BG67403B1 - Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes - Google Patents

Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes Download PDF

Info

Publication number
BG67403B1
BG67403B1 BG112900A BG11290019A BG67403B1 BG 67403 B1 BG67403 B1 BG 67403B1 BG 112900 A BG112900 A BG 112900A BG 11290019 A BG11290019 A BG 11290019A BG 67403 B1 BG67403 B1 BG 67403B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
dye
dyes
dna
derivatives
preparation
Prior art date
Application number
BG112900A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG112900A (en
Inventor
Диньо ДИНЕВ
Атанасов Динев Диньо
Лука Годжевъргов
Иванов Годжевъргов Лука
Явор ИВАНОВ
Луканов Иванов Явор
Original Assignee
"Милкотроник" Оод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Милкотроник" Оод filed Critical "Милкотроник" Оод
Priority to BG112900A priority Critical patent/BG67403B1/en
Publication of BG112900A publication Critical patent/BG112900A/en
Publication of BG67403B1 publication Critical patent/BG67403B1/en

Links

Abstract

The invention relates to novel fluorogenic cyanine derivatives which can dye dead or dying cells or detect DNA in solution or agarose gel by excitation fluorescence at a certain wavelength. The present invention provides the preparation of novel asymmetric mono- and trimethycine cyanide dyes with three positive charges having a high affinity for nucleic acids and rapid binding kinetics. The derivatives, according to the invention, are prepared by reaction of benzothiazole or benzoxazole derivatives with pyridine or quinoline derivatives in the presence of a basic agent and then the resulting compound is quaternized on one side with methyl triethylenediamine iodide.

Description

(54) ПОЛУЧАВАНЕ НА ТРИКАТИОННИ НЕСИМЕТРИЧНИ МОНО- И ТРИМЕТИНЦИАНИНОВИ БАГРИЛА(54) PREPARATION OF TRICATION UNSYMMETRIC MONO- AND TRIMETHENCYANINE DYES

Област на техникатаField of technique

Изобретението се отнася до флуорогенни цианинови производни, които могат да багрят мъртви или умиращи клетки или да откриват ДНК в разтвор или агарозен гел чрез флуоресценция при възбуждане при определена дължина на вълната.The invention relates to fluorogenic cyanine derivatives which can stain dead or dying cells or detect DNA in solution or agarose gel by fluorescence upon excitation at a specific wavelength.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Флуоресцентните багрила, прилагани за биологично маркиране, обикновено се разделят на два основни класа по отношение на начините за свързване между флуоресцентното багрило и маркирания биоагент. Първият клас са флуоресцентни багрила, които се свързват с биоагента чрез подходящи активни групи, като родаминови багрила, флуоресцеини, нафталимиди, стилбени, акридин и флуорени. Другият клас флуоресцентни багрила имат афинитет към ДНК и РНК и се включват в техните структури. Това са цианинови багрила, като тиазол оранж (ТО), оксазол жълто (YO) и техните димери (ТОТО и YOYO) и фенантридинови багрила, от които най-използвано багрило е пропидиев йодид [1].Fluorescent dyes applied for biological labeling are generally divided into two main classes with respect to the coupling modes between the fluorescent dye and the labeled bioagent. The first class are fluorescent dyes that bind to the bioagent through suitable active groups, such as rhodamine dyes, fluoresceins, naphthalimides, stilbenes, acridine, and fluorenes. The other class of fluorescent dyes have an affinity for DNA and RNA and are incorporated into their structures. These are cyanine dyes, such as thiazole orange (TO), oxazole yellow (YO) and their dimers (TOTO and YOYO) and phenanthridine dyes, of which the most used dye is propidium iodide [1].

Вторият клас багрила имат много предимства пред първия клас багрила, като например липса на флуоресценция, преди да навлезе багрилото в структурата на нуклеиновите киселини и липса на фоново пречене. Когато молекулата на багрилото се вмъкне в ДНК молекулата, особено в двойната спирала на ДНК, интензитетът на флуоресценцията може да се увеличи повече от 1000 пъти, а в РНК повече от 3000 пъти [1, 2]. Тези багрила имат умерен до много висок афинитет към нуклеинови киселини в зависимост от тяхната структура и техния заряд, с малко или никакво оцветяване на други биополимери.The second class of dyes have many advantages over the first class of dyes, such as no fluorescence before the dye enters the nucleic acid structure and no background interference. When the dye molecule is inserted into the DNA molecule, especially the DNA double helix, the fluorescence intensity can increase more than 1000 times, and in RNA more than 3000 times [1, 2]. These dyes have moderate to very high affinity for nucleic acids depending on their structure and their charge, with little or no staining of other biopolymers.

При физическо свързване за целите на флуоресцентно маркиране основно се използват несиметричните цианинови багрила [3]. Те се свързват към нуклеиновите киселини чрез електростатична връзка и интеркалиране на базова двойка и зависят от структурата и заряда на багрилото и отношението на концентрацията на багрилата към нуклеиновите киселини. Първият метод за получаване на несиметрични монометинцианинови багрила е разработен от Brooker и сътрудници [4], при който 2-метилтиобензазолиеви кватернерни соли реагират с кватернерни соли на хинолина и пиридина, притежаващи активна метилова група.In physical binding for fluorescence labeling purposes, the asymmetric cyanine dyes are mainly used [3]. They bind to nucleic acids by electrostatic bonding and base pair intercalation and depend on the structure and charge of the dye and the concentration ratio of the dyes to the nucleic acids. The first method for the preparation of unsymmetrical monomethinecyanine dyes was developed by Brooker and co-workers [4], in which 2-methylthiobenzazolium quaternary salts reacted with quinoline and pyridine quaternary salts possessing an active methyl group.

