JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

תגובת עיבוי Claisen-Schmidt היא מתודולוגיה חשובה לדור של תרכובות ארומטיות אופניים מצומדים במתין. באמצעות שימוש בגרסה בתיווך בסיס של תגובת אלדול, ניתן לגשת למגוון מולקולות פלואורסצנטיות ו/או רלוונטיות ביולוגית באמצעות גישה סינתטית זולה בדרך כלל ופשוטה מבחינה תפעולית.

Abstract

תרכובות ארומטיות אופניים מצומדות במת'ין הן מרכיבים נפוצים במגוון מולקולות רלוונטיות ביולוגית כגון פורפירינים, דיפירינונים ותרופות. בנוסף, סיבוב מוגבל של מערכות אלה לעתים קרובות תוצאות במערכות פלואורסצנטיות מאוד עד בינוני כפי שנצפה 3H,5H-dipyrrolo[1,2-c:2',1'-f]pyrimidin-3-one, xanthoglows, אנלוגים pyrroloindolizinedione, אנלוגים BODIPY, ומערכות טבעת פנולית imidazolinone של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). כתב יד זה מתאר שיטה זולה ופשוטה מבחינה תפעולית לביצוע עיבוי קלייסן-שמידט כדי ליצור סדרה של פירזולה תלויי pH פלואורסצנטיים pyrazole /imidazole/isoindolone דיפירינון אנלוגים. בעוד המתודולוגיה ממחישה את הסינתזה של אנלוגים dipyrrinone, זה יכול להיות מתורגם לייצר מגוון רחב של תרכובות ארומטיות אופניים מצומדים. תגובת העיבוי של Claisen-Schmidt המשמשת בשיטה זו מוגבלת בהיקפה לגרנוקלופלים ואלקטרופילים הניתנים לאנוליזון בתנאים בסיסיים (רכיב נוקלאופיל) ואלדהידים שאינם ניתנים לאנוליזון (רכיב אלקטרופילים). בנוסף, הן מגיבים נוקלאופילית ואלקטרופילית חייבים להכיל קבוצות תפקודיות שלא יגיבו בטעות עם הידרוקסיד. למרות מגבלות אלה, מתודולוגיה זו מציעה גישה למערכות חדשניות לחלוטין שניתן להעסיק כבדיקות ביולוגיות או מולקולריות.

Introduction

מספר מערכות אופניים מצומדות, בהן שתי טבעות ארומטיות מקושרות באמצעות גשר מונומטין, עוברות איזומריזציה באמצעות סיבוב אג"ח, כאשר הן נרגשות עם פוטון (איור 1A)1,2,3,4,5. Isomer נרגש יהיה בדרך כלל להירגע למצב הקרקע באמצעות תהליכי ריקבון לא קורן6. אם מחסום האנרגיה לסיבוב האג"ח מוגדל במידה רבה מספיק, ניתן להגביל או למנוע את הפוטואיזומריזציה. במקום זאת, עירור פוטוני גורם למצב סינגל נרגש שלעתים קרובות נרגע באמצעות פלואורסצנטיות ולא דרך ריקבון לא מקרין (איור 1B). פוטואיסמוריזציה מרסנת מושגת בדרך כלל על ידי הגבלה מכנית של סיבוב הקשר באמצעות קשירה של שתי מערכות הטבעת הארומטיות על ידי הצמדות קוולנטיות, ובכך נועלת את המולקולה למצב איסומרי מסוים. גישה זו נוצלה כדי ליצור מספר אנלוגים טריציקליים שונים של דיפירינון ודיפירולמתאן כגון: 3H,5H-דיפירולו[1,2-c:2', 1'-f]pyrimidin-3-one (1), xanthoglows (2)6,7, pyrroloindolizinedione אנלוגים (3)8, ו- BODIPY אנלוגים9 (4, איור 2) לפיהן מערכות הטבעת פירולידין ו / או pyrrole קשורות במתילן, קרבוניל, או מקשרי בורון דיפלורו. בדרך כלל, 1-4 להחזיק ΦF > 0.7 מציע מערכות אלה יעילים מאוד כמו יחידות פלואורופור.

