldehyde (12), 1H-imidazol-5-carboxaldehyde (13), 1H-pyrazol-3-carboxaldehyde (14), of 1H-pyrazol-4 ); de combinaties produceerden tien verschillende analogen, waaronder een controleverbinding, 19, die niet in staat is intramoleculaire waterstofbindingen te vormen (tabel 1). De reactietijden vereisten doorgaans 24 uur reflux voor voltooiing, maar in het geval van 20 was slechts 6 uur nodig, terwijl voor 23 en 24 iets langere tijden van respectievelijk 30 uur en 27 uur nodig waren. De productopbrengsten varieerden van 41% tot 96%, zoals geïllustreerd in tabel 1, die de traditionele trends van analoge condensatiereacties voor dipyrrinonen volgen. Verbindingen 17, 18, 20-22,24 en 25, vanwege hun zeer kristallijne aard, werden allemaal gezuiverd door eenvoudige vacuümfiltratiemethoden; alleen verbindingen 16, 19en 23 vereiste chromatografie voor zuivering.

De fotofysische eigenschappen van verbindingen 16-25, verkregen uit het uitvoeren van stap 3 - 4 in de protocolsectie, zijn samengevat in tabel 2. De pKa-waarden gemeten voor elke verbinding varieerden van 12 tot > 13,5, wat suggereert dat er voldoende basisomstandigheden nodig zijn om elke dipyrrinone-analoog volledig te deprotoneren. Vanwege verschillende fotofysische eigenschappen in de geprotoneerde en gedeprotoneerde toestanden van elke verbinding, werden spectra verkregen met behulp van neutrale (pH 7,0 PBS) en basisoplossingen (1,0 M NaOH) van 16-25. In neutrale pH (geprotoneerde toestand) hebben verbindingen 16-25 λmax abs variërend van 324 nm tot 365 nm, die allemaal blauw verschoven zijn met 10 tot 37 nm in vergelijking met de gedeprotoneerde toestanden. De molaire absorptiviteiten variëren van 15.000 tot 30.000, maar lijken niet wezenlijk af te wijken tussen de geprotoneerde en gedeprotoneerde toestanden van een bepaald analoog. Analoog 19 vertoonde geen detecteerbare fluorescentie, echter, 16-18 en 20-25 uitgezonden licht met λmax em variërend van 409 - 457 nm bij neutrale pH en 443 - 482 nm bij basis pH; ook voor de emissiegolflengten wordt een vergelijkbare roodverschuivingstrend waargenomen als die van de maximale golflengten van geprotoneerde/gedeprotoneerde absorptie. De ΦF varieerde van 0,01 tot 0,30 in zowel neutrale als basis waterige oplossingen, die aanzienlijk lager zijn dan vergelijkbare xanthoglows, maar verbindingen 16, 20en 25 vallen in het vergelijkbare gebied van zwaar gebruikte fluoroforen zoals rhodamine B (ΦF =0,23), 20 acridine oranje (ΦF =0,36), 21 pyronine Y (ΦF =0,22), 20 en het grootste deel van de cyaankleurstofreeks (typisch ΦF = 0,36). 22

Dipyrrinone-analogen 16-25 werden allemaal chemisch gekarakteriseerd met behulp van smeltpuntanalyse, IR-spectroscopie, 1H NMR- en 13C NMR-spectroscopie en massaspectrometrie met hoge resolutie naast de UV/Vis- en fluorescentiespectroscopie-experimenten samengevat in tabel 2. Chemische karakterisering en originele 1H NMR en 13C NMR spectra zijn te vinden uit de oorspronkelijke literatuurbron,12 echter, voor het gemak, karakterisering voor verbindingen 16, 20en 23, die de grootste kwantumopbrengsten bezitten, worden hieronder gerapporteerd:

