Waiting
登录处理中...

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

Chemistry

توليف البيرازول المعتمد على درجة الحموضة، إيميدازول، وإيزيندولون ديبيرينون فلوروفوريس باستخدام نهج التكثيف كلايسين شميدت

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

رد فعل التكثيف كلايسين شميدت هو منهجية هامة لتوليد المركبات العطرية ثنائية الحلقات المترافقة التي تم جسرها. ومن خلال استخدام متغير أساسي من تفاعل ال ألدول، يمكن الوصول إلى مجموعة من الجزيئات الفلورية و/أو ذات الصلة بيولوجيا من خلال نهج اصطناعي غير مكلف عموما وبسيط من الناحية التشغيلية.

Abstract

المركبات العطرية ثنائية الحلقات المترافقة التي يتم جسرها بالميثين هي مكونات شائعة لمجموعة من الجزيئات ذات الصلة بيولوجيا مثل البورفيرينات والديبيرينونات والمستحضرات الصيدلانية. بالإضافة إلى ذلك، دوران مقيد لهذه النظم غالبا ما يؤدي إلى أنظمة الفلورسنت عالية إلى معتدلة كما لوحظ في 3H، 5H-dipyrrolo[1،2-c:2'،1'-f]pyrimidin-3-ones، xanthoglows، النظائر بيرولويندوليزيديون، النظائر BODIPY، ونظم حلقة الفينول والإيميدازولينون من البروتين الفلوري الأخضر (GFP). تصف هذه المخطوطة طريقة بسيطة وغير مكلفة من الناحية التشغيلية لإجراء تكثيف Claisen-Schmidt لتوليد سلسلة من النظائر الفلورية المعتمدة على درجة الحموضة البيرازول /إيميدازول/إيزويندولون ديبيرينون. في حين أن المنهجية توضح توليف النظائر ثنائية الديبرينون ، يمكن ترجمتها لإنتاج مجموعة واسعة من المركبات العطرية ثنائية الحلقات المصاحبة. يقتصر تفاعل تكثيف Claisen-Schmidt المستخدمة في هذه الطريقة في نطاقها على النوى والكتروفيليين القابلين للانفزال في ظل الظروف الأساسية (مكون النيوكليوفيلي) والالدهيدات غير القابلة للتخصيص (مكون electrophile). بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحتوي كل من المتفاعلات النووية والكهربائية على مجموعات وظيفية لن تتفاعل عن غير قصد مع الهيدروكسيد. وعلى الرغم من هذه القيود، توفر هذه المنهجية إمكانية الوصول إلى أنظمة جديدة تماما يمكن استخدامها كمسبارات بيولوجية أو جزيئية.

Introduction

وهناك عدد من نظم الدراجات المقترنة، التي ترتبط حلقتين العطرية من قبل جسر مونومايثين، الخضوع isomerization عن طريق تناوب السندات، عندما متحمس مع الفوتون (الشكل 1A)1،2،3،4،5. فإن ايزومر متحمس الاسترخاء عموما إلى حالة الأرض من خلال عمليات الاضمحلال غير الإشعاعي6. إذا تم زيادة حاجز الطاقة أمام دوران السندات إلى حد كبير بما فيه الكفاية ، فمن الممكن تقييد أو منع التصوير الضوئي. بدلا من ذلك ، يؤدي الإثارة الضوئية إلى حالة فردية متحمسة تسترخي في كثير من الأحيان عبر الفلورسينس بدلا من الاضمحلال غير الإشعاعي(الشكل 1B). يتم تحقيق تقييد الفوتويزومرات الأكثر شيوعا عن طريق تقييد دوران السندات ميكانيكيا من خلال ربط نظامي الحلقة العطرية عن طريق الروابط التساهمية ، وبالتالي قفل الجزيء في حالة متساوية الخواص. وقد استخدم هذا النهج لخلق عدة مختلفة ثلاثية الحلقات الفلورية dipyrrinone وdiyrrolemethane التناظرية مثل: 3H، 5H-dipyrrolo[1،2-c:2'،1'-f]pyrimidin-3-ones (1)، x نظائر بيرولويندوليدوز (2)6,7, pyrroloindolizinedione (3)8, و نظائر BODIPY9 (4, الشكل 2) حيث يتم ربط أنظمة حلقة بيروليدين و / أو بيرول مع الميثيلين, كاربونيل, أو وصلات بورون ديفلورو. عادة،1-4تمتلك ΦF > 0.7 مما يشير إلى أن هذه النظم فعالة جدا كوحدات الفلوروفور.

ومن الممكن أيضا تقييد التصوير الضوئي من خلال وسائل أخرى غير الربط بين أنظمة الحلقة بشكل متناقض. على سبيل المثال، تقتصر حلقات الفينول والإيميدازولينون(الشكل 2)من بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP) على الدوران من قبل بيئة البروتين. يزيد الإعداد التقييدي من عائد الكم بمقدار ثلاثة أوامر من الحجم بالمقارنة مع نفس وحدة الكروموفور في الحل الحر10. ويعتقد أن سقالة البروتين من GFP يوفر حاجز الدوران من خلال آثار steric والكهروستاتيكي11. في الآونة الأخيرة، مجموعتنا بالتعاون مع مجموعة أودوه في جامعة نيفادا، اكتشف رينو نظام الفلوروفور آخر يحمل التشابه الهيكلي لأنظمة xanthoglow المستندة إلى ديبيرينون (الشكل 2)12. هذه النظائر dipyrrinone، ومع ذلك، تختلف عن نظام xanthoglow في أن الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئية، بدلا من السندات التساهمية، ردع photoisomerization ويؤدي إلى نظام دوري الفلورسنت. وعلاوة على ذلك، فإن البيرازول، إيميدازول، ونظائر إيزويندولون ديبيرينون يمكن أن السندات الهيدروجين في الدول بروتونات وإزالة البروتونات. يؤدي إزالة الانبعاثات إلى التحول الأحمر لكل من الإثارة والأطوال الموجية للانبعاثات ، على الأرجح بسبب تغيير في الطبيعة الإلكترونية للنظام. في حين تم الإبلاغ عن الترابط الهيدروجين لزيادة غلة الكم على الرغم من تقييد دوران13،14،15،16، ونحن لا نعلم من أي نظام الفلوروفورية الأخرى التي isomerization المقيدة بمثابة وسيلة للفلور في كل من حالات البروتونات وإزالة البروميد من الجزيء. ولذلك، فإن هذه الفلوروفوريس dipyrrinone تعتمد على الحموضة هي فريدة من نوعها في هذا الصدد.