ניתן גם להגביל פוטואיזומריזציה באמצעים שאינם מקשרים באופן קוולנטי בין מערכות הטבעת. לדוגמה, טבעות הפנולי ואימידזולינון (איור 2) של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) מוגבלות לסיבוב על ידי סביבת החלבון; ההגדרה המגבילה מגדילה את התשואה הקוונטית בשלושה סדרי גודל בהשוואה לאותה יחידת כרומופור בתמיסה חופשית10. הוא האמין כי פיגום החלבון של GFP מספק מחסום סיבובי באמצעות אפקטים סטריים ואלקטרוסטטיים11. לאחרונה, הקבוצה שלנו בשיתוף עם קבוצת אודו באוניברסיטת נבאדה, רינו גילה מערכת פלואורופור נוספת הנושאת דמיון מבני למערכות xanthoglow מבוססות דיפרינון (איור 2)12. אנלוגים dipyrrinone אלה, לעומת זאת, נבדלים ממערכת xanthoglow באותה קשרים מימן תוך מולקולרי, ולא קשרים קוולנטיים, להרתיע פוטואיסומריזציה לגרום למערכת פלואורסצנטית רכיבה על אופניים. יתר על כן, pyrazole, imidazole, ו isoindolone דיפירינון אנלוגים יכול מימן להתחבר במצבים פרוטונים deprotonated; דה-פרוטוניזציה גורמת לשינוי אדום של אורכי הגל של העירור והפליטה, ככל הנראה עקב שינוי באופי האלקטרוני של המערכת. בעוד מליטה מימן דווח להגדיל את התשואות הקוונטיות למרות סיבוב מוגבל13,14,15,16, אנחנו לא מודעים לכל מערכת פלואורופור אחרים שבה איזומריזציה מוגבלת משמשת כמצב של פלואורסצנטיות הן במצבים פרוטונים והן deprotonated של המולקולה. לכן, אלה pH תלוי dipyrrinone פלואורים הם ייחודיים במובן זה.

בסרטון זה, אנו מתמקדים בסינתזה ובאפיון הכימי של הסדרה האנלוגית דיפרינון פלואורסצנטית. בפרט, יש דגש על מתודולוגיית עיבוי Claisen-שמידט ששימשה לבניית הסדרה המלאה של אנלוגים פלואורסצנטיים. תגובה זו מסתמכת על הדור של יון enolate vinylogous בתיווך בסיס אשר תוקף קבוצה אלדהיד, כדי לייצר אלכוהול כי לאחר מכן עובר חיסול. עבור הסדרה האנלוגית dipyrrinone, pyrrolinone / איזואינדולון מומר enolate כדי להקל על התקפה על קבוצת אלדהיד מחובר טבעת pyrazole או imidazole (איור 3); לאחר חיסול מערכת אופניים מצומדת במלואה, המקושרת על ידי גשר מת'ין, נוצרת. ראוי לציין כי כל הסדרה של אנלוגים dipyrrinone ניתן לבנות מחומרים מסחריים זמינים והוא יכול להיות מיוצר ברצף תגובה סיר אחד בדרך כלל בתשואות בינוניות עד גבוהות (התשואות נעות בין כ 50-95%). מאז רוב אנלוגים dipyrrinone הם גבישיים מאוד בטבע, טיהור מעט מאוד מחוץ לתנאי בדיקה סטנדרטיים נדרש לייצר דגימות טהורות אנליטיות. כתוצאה מכך, מערכת פלואורופור זו דורשת רק כמה צעדים כדי לגשת מחומרים מסחריים זמינים וניתן לסנתז, לטהר ולהכין למחקרים אנליטיים או ביולוגיים בתוך זמן קצר יחסית.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. הליך כללי לסינתזה של אנלוגים Dipyrrinone 16-25