(Z)-5-((1H-imidazol-2-yl)methyleen)-3-ethyl-4-methyl-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-one (16). Ontleedt bij 160 °C; 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 12,3 (brs, 1H), 9,87 (s, 1H), 7,13 (apps, 2H), 5,93 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3H), 0,93 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3H), 0,98 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3H), 0,98 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3H), 0,98 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3H), 0,98 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3H), 0,98 (s, 1H), 2,23 (q, J = 7,5 Hz, 2H), 2,00 (s, 3 13 C NMR (101 MHz, DMSO- d6) δ 170,7, 144,8, 140,0, 139,6, 133,9, 130,2, 117,6, 94,1, 16,7, 13,6, 9,33; IR (dunne film) 3742, 3148, 3063, 2924, 2353, 1651, 1543, 1450, 771, 717 cm-1; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+Na]+ Calcd voor C11H13N3ONa 226.0956, Gevonden 226.0956.

(Z)-5-((1H-pyrazol-4-yl)methyleen)-3-ethyl-4-methyl-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-one (19). Ontleedt bij 202 °C; 1 H NMR (400 MHz, 20% CD3OD in CDCl3) δ 1H NMR (400 MHz, Chloroform-d ) δ 7,74 (s, 2H), 6,01 (s, 1H), 2,27 (q, J = 7,4 Hz, 2H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,27 (q, J = 7,4 Hz, 2H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,27 (q, J = 7,4 Hz, 2H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,27 (q, J = 7,4 Hz, 2H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,27 (q, J = 7,4 Hz, 2H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 2,27 (q, J = 7,4 Hz, 2H), 2,02 (s, 3H), 2,02 (s, 3H), 13 C{1H} NMR (101 MHz, CDCl3) δ 173,7, 141,9, 136,0, 133,0, 116,1, 105,0, 100,8, 16,9, 13,4, 9,61; IR (dunne film) 3163, 3117, 3048, 2963, 2362, 1674, 1558, 1512, 1396, 1257, 1157, 948, 871, 794, 702 cm-1; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+Na]+ Calcd voor C11H13N3ONa 226.0956, Gevonden 226.0955.

(Z)-3-((1H-imidazol-2-yl)methyleen)-5-bromoisoindolin1-one (20). Ontleedt bij 213 °C; 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 7,97 (s, 1H), 7,59 (d, J = 7,8 Hz, 1H), 7,48 (d, J = 8,0, 1H), 7,06 (s, 2H), 6,57 (s, 1H); 13 C NMR (101 MHz, DMSO-d6) δ 167,7, 146,6, 140,2, 134,5, 131,7, 129,1, 125,8, 125,03, 124,99, 123,6, 96,5; IR (dunne film) 3742, 3240, 2314, 1682, 1543, 1520, 1435, 1312, 1080, 826, 694 cm-1; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+Na]+ Calcd voor C12H8BrN3ONa 311.9749, Gevonden 311.9752.

(Z)-3-((1H-imidazol-2-yl)methyleen)isoindolin-1-one (23). Ontleedt bij 228 °C; 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 12,34 (s, 1H), 10,74 (s, 1H), 7,90 (d, J = 7,5 Hz, 1H), 7,74 (d, J = 7,6 Hz, 1H), 7,63 (dd, J = 7,6, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,6 Hz, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,6 Hz, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,6, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,6 hz, 7,2 Hz, 1H), 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6, 7,6 hz, 7,50 (dd, J = 7,6, 7,6 hz, 7,6 hz, 7,50 (dd, J = 7 13 C NMR (101 MHz, DMSO-d6) δ 167,3, 144,9, 137,3, 135,1, 132,8, 129,9, 129,3, 123,6, 121,0, 117,6, 92,9; IR (dunne film) 3741, 3201, 3086, 2361, 2322, 1682, 1543, 1520, 1119, 748, 687 cm-1; HRMS (ESI-TOF) m/z: [M+Na]+ Calcd voor C12H9N3ONa 234.0643, Gevonden 234.0641.