في هذا الفيديو، ونحن نركز على توليف وتوصيف الكيميائية للسلسلة التناظرية dipyrrinone الفلورسنت. على وجه الخصوص ، هناك تركيز على منهجية تكثيف Claisen-Schmidt التي تم استخدامها لبناء سلسلة كاملة من النظائر الفلورية. يعتمد رد الفعل هذا على توليد أيون الفينيلوغوس إينولات بوساطة أساسية يهاجم مجموعة ألدهيد ، لإنتاج الكحول الذي يخضع للقضاء عليه لاحقا. لسلسلة التناظرية dipyrrinone, يتم تحويل بيرولينون / ايزويندولون إلى إينولات لتسهيل هجوم على مجموعة ألدهيد تعلق على حلقة بيروزول أو إيميدازول (الشكل 3); بعد القضاء على نظام الدراجات المزدوجة مترافقة تماما، ويرتبط جسر الميثين، يتم تشكيل. ومن الجدير بالذكر أن سلسلة كاملة من النظائر dipyrrinone يمكن بناؤها من المواد التجارية المتاحة بسهولة ويمكن أن تنتج في تسلسل رد فعل وعاء واحد عادة في الغلة المعتدلة إلى العالية (الغلة تتراوح بين ما يقرب من 50-95٪). نظرا لأن معظم نظائر ثنائي الديبيرينيون بلورية للغاية في طبيعتها ، فإن التنقية خارج ظروف العمل القياسية مطلوبة لإنتاج عينات نقية تحليليا. وبالتالي، فإن نظام الفلوروفور هذا لا يتطلب سوى بضع خطوات للوصول من المواد التجارية المتاحة بسهولة، ويمكن تصنيعه وتنقيته وإعداده للدراسات التحليلية أو البيولوجية في إطار زمني قصير نسبيا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. الإجراء العام لتركيب النظائر Dipyrrinone 16-25

  1. حل بيرولينون / ايزويندولون (1.00 مليمول) والبيرازول / إيميدازول ألدهيد المقابلة (1.00 ملليمول) في 5.0 مل من الإيثانول في قارورة مستديرة القاع.
  2. أضف كوه المائي (24.0 ملليمول، 10 م، 2.40 مل) إلى القارورة في جزء واحد.
  3. يحرك الخليط ويارتجاعه إلى أن يتم تأكيد اكتمال التفاعل من قبل TLC (انظر الجدول 1 للحصول على قائمة بأوقات التفاعل). تم استخدام TLC eluent من الميثانول 10٪ في ثنائي كلورو الميثان ولوحظ أن النظائر تمتلك قيم Rf في أو حول نطاق 0.62 إلى 0.86. تطبيق كمية كافية من الشحوم فراغ أو استخدام كم PTFE في الطور الفاصل من المفاصل الزجاجية لمنع الزجاج من المكثف وقارورة مستديرة القاع من الاستيلاء تحت درجات حرارة عالية والظروف الأساسية.
  4. السماح لخليط التفاعل لتبرد لدرجة حرارة الغرفة وتتبخر المواد المتطايرة تحت ضغط منخفض باستخدام المبخر الدوارة.
  5. تبريد خليط التفاعل إلى 0 درجة مئوية باستخدام حمام جليدي.
  6. تحييد الخليط الزيتي المتبقي بإضافة حمض الخليك (30.0 مليمول، 1.70 مل) في جزء واحد.
  7. تنقية مواد المنتج الناتجة باستخدام الترشيح الفراغي (انظر الخطوة 2a، للمركبات: 17، 18، 20-22، 24 و 25)أو استخدم استخراج السائل السائل / لوناتوغرافيا العمود (انظر الخطوة 2b، للمركبات: 16، 19، و 23).

