June 10th, 2021
克莱森-施密特凝结反应是产生甲氨酸桥结合双环芳香化合物的重要方法。通过利用阿尔多尔反应的基础介导变种,可以通过一种通常便宜且操作简单的合成方法访问一系列荧光和/或生物相关分子。
克莱森-施密特凝结反应是一种古老的反应,最早由克莱森和施密特于1881年同时报道。它涉及在基座辅助下将以蓝色显示的酮或醛加入芳香醛中,以红色显示。最初,加入该归国物会导致酒精的形成,如括号所示。
然而,随后的脱水最终产生一种衰减。由于芳烃不含α氢,因此不能形成一种单体。因此,通常弱碱基,如氢氧化物,可用于生成该网。
多年来,克莱森-施密特凝结剂被用来产生许多化合物。然而,它已被广泛用于加入黄锥和黄烷酮的芳香环系统,这些系统以红色和蓝色显示。蓝色部分表示来自外壳和红色是芳香部分。
根据替代模式,小木屋和黄酮是一系列生物活性分子的基本核心,这些分子具有一系列活性,如抗菌、抗真菌、抗炎和抗肿瘤。从克莱森-施密特凝结反应产生的另一类广泛的分子是甲氨酸桥接化合物,我们在这项研究中举了一个例子。我们的实验室对色素胆汁的荧光成分感兴趣,胆汁素是天然产生的下限降解产物。
胆红素及其许多成分的合成围绕克莱森-施密特型凝结,可以在蓝色肠剂和红色芳香醛成分显示的结构中可视化。通常,胆汁素的直接成分,如二苯酮,是非荧光的。然而,如果一个人用甲基或碳基组将两个氮群连接起来,产生的分子就会变得高度荧光,例如在xanthoglows的情况下。
通常,二苯酮吸收紫外线或蓝光,从而产生 Z 到 E 等位素化过程。与未桥接的二苯酮一样,桥接二苯酮中的 N 也吸收紫外线或蓝光,但不同的是,它们通过荧光在兴奋状态下放松。我们最近发现了一系列二苯酮衍生物,它们实际上荧光,没有连接两个氮群的共价桥。
相反,氢键似乎阻碍了Z到E等位化进程,导致荧光模式。此外,还意外地发现,这些分子可以在基本介质中脱质,导致脱质状态下的吸收辐射光谱出现红移。因此,这些分子可能具有作为比例pH探针的价值。
使用荧光二苯酮衍生物,在传统的克莱森-施密特凝结反应中产生轻微的适应。该协议偏离了传统的克莱森-施密特凝结反应,因为从皮罗林酮或异丙酮中提取的恶毒的浓缩物是核嗜血源。恶毒的文书增加了皮拉佐尔或硫化物,以产生一个小图书馆的二苯酚类比。
用于创建此库的程序在视频中进行了说明。然而,类似的步骤可以用来执行传统的克莱森-施密特反应。虽然克莱森-施密特反应已经而且仍然是一种广泛使用的合成反应,但这是该方法的第一个视频计数,我们对此有所了解。
要准备通过阿尔多尔冷凝合成荧光二甲苯酮模拟物,权衡所选核嗜血杆菌和电嗜电物的等价物。然后将其添加到包含磁性搅拌棒的 25 毫升圆形底部烧瓶中。使用分级气缸测量五毫升乙醇。
然后将乙醇添加到圆形底部烧瓶中。使用分级气缸测量先前准备的 10 摩尔氢氧化钾的 2.4 毫升。然后将氢氧化钾添加到烧瓶中。
要将烧瓶设置为反流,请将足够的真空润滑脂涂抹在反应凝结器的地面玻璃接头上,以防止抓住地面玻璃接头。将冷凝器连接到冷水供应,然后将冷凝器的润滑接头连接到圆形底部烧瓶上。然后将烧瓶放在油浴或铝制加热块上,通过热耦合器和热板搅拌器保持恒温。
加热以反流温度,同时允许反应搅拌。反应混合物应在一、三、六、十二和二十四小时内通过薄层色谱仪进行监测,以测量反应速率,并检查起始材料是否完全消耗。让烧瓶冷却到室温,然后使用旋转蒸发器蒸发乙醇溶剂。
将烧瓶放在冰浴中,让烧瓶在五分钟内与冰浴温度平衡。通过在单个部分中加入1.7毫升醋酸,中和烧瓶中剩余的氢氧化钾。如果晶体形成后中和,然后按照真空过滤净化程序。
如果没有观察到晶体形成,则遵循闪光柱色谱净化程序。将一张圆形滤纸放在漏斗顶部,用除离子水轻轻弄湿纸张,将其粘附在漏斗上。为了准备晶体的真空过滤,使用安装的橡胶适配器将赫希或布赫纳漏斗放入侧臂烧瓶中。
为了避免过滤纸堵塞,可能会阻碍过滤,我们使用了比类似比例过滤过程更大的赫希或布赫纳漏斗。将圆底烧瓶中的内容倒入滤纸上,让混合物过滤。在过滤过程中使用10毫升冰冷的除离子水冲洗晶体。
过滤后,将晶体转移到25毫升圆的底部烧瓶中。将轻薄的真空润滑脂涂抹在高功率真空线玻璃适配器上,然后将适配器连接到圆形底部烧瓶。用凯克夹子固定玻璃接头。
要准备高功率真空来干燥任何剩余溶剂的晶体,请用干冰和调子的混合物充分冷却玻璃真空陷阱。将大功率真空管连接到连接到圆形底部烧瓶的玻璃适配器。打开大功率真空泵,让晶体干燥至少一小时。
一旦晶体在真空下充分干燥,关闭真空泵并释放真空密封,以去除圆形底部烧瓶。称一下干晶体,报告反应百分比。要通过闪光柱色谱法为净化做好准备,请将未形成合成过程晶体的酸处理混合物添加到分离漏斗中。
使用分级气缸测量 10 毫升二氯甲烷,并用它来稀释分离漏斗中的酸处理混合物。关闭并轻轻摇动分离漏斗,同时确保经常通风。在此之后,在分离漏斗中应可见两个独立的层。
使用额外的五毫升二氯甲烷提取水层。再完成此步骤两次。将所有有机成分混合,加入足够的硫酸钠,以干燥有机成分。
将干燥的有机馏分转移到圆形底部烧瓶中,然后使用旋转蒸发器去除二氯甲烷。再稀释剩余的二氯甲烷五毫升。使用大约 75 克硅凝胶准备一个列,并用它来对样品进行闪光柱色谱,使用二氯甲烷中的 10% 甲醇作为弹性物。
使用旋转蒸发器从收集的分数中蒸发。按照真空过滤净化程序的先前描述,准备大功率真空泵和玻璃溶剂陷阱,使收集的固体在高真空下干燥至少一小时。一旦晶体在真空下充分干燥,称重干燥的晶体以报告反应百分比。
为了确认库中每个二苯酮模拟器的结构,组合使用了多种光谱方法,包括核磁共振光谱、红外光谱和高分辨率质谱法。紫外线-维斯和荧光光谱学用于荧光二苯酮模拟的光物理特征。利用克莱森-施密特凝结反应,我们能够合成一个包含10种化合物的小库,包括一种不能参与分子间氢键的控制化合物。
二苯酮模拟的产量从大约40%到几乎定量不等,并列在每个分子下面。量子产量最高的化合物,无论是质子形式还是去质形式,都来自2-原体,并显示在粉红色的盒子中。控制化合物,不荧光,是在一个青色盒。
标准 365 纳米长波长灯下的二苯酮衍生物为观测到的荧光提供了光。人们可以直观地观察脱质产生的红移荧光。通过小瓶的颜色,它们从蓝色过渡到青色。
有关二苯酮衍生物的光物理和其他物理特性的更多定量数据,我们引导观众在手稿的书面部分显示两个。总的来说,克莱森-施密特凝结反应提供了一系列与甲辛相关的双环芳香化合物。但是,存在一些限制。
反应取决于使用可溶性核嗜血杆菌和不可溶性醛电嗜血杆菌,如芳烃,以进行成功的凝结。如果不能满足这一基本要求,尝试执行此反应可能导致无法将环系统和/或竞争侧产品的生成连接在一起。另一个考虑是,基本条件用于产生封闭的核嗜好者,这种核嗜好可能与容易与氢氧化物反应的功能组产生不兼容性。
在这种情况下,可以用DBU、三聚氰胺、烟斗素、胡尼格碱和碳酸钠代替氮基或碳酸氢化合物。我们只是选择使用氢氧化钾,因为它的可用性和相对费用。尽管有这些限制,但协议中概述的方法可以通过程序简单且具有成本效益的单步反应,为许多系统提供芳香环耦合的手段。
在我们合成的二苯酮模拟中,克莱森-施密特凝结已使迄今为止描述的pH依赖氟化物的最容易获得的途径之一。然而,未来的二苯酮模拟物设计将采用概述的程序,以产生荧光化合物,具有更强的分子间氢粘合能力和更低的pKa值。预期这些增强的 pH 依赖型探针将具有更高的量子产量,同时能够可视化 pH 波动,从而实现更广泛的细胞内事件。
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Claisen-Schmidt缩合反应是一种合成亚甲基桥联共轭双环芳香化合物的重要方法。该反应利用了碱媒介的醇缩反应变体,通过一种经济高效且简单的合成方法可以获得多种荧光和具有生物学意义的分子。
This work demonstrates a cost-effective, single-step Claisen-Schmidt condensation method to generate pH-dependent fluorescent dipyrrinone analogues, offering a scalable route to novel molecular probes. The approach enables rapid synthesis of compounds with tunable photophysical properties, supporting early-stage target validation and assay development by providing accessible tools for monitoring intracellular pH fluctuations. By delivering structurally diverse, hydrogen-bond-stabilized fluorophores with ratiometric response capabilities, the method enhances predictive confidence in probe selection and reduces mechanistic ambiguity in probe design.
The method fits within early discovery workflows, enabling rapid generation of probe candidates for lead identification and preclinical evaluation through accessible synthesis and photophysical characterization.