ingang Pyrrolinon/Isoindolon aldehyde Opbrengst (%)b Tijd (h) product
1 9 12 80 24 16
2 9 13 41 24 17
3 9 14 79 24 18
4 9 15 61 24 19
5 10 12 96 6 20
6 10 13 70 24 21
7 10 14 66 24 22
8 11 12 49 30 23
9 11 13 49 27 24
10 11 14 94 24 25

Tabel 1. Voorwaarden en reactieopbrengsten voor de synthese van 16-25a

a Reacties uitgevoerd op een schaal van 1 mmol in 5 ml EtOH. b Geïsoleerde opbrengst.

verbinding Abs. λmax (nm) ε (M-1 cm-1) Fluor. λmax (nm) Φb pKa
16 351 (384) 24500 (22800) 451 (482) 0.30 (0.30) 12.7
17 338 (380) 18600 (18600) 442 (462) 0.01 (0.03) 12.8
18 324 (349) 29800 (25700) 455 (465) 0.01 (0.02) 13
19 326 (358) 29900 (21300) –een –een 12.9
20 365 (378) 15000 (15500) 457 (475) 0.22 (0.20) 12.5
21 355 (380) 15100 (16800) 409 (443) 0.03 (0.01) 12.9
22 341 (363) 19800 (23100) 427 (452) 0.02 (0.01) >13,5
23 360 (373) 29000 (21300) 449 (474) 0.25 (0.26) 12
24 351 (373) 17200 (19400) 432 (454) 0.07 (0.05) 12.8
25 340 (357) 20200 (23500) 410 (449) 0.02 (0.02) >13,5

Tabel 2. Fotofysische eigenschappen en pKa-waarden van 6-14 en 22 in pH 7,0 PBS buffer en 1 M NaOH (tussen haakjes).

a Fluorescentie was niet detecteerbaar voor 19. b Kinine (Q = 0,55)15 en Antraceen (Q = 0,27)15,16 werden als normen gebruikt.

Figure 1
Figuur 1: Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De Claisen-Schmidt condensatiebenadering biedt een vrij robuust middel om pyrazol, imidazol en isoindodondi synergrinonefluoroforen te genereren door middel van een relatief operationeel simplistisch protocol. Hoewel de synthese van de fluorescerende dipyrrinone-analogen de focus van deze studie was, moet worden opgemerkt dat vergelijkbare voorwaarden kunnen worden toegepast om toegang te krijgen tot andere bicyclische methine-gekoppelde ringsystemen zoals dipyrrinonen23 ,24 , 25 en pyrrole-furanadducten 26 evenals 3H-pyrazol-3-one-furan adducts27, isoindolone pyrrole adducten28 . Over het algemeen biedt de beschreven procedure reactieproducten in matige tot hoge opbrengsten, maar het is belangrijk op te merken dat voortdurende monitoring van de reactievoortgang essentieel is voor succesvolle resultaten. In sommige van onze voorlopige proeven werd vastgesteld dat verwarming voor overmatige reactietijden, ver na (5 - 24 uur) de voltooiing van de reactie, leidde tot ontbindingsproducten die de daaropvolgende zuiveringsstappen kunnen bemoeilijken. Om deze reden wordt ten zeerste aanbevolen dat TLC-analyse wordt uitgevoerd bij tijdmarkeringen van 1 uur, 3 uur, 6 uur, 12 uur en 24 uur om de reactievoortgang te volgen en een idee te krijgen van de reactiesnelheid en de snelheid van productafbraak.