  1. להמיס pyrrolinone / איזואינדולון (1.00 ממול) ואת pyrazole המקביל / imidazole אלדהיד (1.00 mmol) ב 5.0 מ"ל של אתנול בבקבוקון עגול תחתון.
  2. הוסף KOH מימית (24.0 mmol, 10 M, 2.40 מ"ל) לבקבוק במנה אחת.
  3. מערבבים ומערבבים את התערובת עד להשלמת התגובה מאושרת על ידי TLC (ראה טבלה 1 לקבלת רשימה של זמני תגובה). TLC eluent של 10% מתנול ב dichloromethane שימש אנלוגים נצפו להחזיק ערכי Rf בטווח של 0.62 עד 0.86. החל כמות מספקת של שומן ואקום או להשתמש שרוול PTFE ב interphase של מפרקי זכוכית כדי למנוע את הזכוכית של המסוף ואת הבקבוק התחתון העגול מלהתפס בטמפרטורות גבוהות ותנאים בסיסיים.
  4. אפשרו לתערובת התגובה להתקרר לטמפרטורת החדר ולהתאדות נדיפים בלחץ מופחת באמצעות מאייד סיבובי.
  5. מצננים את תערובת התגובה ל-0 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט קרח.
  6. לנטרל את התערובת השמנונית הנותרת על ידי הוספת חומצה אצטית (30.0 mmol, 1.70 מ"ל) בחלק אחד.
  7. לטהר את חומר המוצר וכתוצאה מכך באמצעות סינון ואקום (ראה שלב 2a, עבור תרכובות: 17, 18, 20-22, 24 ו 25) או להשתמש מיצוי נוזלי נוזלי / טור כרומטוגרפיה (ראה שלב 2b, עבור תרכובות: 16, 19, ו 23).

2. טיהור נהלים

  1. באמצעות סינון ואקום
    1. התאימו משפך הירש לבקבוק זרוע צדדית באמצעות מתאם גומי מותאם.
    2. יש למרוח פיסת נייר מסנן עגולה על משפך הירש ולהרטיב קלות באמצעות מים שעברו דה-יון כדי לאפשר הדבקה במשפך.
    3. חבר מקור ואקום לזרוע הצדדית של הבקבוק וודא שיש חותם ואקום מספיק על ידי כך שתוודא שאף אחד מכלי הזכוכית לא יכול להיפרק בזמן שהוא תחת ואקום.
    4. יוצקים את הבקבוק המכיל את המוצר המגובש על מסנן הוואקום ומאפשרים לסנן. לשטוף את הגבישים עם 10 מ"ל של מים deionized קר כקרח.
    5. אפשר גבישים מסוננים להמשיך להתייבש על גבי נייר המסנן, תוך עדיין מחובר למקור ואקום, בעקבות סינון של כל הנוזלים.
    6. לאסוף את הגבישים מסוננים ומניחים בבקבוק 25 מ"ל עגול למטה.
    7. חבר את הבקבוקון העגול התחתון למתאם מפרק/קו ואקום מזכוכית טחון. אבטחו את איחוד מפרקי הזכוכית עם קליפ קק.
    8. לקצה המצולע של מתאם קו ואקום גבוה זכוכית, לצרף קו ואקום כי הוא מנותב משאבת ואקום גבוהה כראוי לקרר מלכודת ואקום (באמצעות נוזל קירור כגון חנקן נוזלי או קרח יבש / אצטון) כדי לדחוס את כל החומרים נדיפים שעלולים להתאדות מן החומר הגבישי. הפעל את משאבת ואקום גבוהה כדי להבטיח אידוי מלא של כל כמויות זעירות של ממס שנותרו מן הגבישים.
    9. אפשר גבישים להתייבש תחת ואקום גבוה במשך מינימום של 1 שעה. הסר את הבקבוק העגול התחתון מקו הוואקום/מתאם, כבה את משאבת הוואקום הגבוהה ונקה את מלכודת הוואקום.
  2. טיהור פרוצדורות באמצעות כרומטוגרפיה של עמודה
    1. לדלל את חומצה אצטית מטופלים תוכן תערובת תגובה (משלב 1.6) עם 10 מ"ל של מים deionized ולהעביר לתוך משפך מפריד. הוסף 10 מ"ל של דיכלורומתאן למשפך המפריד. מנערים בעדינות ופורקים את המשפך המפריד כדי להפריד בין שתי השכבות.
    2. לחלץ את השכבה מימית באמצעות החלקים הבאים של dichloromethane (3 x 5 מ"ל). שלבו את השברים האורגניים ויבשו בעזרת Na2SO4נטול מים. Decant ולהסיר את כל volatiles תחת לחץ מופחת באמצעות מאייד סיבובי.
    3. לדלל את השאריות המתקבלות משלב 2.2.2. עם 5 מ"ל של CH2Cl2. בצע כרומטוגרפיה עמוד פלאש באמצעות כ 75 גרם של ג'ל סיליקה. אלוט המדגם עם פתרון של 10% מתנול ב dichloromethane.
    4. הסר את השברים שנאספו של ממס תחת לחץ מופחת באמצעות מאייד סיבובי. העבר את השאריות המוצקות לבקבוקון עגול תחתון של 25 מ"ל באמצעות כ- 10 מ"ל של CH2Cl2. הסר את הממס תחת לחץ מופחת באמצעות מאייד סיבובי.
    5. יבש את השאריות המוצקות תחת ואקום גבוה כפי שתואר קודם לכן בשלבים 2.1.7 - 2.1.9.