2. تنقية الإجراء

  1. عبر الترشيح فراغ
    1. تناسب قمع هيرش إلى قارورة الذراع الجانبية باستخدام محول مطاطي المجهزة.
    2. ضعي قطعة من ورق الفلتر المستدير على قمع هيرش ومبللا بخفة باستخدام الماء المتأين للسماح بالالتزام بالقمع.
    3. قم بتوصيل مصدر فراغ بالذراع الجانبي للقارورة وتأكد من وجود ختم فراغ كاف من خلال التأكد من عدم إمكانية سحب أي من الأواني الزجاجية بعيدا أثناء وجودها تحت الفراغ.
    4. صب قارورة تحتوي على المنتج تبلور على مرشح فراغ والسماح لتصفية. شطف بلورات مع 10 مل من الماء deionized الجليد الباردة.
    5. السماح للبلورات المصفاة بالاستمرار في الجفاف فوق ورق الفلتر، مع الاستمرار في الاتصال بمصدر الفراغ، بعد ترشيح جميع السوائل.
    6. جمع بلورات المصفاة ومكان في قارورة مستديرة القاع 25 مل.
    7. إرفاق قارورة مستديرة القاع إلى مهايئ مفصل/فراغ زجاجي أرضي. تأمين الاتحاد المشترك الزجاج مع مقطع كيك.
    8. إلى نهاية مضلع من محول خط فراغ عالية الزجاج، نعلق خط فراغ التي يتم توجيهها إلى مضخة فراغ عالية وتبريد كافية فخ فراغ (باستخدام المبرد مثل النيتروجين السائل أو الجليد الجاف / الأسيتون) لتكثيف أي مواد المتطايرة التي قد تتبخر من المواد البلورية. قم بتشغيل مضخة الفراغ العالية لضمان التبخر الكامل لأي كميات ضئيلة من المذيبات المتبقية من البلورات.
    9. السماح للبلورات لتجف تحت فراغ عالية لمدة لا تقل عن 1 ساعة. إزالة قارورة مستديرة القاع من فراغ خط / محول، إيقاف مضخة فراغ عالية، وتنظيف فخ فراغ.
  2. تنقية الإجراء عبر كروماتوغرافيا العمود
    1. تمييع حمض الخليك معالجة محتويات خليط التفاعل (من الخطوة 1.6) مع 10 مل من الماء deionized ونقلها إلى قمع فاصلة. إضافة 10 مل من ثنائي كلورو الميثان إلى قمع الفاصلة. هز بلطف وتنفيس القمع الفاصل من أجل فصل الطبقتين.
    2. استخراج طبقة مائي باستخدام أجزاء لاحقة من ثنائي كلورو الميثان (3 × 5 مل). الجمع بين الكسور العضوية والجافة باستخدام اللامائيةNa 2SO4. decant وإزالة جميع المواد المتطايرة تحت ضغط منخفض باستخدام المبخر الدوارة.
    3. تمييع البقايا التي تم الحصول عليها من الخطوة 2.2.2. مع 5 مل من CH2Cl2. أداء كروماتوغرافيا عمود فلاش باستخدام ما يقرب من 75 غرام من هلام السيليكا. Elute العينة مع حل من الميثانول 10٪ في ثنائي كلورو الميثان.
    4. إزالة الكسور التي تم جمعها من المذيبات تحت ضغط منخفض باستخدام المبخر الدوارة. نقل بقايا الصلبة إلى قارورة 25 مل مستدير القاع باستخدام ما يقرب من 10 مل من CH2Cl2. إزالة المذيب تحت ضغط منخفض باستخدام المبخر الدوارة.
    5. جفف بقايا الصلبة المتبقية تحت فراغ عال كما هو موضح سابقا في الخطوات 2.1.7 - 2.1.9.

