Claisen-Schmidt缩合反应是合成次甲基桥联共轭双环芳香族化合物的重要方法。通过采用碱介导的羟醛反应变体，可利用一种通常成本低廉且操作简便的合成途径，获得一系列具有荧光性或生物相关性的分子。
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本文内容
摘要
摘要
亚甲基桥联的共轭双环芳香族化合物是多种生物相关分子（如卟啉、二吡咯酮、药物）中的常见组分。此外，这些体系的受限旋转通常会导致强至中等程度的荧光特性，这一现象在3H,5H-二吡咯并[1,2-c:2',1'-f]嘧啶-3-酮、黄荧素、吡咯并吲哚嗪二酮类似物、BODIPY类似物以及绿色荧光蛋白（GFP）的酚环和咪唑啉酮环体系中均有观察到。本文介绍了一种成本低廉且操作简便的Claisen-Schmidt缩合方法，用于合成一系列荧光性、pH依赖性的吡唑/咪唑/异吲哚酮二吡咯酮类似物。尽管该方法重点展示了二吡咯酮类似物的合成，但其同样可推广用于制备多种共轭双环芳香族化合物。本方法所采用的Claisen-Schmidt缩合反应在适用范围上仅限于在碱性条件下可烯醇化的亲核试剂（亲核组分）和不可烯醇化的醛类（亲电组分）。此外，亲核和亲电反应物均必须含有不会与氢氧根发生副反应的官能团。尽管存在这些限制，该方法仍可获得结构全新的体系，适用于作为生物或分子探针。
引言
许多共轭双环体系由一个单次甲川桥连接两个芳香环，在光子激发下可通过键旋转发生异构化（图1A）1,2,3,4,5。激发态的异构体通常通过非辐射衰变过程回到基态6。如果键旋转的能量势垒被显著提高，则有可能限制或阻止光异构化。此时，光激发将产生一个激发单重态，该单重态通常通过荧光而非非辐射衰变进行弛豫（图1B）。限制光异构化最常用的方法是通过共价连接将两个芳香环系统固定，从而在机械上限制键的旋转，使分子锁定在特定的异构状态。该策略已被用于构建多种不同的荧光三环二吡咯酮和二吡咯甲烷类似物，例如：3H,5H-二吡咯并[1,2-c:2',1'-f]嘧啶-3-酮（1）、黄橙素（xanthoglows，2）6,7、吡咯并吲哚嗪二酮类似物（3）<....
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方案
1. 二吡咯酮类似物16-25的合成通法
- 在圆底烧瓶中，将吡咯烷酮/异吲哚啉酮（1.00 mmol）和相应的吡唑/咪唑醛（1.00 mmol）溶于5.0 mL乙醇中。
- 一次性向烧瓶中加入水溶液KOH（24.0 mmol，10 M，2.40 mL）。
- 搅拌并回流混合物，直至薄层色谱（TLC）确认反应完成（反应时间见表1 ）。TLC展开剂为二氯甲烷中含10%甲醇，类似物的Rf值通常在0.62至0.86范围内。在玻璃接头接触面涂抹足量真空润滑脂或使用PTFE套管，以防止冷凝器与圆底烧瓶在高温及碱性条件下发生粘连。
- 使反应混合物冷却至室温，然后使用旋转蒸发仪在减压条件下蒸发挥发性组分。
- 将反应混合物置于冰浴中冷却至0 °C。
- 一次性加入乙酸（30.0 mmol，1.70 mL）中和剩余油状混合物。
- 对所得产物采用减压过滤纯化（化合物17、18、20–22、24和25参见步骤2a），或采用液-液萃取/柱层析纯化（化合物16、19和23....
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结果
Claisen-Schmidt缩合反应可制备二吡咯酮类似物（16-25, 图4）采用方案部分所述的一步法（见步骤1）。类似物 16-25 均由吡咯烷酮缩合生成 9溴代异吲哚酮 10或异吲哚酮 11 1H咪唑-2-甲醛（12), 1H-咪唑-5-甲醛（13), 1H-吡唑-3-甲醛（14），或 1H-吡唑-4-甲醛（15）；这些组合产生了十种不同的类似物，包括一种对照化合物， 19，无法形成分子内氢键（表1）。反应时间通常需要回流24小时才能完成，但在某些情况下
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讨论
Claisen-Schmidt缩合方法通过相对操作简便的方案，为制备吡唑、咪唑和异吲哚酮二吡咯酮类荧光染料提供了一种较为可靠的途径。尽管本研究的重点是荧光性二吡咯酮类似物的合成，但应注意，类似的反应条件也可用于构建其他双环次甲基连接的环系结构，例如二吡咯酮23,24,25、吡咯-呋喃加合物26、3H-吡唑-3-酮-呋喃加合物27、异吲哚酮-吡咯加合物28以及2H-吲哚-2-酮-吡啶加合物29，这些化合物作为潜在药物具有良好的前景。总体而言，所描述的方法能够以中等到较高的收率获得反应产物；然而，必须强调的是，持续监测反应进程对于取得成功结果至关重要。在我们的一些初步实验中发现，若反应加热时间过长，远超过反应完成所需时间（5–24小时），会导致分解产.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
Z.R.W. 和 N.B. 感谢美国国立卫生研究院（NIH，项目编号：2P20 GM103440-14A1）提供的慷慨资助，同时感谢 Jungjae Koh 以及内华达大学拉斯维加斯分校在获取 1H 和 13C NMR 数据方面给予的帮助。此外，我们还要感谢 NSC 视觉媒体专业的学生 Arnold Placencia-Flores、Aubry Jacobs 和 Alistair Cooper，在本论文的电影摄影部分拍摄与动画制作过程中所提供的协助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3-乙基-4-甲基-3-吡咯啉-2-酮 | Combi-Blocks | [766-36-9] | 黄色固体试剂 |
| 异吲哚啉-1-酮 | ArkPharm | [480-91-1] | 类白色固体试剂 |
| 5-溴异吲哚啉-1-酮 | Combi-Blocks | [552330-86-6] | 粉红色固体试剂 |
| 2-甲酰基咪唑 | Combi-Blocks | [10111-08-7 ] | 类白色固体试剂 |
| 咪唑-4-甲醛 | ArkPharm | [3034-50-2] | 固体试剂 |
| 1-H-吡唑-4-甲醛 | Oakwood Chemicals | [35344-95-7] | 固体试剂 |
| 1-H-吡唑-5-甲醛 | Matrix Scientific | [3920-50-1] | 固体试剂 |
| 固体 KOH 颗粒 | BeanTown Chemicals | [1310-58-3] | 白色固体颗粒 |
| Siliflash 硅胶 | Scilicycle | R12030B | 细白色粉末 |
| 磷酸盐缓冲液 (PBS) (10 倍浓缩液) | Growcells | MRGF-6235 | 无色透明液体 |
| Beckman Coulter DU-800 紫外/可见光分光光度计及软件 | Beckman Coulter | N/A | 光谱分析仪器及软件 |
| Fluoromax-4 荧光分光光度计 | Horiba Scientific | N/A | 光谱分析仪器 |
| FluorEssence 荧光测量软件 V3.5 | Horiba Scientific | N/A | 光谱分析软件 |
| Finnpipette II 微量移液器（规格：100–1,000、20–200 和 0.5–10 µL） | Fischerbrand | N/A | 设备 |
| Wilmad-LabGlass 旋转蒸发仪（型号：WG-EV311-V-PLUS） | SP Scienceware | N/A | 设备 |
| DuoSeal 真空泵（型号：1405） | Welch | N/A | 设备 |
| GraphPad Prism 4 | GraphPad | N/A | 数据分析软件 |
| SympHony pH 计（型号：Sb70P） | VWR | N/A | 设备 |
参考文献
- Abbandonato, G., et al. Cis-trans photoisomerization properties of GFP chromophore analogs. European Biophysics Journal. 40 (11), 1205-1214 (2011).
- Funakoshi, H., et al. ....
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