3. רכישת סוברפטיות טוחנת ו UV / VispK מחקרים לאנלוגיות 16-25

  1. צור פתרונות מלאי מורכבים עבור ספקטרופוטומיית UV /Vis עבור אנלוגים 16 - 25.
    1. לשקול 10 μmol של אנלוגי dipyrrinone שנבחר (16 - 25) ולהוסיף אותו בקבוק נפחי 10 מ"ל.
    2. הוסף DMSO לסימן 10.0 מ"ל על הבקבוק הנפחי.
      הערה: אם המתחם אינו מתמוסס לחלוטין, מחממים את הבקבוק באמצעות אקדח חום ומתסיסים את הבקבוק לפי הצורך כדי להמיס לחלוטין את המתחם.
  2. הפוך פתרונות מלוחים במאגר פוספט (PBS) ברמות pH שונות. האנלוגיות התאפיינו במאגרי PBS הנעים בין pH לכ-4 עד 15.
    1. באמצעות צילינדר נפחי 1 L, ליצור 1 L של פתרון מלאי PBS על ידי דילול 100 מ"ל של PBS (x100) ב 900 מ"ל של מים deionized.
    2. מעבירים 50 מל של פתרון מניית PBS המוכן (שלב 3.2.1) לתוך 100 מל ומוסיפים מוט ערבוב מגנטי. לאחר מכן באמצעות מד pH מכויל כדי לפקח על שינויים ב- pH, titrate מאגר PBS עם או מימית 1.0 M NaOH (כדי להשיג מאגרים עם pH > 7.0) או 1.0 M HCl (כדי להשיג מאגרים עם pH < 7.0).
      הערה: כדי לקבל נתונים שתוצאתם עקומת טיטרציה מוגדרת היטב, אנו ממליצים ליצור מאגרי pH במרווחים של 0.1 יחידות pH בתוך ± 0.5 של נקודת הפיתול הצפויה ומרווחים של 0.5 מחוץ לנקודת הפיתול הצפויה.
  3. לרכוש ספקטרום ספיגה טוחנת עבור אנלוגים 16 - 25 ב PBS (pH 7.0) ו 1.0 M NaOH (pH 14.0) פתרונות.
    1. הכן "ריק" באמצעות cuvette קוורץ נקי ויבש ולאחר מכן להוסיף 2.0 מ"ל של פתרון מלאי PBS (pH 7.0) או מימית 1.0 M NaOH ל cuvette באמצעות מיקרופיפט 100 - 1000 μL.
      הערה: חשוב לשלמות של תהליך רכישת נתוני הפתרון הריק כדי להבטיח שאין בועות אוויר בתמיסת cuvette ולנגב ביסודיות את הצדדים של cuvette עם קים לנגב כדי למנוע פיזור אור הנובע אבק או פסולת בצד החיצוני של cuvette. אם הבועות נמשכות, הקש בעדינות ושוב ושוב על הקובטה על מגבת נייר המונחת על משטח קשה.
    2. באמצעות ספקטרופוטומטר UV /Vis, רוקן את הפתרון שנבחר לטווח של 200 - 800 ננומטר.
    3. לתוך cuvette קוורץ נקי ויבש השני להוסיף 2.00 מ"ל של או PBS (pH 7.0) או 1.0 M NaOH (pH 14) ואחריו 10 μL של אנלוגי dipyrrinone (16 - 25) פתרון מלאי (ראה שלב 3.1) עם מיקרופייט 5-50 מיקרול. מניחים כובע על cuvette ולנער היטב בנוסף להפוך את cuvette.
      הערה: חשוב לשלמות תהליך רכישת הנתונים של הפתרון לדוגמה כדי להבטיח שאין בועות אוויר בתמיסת הקובטה ולנגב ביסודיות את צידי הקובט עם מגבון קים כדי למנוע פיזור אור הנובע מאבק או פסולת בצד החיצוני של הקובטה. אם הבועות נמשכות, הקש בעדינות ושוב ושוב על הקובטה על מגבת נייר המונחת על משטח קשה.
    4. באמצעות ספקטרופוטומטר UV /Vis, לרכוש ספקטרום ספיגה עבור פתרון אנלוגי dipyrrinone לטווח 200 - 800 ננומטר.