Dipyrrinone-analogen 16-25, in de proton/neutrale toestand, bezitten een reeks oplosbaarheidseigenschappen in veelgebruikte organische oplosmiddelen die problematisch kunnen zijn bij het bestuderen van fotofysische, biologische en analytische eigenschappen. Over het algemeen hadden 16-25 verschillende oplosbaarheid in water, alcoholoplosmiddelen (methanol/ethanol) en CH2Cl2, maar ze hadden allemaal een goede oplosbaarheid in zeer polaire aprotische oplosmiddelen zoals DMF, DMSO en acetonitril. Bijgevolg werden alle voorraadoplossingen voor UV/Vis (stap 3.1 van het protocol) en fluorescentiestudies (stap 4.1 van het protocol) en de meeste NMR-studies uitgevoerd met DMSO of DMSO-d6. Hoewel de meeste verbindingen zachte verwarming nodig hadden (met behulp van een warmtepistool) om volledig oplosbaar te worden in DMSO, lijken 16-25 eenmaal opgelost oplosbaar te blijven en kunnen ze zelfs worden verdund in waterige oplossingen zonder neer te strijken. Vanwege de zeer polaire aard van de ionische toestand zijn analogen 16-25 in basisoplossing zeer wateroplosbaar, maar hebben ze weinig oplosbaarheid in organische oplosmiddelen.

Terwijl de Claisen-Schmidt condensatiereactie toegang biedt tot een reeks methine-gebonden bicyclische aromatische verbindingen, kunnen de reactieomstandigheden, naast de dipyrrinone-analogen die binnenin worden beschreven, de soorten moleculen beperken die via deze methode worden geproduceerd. Als fundamentele vereiste van de reactie moeten zowel een enolizable nucleofiel (zoals een pyrrolinon of isoindodon) als een niet-enolizable aldehyde-elektrofiel reageren om de condensatie mogelijk te maken. Het niet voldoen aan deze basiseis kan ertoe leiden dat de ringsystemen en/of de productie van concurrerende nevenproducten niet aan elkaar kunnen worden gekoppeld. Bovendien worden aanzienlijk basisvoorwaarden gebruikt voor het genereren van het enolaat nucleofiel, wat onverenigbaarheden kan veroorzaken met functionele groepen (d.w.z. esters, nitriles, haliden, enz.) die gevoelig zijn voor reacties met hydroxide. In dergelijke gevallen is het mogelijk om hydroxide te vervangen door stikstofhoudende basen of carbonaat, zoals is bereikt met 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU)30, triethylamine31, piperidine32, Hünig's base33en Na2CO334. Om een analoge reactie uit te voeren, hebben we ervoor gekozen om natriumhydroxide te gebruiken, simpelweg vanwege de beschikbaarheid en relatieve kosten. Hoewel deze beperkingen wijzigingen in de procedure kunnen vereisen om toegang te krijgen tot specifieke verbindingen of de toegang tot andere stoffen helemaal te verhinderen, kan de in het protocol beschreven methode een middel zijn om aromatische ringen voor tal van systemen te koppelen door middel van een procedureel eenvoudige en kosteneffectieve reactie in één stap. In het geval van dipyrrinone-analogen 16-25heeft de Claisen-Schmidt-condensatie een van de meest toegankelijke routes naar pH-afhankelijke fluoroforen mogelijk gemaakt die tot nu toe zijn beschreven.

De Claisen-Schmidt condensatiereactie kan dienen als een belangrijke reactie voor het creëren van een reeks verschillende bicyclische en tricyclische fluorofoorsystemen. Hoewel deze reactie van cruciaal belang is geweest voor de ontwikkeling van 3H,5H-dipyrrolo[1,2-c:2',1'-f]pyrimidin-3-ones (1), xanthoglows (2), pyrroloindolizinedione analogen (3, Figuur 1), en meest recent dipyrrinone analogen 16-25,is het mogelijk om een reeks volledig nieuwe fluorescentieprocessen te genereren. Meer specifiek voor de studie in kwestie, zullen toekomstige ontwerpen van dipyrrinone-analogen waarschijnlijk worden ontwikkeld met behulp van deze geschetste procedure om fluorescerende verbindingen te genereren met een sterkere intramoleculaire waterstofbindingscapaciteit enlagere pK a-waarden. We verwachten dat deze verbeterde pH-afhankelijke sondes hogere kwantumopbrengsten zullen bezitten en tegelijkertijd de visualisatie van pH-fluctuaties mogelijk zullen maken voor een breder scala aan intracellulaire gebeurtenissen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets bekend te maken.

Acknowledgments

Z.R.W. en N.B. danken de NIH (2P20 GM103440-14A1) voor hun genereuze financiering, evenals Jungjae Koh en de Universiteit van Nevada, Las Vegas voor hun hulp bij het verwerven van 1H en 13C NMR. Daarnaast willen we NSC visual media studenten, Arnold Placencia-Flores, Aubry Jacobs en Alistair Cooper bedanken voor hun hulp bij de film- en animatieprocessen binnen de cinematografische delen van dit manuscript.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-ethyl-4-methyl-3-pyrrolin-2-one Combi-Blocks  [766-36-9] Yellow solid reagent
isoindolin-1-one ArkPharm  [480-91-1] Off-white solid reagent
5-bromoisoindolin-1-one Combi-Blocks  [552330-86-6] Pink solid reagent
2-formylimidazole Combi-Blocks  [10111-08-7 ] Off-white solid reagent
Imidazole-4-carbaldehyde ArkPharm  [3034-50-2] Solid reagent
1-H-pyrazole-4-carbaldehyde Oakwood Chemicals  [35344-95-7] Solid reagent
1-H-pyrazole-5-carbaldehyde Matrix Scientific  [3920-50-1] Solid reagent
Solid KOH Pellets BeanTown Chemicals [1310-58-3] White solid pellets
Siliflash Silica Gel Scilicycle R12030B Fine white powder
Phosphate Buffered Saline (PBS) (x10) Growcells MRGF-6235 Colorless translucent liquid
Beckman Coulter DU-800 UV/Vis Spectrophotometer and Software Beckman Coulter N/A Spectroscopy Instrument and Software
Fluoromax-4 Spectrofluorometer Horiba Scientific N/A Spectroscopy Instrument
FluorEssence Fluoremetry Software V3.5 Horiba Scientific N/A Spectroscopy Software
Finnpipette II Micropipette (sizes: 100-1,000, 20-200, and 0.5-10 µL) Fischerbrand N/A Equipment
Wilmad-LabGlass Rotary Evaporator (Model: WG-EV311-V-PLUS) SP Scienceware N/A Equipment
DuoSeal Vacuum Pump (Model Number: 1405) Welch N/A Equipment
GraphPad Prism 4 GraphPad N/A Data Analysis Software
SympHony pH Meter (Model: Sb70P) VWR N/A Equipment