3. اقتناء الأفسالية مولار والأشعة فوقالبنفسجية / فيس PK دراسات للنظائر 16-25

  1. إنشاء حلول المخزون المركب للأشعة فوق البنفسجية / فيس الطيفي للنظائر 16 -25.
    1. تزن 10 ميكرومول من التناظرية dipyrrinone مختارة (16 - 25) وإضافته إلى قارورة الحجم 10 مل.
    2. أضف DMSO إلى علامة 10.0 مل على القارورة الحجمية.
      ملاحظة: إذا لم يذوب المركب تماما، قم بتسخين القارورة باستخدام مسدس حراري وإثارة القارورة حسب الحاجة لإذابة المركب تماما.
  2. جعل الفوسفات العازلة المالحة (PBS) حلول في مختلف مستويات درجة الحموضة. وتميزت النظائر في المخازن المؤقتة PBS تتراوح في pH من حوالي 4 إلى 15.
    1. باستخدام اسطوانة الحجم 1 L، وخلق 1 لتر من محلول الأسهم PBS عن طريق تمييع 100 مل من برنامج تلفزيوني (x100) في 900 مل من المياه deionized.
    2. نقل 50 مل من الأسهم برنامج تلفزيوني أعدت الحل (الخطوة 3.2.1) إلى كوب 100 مل وإضافة شريط ضجة المغناطيسي. ثم باستخدام مقياس pH معايرة لرصد التغيرات في pH، titrate المخزن المؤقت PBS مع NaOH 1.0 M مائي (للحصول على مخازن مؤقتة مع pH > 7.0) أو 1.0 M HCl (للحصول على مخازن مؤقتة مع pH < 7.0).
      ملاحظة: للحصول على البيانات التي ينتج عنها منحنى المعايرة المعرفة جيدا، نوصي بإنشاء مخازن مؤقتة الرقم القياسي بزيادات 0.1 درجة الحموضة وحدات ضمن ± 0.5 من نقطة المتوقعة من الانقلاب وزيادات 0.5 خارج نقطة المتوقعة من الانقلاب.
  3. الحصول على أطياف absorptivity الضرس للنظائر 16-25 في برنامج تلفزيوني (pH 7.0) و 1.0 M NaOH (pH 14.0) الحلول.
    1. إعداد "فارغة" باستخدام cuvette الكوارتز نظيفة وجافة ثم إضافة 2.0 مل من إما PBS الأسهم الحل (درجة الحموضة 7.0) أو مائي 1.0 M NaOH إلى cuvette باستخدام 100 - 1000 ميكروبايت ميكروبايت.
      ملاحظة: من المهم لسلامة عملية الحصول على بيانات الحل الفارغ التأكد من عدم وجود فقاعات هوائية في محلول cuvette ومسح جوانب cuvette بدقة بمسحة كيم لمنع تشتت الضوء الناتج عن الغبار أو الحطام على السطح الخارجي للكوفيت. إذا استمرت الفقاعات، انقر برفق وتكرار على الكوفيت على منشفة ورقية وضعت على سطح صلب.
    2. باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية / Vis ، قم بتفريغ الحل المحدد لنطاق 200 - 800 نانومتر.
    3. في كوفيت كوفيت كوارتز نظيفة وجافة ثانية إضافة 2.00 مل من أي برنامج تلفزيوني (درجة الحموضة 7.0) أو 1.0 M NaOH (درجة الحموضة 14) تليها 10 ميكرولتر من التناظرية dipyrrinone (16 - 25) حل الأسهم (انظر الخطوة 3.1) مع 5-50 ميكروبيبيت ميكروبينيت. وضع غطاء على cuvette ويهز جيدا بالإضافة إلى عكس cuvette.
      ملاحظة: من المهم لسلامة عملية الحصول على بيانات حل العينة لضمان عدم وجود فقاعات هوائية في محلول cuvette ومسح جوانب الكوفيت بدقة بمسحة كيم لمنع تناثر الضوء الناتج عن الغبار أو الحطام على السطح الخارجي للكوفيت. إذا استمرت الفقاعات، انقر برفق وتكرار على الكوفيت على منشفة ورقية وضعت على سطح صلب.
    4. باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية / فيس، والحصول على الطيف امتصاص للحل التناظرية dipyrrinone لنطاق 200-800 نانومتر.
    5. إلى نفس cuvette، إضافة إضافية 10 ميكرولتر من محلول الأسهم التناظرية dipyrrinone وتكرار الخطوات 3.3.3 و 3.3.4.
    6. كرر الخطوة 3.3.5 حتى تم إضافة ما مجموعه 50 ميكرولتر من محلول الأسهم التناظرية dipyrrinone إلى cuvette من أجل الحصول على ما لا يقل عن خمس نقاط بيانات الطول الموجي الإثارة. كرر الخطوات 3.3.1 - 3.3.6 حتى يتم الحصول على جميع حلول المخزون من 16-25 في كل من PBS (pH 7.0) و 1.0 M NaOH.
  4. الحصول على قيم absorptivity الضرس ل 16 -25 في برنامج تلفزيوني (pH 7.0) و 1.0 M NaOH باستخدام تحليل الانحدار الخطي تناسب أفضل.
    1. باستخدام برنامج رسم بياني مثل GraphPad Prism 7 ، قم برسم الامتصاص المقاس (المحور ص) مقابل التركيز التناظري ثنائي الديبيرينون (المحور السيني). إنشاء تحليل الانحدار الخطي الأنسب للنقاط الخمس المرسومة. وينبغي ملاحظة العلاقة الخطية، وينبغي أن يبين التحليل الإحصائي قيمة R2 ≥ 0.98.
    2. كرر الخطوة 3.4.1 للنظائر 16 -25 في برنامج تلفزيوني (pH 7.0) و 1.0 M NaOH.
    3. حساب absorptivity الضرس ل16-25 في برنامج تلفزيوني (pH 7.0) و 1.0 M NaOH باستخدام قيمة المنحدر استقراء من منحنى خطي تناسب أفضل.
  5. تحديد pK قيم 16 -25 دراسات باستخدامالأشعة فوق البنفسجية / فيس الطيفية
    1. في كوفيت كوفيت كوارتز نظيف وجاف، قم بنقل 1900 ميكرولتر من المخزن المؤقت لبرنامج تلفزيوني على مستوى درجة الحموضة المحدد (تم إعداده في الخطوة 3.2) باستخدام ميكروبايت 100-1000 ميكروبايت.
      ملاحظة: لقد لاحظنا عند التخزين أن يمكن أن تشكل رواسب بيضاء في بعض المخازن المؤقتة. لضمان أن العازلة متجانسة تماما وإذا كان أي عجل مرئيا، استخدم ترشيح الجاذبية لإزالة أي عجلة مباشرة قبل الاستخدام. راجع الملاحظة بعد الخطوة 3.3.1.
    2. باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية / الفيس، فارغة الحل العازلة PBS المحدد لنطاق 200-800 نانومتر.
    3. في كوفيت كوفيت كوفيت نظيفة وجافة ثانية، نقل 1900 ميكرولتر من المخزن المؤقت PBS المحدد ثم إضافة 100 ميكرولتر من محلول المخزون التناظرية المحددة باستخدام ميكروبايت 5-50 ميكروبايت. وضع غطاء على cuvette ويهز جيدا بالإضافة إلى عكس cuvette.
      ملاحظة: راجع الملاحظة السابقة بعد الخطوة 3.3.3.
    4. باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية / فيس، والحصول على الطيف امتصاص لdi dipyrrinone التناظرية لمجموعة من 200-800 نانومتر.
    5. كرر الخطوات 3.5.1 - 3.5.4 ل 16 -25 في كل من مخازن PBS المؤقتة التي تم إنشاؤها في الخطوة 3.2.
  6. تحديدpK قيم ل16-25 باستخدام وظيفة تركيب منحنى sigmoidal تناسب أفضل.
    1. باستخدام برنامج الرسم البياني، رسم بياني الامتصاص المقاس مقابل الطول الموجي (نانومتر) لمدة 16-25 على مختلف مستويات الحموضة.
    2. اختر الطول الموجي بين 380-415 نانومتر حيث يكون الامتصاص في مستويات الحموضة المنخفضة (< 7.0) صغيرا (0-0.1 وحدة) وفي درجة الحموضة الأكبر (> 12.0) يكون الامتصاص أكبر بكثير (0.8-1.0 وحدة). رسم الامتصاص في الطول الموجي المختار مقابل pH.
    3. باستخدام وظيفة منحنى sigmoidal، وتوليد منحنى تناسب أفضل لكل من التناظرية 16-25. الإبلاغ عن رقم الحموضة استقراء في نصف ارتفاع المنحنى. هذه هيقيمة pK التي تم الإبلاغ عنها.

4. الكم الحصول على الغلة ودراسات الفلورسينس

  1. إنشاء حلول الأسهم دراسة مضان لdi dipyrrinone القياس 16 - 18 و 20 - 25.
    1. باستخدام حل الأسهم التناظرية dipyrrinone التي تم إنشاؤها في الخطوة 3.1، تنفيذ التخفيف من محلول المخزون عن طريق إضافة 10 ميكرولتر من محلول المخزون إلى قارورة حجمية 1 مل باستخدام 2 -20 ميكروبايبت ميكروبايت، ثم إضافة برنامج تلفزيوني (درجة الحموضة 7.0) العازلة إلى علامة 1 مل. ضع غطاء على القارورة الحجمية واخلط جيدا عن طريق قلب القارورة وهزها. سيتم استخدام محلول المخزون المخفف هذا لتوليد أطياف الفلورسينس وسيشار إليه باسم محلول المخزون الفلوري.
    2. كرر الخطوة 4.1.1 للنظائر 16 - 18 و 20 - 25.
  2. الحصول على أطياف الانبعاثات الفلورية بتركيزات متفاوتة، للنظائر 16 -18 و 20 -25. لجميع النظائر الأخرى من 18، والحصول على خمسة أطياف لكل التناظرية في حلول من pH 7 و 14 بتركيزات من: 19.96، 39.84، 59.64، 79.37، و 99.01 nM. بالنسبة للنظيري 18، احصل على خمسة أطياف في محلول من pH 7 بتركيزات: 49.75 و99.01 و147.8 و196.1 و243.9 nM. في حل من pH 14، والحصول على خمسة أطياف لنظيري 18 بتركيزات من: 99.01، 196.1، 291.3، 384.6، 476.2 nM.
    1. في كوفيت كوارتز شفاف رباعي الجوانب، أضف 3.00 مل من برنامج تلفزيوني (الرقم الحموضة 7.0) أو 1.0 NaOH باستخدام 100 -1000 ميكروبايت ميكروبايت ميكروبايت في ثلاث زيادات 1000 ميكرولتر.
      ملاحظة: راجع ملاحظة بعد الخطوة 3.3.1.
    2. باستخدام مقياس الفلور وبرنامج قياس الفلورفلورفلورانس، والحصول على طيف الانبعاثات للمحلول المحدد وتسمية هذا الحل "فارغة".
    3. إلى نفس cuvette، إضافة 6 ميكرولتر من محلول الأسهم الفلورية للتشبيه dipyrrinone مختارة (الجزء 4.1) باستخدام 0.5-10 ميكروبايبيت ميكروبايت. وضع الغطاء على cuvette وتخلط جيدا عن طريق عكس وهز بلطف cuvette.
      ملاحظة: راجع ملاحظة بعد الخطوة 3.3.3.
    4. باستخدام مقياس الفلور، والحصول على طيف الانبعاثات للمحلول المركب المحدد باستخدام القيمة المطلقةالحد الأقصى كالطول الموجي الإثارة. تم قياس كثافة الإثارة على مدى 200 نانومتر بدءا من 15 نانومتر وراء الطول الموجي للإثارة (عادة ما يكون هناك حاجة إلى نطاق 200 نانومتر لكثافة الفلورسينس للعودة إلى خط الأساس).
    5. كرر الخطوات 4.2.3 - 4.2.4 حتى يتم إضافة ما مجموعه 30 ميكرولتر من محلول المخزون الفلوري إلى cuvette.
    6. كرر الخطوات 4.2.1 - 4.2.5 للنظائر 16 -25 في برنامج تلفزيوني (درجة الحموضة 7.0) و 1.0 M NaOH.
      ملاحظة: تم تغيير تركيزات cuvette ل 18 التناظرية وتم الحصول على البيانات باستخدام: 2.0 مل من PBS مع خمس زيادات متتالية 10 ميكرولتر من محلول مخزون مضان لحل محايد (بروتونات 18)و 2.0 مل من 1.0 M NaOH مع خمس زيادات 20 ميكرولتر من محلول مخزون مركب إضافي لحل أساسي (18)غير منفوف.
  3. تحديد العائد الكمي باستخدام طريقة ويليامز، أ. ت.وآخرون.
    1. باستخدام برنامج جدول بيانات (أي Microsoft Excel)، قم باستيراد البيانات (نقاط بيانات كثافة الانبعاثات) لأطياف الانبعاثات لنظير ثنائي الديبرينون (مأخوذ إما في PBS [pH 7.0] أو 1.0 M NaOH) عند مستويات التركيز المختلفة.
    2. استيراد نقاط البيانات من أطياف الانبعاثات للمحلول "الفارغ" (الخطوات 4-2-1-4-2.2) وطرح نقاط بيانات كثافة الانبعاثات "الفارغة" من نقاط بيانات كثافة الانبعاثات، عند الأطوال الموجية المقابلة، التي يتم الحصول عليها عند مستويات تركيز مختلفة.
    3. نقل نقاط بيانات كثافة الانبعاثات المصححة "الفارغة" إلى برنامج رسوم بيانية، مثل GraphPad Prism 7، وانبعاثات المؤامرة مقابل الطول الموجي. حساب المنطقة تحت منحنى لكل من المنحنيات التي تم الحصول عليها في مستويات تركيز مختلفة من التناظرية dipyrrinone.
    4. بعد التقنية التي أوجزها ويليامز، A. T. وآخرون، حساب قيمة امتصاص استقراء لكل من مستويات تركيز متفاوتة من التناظرية ديبيرينون. ويتم تحقيق ذلك عن طريق ضرب القيمة المحسوبة absorptivity الضرس (من تحليل الانحدار الخطي الأنسب، انظر الخطوة 3.4) من قبل كل تركيز من التناظرية dipyrrinone المستخدمة في الخطوات 4.2.3-4.2.5.
    5. باستخدام برنامج رسم بياني مثل GraphPad Prism 7 ، قم بإنشاء قطعة من الامتصاص استقرائي التناظري (المحور س) مقابل المساحة المحسوبة تحت كل منحنى تركيز (الخطوة 4.3.4) للطول الموجي للانبعاثات المقابل لأكبر قيمة انبعاث. وينبغي ملاحظة علاقة خطية مع ص2 ≥ 0.96.
    6. تنفيذ خطوات مماثلة ل3.1-3.4 و 4.1-4.3.5 للكينين في 0.5 M H2SO4 (ΦF = 0.55)18 والجمرة في الإيثانول (ΦF = 0.27)18،19 للحصول على بيانات للمعايير.
    7. الحصول على قيم العائد الكمومي ل 16-25 في PBS (pH 7.0) و 1.0 M NaOH باستخدام المنحدرات استقراء التي تم الحصول عليها من الخطوتين 4.3.5 و 4.3.6 في المعادلة التالية:
      Φx = Φst(غرادx/غرادst)(η2×/ η2st)
      حيث يمثل Φst العائد الكمي للمعيار ، تمثل Φx العائد الكمي للمجهول ، وغراد هو منحدر أفضل نوبة خطية ، η هو مؤشر الانكسار للمذيب المستخدم (تم حساب نسبة مؤشر الانكسار باستخدام η = 1.36 للإيثانول η = 1.35 ل 0.5 M H2SO4).
    8. تقرير غلة الكم ل16 - 18 و 20 - 25 في برنامج تلفزيوني (درجة الحموضة 7.0) و 1.0 M NaOH كمتوسط Φx التي تم الحصول عليها للكينين والجمرة الخبيثة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وقدم رد فعل التكثيف Claisen-Schmidt الوصول إلى القياس ديبيرينون (16-25، الشكل 4) باستخدام الإجراء وعاء واحد وصفها في قسم البروتوكول (انظر الخطوة 1). التناظرية 16-25 ولدت كل من قبل التكثيف بيرولينون 9، برومويسيندولون 10، أو ايزويندولون 11 مع 1H-imidazole-2-carboxaldehyde (12، 1 H-imidazole-5-carboxaldehyde (13), 1H-بيروزول-3-كاربوكسيالديهايد (14), أو 1H-بيروزول-4-كاربوكسيالديهيد (15); أنتجت تركيبات عشرة نظائر مختلفة بما في ذلك مركب التحكم، 19،وهو غير قادر على تشكيل الروابط الهيدروجينية داخل الجزيئية (الجدول 1). بيد أن أوقات رد الفعل تتطلب عادة 24 ساعة من الارتجاع لإكمالها، ولكن في حالة 20 ساعة فقط، كانت هناك حاجة إلى 23 و 24 مرة أطول قليلا من 30 ساعة و 27 ساعة على التوالي. وتراوحت غلة المنتجات من 41٪ إلى 96٪، كما هو موضح في الجدول 1،والتي تتبع الاتجاهات التقليدية لتفاعلات التكثيف المماثلة للديبرينو. المركبات 17، 18، 20-22 ،24 و 25 ، بسبب طبيعتها البلورية للغاية ، تم تنقيتها جميعا بطرق الترشيح الفراغي البسيطة ؛ المركبات فقط 16، 19، و 23 المطلوبة الكروماتوغرافيا لتنقية.

الخصائص الضوئية للمركبات 16-25، التي تم الحصول عليها من تنفيذ الخطوات 3 -4 في قسم البروتوكول ، ملخصة في الجدول 2. وتراوحتالقيم pK قياس لكل مركب من 12 إلى > 13.5، مما يشير إلى أن هناك حاجة إلى شروط أساسية كافية لإزالة بروتونات تماما كل التناظرية ديبيرينون. بسبب اختلاف الخصائص الفيزيائية الضوئية في حالات بروتونات وإزالة البروتونات من كل مركب، تم الحصول على الأطياف باستخدام محايدة (الرقم الهيدروجيني 7.0 PBS) والحلول الأساسية (1.0 M NaOH) من 16-25. في درجة الحموضة المحايدة (الحالة البروتونية)، تحتوي المركبات من 16إلى25 على القيمة المطلقةالقصوى التي تتراوح بين 324 نانومتر إلى 365 نانومتر، والتي يتم تحويلها جميعا باللون الأزرق بنسبة 10 إلى 37 نانومتر بالمقارنة مع الحالات التي تم فك رجمها. تتراوح absorptivities الضرس من 15،000 إلى 30،000 ولكن لا يبدو أن تنحرف إلى حد كبير بين الدول بروتونات وإزالة الرجم من التناظرية معينة. التناظرية 19 لم تعرض أي مضان يمكن الكشف عنها، ومع ذلك، 16-18 و 20-25 ضوء المنبعثة معλ ماكس م تتراوح بين 409 - 457 نانومتر في درجة الحموضة محايدة و 443 - 482 نانومتر في درجة الحموضة الأساسية. ويلاحظ اتجاه مماثل للتحول الأحمر إلى اتجاه الأطوال الموجية القصوى للامتصاص البروتونية/التخلص من الانبعاثات بالنسبة لأطوال الموجات الانبعاثية أيضا. وتراوحت ΦF من 0.01 إلى 0.30 في كل من الحلول المائية المحايدة والأساسية ، والتي هي أقل بكثير من xanthoglows مماثلة ، ولكن المركبات 16و 20و 25 تقع في منطقة مماثلة من الفلوروفوريس المستخدمة بكثافة مثل رودامين B (ΦF = 0.23)،20 البرتقال القاحلين (ΦF = 2 0.36),21 بيرونيين Y (ΦF = 0.22),20 ومعظم سلسلة صبغة السيانين (عادة ΦF = 0.12-0.28). 22

وتميزت جميع النظائر Dipyrrinone16-25 كيميائيا باستخدام تحليل نقطة انصهار، والتنظير الطيفي الأشعة تحت الحمراء، 1H NMR و 13C NMR الطيف الطيفي، وارتفاع القرار الطيف الكتلي بالإضافة إلى الأشعة فوق البنفسجية / الفيس والتجارب الطيفية الفلورية ملخصة في الجدول 2. يمكن العثور على التوصيف الكيميائي والأصلي 1H NMR و 13أطياف NMR C من مصدر الأدب الأصلي ،12 ومع ذلك ، للراحة ، يتم الإبلاغ عن توصيف المركبات 16و 20و 23، التي تمتلك أكبر غلة الكم أدناه:

(Z)-5-((1H-imidazol-2-yl)ميثيلين)-3-إيثيل-4-ميثيل-1,5-ديهيدرو-2H-بيرول-2-واحد (16). تتحلل عند 160 درجة مئوية؛ 1 H NMR (400 ميغاهرتز، DMSO-d6) δ 12.3 (brs، 1H)، 9.87 (ق، 1H)، 7.13 (تطبيقات، 2H)، 5.93 (ق، 1H)، 2.23 (س، J = 7.5 هرتز، 2H)، 2.00 (ق، 3H)، 0.98 (ر، J = 7.5 هرتز، 3H)؛ 13 C NMR (101 ميغاهرتز، 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؛ الأشعة تحت الحمراء (رقيقة فيلم) 3742، 3148، 3063، 2924، 2353، 1651، 1543، 1450، 771، 717 سم-1؛ HRMS (ESI-TOF) م / ض: [M + Na]+ Calcd لC11H13N3ONa 226.0956، وجدت 226.0956.

(Z)-5-((1H-pyrazol-4-yl)ميثيلين)-3-إيثيل-4-ميثيل-1,5-ديهيدرو-2H-بيرول-2-واحد (19). تتحلل عند 202 درجة مئوية؛ 1 H NMR (400 ميغاهرتز، 20٪ CD3OD في CDCl3)δ 1H NMR (400 ميغاهرتز، الكلوروفورم-د)δ 7.74 (ق، 2H)، 6.01 (ق، 1H)، 2.27 (س، J = 7.4 هرتز، 2H)، 2.02 (ق، 3H)، 1.02 (ر، J = 7.4 هرتز، 3H)؛ 13 C{1H} NMR (101 ميغاهرتز، CDCl3)δ 173.7، 141.9، 136.0، 133.0، 116.1، 105.0، 100.8، 16.9، 13.4، 9.61؛ الأشعة تحت الحمراء (رقيقة فيلم) 3163، 3117، 3048، 2963، 2362، 1674، 1558، 1512، 1396، 1257، 1157، 948، 871، 794، 702 سم-1؛ HRMS (ESI-TOF) م / ض: [M + Na]+ Calcd لC11H13N3ONa 226.0956، وجدت 226.0955.

(Z)-3-((1H-imidazol-2-yl)ميثيلين)-5-برومويسيندولين1-واحد (20). تتحلل عند 213 درجة مئوية؛ 1 H NMR (400 ميغاهرتز، DMSO-d6) δ 7.97 (ثانية، 1H)، 7.59 (d، J = 7.8 هرتز، 1H)، 7.48 (د، J = 8.0، 1H)، 7.06 (ق، 2H)، 6.57 (ق، 1H)؛ 13 C NMR (101 ميغاهرتز، 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 (فيلم رقيق) 3742، 3240، 2314، 1682، 1543، 1520، 1435، 1312، 1080، 826، 694 سم-1؛ HRMS (ESI-TOF) م / ض: [M + Na]+ Calcd لC12H8BrN3ONa 311.9749، وجدت 311.9752.

(Z)-3-((1H-imidazol-2-yl)ميثيلين)ايزويندولين-1-واحد (23). تتحلل عند 228 درجة مئوية؛ 1 H NMR (400 ميغاهرتز، DMSO-d6) δ 12.34 (ثانية، 1H)، 10.74 (ثانية، 1H)، 7.90 (د، J = 7.5 هرتز، 1H)، 7.74 (د، J = 7.6 هرتز، 1H)، 7.63 (dd، J = 7.6، 7.2 هرتز، 1H)، 7.50 (dd، J = 7.6، 7.3 هرتز، 1H)، 7.17 (s، 2H)، 6.46 (s، 1H)؛ 13 C NMR (101 ميغاهرتز، 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؛ الأشعة تحت الحمراء (رقيقة فيلم) 3741، 3201، 3086، 2361، 2322، 1682، 1543، 1520، 1119، 748، 687 سم-1؛ HRMS (ESI-TOF) م / ض: [M + Na]+ Calcd لC12H9N3ONa 234.0643، وجدت 234.0641.

ادخال بيرولينون/إيسيندولون ألدهيد العائد(٪) الوقت (ح) حاصل الضرب
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

الجدول 1 - الجداول الشروط وغلة رد الفعل لتركيب 16-25أ

(أ) ردود الفعل التي أجريت على مقياس 1 مليمول في 5 مل من EtOH. ب غلة معزولة.

مركب Abs. λماكس (نانومتر) ε (M-1 سم-1) (فلور) λماكس (نانومتر) Φب pKأ
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) –أ –أ 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

الجدول 2 - الأرباح خصائص ضوئية وقيم pKa من 6-14 و 22 في 7.0 PH برنامج تلفزيوني العازلة و 1 M NaOH (نظرا بين قوسين).

أ لم يكن من الممكن الكشف عن فلورسينس ل 19. ب كوينين (س = 0.55)15 و Anthracene (س = 0.27)15،16 استخدمت كمقاييس.

Figure 1
الشكل 1: الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يوفر نهج التكثيف Claisen-Schmidt وسيلة قوية إلى حد ما لتوليد البيرازول والإيميدازول وفلوروور إيزويندولون ديبيرينون من خلال بروتوكول تبسيطي تشغيلي نسبيا. في حين أن توليف النظائر ثنائي الفلورسنت dipyrrinone كان محور هذه الدراسة، تجدر الإشارة إلى أنه يمكن تطبيق ظروف مماثلة للوصول إلى غيرها من أنظمة حلقة ثنائية الحلقات المرتبطة بالميثين مثل ديبيرينون23،24،25 وبيرول فوران أدوتس2 6 فضلا عن 3H-pyrazol-3-واحد-furan adducts27, ايزويندولون بيرول أدوتس28, و 2H-Indol-2-واحد-البيريندوين الاطوات29 التي تحمل وعدا كمستحضرات صيدلانية محتملة. بشكل عام ، يوفر الإجراء الموصوف منتجات التفاعل بعوائد معتدلة إلى عالية ، ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن الرصد المستمر لتقدم التفاعل أمر ضروري لتحقيق نتائج ناجحة. في بعض تجاربنا الأولية ، وجد أن التدفئة لأوقات التفاعل المفرط ، إلى ما بعد (5 - 24 ساعة) الانتهاء من رد الفعل ، أدت إلى منتجات التحلل التي يمكن أن تعقد خطوات التطهير اللاحقة. ولهذا السبب، يوصى بشدة بإجراء تحليل TLC عند علامات زمنية 1 ساعة و3 ح و6 ح و12 ساعة و24 ساعة لرصد تقدم التفاعل واكتساب إحساس بمعدل التفاعل، وكذلك معدل تحلل المنتج.

Dipyrrinone تناظر 16-25، في حالة بروتونات / محايدة ، تمتلك مجموعة من خصائص الذوبان في المذيبات العضوية شائعة الاستخدام والتي يمكن أن تكون إشكالية عند دراسة الخصائص الفيزيائية الضوئية والبيولوجية والتحليلية. بشكل عام، 16-25قد تنوعت الذوبان في الماء، والمذيبات الكحول (الميثانول / الإيثانول)، وCH2Cl2 ولكن كان كل الذوبان جيدة في المذيبات البروبرية القطبية للغاية مثل DMF، DMSO، والأسيتونتريل. وبناء على ذلك، أجريت جميع حلول المخزون للأشعة فوق البنفسجية/اللزوجة (الخطوة 3-1 من البروتوكول) ودراسات الفلور (الخطوة 4-1 من البروتوكول) ومعظم دراسات الرنين المغناطيسي النووي باستخدام DMSO أو DMSO-d6. على الرغم من أن معظم المركبات تتطلب التدفئة لطيف (باستخدام بندقية الحرارة) لذوبان تماما في DMSO، مرة واحدة حلها، 16-25يبدو أن تبقى قابلة للذوبان ويمكن حتى أن تضعف في المحاليل المائية دون التعجيل. نظرا للطبيعة القطبية العالية للدولة الأيونية ، فإن النظائر 16-25 في الحل الأساسي قابلة للذوبان في الماء للغاية ولكن لديها القليل من الذوبان في المذيبات العضوية.

في حين أن تفاعل التكثيف Claisen-Schmidt يوفر الوصول إلى مجموعة من المركبات العطرية ثنائية الحلق المرتبطة بالميثين ، إلى جانب تشبيهات dipyrrinone التي تصفها في الداخل ، يمكن لظروف التفاعل أن تحد من أنواع الجزيئات المنتجة من خلال هذه الطريقة. كشرط أساسي لرد الفعل ، يجب أن يتفاعل كل من النيوكليوفيلي القابل للانزيم (مثل بيرولينون أو إيزويندولون) والإلديهيد الكهربائي غير القابل للتخصيص لتمكين التكثيف. وقد يؤدي عدم الوفاء بهذا الشرط الأساسي إلى عدم القدرة على الربط بين نظم الحلقات و/أو توليد منتجات جانبية متنافسة. وبالإضافة إلى ذلك، تستخدم الظروف الأساسية إلى حد كبير لتوليد النيوكليوفيلي النول، والتي يمكن أن تخلق عدم التوافق مع المجموعات الوظيفية (أي استرات، نيتريل، هاليديس، الخ) التي هي عرضة لردود الفعل مع هيدروكسيد. في مثل هذه الحالات، فمن الممكن لاستبدال هيدروكسيد مع قواعد النيتروجينية أو كربونات، كما تم إنجازه مع 1،8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU)30،تريثيلامين31،بيبيدين32،قاعدة هونيج33،ونا2CO334. من أجل تنفيذ رد فعل مماثل ، اخترنا استخدام هيدروكسيد الصوديوم ببساطة بسبب توافره والنفقات النسبية. وفي حين أن هذه القيود قد تتطلب إدخال تعديلات على الإجراء للوصول إلى مركبات محددة أو منع الوصول إلى مركبات أخرى تماما، فإن الطريقة المبينة في البروتوكول يمكن أن توفر وسيلة لتكرن الحلقات العطرية للعديد من النظم من خلال رد فعل بسيط من الناحية الإجرائية وفعال من حيث التكلفة. في حالة النظائر dipyrrinone 16-25، وقد مكن التكثيف كلايسين شميدت واحدة من الطرق الأكثر سهولة إلى الفلوروفوريس تعتمد على درجة الحموضة وصفها حتى الآن.

تفاعل التكثيف Claisen-Schmidt لديه القدرة على أن يكون بمثابة رد فعل رئيسي لإنشاء مجموعة من أنظمة الفلوروفور ثنائية الحلقات وثلاثية الحلقات المختلفة. في حين أن رد الفعل هذا كان حاسما في تطوير 3H,5H-dipyrrolo[1,2-c:2',1'-f]pyrimidin-3-ones (1), xanthoglows (2 ), بيرولويند نظائره 16-25 ، ومؤخرا dipyrrinone 16-25 ، فمن الممكن لتوليد مجموعة من النظم الفلورية الرواية تماما من خلال الاقتران التكثيف Claisen شميت مع التصاميم الجزيئية لتقييد العمليات الضوئية. أكثر تحديدا للدراسة في متناول اليد، والتصاميم المستقبلية من التناظرية dipyrrinone من المرجح أن يتم تطويرها باستخدام هذا الإجراء المبينة من أجل توليد مركبات الفلورسنت مع أقوى قدرة الترابط الهيدروجين داخل الجزيئية وانخفاضPK القيم. ونتوقع أن تمتلك هذه المسابير المعززة المعتمدة على درجة الحموضة غلة كمية أعلى مع تمكين تصور تقلبات درجة الحموضة لمجموعة أوسع من الأحداث داخل الخلايا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgments

Z.R.W. وN.B. أشكر المعاهد القومية للصحة (2P20 GM103440-14A1) على تمويلها السخي وكذلك Jungjae كوه وجامعة نيفادا، لاس فيغاس لمساعدتهم في الحصول على 1H و 13C NMR. بالإضافة إلى ذلك، نود أن نشكر طلاب وسائل الإعلام المرئية في مجلس الأمن القومي، أرنولد بلاسنسيا فلوريس، أوبري جاكوبس، وأليستر كوبر على مساعدتهم في عمليات التصوير والرسوم المتحركة ضمن أجزاء التصوير السينمائي من هذه المخطوطة.

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

الكيمياء، العدد 172، تكثيف كلايسين شميدت، الفوتوسومريشن، الفلورسنت المعتمد على درجة الحموضة، الفلوروفور، ديبيرينون، البيرازول، إيميدازول، وإيزويندولون
توليف البيرازول المعتمد على درجة الحموضة، إيميدازول، وإيزيندولون ديبيرينون فلوروفوريس باستخدام نهج التكثيف كلايسين شميدت
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