    5. לאותו cuvette, להוסיף 10 μL נוספים של פתרון מלאי אנלוגי dipyrrinone ולחזור על שלבים 3.3.3 ו 3.3.4.
    6. חזור על שלב 3.3.5 עד סך של 50 μL של פתרון מלאי אנלוגי dipyrrinone נוסף cuvette על מנת לרכוש לפחות חמש נקודות נתונים אורך גל עירור. חזור על שלבים 3.3.1 - 3.3.6 עד שכל פתרונות המניות של 16 - 25 הושגו הן ב- PBS (pH 7.0) והן ב- 1.0 M NaOH.
  4. השג ערכי ספיגה טוחנת עבור 16 - 25 ב- PBS (pH 7.0) ו- 1.0 M NaOH באמצעות ניתוח רגרסיה ליניארית בכושר הטוב ביותר.
    1. באמצעות תוכנית גרפים כגון GraphPad Prism 7, התווה את הספיגה הנמדדת (ציר y) כנגד הריכוז האנלוגי של הדיפרינון (ציר x). צור ניתוח רגרסיה ליניארית בכושר הטוב ביותר עבור חמש הנקודות המותוות. יש לראות קשר גומלין ליניארי וניתוח סטטיסטי אמור להציג ערך R2 ≥ 0.98.
    2. חזור על שלב 3.4.1 עבור אנלוגים 16 - 25 ב- PBS (pH 7.0) ו- 1.0 M NaOH.
    3. חשב את ספיגת הטוחנת עבור 16 - 25 ב- PBS (pH 7.0) ו- 1.0 M NaOH באמצעות ערך השיפוע המשוער מהעיקול הליניארי המתאים ביותר.
  5. לקבוע אתpK ערכים של 16 - 25 מחקרים באמצעות ספקטרופוטומיית UV / Vis
    1. לתוך cuvette קוורץ נקי ויבש, להעביר 1,900 μL של מאגר PBS ברמת ה- pH שנבחרה (מוכן בשלב 3.2) באמצעות מיקרופיפט 100 - 1000 μL.
      הערה: שמנו לב בעת האחסון כי משקע לבן יכול להיווצר בחלק מהמאגרים. כדי להבטיח כי המאגר הוא הומוגני לחלוטין ואם כל משקעים גלויים, להשתמש בסינון הכבידה כדי להסיר כל משקעים מיד לפני השימוש. עיין בפתק לאחר שלב 3.3.1.
    2. באמצעות ספקטרופוטומטר UV /Vis, רוקן את פתרון מאגר PBS שנבחר לטווח של 200 - 800 ננומטר.
    3. לתוך cuvette קוורץ נקי ויבש השני, להעביר 1,900 μL של מאגר PBS שנבחר ולאחר מכן להוסיף 100 μL של פתרון מלאי אנלוגי שנבחר באמצעות מיקרופיפט μL 5-50. מניחים כובע על cuvette ולנער היטב בנוסף להפוך את cuvette.
      הערה: עיין בהערה הקודמת לאחר שלב 3.3.3.
    4. באמצעות ספקטרופוטומטר UV /Vis, לרכוש את ספקטרום הספיגה עבור אנלוגי dipyrrinone לטווח של 200 - 800 ננומטר.
    5. חזור על שלבים 3.5.1 - 3.5.4 עבור 16 - 25 בכל אחד ממאגרי PBS שנוצרו בשלב 3.2.
  6. קבעו ל-pK ערכים עבור 16 - 25 באמצעות פונקציית התאמת עקומת sigmoidal המתאימה ביותר.
    1. באמצעות תוכנית גרפים, גרף הספיגה נמדד לעומת אורך גל (nm) עבור 16 - 25 ברמות pH שונות.
    2. בחר אורך גל בין 380-415 ננומטר שבו ברמות pH נמוכות יותר (< 7.0) ספיגה קטנה (0-0.1 יחידות) וב pH גדול יותר (> 12.0) ספיגה גדולה משמעותית (0.8-1.0 יחידות). התווה את הספיגה באורך הגל הנבחר לעומת ה- pH.
    3. באמצעות פונקציית עקומה sigmoidal, ליצור עקומת התאמה הטובה ביותר עבור כל האנלוגים 16 - 25. דווח על רמת ה-pH המוערך בחצי גובה של העקומה. זהוהערך המדווח של pK.

