一種選擇性SO2熒光探針的合成及性能

陳 挺, 胡曰富, 劉琳霞, 齊慶蓉

(四川大學(xué) 華西藥學(xué)院 靶向藥物與釋藥系統(tǒng)教育部重點實驗室四川省植物來源工程實驗室和四川省小分子藥物精準(zhǔn)化工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610041)

香豆素廣泛存在于自然界，化學(xué)結(jié)構(gòu)為苯并α-吡喃酮，具有良好的光穩(wěn)定性和制備簡便的特點。香豆素結(jié)構(gòu)易修飾，取代基的引入可以改變其衍生物的光化學(xué)性質(zhì)，因此常用于小分子熒光探針的設(shè)計與合成。Yin等[13]將二乙氨基和醛基引入香豆素母核，設(shè)計合成了一個SO2熒光增強(qiáng)型探針，二乙氨基和醛基的推拉電子效應(yīng)使得探針本身表現(xiàn)出熒光淬滅，當(dāng)與SO2響應(yīng)后熒光顯著增強(qiáng)，響應(yīng)時間為10 min，檢出限為2.0 μM， Yu等[14]在香豆素母核結(jié)構(gòu)與響應(yīng)基團(tuán)之間引入一個共軛雙鍵，設(shè)計的熒光探針發(fā)射光譜發(fā)生紅移，發(fā)射波長為625 nm，在20% DMF緩沖體系中可實現(xiàn)對SO2的快速響應(yīng)，響應(yīng)時間為30 s，檢出限為58 μM， Guo等[15]將香豆素與苯并噻唑鹽通過共軛雙鍵連接，設(shè)計了一個SO2比率型熒光探針，其中苯并噻唑鹽部分作為響應(yīng)基團(tuán)，經(jīng)加成-重排反應(yīng)對SO2進(jìn)行響應(yīng)，檢出限為0.38 μM，響應(yīng)時間為5 min。

基于此，本文設(shè)計合成了一個新型的香豆素類SO2熒光探針。以4-(二乙氨基)水楊醛和丙二酸二乙酯為原料，經(jīng)Knoevenagel 縮合反應(yīng)合成7-二乙氨基香豆素(1);1經(jīng)Vilsmeier反應(yīng)引入甲酰基得到7-二乙氨基香豆素-3-甲醛(2);2與磷葉立德試劑發(fā)生Wittig反應(yīng)生成7-二乙氨基香豆素-3-丙烯醛(3)； 2,3,3-三甲基-3H-吲哚與碘甲烷發(fā)生親核反應(yīng)生成1,2,3,3-四甲基-3H-吲哚鹽(4)，最后4與3發(fā)生縮合反應(yīng)生成探針2-(4-(7-二乙氨基香豆素-3-)-丁烯基)-1,3,3-三甲基-3H-吲哚鹽(PA1, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR和HR-MS(ESI)確證。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

UV-2450型紫外可見分光光度計； Cary Eclipse FL1003M013型熒光分光光度計；Varian-Unity 400/600 MHz 型核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo))；Waters Q-TOF-Premier型質(zhì)譜儀；pHS-H25型pH計。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 化合物1的合成[15]

將4-二乙氨基水楊醛(3.86 g, 20 mmol)，丙二酸二乙酯(6.41 g, 40 mmol)和哌啶0.5 mL加入250 mL圓底燒瓶，再加入乙醇50 mL，攪拌均勻，N2保護(hù)下回流反應(yīng)8 h(TLC檢測)。反應(yīng)結(jié)束后除去溶劑，再緩慢加入濃鹽酸30 mL和冰醋酸30 mL，回流反應(yīng)12 h；將反應(yīng)液冷卻至室溫，緩慢倒入200 mL冰水中，用20%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至4～5，析出大量固體。過濾，將濾餅用水洗3次，真空干燥，乙醇重結(jié)晶得淡黃色固體3.00 g，收率69.7%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.82(d,J=9.3 Hz, 1H), 7.42(d,J=8.8 Hz, 1H), 6.68(dd,J=8.9 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.51(d,J=2.5 Hz, 1H), 5.99(d,J=9.3 Hz, 1H), 3.42(q,J=7.0 Hz, 4H), 1.12(t,J=7.0 Hz, 6H)。

(2) 化合物2的合成[15]

冰浴下將DMF 5 mL緩慢滴加于5 mL 三氯氧磷中，滴畢，攪拌30 min。再將1(2.00 g, 9.21 mmol)溶于DMF 8 mL滴加到上述混合體系中，滴畢，升溫至60 ℃反應(yīng)12 h(TLC檢測)。反應(yīng)停止后降至室溫，將反應(yīng)液倒入100 mL冰水中，析出大量固體。過濾，濾餅水洗3次，真空干燥，乙醇重結(jié)晶得橙黃色固體1.38 g，收率61.3%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 10.13(s, 1H), 8.25(s, 1H), 7.41(d,J=9.0 Hz, 1H), 6.64(dd,J=9.0 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.49(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.48(q,J=7.2 Hz, 4H), 1.26(t,J=7.1 Hz, 6H)。

(3) 化合物3的合成[14,16]

將2(500 mg， 2.04 mmol)和(1，3-二氧戊環(huán)-2-基甲基)-三苯基溴化磷(2.63 g， 6.12 mmol)溶解于50 mL 二氯甲烷，室溫攪拌30 min，然后加入20% NaOH溶液10 mL，繼續(xù)反應(yīng)3 h。再緩慢滴加濃鹽酸3 mL，滴畢，室溫攪拌20 min。向混合體系加入二氯甲烷50 mL，萃取分離有機(jī)層，水洗3次，有機(jī)層用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱(洗脫劑：環(huán)己烷/乙酸乙酯=2/1,V/V)層析純化得橙紅色固體470 mg，產(chǎn)率85.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 9.65(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.83(s, 1H), 7.45(d,J=15.8 Hz, 1H), 7.34(d,J=8.9 Hz, 1H), 7.00(dd,J=15.8 Hz, 7.8 Hz, 1H), 6.65(dd,J=9.0 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.51(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.46(q,J=7.4 Hz, 4H), 1.25(t,J=7.1 Hz, 6H)。

(4) 化合物4的合成[17]

將2,3,3-三甲基-3H-吲哚(4.0 g, 25.12 mmol)和碘甲烷(5.35 g, 37.68 mmol)溶于40 mL無水乙醇，80 ℃回流反應(yīng)8 h后析出大量粉色固體，停止反應(yīng)。反應(yīng)液冷卻至室溫，過濾，濾餅用少許丙酮洗滌得粉色固體5.87 g，收率77.1%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.93～7.89(m, 1H), 7.85～7.81(m, 1H), 7.66～7.59(m, 2H), 3.97(s, 3H), 2.77(s, 3H), 1.53(s, 6H)。此固體不經(jīng)純化，直接用于后續(xù)反應(yīng)。

(5) 化合物PA1的合成

將3(100 mg， 0.37 mmol)和4(111 mg， 0.37 mmol)加入10 mL無水乙醇中，攪拌均勻，氮氣保護(hù)下回流反應(yīng)12 h(TLC檢測)。反應(yīng)液由橙紅色逐漸變?yōu)樗{(lán)紫色，停止反應(yīng)。將反應(yīng)液降至室溫，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱(洗脫劑：二氯甲烷/甲醇=60/1,V/V)層析純化得藍(lán)紫色固體76 mg，產(chǎn)率37.1%；1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 8.31(dd,J=15.3 Hz, 10.7 Hz, 1H), 8.19(s, 1H), 7.82(dt,J=7.4 Hz, 1.9 Hz, 2H), 7.74(dd,J=14.9 Hz, 10.6 Hz, 1H), 7.69～7.62(m, 1H), 7.62～7.52(m, 3H), 7.19(d,J=15.2 Hz, 1H), 6.84(dd,J=9.1 Hz, 2.4 Hz, 1H), 6.62(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.98(s, 3H), 3.52(q,J=7.0 Hz, 4H), 1.73(s, 6H), 1.16(t,J=7.0 Hz, 6H);13C NMR(101 MHz, DMSO)δ: 180.89, 159.95, 157.05, 156.00, 152.86, 145.97, 145.69, 143.64, 142.40, 131.73, 129.34, 129.12, 123.26, 115.04, 114.55, 110.81, 109.40, 96.76, 51.93, 44.99, 34.15, 26.02, 12.91; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H31N2O2{[M+1]+} 427.2380, found 427.2375。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外-可見光譜

λ/nm

2.2 熒光發(fā)射光譜

λ/nm

λ/nm

2.3 選擇性

λ/nm

2.4 試紙實驗