Обикновено за синтез на монометинцианиновите багрила ТО и YO се използват 1-алкил-4метилхинолинова сол и съответно 2-метилтио-3-метилбензотиазолиева сол или 2-метилтио-3метилбензоксазолиева сол [5], в присъствие на метилиращ агент йодометан. При тази реакция се получава, като страничен продукт CH3SH, който е силно отровен. Ситезирани са и други моноцианинови багрила РО и ВО при използването съответно на бензоксазолови и бензотиазолови соли с пиридинови производни, в присъствие на базичен агент [5], но те по-малко се използват. Посочените четири багрила са еднозарядни, интеркалират в ДНК молекулата, притежават по-малък афинитет към ДНК и не са проницаеми в живите клетки.Usually, 1-alkyl-4methylquinoline salt and 2-methylthio-3-methylbenzothiazolium salt or 2-methylthio-3methylbenzoxazolium salt [5] are used for the synthesis of the monomethinecyanine dyes TO and YO, respectively, in the presence of the methylating agent iodomethane. This reaction produces as a by-product CH3SH, which is highly poisonous. Other monocyanine dyes PO and BO have been synthesized using benzoxazole and benzothiazole salts with pyridine derivatives, respectively, in the presence of a basic agent [5], but they are less commonly used. The indicated four dyes are single-charged, intercalate in the DNA molecule, have a lower affinity for DNA, and are not permeable to living cells.

Известни са още методи за получаване на монометинцианинови багрила, при които е минимализирано използването на силно токсични продукти, като метилмеркаптан [6-13] включващи кондензация на еквимоларни количества от кватернерни 2 -метилбензазоли, 2-сулфобензазоли, или 2иминобензазоли и производни на хинолина и пиридина.There are also known methods for obtaining monomethinecyanine dyes, in which the use of highly toxic products is minimized, such as methylmercaptan [6-13] involving the condensation of equimolar amounts of quaternary 2-methylbenzazoles, 2-sulfobenzazoles, or 2iminobenzazoles and quinoline and pyridine derivatives. .

Синтезирани са дериватите TO-PRO, YO-PRO, PO-PRO и BO-PRO, които съдържат съответното цианиново съединение и катионна странична верига, която осигурява получаването на съединение с два положителни заряда и с една интеркалираща единица [14]. Благодарение на по-големия заряд тези деривати имат по-голям афинитета към ДНК в сравнение с изходните багрила. Тези мономерни цианинови багрила също са непроницаеми за клетките.The derivatives TO-PRO, YO-PRO, PO-PRO and BO-PRO were synthesized, which contain the corresponding cyanine compound and a cationic side chain, which ensures the preparation of a compound with two positive charges and one intercalating unit [14]. Due to the greater charge, these derivatives have a greater affinity for DNA compared to the parent dyes. These monomeric cyanine dyes are also impermeable to cells.

Известни са патентни публикации US 005321130 A [15], US 5410030 A [16], в които са описани цианинови багрила-димери съдържащи хинолин, например ТОТО (тиазол оранж димер) и YOYO (оксазол оранж димер), които по същество представляват симетрични цианинови флуоресцентни багрила с по-голям брой въглеродни атоми, с четири положителни заряда, притежаващи висок афинитет към нуклеиновите киселини. Известно е, че по-големият заряд на багрилата осигурява по-висок афинитет към нуклеиновите киселини. Този тип багрила не показват флуоресценция в разтвор, а само след свързване с нуклеиновите киселини и по-този начин се редуцира пречещото влияние на фона. Спектърите на ТОТО, YOYO и техните деривати лежат във видимата светлинна област (490-530 nm), където биологичните проби имат силна абсорбция и флуоресцентна емисия, с което значително се намалява ефективността на флуоресцентната проба.Patent publications US 005321130 A [15], US 5410030 A [16] are known, in which quinoline-containing cyanine dye-dimers, for example TOTO (thiazole orange dimer) and YOYO (oxazole orange dimer), are essentially symmetrical cyanine dyes. fluorescent dyes with a higher number of carbon atoms, with four positive charges, having a high affinity for nucleic acids. It is known that higher charge of dyes provides higher affinity for nucleic acids. This type of dyes do not show fluorescence in solution, but only after binding to nucleic acids, thus reducing background interference. The spectra of TOTO, YOYO and their derivatives lie in the visible light region (490-530 nm), where biological samples have strong absorption and fluorescence emission, thereby significantly reducing the efficiency of the fluorescent sample.

В патент US 5410030 A [16] са описани цианинови багрила димери съдържащи пиридин - РОРО и ВОВО. Установено е, че те имат по-слаб афинитет от димерите съдържащи хинолин, но скоростта им на свързване с ДНК е много по-голяма от първите.In patent US 5410030 A [16] cyanine dye dimers containing pyridine - POPO and BOVO are described. They were found to have a lower affinity than the quinoline-containing dimers, but their rate of binding to DNA was much greater than the former.

Разработени са цианинови багрила с по-голям брой въглеродни атоми в конюгатната верига, чийто спектри на абсорбция и емисия са изместени в близката инфрачервена област (670-1000 nm). Такива багрила, като ТОТАВ, TOTIN, TO-PRO-3, PO-PRO-2 и BO-PRO-2 са известни от К. М. SovenyhaZy, J. A. Bordelon, J. Т. Petty. Nucleic Acids Res, 2003, 31, 2561 [17]. Обикновено подобни структури показват силно изразена тенденция за образуване на агрегати в рамките на свързване с полинуклеотиди. Техните благоприятни спектрални свойства, като например дълговълнова абсорбция, позиция на съответните им флуоресцентни максимуми, висока моларна абсорбируемост, и флуоресцентен квантов добив ги правят идеални маркери за различни видове биомолекули [18-20]. Недостатъците на тези багрила е по-бавното достигане на равновесие и склонността към агрегация на багрилата.Cyanine dyes with a larger number of carbon atoms in the conjugate chain have been developed, whose absorption and emission spectra are shifted to the near-infrared region (670-1000 nm). Such dyes as TOTAV, TOTIN, TO-PRO-3, PO-PRO-2 and BO-PRO-2 are known by K. M. SovenyhaZy, J. A. Bordelon, J. T. Petty. Nucleic Acids Res, 2003, 31, 2561 [17]. Typically, such structures show a strong tendency to form aggregates within polynucleotide binding. Their favorable spectral properties, such as long-wavelength absorption, position of their respective fluorescence maxima, high molar absorbance, and fluorescence quantum yield make them ideal markers for various types of biomolecules [18-20]. The disadvantages of these dyes are the slower reaching of equilibrium and the tendency of the dyes to aggregate.

Описаните багрила с по-голям брой въглеродни атоми, имат по-голяма молекулна маса, лесно агрегират, комплексна структура и много етапи за синтез, което предварително ограничава възможностите за тяхната комерсиализация и по-широко приложение.The described dyes with a larger number of carbon atoms have a larger molecular mass, easily aggregate, a complex structure and many stages for synthesis, which in advance limits the possibilities for their commercialization and wider application.

През последните години се наблюдава нарастващ интерес към синтеза и приложението на несиметричните моно- и триметинцианинови багрила с по-голям брой положителни заряди. Причината за това е, че те се отличават с висока чувствителност, голяма скорост на свързване с ДНК, както и интензивна флуоресценция, регистрирана при наличието на различни биомолекули. Разработените нови несиметрични моно- и три-метинцианинови багрила имат различна структура, по-голям заряд, висока чувствителност към нуклеинови киселини и бърза кинетика на взаимодействие.In recent years, there has been a growing interest in the synthesis and application of unsymmetrical mono- and trimethincyanine dyes with a larger number of positive charges. The reason for this is that they are characterized by high sensitivity, high speed of binding to DNA, as well as intense fluorescence recorded in the presence of various biomolecules. The developed new unsymmetrical mono- and tri-methinecyanine dyes have different structure, higher charge, high sensitivity to nucleic acids and fast interaction kinetics.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Като се вземат в предвид известните към момента моно- и три-метинцианинови багрила, възниква необходимост да бъдат предложени флуорогенни цианинови багрила - три-катийонни, несиметрични монои три-метинцианинови багрила, с три положителни товара (заряда) в молекулата си, които да се отличават с висок афинитет към нуклеиновите киселини и бърза кинетика на взаимодействие.Taking into account the currently known mono- and tri-methinecyanine dyes, there is a need to propose fluorogenic cyanine dyes - tri-cationic, asymmetric mono- and tri-methinecyanine dyes, with three positive charges (charge) in their molecule, which are characterized by high affinity to nucleic acids and fast interaction kinetics.

Задачата се решава е цианиново багрило, характеризиращо се чрез следната формула,The problem to be solved is a cyanine dye characterized by the following formula,

където X е О или S, η = 0 или 1, Ri е С1-С4 алкил, R2 и R3 заедно с въглеродните атоми, към които са прикрепени, образуват кондензирано бензолно ядро или поотделно означават водород, a Y е биосъвместим анион, като халоген, тозилат, хексафлуорфосфат, метосулфат, ацетат, перхлорат, нитрат, тетрафлуорборат, трифлуорацетат и т. и.where X is O or S, η = 0 or 1, Ri is C1-C4 alkyl, R 2 and R 3 together with the carbon atoms to which they are attached form a fused benzene ring or individually hydrogen, and Y is a biocompatible anion, such as halogen, tosylate, hexafluorophosphate, methosulfate, acetate, perchlorate, nitrate, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, etc.

Съгласно изобретението цианиновото багрило е съединение, където X е S, R2 и R3 поотделно означават водород.According to the invention, the cyanine dye is a compound where X is S, R 2 and R 3 are each hydrogen.

Подходящо е да се използва съединение, където X е О. R2 и R3 поотделно означават водород.It is convenient to use a compound where X is O. R 2 and R 3 are each hydrogen.

Съгласно едно предпочитано изпълнение, съединението е както е описано по-горе, където η = 0.According to a preferred embodiment, the compound is as described above, where η = 0.

Съединение съгласно претенция 1, където η = 1.A compound according to claim 1, wherein η = 1.

Съединение съгласно претенция 1, където Ri е С1-С4 алкил.A compound according to claim 1, wherein R 1 is C 1 -C 4 alkyl.

Цианиновото багрило характеризиращо се с това, че производни на бензтиазола или бензоксазола с обща формулаCyanine dye, characterized in that benzthiazole or benzoxazole derivatives of the general formula

където R е SCH3 или СН = СН-Х(СОСН3)СбН5 a X и Y имат посочените по-горе значения, взаимодействат в присъствие на базичен агент с пиридинови или хинолинови производни с обща формулаwhere R is SCH 3 or CH = CH-X(COCH 3 )CbH 5 a X and Y have the meanings indicated above, react in the presence of a basic agent with pyridine or quinoline derivatives of the general formula

BG 67403 BlBG 67403 Bl

където R2 R3 и Y имат посочените по-горе значения, при което се получава багрило с обща формулаwherein R 2 R 3 and Y are as defined above, whereby a dye of general formula is obtained

където X, Y и R2 и R3 и n имат посочените по-горе значения, след което полученото багрило е кватернизирано от едната страна чрез триетилендиамин (TED) с С1-С4 алкил с обща формулаwhere X, Y and R 2 and R 3 and n have the above meanings, then the resulting dye is quaternized on one side by triethylenediamine (TED) with a C1-C4 alkyl of the general formula

АЖл' / Y където Ri и Y имат посочените по-горе значения, при което се получава цианиново багрило с обща формулаR 1' / Y where R 1 and Y are as defined above, giving a cyanine dye of the general formula

BG 67403 Bl където X е О или S, η = 0 или 1, Ri е С1-С4 алкил, R2 и R3 заедно с въглеродните атоми, към които са прикрепени, образуват кондензирано бензолно ядро или поотделно означават водород, a Y е биосъвместим анион, като халоген, тозилат, хексафлуорфосфат, метосулфат, ацетат, перхлорат, нитрат, тетрафлуорборат, трифлуорацетат и т. и.BG 67403 Bl where X is O or S, η = 0 or 1, Ri is C1-C4 alkyl, R 2 and R 3 together with the carbon atoms to which they are attached form a fused benzene ring or individually are hydrogen, and Y is biocompatible anion such as halogen, tosylate, hexafluorophosphate, methosulfate, acetate, perchlorate, nitrate, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, etc.

Предложените нови флуорогенни цианинови производни позволяват получаване на трикатионни несиметрични моно- и три-метинцианинови багрила, отличаващи се с три положителни заряда в молекулата си, което позволява тези багрила да се прилагат за анализ на ДНК (откриване на ДНК в разтвор, при гел електрофореза и т. и.). Друго важно приложение на монометиновите и триметиновите флуорецентни багрила е за оцветяване на мъртви клетки.The proposed new fluorogenic cyanine derivatives allow the preparation of tricationic asymmetric mono- and tri-methinecyanine dyes, distinguished by three positive charges in their molecule, which allows these dyes to be applied to DNA analysis (detection of DNA in solution, in gel electrophoresis and you.). Another important application of monomethine and trimethine fluorescent dyes is for staining dead cells.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

С оглед на по-детайлно поясняване на признаците на изобретението, описанието се придружава от чертежи, където:In order to clarify the features of the invention in more detail, the description is accompanied by drawings, where:

Фигура 1 - представя ДНК титруване на PO-TEDM 1 (А) и Пропидиум йодид (♦).Figure 1 - presents DNA titration of PO-TEDM 1 (A) and Propidium iodide (♦).

Фигура 2 - представя кинетика на взаимодействие на флуоресцентните багрила PO-TEDM-1 (А) и Пропидиум йодид (♦) с ДНК, проведено при оптимална концентрация на компонентите.Figure 2 - presents kinetics of interaction of the fluorescent dyes PO-TEDM-1 (A) and Propidium iodide (♦) with DNA, carried out at the optimal concentration of the components.

Фигура 3 - представя микроскопски снимки на дрождеви клетки в проба взета от ферментор на локална пивоварна оцветени с РО-ТЕДМ 1: А) общ брой клетки в пробата, Б) мъртви клетки в изходната проба.Figure 3 - presents microscopic pictures of yeast cells in a sample taken from a fermenter of a local brewery stained with PO-TEDM 1: A) total number of cells in the sample, B) dead cells in the starting sample.

Пример за изпълнение на изобретениетоExample of implementation of the invention

Описаните до тук флуорогенни цианинови производни позволяват получаване на флуоресцентни несиметрични багрила, като се използват стандартни методи, т. е. багрилата могат да се получат в един реакционен съд, без изолиране на междинното багрило. Производните съгласно изобретението се получават чрез взаимодействие на производни на бензотиазол или бензоксазол с пиридинови или хинолинови производни, в присъствие на базичен агент и след това полученото съединение е кватернизирано от едната страна чрез метил триетилендиамин йодид, осигуряващ по-голям брой положителни заряди на крайното багрило (три заряда).The fluorogenic cyanine derivatives described so far allow the preparation of fluorescent asymmetric dyes using standard methods, i.e. the dyes can be prepared in one reaction vessel, without isolation of the intermediate dye. The derivatives according to the invention are obtained by reacting benzothiazole or benzoxazole derivatives with pyridine or quinoline derivatives, in the presence of a basic agent, and then the resulting compound is quaternized on one side by methyl triethylenediamine iodide, providing a greater number of positive charges on the final dye ( three charges).

Изобретението се пояснява от следните примери.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Получаване на багрило РО-ТЕДМ 1Example 1. Preparation of dye RO-TEDM 1

В 250 ml плоскодънна, дву(3) гърлена колба се поставят 2-метилмеркапто-З-метилбензоксазолиев метосулфат - 7,7 g; 1-(3-йодопропил)-4-метилпиридиниум йодид - 10,2 g и 57 ml оцетен анхидрид при бъркане с магнитна бъркалка на стайна температура.2-Methylmercapto-3-methylbenzoxazolium methosulfate - 7.7 g is placed in a 250 ml flat-bottomed, two (3) necked flask; 1-(3-Iodopropyl)-4-methylpyridinium iodide - 10.2 g and 57 ml of acetic anhydride under magnetic stirring at room temperature.

Към реакционната смес се накапват 4,6 ml N-етилдиизопропиламин при непрекъснато разбъркване. След 30 min се повтаря накапването. Получава се светло-зелено багрило. Реакционната смес се бърка още 2 h при стайна температура и се разрежда с 50 ml диетилов етер. Утайката се филтрува през бюхнер. Утайката се промива с 3 х 20 ml диетилов етер и се суши до постоянно тегло под вакуум. Т. т. на суровият продукт е 186 - 188°С. Прекристализира се в СНзОН.4.6 ml of N-ethyldiisopropylamine was added dropwise to the reaction mixture with continuous stirring. After 30 min, the instillation is repeated. A light green dye is obtained. The reaction mixture was stirred for another 2 h at room temperature and diluted with 50 ml of diethyl ether. The precipitate is filtered through a Buchner. The precipitate was washed with 3 x 20 ml of diethyl ether and dried to constant weight under vacuum. The melting point of the crude product is 186 - 188°C. Recrystallized from CH3OH.

a Q[ι №a Q[ι no

Ϊ CH3SO4Ϊ CH 3 SO 4

CHj 12CHj 12

291.34 389.04291.34 389.04

BG 67403 BlBG 67403 Bl

AcO^EllW^AcO^EllW^

-CH3SH-CH 3 SH

520.18520.18

В тригърлена колба се поставят 2,6 g PO-PrI и 3,9 g метил ТЕД йодид и се добавят 23 ml метоксиетанол. Сместа се нагрява на магнитната бъркалка с леко разбъркване при температура ~ 120°С до пълното им разтваряне. Подгряването и разбъркването продължават 4 h. При нагряването внимателно се наблюдава дали ще падне утайка. След като се охлади до 70-80°С колбата се оставя в камерата на хладилника за да изкристализира напълно утайката ~ 1 час. Следва филтруване през бюхнер под вакуум. В края на филтруването промиваме с 30 ml СНзОН. Суши се при t = 60°С под вакуум.2.6 g of PO-PrI and 3.9 g of methyl TED iodide were placed in a three-necked flask and 23 ml of methoxyethanol was added. The mixture is heated on the magnetic stirrer with gentle stirring at a temperature of ~ 120°C until they are completely dissolved. Heating and stirring continued for 4 h. During heating, carefully observe whether a precipitate will fall. After cooling to 70-80°C, the flask is left in the refrigerator chamber to fully crystallize the precipitate ~ 1 hour. This is followed by filtration through a Buchner under vacuum. At the end of the filtration, wash with 30 ml of CH3OH. Dry at t = 60°C under vacuum.

Пример 2.Example 2.

Работи се аналогично на пример 1. Получава се багрило ВО-ТЕДМ 1 със следната формула:It works analogously to example 1. VO-TEDM 1 dye is obtained with the following formula:

Пример 3. Получаване на багрило ТО-ТЕДМ 1Example 3. Preparation of dye TO-TEDM 1

В 250 ml плоскодънна, дву(3) гърлена колба се поставят 2-метилмеркапто-З-метилбензотиазолиев метосулфат - 8,89 g; хинолин - 13,27 g и 66 ml оцетен анхидрид при бъркане с магнитна бъркалка на стайна температура. Към реакционната смес се накапват 5,3 ml N-етилдиизопропиламин, като разбъркването продължава. След 30 min се повтаря накапването.2-methylmercapto-3-methylbenzothiazolium methosulfate - 8.89 g; quinoline - 13.27 g and 66 ml of acetic anhydride while stirring with a magnetic stirrer at room temperature. 5.3 ml of N-ethyldiisopropylamine was added dropwise to the reaction mixture while stirring was continued. After 30 min, the instillation is repeated.

Веднага се получава жълто-оранжево багрило. Реакционната смес се бърка още 2 h при стайна температура и се разрежда с 50 ml диетилов етер. Утайката се филтрува през бюхнер. Промива се с 3 х 20 ml диетилов етер върху бюхнера. Утайката от TO-PrI се суши до постоянно тегло във вакуум сушилня.A yellow-orange dye is immediately obtained. The reaction mixture was stirred for another 2 h at room temperature and diluted with 50 ml of diethyl ether. The precipitate is filtered through a Buchner. Wash with 3 x 20 ml of diethyl ether on the Buchner. The TO-PrI precipitate was dried to constant weight in a vacuum drier.

В 250 ml обло дънна колба се разтварят 5g TO-PrI в 150 ml диетилов етер. Разбърква се на ръка до разтваряне. Поставя се в алуминиев съд с вода и лед и се охлажда до температура 10-15°С. Поставя се върху магнитна бъркалка. Чрез делителна фуния се накапват 50 ml диетилов етер и 4,22 ml метил ТЕД йодид. Веднага започва да пада бяла утайка. След добавяне съдържанието от делителната фуния, бъркането продължава 30 min, при стайна температура. Следва филтруване на утайката под вакуум и веднага се суши в ексикатор понеже е хигроскопично.In a 250 ml round-bottomed flask, dissolve 5 g of TO-PrI in 150 ml of diethyl ether. Mix by hand until dissolved. Place in an aluminum container with water and ice and cool to a temperature of 10-15°C. Place on a magnetic stirrer. 50 ml of diethyl ether and 4.22 ml of methyl TED iodide were added dropwise through a separatory funnel. A white precipitate immediately begins to fall. After adding the contents of the separatory funnel, stirring was continued for 30 min at room temperature. The precipitate is filtered under vacuum and immediately dried in a desiccator because it is hygroscopic.

BG 67403 BlBG 67403 Bl

Пример 4. Получаване на багрило YO-ТЕДМ 1Example 4. Preparation of dye YO-TEDM 1

Работи се аналогично на пример 3. Получава се багрило YO-ТЕДМ 1 със следната формула:It works analogously to example 3. Dye YO-TEDM 1 with the following formula is obtained:

Пример 5. Получаване на багрило ТО-ТЕДМ 3Example 5. Preparation of dye TO-TEDM 3

Към 2-(2-анилидовинил)-3-метилбензотиазолиев йодид се добавят 4 mmol (1,75g) 1-метил-4-хинолин кватернерна амониева сол (получен при доене на 1-метил хинолин) и 10 ml пиридин и сместа се нагрява при разбъркване при 90°С (1,5 h) в маслена баня. Реакционната смес се излива в етилов етер за утаяване на малки, тъмно лилави частици багрило, след което то се филтрува и суши. Багрилото се пречиства, чрез силикагелова колона използвайки дихлорометан/метанол = 100:5, като елуент, синята фракция се събира за получаването на TO-Pri-З (цианин) с 70% добив.To 2-(2-anilidovinyl)-3-methylbenzothiazolium iodide was added 4 mmol (1.75 g) of 1-methyl-4-quinoline quaternary ammonium salt (obtained by milking 1-methyl quinoline) and 10 ml of pyridine and the mixture was heated with stirring at 90°C (1.5 h) in an oil bath. The reaction mixture was poured into ethyl ether to precipitate small, dark purple dye particles, which was then filtered and dried. The dye was purified by silica gel column using dichloromethane/methanol = 100:5 as eluent, the blue fraction was collected to give TO-Pri-3 (cyanine) in 70% yield.

В двугърлена колба от 50 ml (обема на колбата зависи от количеството вещество, което се обработва) поставяме 1 g TO-Pri-З (цианин) и 1,35 g метил ТЕД йодид, добавя се 8 ml метоксиетанол. Сместа се нагрява на магнитната бъркалка с разбъркване около 400 об/минута при температура ~ 85°С до пълното им разтваряне. Подгряването и разбъркването продължават 60 min. След това разтворът се охлажда и колбата се оставя в камерата на хладилника за 1 h за пълна кристализация на полученото съединение.In a two-necked flask of 50 ml (the volume of the flask depends on the amount of substance to be processed) we put 1 g of TO-Pri-3 (cyanine) and 1.35 g of methyl TED iodide, add 8 ml of methoxyethanol. The mixture is heated on the magnetic stirrer with stirring at about 400 rpm at a temperature of ~ 85°C until they are completely dissolved. Heating and stirring continue for 60 min. The solution was then cooled and the flask was left in the refrigerator chamber for 1 h for complete crystallization of the resulting compound.

Следва филтруване под вакуум. В края на филтруването промиваме с СНзОН - 30 ml. Багрилото се суши при t = 60°С под вакуум.This is followed by filtration under vacuum. At the end of the filtration, wash with CH2OH - 30 ml. The dye is dried at t = 60°C under vacuum.

Пример 6. Получаване на багрило YO-ТЕДМ-ЗExample 6. Preparation of dye YO-TEDM-Z

Работи се аналогично на пример 5. Получава се багрило YO-ТЕДМ 3 със следната формула:It works analogously to example 5. Dye YO-TEDM 3 with the following formula is obtained:

BG 67403 BlBG 67403 Bl

Пример 7. Получаване на багрило ВО-ТЕДМ 3Example 7. Preparation of VO-TEDM 3 dye

Към 0,65 g 2-(2-анилидовинил)-3-метилбензотиазолиев йодид се добавят 0,57 g 1-(3-йодопропил)-4метилпиридиниум йодид и 14 ml пиридин и сместа се нагрява при разбъркване при 90°С (1,5 h) в маслена баня. Реакционата смес се излива в етилов етер и се получава червена утайка на BO-PrI, която се филтрува и се суши.To 0.65 g of 2-(2-anilidovinyl)-3-methylbenzothiazolium iodide was added 0.57 g of 1-(3-iodopropyl)-4methylpyridinium iodide and 14 ml of pyridine and the mixture was heated with stirring at 90°C (1, 5 h) in an oil bath. The reaction mixture was poured into ethyl ether and a red precipitate of BO-PrI was obtained which was filtered and dried.

В двугърлена колба от 50 ml поставяме 0,9 g BO-PrI и 1,2 g метил EDA, добавя се 8 ml метоксиетанол. Сместа се нагрява на магнитната бъркалка с разбъркване около 400 об/минута при температура ~ 85°С до пълното им разтваряне. Подгряването и разбъркването продължават 60 min. След това разтворът се охлажда и колбата се оставя в камерата на хладилника за 1 h за пълна кристализация на полученото съединение.0.9 g of BO-PrI and 1.2 g of methyl EDA are placed in a 50 ml two-necked flask, 8 ml of methoxyethanol are added. The mixture is heated on the magnetic stirrer with stirring at about 400 rpm at a temperature of ~ 85°C until they are completely dissolved. Heating and stirring continue for 60 min. The solution was then cooled and the flask was left in the refrigerator chamber for 1 h for complete crystallization of the resulting compound.

Следва филтруване под вакуум. В края на филтруването промиваме с СНзОН - 30 ml. Багрилото се суши при t = 60°С под вакуум.This is followed by filtration under vacuum. At the end of the filtration, wash with CH2OH - 30 ml. The dye is dried at t = 60°C under vacuum.

Пример 8. Получаване на багрило РО-ТЕДМ 3Example 8. Preparation of dye RO-TEDM 3

Работи се аналогично на пример 7. Получава се багрило РО-ТЕДМ 3 със следната формула:It works analogously to example 7. RO-TEDM 3 dye is obtained with the following formula:

Пример 9. Оптични свойства на получените несиметрични метинцианинови багрилаExample 9. Optical properties of the obtained asymmetric methcyanine dyes

По-нататък в описанието представяме в таблична форма оптичните свойства на описаните в примери 1-8 несиметрични метинцианинови багрила.Further in the description, we present in tabular form the optical properties of the asymmetric methcyanine dyes described in examples 1-8.

Таблица 1. Оптични свойства на получените несиметрични метинцианинови багрилаTable 1. Optical properties of the obtained asymmetric methcyanine dyes

Номер Number Бщрило Bshtrilo ДМФА DMF Буфер pH 7.4 + ДНК Buffer pH 7.4 + DNA Абсорбционен максимум Absorption maximum Емисионен максимум Emission maximum Унеличсцис Unelichscis 1. 1. PO-TEDM 1 PO-TEDM 1 434 434 456 456 Х52 X52 2. 2. BO-TEDM 1 BO-TEDM 1 462 462 481 481 Х45 X45 3. 3. TOUTED М ] TOUTED M ] 514 514 533 533 X 78 X 78 4.. 4.. YO-TtDM 1 YO-TtDM 1 491 491 509 509 X 80 X80 5. 5. TO-TEDM 3 TO-TEDM 3 642 642 660 660 X 53 X 53 6. 6. ΥΟ-Ί EDM 3 ΥΟ-Ί EDM 3 612 612 631 631 X 48 X 48 7. 7. PO-TEDM 3 PO-TEDM 3 534 534 572 572 Х45 X45 8. 8. BO-TEDM 3 BO-TEDM 3 570 570 604 604 ХЗО HZO

BG 67403 BlBG 67403 Bl

На таблица 1 са посочени абсорбционните и емисионните максимуми на получените багрила. При моно-метинцианиновите багрила емисионните максимуми лежат в интервала от 456 до 533 nm, а при триметинциановите багрила - в интервал от 572 nm до 660 nm. При някои от багрилата е получено много голямо увеличение на флуоресценцията при свързване на багрилото с ДНК спрямо флуоресценцията без ДНК - 78 пъти при ТО-ТЕДМ 1, 80 пъти при YO-TEDM 1 и т. и.Table 1 shows the absorption and emission maxima of the obtained dyes. For mono-methinecyanine dyes, the emission maxima lie in the range from 456 to 533 nm, and for trimethine cyanine dyes - in the range from 572 nm to 660 nm. For some of the dyes, a very large increase in fluorescence was obtained upon binding of the dye to DNA relative to fluorescence without DNA - 78-fold for TO-TEDM 1, 80-fold for YO-TEDM 1, and so on.

Пример 10. ДНК титруване на багрило PO-TEDM 1Example 10. DNA titration of PO-TEDM 1 dye

Синтезираните флуоресцентни багрила, обект на изобретението са подходящи и се използват за анализ на ДНК. Извършени са лабораторни анализи на ДНК, като е използвано флуоресцентно багрило POTEDM 1. Проведени са опити при различна концентрация на ДНК: 0, 5, 10, 25, 40, 50 и 75 pg/ml. За сравнение са направени експерименти с известното и широко използвано в практиката флуоресцентно багрило за мъртви клетки Пропидиум йодид и същите концентрации ДНК. Концентрациите на двете багрила е 50 pg/ml и те се смесват с разтворите на ДНК в съотношение 1: 12,5.The synthesized fluorescent dyes, object of the invention are suitable and used for DNA analysis. Laboratory analyzes of DNA were performed using the fluorescent dye POTEDM 1. Experiments were performed at different concentrations of DNA: 0, 5, 10, 25, 40, 50 and 75 pg/ml. For comparison, experiments were made with the well-known and widely used fluorescent dye for dead cells Propidium iodide and the same concentrations of DNA. The concentrations of both dyes were 50 pg/ml and they were mixed with the DNA solutions in a ratio of 1:12.5.

На фигура 1 е представен сравнителен анализ на взаимодействието на флуоресцентно багрило POTEDM 1, обект на изобретението, с ДНК и на взаимодействието на известно флуоресцентно багрило Пропидиум йодид с ДНК. От графичното представяне на резултатите се вижда, че флуоресцентния интензитет на свързаното ново, три зарядно багрило с различни концентрации ДНК е значително по-силен (около 50 пъти) в сравнение с интензитета на известното багрило “Пропидиум йодид” със същите концентрации ДНК. Тези резултати са в сила и за останалите новосинтезирани тризарядни флуоресцентни багрила.Figure 1 presents a comparative analysis of the interaction of the fluorescent dye POTEDM 1, subject of the invention, with DNA and of the interaction of a known fluorescent dye Propidium iodide with DNA. From the graphical presentation of the results, it can be seen that the fluorescence intensity of the related new, tri-charged dye with different concentrations of DNA is significantly stronger (about 50 times) compared to the intensity of the known dye "Propidium iodide" with the same concentrations of DNA. These results are also valid for the other newly synthesized tri-charged fluorescent dyes.

Допълнително е проследена и подложена на анализ кинетиката на взаимодействие на полученото флуоресцентно багрило PO-TEDM 1 с ДНК. Изследванията са проведени при оптимална концентрация на компонентите, а именно - концентрацията на PO-TEDM 1 е 50 μg/ml и на ДНК е 50 μg/ml, смесени в съотношение 1: 12,5. Същевременно изследванията с известното багрило са проведени при концентрация на PI 50 μg/ml и ДНК 500 μg/ml, смесени в съотношение 1:1. Сравнителният анализ на резултатите показва, че новосинтезираните флуоресцентни багрила притежават неочаквано много бърза кинетика на свързване на багрилото с ДНК, като само за един кратък период от 3 s се постига равновесие. При известното флуоресцентно багрило Пропидиум йодид времето за свързването му с ДНК е 30 s.Additionally, the kinetics of interaction of the obtained fluorescent dye PO-TEDM 1 with DNA was tracked and analyzed. The studies were carried out at the optimal concentration of the components, namely - the concentration of PO-TEDM 1 was 50 μg/ml and of DNA was 50 μg/ml, mixed in a ratio of 1: 12.5. At the same time, the studies with the known dye were carried out at a concentration of PI 50 μg/ml and DNA 500 μg/ml, mixed in a ratio of 1:1. The comparative analysis of the results shows that the newly synthesized fluorescent dyes have unexpectedly very fast kinetics of binding the dye to DNA, reaching equilibrium in only a short period of 3 s. With the well-known fluorescent dye propidium iodide, the time for its binding to DNA is 30 s.

Пример 11. Количествено флуоресцентно определяне на мъртви клетки с помощта на РОТЕДМ 1Example 11. Quantitative fluorescence determination of dead cells using ROTEDM 1

Друго важно приложение на монометиновите и триметиновите флуорецентни багрила е за оцветяване на мъртви клетки. На фигура 3 са представени две микроскопски снимки на дрождеви клетки в проба взета от ферментор на локална пивоварна, оцветени с РО-ТЕДМ 1. Концентрация на РО-ТЕДМ 1 е 5 μg/ml. На микроскопска снимка А е представен общ брой дрождеви клетки в проба взета от ферментор на локална пивоварна, а на микроскопска снимка Б са показани мъртвите клетки в същата проба. Пробата за определяне общия брой клетки е предварително третирана 15 min на 80°С със цел умъртвяване на всички клетки. Установено е, че общия брой дрождеви клетки в пробата взета от ферментор на локална пивоварна е (9 x 106), а броят на мъртвите клетки в изходната проба е (4 x 105).Another important application of monomethine and trimethine fluorescent dyes is for staining dead cells. Figure 3 shows two microscopic photographs of yeast cells in a sample taken from a local brewery fermenter stained with PO-TEDM 1. The concentration of PO-TEDM 1 was 5 μg/ml. Photomicrograph A shows the total number of yeast cells in a sample taken from a local brewery fermenter, and photomicrograph B shows the dead cells in the same sample. The sample for determining the total number of cells was pre-treated for 15 min at 80°C in order to kill all cells. The total number of yeast cells in the sample taken from a local brewery fermenter was found to be (9 x 10 6 ) and the number of dead cells in the source sample was (4 x 10 5 ).

Claims (3)

Цианиново багрило с обща формула: където X е О или S, n = 0 или 1, R1 е С1-С4 алкил, R2 и R3 заедно с въглеродните атоми, към които са прикрепени, образуват кондензирано бензолно ядро или поотделно означават водород, a Y е биосъвместим анион, като халоген, тозилат, хексафлуорфосфат, метосулфат, ацетат, перхлорат, нитрат, тетрафлуорборат, трифлуорацетат и т. нCyanine dye of general formula: where X is O or S, n = 0 or 1, R 1 is C 1 -C 4 alkyl, R 2 and R 3 together with the carbon atoms to which they are attached form a fused benzene nucleus or individually represent hydrogen, and Y is a biocompatible anion, such as halogen, tosylate, hexafluorophosphate, methosulfate, acetate, perchlorate, nitrate, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, etc. Използване на цианиново багрило, съгласно претенция 1 за анализ на ДНК в разтвор, където съотношението багрило: разтвор на ДНК е 1:12,5Use of a cyanine dye according to claim 1 for analysis of DNA in solution, wherein the dye: DNA solution ratio is 1: 12.5 Метод за получаване на флуорогенно цианиново багрило, съгласно претенция 1 включва смесване на производни на бензтиазола или бензоксазола с обща формула където R е SCH3 или CH = CH-N(COCH3)C6H5; a X е S и Y има посочените по-горе значения, с пиридинови производни с обща формула: където R2 и R3 поотделно означават водород, a Y има посочените по-горе значения, характеризиращ се с това, че полученото багрило е кватернизирано от едната страна чрез триетилендиамин с С1-С4 алкил с обща формула: където R1 и Y имат посочените по-горе значения, при което се получават цианинови багрила съгласно претенция 1A process for preparing a fluorogenic cyanine dye according to claim 1 comprises mixing benzothiazole or benzoxazole derivatives of the general formula wherein R is SCH3 or CH = CH-N (COCH3) C6H5; and X is S and Y have the meanings given above, with pyridine derivatives of the general formula: wherein R2 and R3 are each hydrogen, and Y has the meanings given above, characterized in that the dye obtained is quaternized on one side by triethylenediamine with C1-C4 alkyl of general formula: wherein R1 and Y have the meanings given above, to give cyanine dyes according to claim 1
BG112900A 2019-03-25 2019-03-25 Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes BG67403B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112900A BG67403B1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112900A BG67403B1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG112900A BG112900A (en) 2020-10-15
BG67403B1 true BG67403B1 (en) 2021-12-15

Family

ID=75537218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG112900A BG67403B1 (en) 2019-03-25 2019-03-25 Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG67403B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG112900A (en) 2020-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4981977A (en) Intermediate for and fluorescent cyanine dyes containing carboxylic acid groups
US5436134A (en) Cyclic-substituted unsymmetrical cyanine dyes
CA2133765C (en) Cyclic-substituted unsymmetrical cyanine dyes
US8383830B2 (en) Cyanine compounds and their use in staining biological samples
EP1678258B1 (en) Cyanine dye labelling reagents
US7709653B2 (en) Asymmetric cyanine compounds, their preparation methods and their uses
US7598385B2 (en) Asymmetric cyanine fluorescent dyes
US9206474B2 (en) Nucleic acid binding dyes and uses therefor
JP5671525B2 (en) Fluorescent dye, synthesis method and use thereof
US8067602B2 (en) Asymmetric cyanine fluorescent dyes, compositions and their use in staining biological samples
CN102702769B (en) Green fluorescence cyanine dye and preparation method as well as application thereof
CN107311977A (en) A kind of indoles ethylene compounds and its preparation method and application
CN103013497A (en) Sulfydryl fluorescent probe and preparation method thereof
BG67403B1 (en) Preparation of three-cationic asymmetric mono- and- tri-methycine cyanide dyes
CN111793371A (en) 3, 5-asymmetrically modified BODIPY near-infrared fluorescent dye and preparation method thereof
US10029996B2 (en) Class of cyano-substituted asymmetric cyanine dyes, synthesizing method and application thereof
CN110642848B (en) Synthesis and application of visible light and near-infrared fluorescent dye
CN107586292A (en) Compound, its preparation method, fluorescent dye and fluorescence probe
WO2018085449A2 (en) Fluorogenic dyes for high sensitivity dna detection
WO2021179394A1 (en) Nucleic acid dye, preparation method therefor and use thereof
WO2022099658A1 (en) Cyanine compound, dye containing cyanine compound, and application of cyanine compound
WO2013189043A1 (en) Green fluorescent cyanine dyes, preparation method and uses thereof
CN117466834A (en) Cyanine dye, its preparation method and use
Winstead et al. Application of microwave assisted organic synthesis to the development of near-IR cyanine dye probes
WO2024017247A1 (en) Cyanine dye and preparation method therefor and use thereof, sample analysis method, and analyzer