4. מחקרי רכישה ופלואורסצנטיות של תשואה קוונטית

  1. צור פתרונות מלאי מחקר פלואורסצנטי עבור אנלוגים dipyrrinone 16 - 18 ו 20 - 25.
    1. באמצעות פתרון מלאי אנלוגי dipyrrinone שנוצר בשלב 3.1, לבצע דילול של פתרון המניה על ידי הוספת 10 μL של פתרון המניה בקבוק נפח 1 מ"ל באמצעות מיקרופיפט 2 - 20 μL, ולאחר מכן להוסיף PBS (pH 7.0) מאגר לסימן 1 מ"ל. מניחים כובע על הבקבוק הנפח ומערבבים היטב על ידי היפוך וניעור הבקבוק. פתרון מלאי מדולל זה ישמש ליצירת ספקטרום הפלואורסצנטי וייקרא פתרון מלאי פלואורסצנטי.
    2. חזור על שלב 4.1.1 עבור אנלוגים 16 - 18 ו 20 - 25.
  2. לרכוש ספקטרום פליטת פלואורסצנטיות בריכוזים משתנים, עבור אנלוגים 16 - 18 ו 20 - 25. עבור כל האנלוגיות מלבד 18, לרכוש חמש ספקטרום עבור כל אנלוגי בפתרונות של pH 7 ו 14 בריכוזים של: 19.96, 39.84, 59.64, 79.37, ו 99.01 nM. עבור אנלוגי 18, לרכוש חמש ספקטרום בתמיסה של pH 7 בריכוזים של: 49.75, 99.01, 147.8, 196.1, ו 243.9 nM. בפתרון של pH 14, לרכוש חמש ספקטרום עבור אנלוגי 18 בריכוזים של: 99.01, 196.1, 291.3, 384.6, 476.2 nM.
    1. לתוך cuvette קוורץ ארבעה צדדים שקוף, להוסיף 3.00 מ"ל של PBS (pH 7.0) או 1.0 NaOH באמצעות מיקרופיפט μL 100-1,000 בשלושה 1,000 μL במרווחים.
      הערה: ראה הערה לאחר שלב 3.3.1.
    2. באמצעות פלואורומטר ותוכנת פלואורומטר FluorEssence, לרכוש ספקטרום פליטה עבור הפתרון שנבחר ולתייג את זה כפתרון "ריק".
    3. לאותו cuvette, להוסיף 6 μL של פתרון מלאי פלואורסצנטי עבור אנלוגי dipyrrinone שנבחר (חלק 4.1) באמצעות מיקרופיפט 0.5-10 μL. מניחים את הכובע על cuvette ומערבבים היטב על ידי היפוך בעדינות לנער את cuvette.
      הערה: ראה הערה לאחר שלב 3.3.3.
    4. באמצעות פלואורומטר, לרכוש ספקטרום פליטה עבור הפתרון המורכב שנבחר באמצעות שרירי הבטן5 מקסימום כמו אורך גל עירור. עוצמת עירור נמדדה על פני טווח של 200 ננומטר החל מ- 15 ננומטר מעבר לאורך גל העירור (בדרך כלל נדרש טווח של 200 ננומטר כדי שעוצמת הפלואורסצנטיות תחזור לקו הבסיס).
    5. חזור על שלבים 4.2.3 - 4.2.4 עד סך של 30 μL של פתרון מלאי פלואורסצנטי נוסף cuvette.
    6. חזור על שלבים 4.2.1 - 4.2.5 עבור אנלוגים 16 - 25 ב PBS (pH 7.0) ו 1.0 M NaOH.
      הערה: ריכוזי cuvette שונו עבור אנלוגי 18 ונתונים נרכשו באמצעות: 2.0 מ"ל של PBS עם חמישה במרווחים רצופים של 10 μL של פתרון מלאי פלואורסצנטי עבור פתרון ניטרלי (protonated 18)ו 2.0 מ"ל של 1.0 M NaOH עם חמישה 20 μL במרווחים של פתרון מלאי מורכב נוסף עבור פתרון בסיסי (deprotonated 18).