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Abbandonato, G., et al. Cis-trans photoisomerization properties of GFP chromophore analogs. European Biophysics Journal. 40 (11), 1205-1214 (2011).
  2. Funakoshi, H., et al. Spectroscopic studies on merocyanine photoisomers. IV. Catalytic isomerization of photoisomers of merocyanine derivatives in protic solvents. Nippon Kagaku Kaishi. (9), 1516-1522 (1989).
  3. Puzicha, G., Shrout, D. P., Lightner, D. A. Synthesis and properties of homomologated and contracted dipyrrinone analogs of xanthobilirubic acid. Journal of Heterocyclic Chemistry. 27 (7), 2117-2123 (1990).
  4. Bonnett, R., Hamzetash, D., Asuncion Valles, M. Propentdyopents [5-(2-oxo-2H-pyrrol-5-ylmethylene)pyrrol-2(5H)-ones] and related compounds. Part 2. The Z E photoisomerization of pyrromethenone systems. Journal of the Chemical Society, Perkins Transactions. 1 (6), 1383-1388 (1987).
  5. Tikhomirova, K., Anisimov, A., Khoroshutin, A. Biscyclohexane-Annulated Diethyl Dipyrrindicarboxylates: Observation of a Dipyrrin Form with Absent Visible Absorption. European Journal of Organic Chemistry. 2012 (11), 2201-2207 (2012).
  6. Brower, J. O., Lightner, D. A. Synthesis and spectroscopic properties of a new class of strongly fluorescent dipyrrinones. Journal of Organic Chemistry. 67 (8), 2713-2716 (2002).
  7. Woydziak, Z. R., Boiadjiev, S. E., Norona, W. S., McDonagh, A. F., Lightner, D. A. Synthesis and Hepatic Transport of Strongly Fluorescent Cholephilic Dipyrrinones. Journal of Organic Chemistry. 70 (21), 8417-8423 (2005).
  8. Jarvis, T., et al. Pyrrole β-amides: Synthesis and characterization of a dipyrrinone carboxylic acid and an N-Confused fluorescent dipyrrinone. Tetrahedron. 74 (14), 1698-1704 (2018).
  9. Bodio, E., Denat, F., Goze, C. BODIPYS and aza-BODIPY derivatives as promising fluorophores for in vivo molecular imaging and theranostic applications. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 23, 1159-1183 (2019).
  10. Acharya, A., et al. Photoinduced Chemistry in Fluorescent Proteins: Curse or Blessing. Chemical Reviews. 117 (2), 758-795 (2017).
  11. Romei, M. G., Lin, C. -Y., Mathews, I. I., Boxer, S. G. Electrostatic control of photoisomerization pathways in proteins. Science. 367 (6473), 76-79 (2020).
  12. Benson, N., Suleiman, O., Odoh, S. O., Woydziak, Z. Ryrazole, Imidazole, and Isoindolone Dipyrrinone Analogues: pH-Dependent Fluorophores That Red-Shift Emission Frequencies in a Basic Solution. Journal of Organic Chemistry. 84 (18), 11856-11862 (2019).
  13. Xie, P., Gao, G., Liu, J., Jin, Q., Yang, G. A New Turn on Fluorescent Probe for Selective Detection of Cysteine/Homocysteine. Journal of Fluorescence. 25 (5), 1315-1321 (2015).
  14. Alty, I. G., et al. Intramolecular Hydrogen-Bonding Effects on the Fluorescence of PRODAN Derivatives. Journal of Physical Chemistry A. 120 (20), 3518-3523 (2016).
  15. Yang, Y., Li, D., Li, C., Liu, Y. F., Jiang, K. Hydrogen bond strengthening induces fluorescence quenching of PRODAN derivative by turning on twisted intramolecular charge transfer. Spectrochimica Acta, Part A. 187, 68-74 (2017).
  16. Zhang, L., Liu, J., Gao, J., Zhang, F., Ding, L. High solid fluorescence of a pyrazoline derivative through hydrogen bonding. Molecules. 22 (8), 1 (2017).
  17. Williams, A. T. R., Winfield, S. A., Miller, J. N. Relative fluorescence quantum yields using a computer-controlled luminescence spectrometer. Analyst. 108 (1290), 1067-1071 (1983).
  18. Eaton, D. F. Reference materials for fluorescence measurement. Pure and Applied Chemistry. 60 (7), 1107-1114 (1988).
  19. Dawson, W. R., Windsor, M. W. Fluorescence yields of aromatic compounds. Journal of Physical Chemistry. 72 (9), 3251-3260 (1968).
  20. Zhang, X. -F., Zhang, J., Lu, X. The Fluorescence Properties of Three Rhodamine Dye Analogues: Acridine Red, Pyronin Y and Pyronin B. Journal of Fluorescence. 25 (4), 1151-1158 (2015).
  21. Zanker, V., Rammensee, H., Haibach, T. Measurements of the relative quantum yields of the fluorescence of acridine and fluorescein dyes. Zeitschrift für Angewandte Physik. 10, 357-361 (1958).
  22. Mujumdar, R. B., Ernst, L. A., Mujumdar, S. R., Lewis, C. J., Waggoner, A. S. Cyanine dye labeling reagents: Sulfoindocyanine succinimidyl esters. Bioconjugate Chemistry. 4 (2), 105-111 (1993).
  23. Battersby, A. R., Dutton, C. J., Fookes, C. J. R. Synthetic studies relevant to biosynthetic research on vitamin B12. Part 7. Synthesis of (±)-bonellin dimethyl ester. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions. 1 (6), 1569-1576 (1988).
  24. Pfeiffer, W. P., Lightner, D. A. (m.n)-Homorubins: syntheses and structures. Monatschfte für Chemie. 145 (11), 1777-1801 (2014).
  25. Huggins, M. T., Musto, C., Munro, L., Catalano, V. J. Molecular recognition studies with a simple dipyrrinone. Tetrahedron. 63 (52), 12994-12999 (2007).
  26. Groselj, U., et al. Synthesis of Spiro-δ2-Pyrrolin-4-One Pseudo Enantiomers via an Organocatalyzed Sulfa-Michael/Aldol Domino Sequence. Advanced Synthesis & Catalyst. 361 (22), 5118-5126 (2019).
  27. El-Shwiniy, W. H., Shehab, W. S., Mohamed, S. F., Ibrahium, H. G. Synthesis and cytotoxic evaluation of some substituted pyrazole zirconium(IV) complexes and their biological assay. Applied Organometallic Chemistry. 32 (10), (2018).
  28. Murray, L., O'Farrell, A. -M., Abrams, T. Preparation of indolinone compounds for treatment of excessive osteolysis. US Patent. , US20040209937A1 (2004).
  29. Lozinskaya, N. A., et al. Synthesis and biological evaluation of 3-substituted 2-oxindole derivatives as new glycogen synthase kinase 3β inhibitors. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 27 (9), 1804-1817 (2019).
  30. Montforts, F. P., Schwartz, U. M. A directed synthesis of the chlorin system. Liebigs Annalen der Chemie. (6), 1228-1253 (1985).
  31. Uddin, M. I., Thirumalairajan, S., Crawford, S. M., Cameron, T. S., Thompson, A. Improved synthetic route to C-ring ester-functionalized prodigiosenes. Synlett. (17), 2561-2564 (2010).
  32. Brower, J. O., Lightner, D. A., McDonagh, A. F. Aromatic congeners of bilirubin: synthesis, stereochemistry, glucuronidation and hepatic transport. Tetrahedron. 57 (37), 7813-7827 (2001).
  33. Clift, M. D., Thomson, R. J. Development of a Merged Conjugate Addition/Oxidative Coupling Sequence. Application to the Enantioselective Total Synthesis of Metacycloprodigiosin and Prodigiosin R1. Journal of the American Chemical Society. 131 (40), 14579-14583 (2009).
  34. Brower, J. O., Lightner, D. A., McDonagh, A. F. Synthesis of a New Lipophilic Bilirubin. Conformation, Transhepatic Transport and Glucuronidation. Tetrahedron. 56 (40), 7869-7883 (2000).

Tags

Chemie Claisen-Schmidt Condensatie Fotoisomerisatie pH afhankelijke fluorescentie fluorofoor dipyrrinone pyrazol imidazol en isoindodon
Synthese van pH-afhankelijke pyrazol, imidazol en isoindodondiyrrinonefluoroforen met behulp van een Claisen-Schmidt condensatiebenadering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Benson, N., Davis, A., Woydziak, Z.… More

Benson, N., Davis, A., Woydziak, Z. R. Synthesis of pH Dependent Pyrazole, Imidazole, and Isoindolone Dipyrrinone Fluorophores using a Claisen-Schmidt Condensation Approach. J. Vis. Exp. (172), e61944, doi:10.3791/61944 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter