Синтез рН зависимых пиразол, имидазол, и изойндолон дипиринон флюорофоры с использованием Claisen-Шмидт конденсата подход

Реакция конденсата Клейзена-Шмидта является вековой реакцией, о чем Клайзен и Шмидт впервые сообщили одновременно в 1881 году. Она включает в себя базовый энолат добавление кетона или альдегида, показанного синим цветом, в ароматический альдегид, показанный красным цветом. Первоначально добавление энолата приводит к образованию алкоголя, как показано в скобках.

Тем не менее, последующее обезвоживание в конечном итоге производит энон. Поскольку аро-альдегид не содержит альфа-водорода, он не может образовывать энолат. В результате, часто слабые основания, такие как гидроксид, могут быть использованы для создания энолата.

Конденсат Клейзен-Шмидт был использован для создания ряда соединений на протяжении многих лет. Тем не менее, он широко используется для присоединения к ароматическим системам кольца халконов и флаванонов, которые показаны в красном и синем. Синяя часть указывает на то, что полученные из энолата и красного имеет ароматические части.

Чалконы и флаваноны являются важным ядром для целого ряда биологически активных молекул, которые обладают спектром деятельности, таких как антибактериальные, противогрибковые, противовоспалительные и противоопухолявые, в зависимости от модели замены. Другим широким классом молекул, генерируемых в результате конденсации Клейзена-Шмидта, являются соединения, на мосту которых мы приводит примеры в этом исследовании. Наша лаборатория заинтересована в флуоресцентных компонентов пигмента билирубина, который, естественно, производит продукт деградации гема.

Синтез билирубина и многих его составляющих вращается вокруг конденсата типа Клейзен-Шмидт, который может быть визуализирован в структурах, отображаемых синим энолатом и красными ароматическими компонентами альдегида. Как правило, прямые компоненты билирубина, такие как дипыриноны, не флуоресцентные. Однако, если одно соединяет 2 группы азота с метиленом или группой carbonyl, то приводящ к молекулы будут высоки флуоресцентными, как в случае xanthoglows.

Как правило, дидырриноны поглощают ультрафиолетовый или синий свет, что приводит к процессу изомеризации от й до Е. Как и несмехватые дипыриноны, N в мосты дипыриноны также поглощают УФ или синий свет, но отличаются тем, что они расслабляются в возбужденном состоянии через флуоресценцию. Недавно мы обнаружили ряд производных дипиринона, которые на самом деле флуоресцет без ковалентного моста, связывающего две группы азота.

Вместо этого водородная связь, по-видимому, сдерживает процесс изомеризации от й до Е, что приводит к режиму флуоресценции. Кроме того, было сделано неожиданное открытие, что эти молекулы могут быть депротонированы в основных средствах массовой информации, что приводит к красным смещением спектра абсорбции выбросов в депротонированных состояниях. Следовательно, эти молекулы могут иметь значение в качестве соотношениямметрических зондов рН.

Используются флуоресцентные производные дипиринона, что создает небольшую адаптацию в традиционной конденсации Клайзена-Шмидта. Этот протокол отклоняется от традиционной реакции конденсата Клейзена-Шмидта в том, что винилогос энолат, полученный из пиролинона или изойндолона, является нуклеофильным источником. Винилогос энолат добавляет либо пиразол или имидазол альдегид для создания небольшой библиотеки аналогов дипиринона.

Процедура, используемая для создания этой библиотеки, иллюстрируется в видео. Тем не менее, аналогичные шаги могут быть использованы для выполнения традиционной реакции Клейзен-Шмидт. Хотя реакция Клейзена-Шмидта была и остается широко используемой синтетической реакцией, это первое видео-счет этого метода, о котором мы знаем.

Чтобы подготовиться к синтезу флуоресцентного дипиринона аналога через конденсат альдола, взвешивают равные эквиваленты выбранного нуклеофила и электрофила. Затем добавьте их в 25 миллилитров круглой нижней колбы, содержащей магнитный бар перемешать. Измерьте 5 миллилитров этанола используя градуированный цилиндр.

Затем добавьте этанол в круглую нижнюю колбу. Измерьте 2,4 миллилитров ранее подготовленного 10 гидроксида толарового калия с помощью градуированных цилиндров. Затем добавьте гидроксид калия в колбу.

Чтобы установить колбу до рефлюкса, нанесите достаточное количество вакуумной смазки на молотый стеклянный сустав реакционной конденсаторной системы, чтобы предотвратить захват грунтовых стеклянных суставов. Подключите конденсатор к холодному водоснабжению, затем прикрепите смазанный маслом соединение конденсатера к круглой нижней колбе. Затем поместите колбу либо в масляную ванну, либо на алюминиевый нагревательный блок, который может поддерживать постоянную температуру через тепловую пару с горячей пластиной мешалки.

Нагрейте до температуры рефлюкса, позволяя реакции перемешать. Реакционная смесь должна контролироваться тонкослойной хроматографией в один, три, шесть, 12 и 24 часа для оценки скорости реакции и проверки полного потребления стартовых материалов. Дайте колбе остыть до комнатной температуры, а затем испарите растворитель этанола с помощью роторного испарителя.

Поместите колбу в ледяную ванну и дайте колбе уравночные до температуры ледяной ванны в течение пяти минут. Нейтрализовать оставшиеся гидроксида калия в колбе, добавив 1,7 миллилитров уксусной кислоты в одной порции. Если кристаллическое образование произошло после нейтрализации, то следуйте процедуре очистки вакуумной фильтрации.

Если кристаллического образования не наблюдалось, то следуйте процедуре очищения хроматографии флеш-столба. Поместите круглый лист фильтровальной бумаги поверх воронки и слегка мокрой бумаги с помощью деионизированной воды придерживаться его к воронке. Чтобы подготовиться к вакуумной фильтрации кристаллов, подготовьтесь воронки Хирша или Бухнера к боковой колбе с помощью установленного резинового адаптера.

Чтобы избежать засорения фильтровальной бумаги, которая может препятствовать фильтрации, мы использовали большую воронку Хирша или Бухнера, чем это характерно для аналогичных процессов фильтрации масштаба. Налейте содержимое из круглой нижней колбы на фильтровальную бумагу и дайте смеси фильтровать. Промыть кристаллы в процессе фильтрации с помощью 10 миллилитров ледяной деионизированной воды.

После фильтрации перенесите кристаллы в круглую нижнюю колбу на 25 миллилитров. Нанесите световой слой вакуумной смазки на адаптер из стекла высокой мощности вакуумной линии, а затем подключите адаптер к круглой нижней колбе. Закрепить стеклянный сустав клипом Keck.

Чтобы подготовить вакуум высокой мощности для сушки кристаллов любого остаточного растворителя, достаточно охладить стеклянную вакуумную ловушку смесью сухого льда и ацетона. Подключите высокой мощности вакуумной линии для стекла адаптер прилагается к круглой нижней колбе. Включите вакуумный насос высокой мощности и дайте кристаллам высохнуть, по крайней мере один час.

После того, как кристаллы были достаточно высушены в вакууме, выключите вакуумный насос и отпустите вакуумное уплотнение, чтобы удалить круглую нижнюю колбу. Взвесь высушенные кристаллы, чтобы сообщить о реакции процентной урожайности. Для подготовки к очистке с помощью флэш-колонки хроматографии добавьте обработанную кислотой смесь, которая не образовывалась кристаллами из процедуры синтеза, в сепараторную воронку.

Измерьте 10 миллилитров дихлорметана с помощью градуированный цилиндр и используйте это для разбавления обработанной кислотой смеси в сепараторной воронке. Закрыть и осторожно встряхнуть сепараторной воронки, убедившись, что вентиляционные часто. После этого в сепараторной воронке должны быть видны два отдельных слоя.

Извлекайте аквейный слой с помощью дополнительных пяти миллилитров дихлорметана. Выполните этот шаг еще два раза. Объедините все органические фракции и добавьте достаточное количество сульфата ангидро натрия, чтобы высушить органические фракции.

Перенесите высушенные органические фракции в круглую нижнюю колбу и удалите дихлорметан с помощью роторного испарителя. Разбавить оставшиеся остатки дополнительными пятью миллилитров дихлорметана. Подготовь колонку, используя приблизительно 75 граммов кремнезема гель и использовать это для выполнения хроматографии флэш-колонки на образце, используя 10% метанола в дихлорметане в качестве элюента.

Испарите элюент из собранных фракций с помощью роторного испарителя. Подготовь высокой мощности вакуумный насос и стекло растворитель ловушку, как ранее описано в процедуре очистки вакуумной фильтрации, и позволяют собранного твердого высохнуть под высоким вакуумом, по крайней мере один час. После того, как кристаллы были достаточно высушены в вакууме, взвесить высушенные кристаллы, чтобы сообщить о реакции процентов урожайности.

Для подтверждения структуры каждого из аналогов дипирринона в библиотеке было использовано несколько спектроскопических методов в сочетании, включая ядерную магнитно-резонансную спектроскопию, инфракрасную спектроскопию и масс-спектрометрию высокого разрешения. УФ-виз и флуоресцентная спектроскопия использовались в фотофизической характеристике флуоресцентных аналогов дипиринона. Используя конденсатную реакцию Клейзена-Шмидта, мы смогли синтезировать небольшую библиотеку из 10 соединений, в том числе контрольного соединения, которое не может участвовать в интермолекулярных водородных связях.

Урожайность аналогов дипиринона варьировалась от примерно 40% до почти количественных и перечислена ниже каждой молекулы. Соединения с самыми высокими квантовыми урожаями, как в протонированной, так и в депротонированной формах, были получены из 2-формилимидазола и отображаются в розовых коробках. Контрольное соединение, которое не флуоресцентно, находится в циановой коробке.

Производные дипиринона под стандартной лампой длиной волны 365 нанометров дают наблюдаемую флуоресценцию. Можно визуально наблюдать красную флуоресценцию, которая является результатом депротонации. Через цвет флаконов, они переход от синего к голубому цвету.

Для получения более количественных данных о фотофизических и других физических свойствах производных дипиринона мы наземлим зрителей на таблицу 2 в письменной части рукописи. В целом, конденсатная реакция Клейзена-Шмидта обеспечивает доступ к целому ряду велосипедных ароматических соединений, связанных с метином. Однако существуют некоторые ограничения.

Реакция зависит от использования как энолизируемого нуклеофила, так и неосуществимого электродегидного электрофила, такого как аро-альдегид, для успешного конденсации. В неспособности выполнить это основное требование, попытки выполнить эту реакцию, вероятно, приведет к неспособности связать воедино кольцевые системы и / или генерации конкурирующих побочных продуктов. Другое соображение заключается в том, что основные условия используются для генерации нуклеофила энолата, который может создавать несовместимости с функциональными группами, которые подвержены реакциям с гидроксидом.

В таких случаях можно заменить гидроксид азотными основаниями или карбонатом, который был достигнут с помощью DBU, триэтиламина, пиперидина, основания Хунига и карбоната натрия. Мы просто решили использовать гидроксид калия из-за его доступности и относительных расходов. Несмотря на эти ограничения, метод, изложенный в протоколе, может обеспечить средства соединения ароматических колец для многочисленных систем посредством процедурно простой и экономически эффективной одностуастной реакции.

В случае дипиринона аналогов мы синтезировали, конденсат Клейзен-Шмидт позволил один из самых доступных маршрутов рН-зависимых фторфоров описаны на сегодняшний день. Тем не менее, будущие проекты аналогов дипиринона будут разработаны с использованием изложенной процедуры для создания флуоресцентных соединений с более сильной интермолекулярной емкостью связи водорода и более низкими значениями pKa. Предвидеть эти расширенные рН-зависимых зондов будет обладать более высокой квантовой урожайности, позволяя визуализации флуктуаций рН для более широкого спектра внутриклеточных событий.