  3. לקבוע את התשואה הקוונטית בשיטה של ויליאמס, A. T. ואח' 17
    1. באמצעות תוכנת גיליון אלקטרוני (כלומר, Microsoft Excel), יבא את הנתונים (נקודות נתונים של עוצמת פליטה) עבור ספקטרום הפליטה עבור אנלוגי דיפירינון יחיד (נלקח ב- PBS [pH 7.0] או 1.0 M NaOH) ברמות הריכוז השונות.
    2. יבא את נקודות הנתונים מפרט הפליטה עבור הפתרון "הריק" (שלבים 4.2.1 - 4.2.2) והפחת את נקודות הנתונים "הריקות" של עוצמת הפליטה מנקודות הנתונים של עוצמת הפליטה, באורכי הגל המתאימים, הנרכשים ברמות ריכוז שונות.
    3. העבר את נקודות הנתונים "הריקות" של עוצמת הפליטה המתוקנת לתוכנית גרפים, כגון GraphPad Prism 7, ופליטת התוויית נתונים לעומת אורך גל. לחשב את האזור מתחת לעקומה עבור כל הקימורים המתקבלים ברמות הריכוז השונות של אנלוגי dipyrrinone.
    4. בעקבות הטכניקה המתוארת על ידי ויליאמס, A. T. et al, לחשב ערך ספיגה מעודן עבור כל אחת מרמות הריכוז המשתנות של אנלוגי dipyrrinone. זה מושג על ידי הכפלת ערך ספיגה טוחנת מחושבת (מניתוח רגרסיה ליניארית בכושר הטוב ביותר, ראה שלב 3.4) על ידי כל ריכוז של אנלוגי dipyrrinone בשימוש בשלבים 4.2.3-4.2.5.
    5. באמצעות תוכנית גרפים כגון GraphPad Prism 7, צור תרשים של הספיגה הנוספת של האנלוגי (ציר x) כנגד האזור המחושב מתחת לכל עקומת ריכוז (שלב 4.3.4) עבור אורך גל הפליטה המתאים לערך הפליטה הגדול ביותר. יש לראות קשר ליניארי עם r2 ≥ 0.96.
    6. בצע שלבים מקבילים 3.1-3.4 ו 4.1-4.3.5 עבור כינין ב 0.5 M H2SO4 (ΦF = 0.55)18 ו אנתרקן באתנול (ΦF = 0.27)18,19 כדי לקבל נתונים עבור תקנים.
    7. השג את ערכי התשואה הקוונטית עבור 16 - 25 ב- PBS (pH 7.0) ו- 1.0 M NaOH באמצעות המדרונות המוערכים המתקבלים משלבים 4.3.5 ו- 4.3.6 במשוואה הבאה:
      Φx =Φst(גראדx/גראדst)(η2x/η2st)
      כאשר Φst מייצג את התשואה הקוונטית של התקן, Φx מייצג את התשואה הקוונטית של הלא נודע, גראד הוא השיפוע של ההתאמה הליניארית הטובה ביותר, ו- η הוא מדד השבירה של הממס המשמש (יחס מדד השבירה חושב באמצעות η = 1.36 עבור אתנול ו- η = 1.35 עבור 0.5 M H2SO4).
    8. דווח על התשואות הקוונטיות עבור 16 - 18 ו - 20 - 25 ב- PBS (pH 7.0) ו- 1.0 M NaOH כממוצע של Φx המתקבל עבור כינין ואנתרקן.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

תגובת עיבוי Claisen-Schmidt סיפקה גישה לאנלוגי דיפרינון (16-25, איור 4) באמצעות הליך סיר אחד המתואר בסעיף הפרוטוקול (ראה שלב 1). אנלוגים 16-25 נוצרו כולם על ידי עיבוי pyrrolinone 9, bromoisoindolone 10, או isoindolone 11 עם 1H-imidazole-2-קרבוקסלדה...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

גישת עיבוי Claisen-שמידט מספקת אמצעי חזק למדי ליצירת pyrazole, imidazole, ו פלואורים דיפרינון איזואינדולון באמצעות פרוטוקול פשטני יחסית מבחינה מבצעית. בעוד הסינתזה של אנלוגים dipyrrinone פלואורסצנטי היה המוקד של מחקר זה, יש לציין כי תנאים דומים ניתן להחיל כדי לגשת למערכות טבעת אחרות הקשורות מתאן אופניים כ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

Z.R.W. ו N.B. להודות NIH (2P20 GM103440-14A1) על המימון הנדיב שלהם, כמו גם יונגג'אי קו ואוניברסיטת נבאדה, לאס וגאס על עזרתם ברכישת 1H ו 13C NMR. בנוסף, ברצוננו להודות לסטודנטים לתקשורת חזותית של המל"ל, ארנולד פלזנסיה-פלורס, אוברי ג'ייקובס ואליסטר קופר על עזרתם בתהליכי הצילום והאנימציה בחלקי הצילום של כתב יד זה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3-ethyl-4-methyl-3-pyrrolin-2-oneCombi-Blocks [766-36-9]Yellow solid reagent
isoindolin-1-oneArkPharm [480-91-1]Off-white solid reagent
5-bromoisoindolin-1-oneCombi-Blocks [552330-86-6]Pink solid reagent
2-formylimidazoleCombi-Blocks [10111-08-7 ]Off-white solid reagent
Imidazole-4-carbaldehydeArkPharm [3034-50-2]Solid reagent
1-H-pyrazole-4-carbaldehydeOakwood Chemicals [35344-95-7]Solid reagent
1-H-pyrazole-5-carbaldehydeMatrix Scientific [3920-50-1]Solid reagent
Solid KOH PelletsBeanTown Chemicals[1310-58-3]White solid pellets
Siliflash Silica GelScilicycleR12030BFine white powder
Phosphate Buffered Saline (PBS) (x10)GrowcellsMRGF-6235Colorless translucent liquid
Beckman Coulter DU-800 UV/Vis Spectrophotometer and SoftwareBeckman CoulterN/ASpectroscopy Instrument and Software
Fluoromax-4 SpectrofluorometerHoriba ScientificN/ASpectroscopy Instrument
FluorEssence Fluoremetry Software V3.5Horiba ScientificN/ASpectroscopy Software
Finnpipette II Micropipette (sizes: 100-1,000, 20-200, and 0.5-10 µL)FischerbrandN/AEquipment
Wilmad-LabGlass Rotary Evaporator (Model: WG-EV311-V-PLUS)SP SciencewareN/AEquipment
DuoSeal Vacuum Pump (Model Number: 1405)WelchN/AEquipment
GraphPad Prism 4GraphPadN/AData Analysis Software
SympHony pH Meter (Model: Sb70P)VWRN/AEquipment

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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

172pH

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved