CN102115610B - 一类荧光染料、制备方法及其应用 - Google Patents

一类荧光染料、制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN102115610B
CN102115610B CN201010022414.6A CN201010022414A CN102115610B CN 102115610 B CN102115610 B CN 102115610B CN 201010022414 A CN201010022414 A CN 201010022414A CN 102115610 B CN102115610 B CN 102115610B
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound
reaction
alkyl
formula
fluorescence dye
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201010022414.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102115610A (zh
Inventor
彭孝军
吴彤
樊江莉
孙世国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Original Assignee
Dalian University of Technology
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 Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201010022414.6A priority Critical patent/CN102115610B/zh
Priority to PCT/CN2010/072378 priority patent/WO2011082566A1/zh
Priority to US13/119,752 priority patent/US8298766B2/en
Priority to JP2012510098A priority patent/JP5671525B2/ja
Publication of CN102115610A publication Critical patent/CN102115610A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102115610B publication Critical patent/CN102115610B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B23/00Methine or polymethine dyes, e.g. cyanine dyes
    • C09B23/02Methine or polymethine dyes, e.g. cyanine dyes the polymethine chain containing an odd number of >CH- or >C[alkyl]- groups
    • C09B23/06Methine or polymethine dyes, e.g. cyanine dyes the polymethine chain containing an odd number of >CH- or >C[alkyl]- groups three >CH- groups, e.g. carbocyanines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D401/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom
    • C07D401/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom containing two hetero rings
    • C07D401/06Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom containing two hetero rings linked by a carbon chain containing only aliphatic carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D413/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D413/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings
    • C07D413/06Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings linked by a carbon chain containing only aliphatic carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D417/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00
    • C07D417/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing two hetero rings
    • C07D417/06Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing two hetero rings linked by a carbon chain containing only aliphatic carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D421/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms
    • C07D421/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms containing two hetero rings
    • C07D421/06Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms containing two hetero rings linked by a carbon chain containing only aliphatic carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/52Use of compounds or compositions for colorimetric, spectrophotometric or fluorometric investigation, e.g. use of reagent paper and including single- and multilayer analytical elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/1033Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/1037Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/104Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with other heteroatoms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plural Heterocyclic Compounds (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一类式I的荧光染料,式中:X为C(CH3)2、O、S或Se;m为1~18的整数;R1和R2各自独立选自H、C1-18烷基、OR7、-C1-6烷基-OR7或卤素;R3为吡咯基、咪唑基、哌啶基、哌嗪基、吗啉基、胍基、NHR5或N(R6)2;R4为C1-18烷基、苄基或(CH2)mR3;R5为饱和或不饱和、直链或支链的C1-18烷基、羟基C1-18烷基、巯基C1-18烷基、氨基C1-18烷基、酰基、苯基、萘基或苄基;R6为C2-18烷基;R7为H或C1-18烷基;Y-为负离子。该荧光染料可用于生物染色,应用于核酸标记、血细胞分析、临床医疗诊断、免疫分析检测等领域。

Description

一类荧光染料、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及精细化工领域中一类新的荧光染料、制备方法及其应用,特别是涉及一类单电荷含氮菁类荧光染料、其制备方法,以及利用该荧光染料、其缀合物或其组合物在生物染色方面的应用。
背景技术
荧光染料作为功能性色素在科学技术的各个领域得到广泛应用,尤其在生命科学、临床医疗诊断、免疫分析检测等方面的研究在全世界备受瞩目。目前,菲啶类(EB、PI)、吖啶类(A0)、咪唑类(Hoechst、DAPI)和花菁家族类(Cy、TOTO、SYTO)等商品化荧光染料在基因组学技术、核酸定量检测、血细胞分析等领域中都起到了重要的作用。然而,这些染料都各自存在着应用的局限性。其一主要表现在大多荧光染料受限于固定细胞样品。例如TOPRO、TOTO家族染料、溴乙锭(EB)、碘化丙啶(PI)等需要通过增大细胞膜的通透性或类似使膜崩解的方法才能对生物样品进行有效的荧光标记。然而,这种固定方法往往对细胞和生物组织真实形态的观察有负面影响[Kozubek S,Lukasova E,Amrichova J,Kozubek M,Liskova A,Slotova J.Anal Biochem 2000;282:29 38]。同时,溴乙锭等吖啶,菲啶类染料有很大的毒性和致癌性。其二,有相当一部分荧光染料的激发光处在紫外光区,如能够专一识别脱氧核糖核酸(DNA)的荧光染料4’,6-二氨基-2-苯基吲哚啉化合物(DAPI)、Hoechst33258,Hoechst34580等,与DNA结合后,在紫外光激发放下产生蓝色荧光。由于紫外光对细胞内的核酸、蛋白等组分会造成严重的损伤,因此这类荧光在荧光显微技术中的使用受到光激发时间的限制[Davis SK,Bardeen CJ.Photochem Photobiol 2003;77:675-679]。此外,在紫外区进行荧光检测时,生物样品在这个区间的吸收使光进入生物组织内部变得困难,同时生物样品中某些成分的自发荧光形成很强的背景干扰,使检测效率大大降低。因此,研究开发出具有良好荧光光谱性能,毒性小,活细胞通透性的新型荧光染料仍然是推动荧光分析技术和生命科学等领域发展的关键和核心。
在众多种类的荧光染料中,菁类荧光染料以其波长范围宽,摩尔消光系数大,荧光量子产率适中等优点,作为生物分子荧光探针、CD和VCD记录材料、感光材料光敏剂、光电转换材料等已被广泛的应用。其中喹啉类不对称菁类荧光染料与核酸有高度亲和力,而与其他生物大分子基本不结合的特异性使其在基因组学技术、核酸定量检测、血细胞分析等领域的应用中脱颖而出。该类化合物与核酸的结合方式包括静电吸引、碱基对嵌入及沟槽结合。具体的结合方式与结合能力取决于该标识物的结构及其与核酸浓度的比例。不对称菁类化合物中最典型的为TOTO及其类似物(YOYO)和衍生物类(TOPRPO)。TOTO(噻唑橙二聚体)、YOYO(恶唑黄二聚体)是由Glazer研究组开发的一类对核酸具有高度亲和力的多正电荷不对称菁类荧光染料,通过改变多亚甲基链的长度和两端的芳香母核(噻唑、恶唑、喹啉、吡啶和吲哚啉)的结构可以得到不同的异二聚体类似物和衍生物。这类染料在溶液中几乎无荧光,降低了检测过程中的荧光背景干扰,与核酸结合后荧光增强。Jason等用溶液粘度测定法和原子力显微镜解释了TOTO和YOYO与DNA的双嵌入作用[J.A.Bordelon,K.J.Feierabend,S.A.Siddiqui,L.L.Wright.J.Phys.Chem.B,2002,106,4838-3843]。Fürstenberg等利用超快速荧光转换和时间相关单光子计数法进一步阐述了荧光增强的动力学机理。[A.Fürstenberg,M.D.Julliard,T.G.Deligeorgiec,N.I.Gadjev.J.AM.CHEM.SOC.,2006,128,7661-7669]此类染料中的有些品种已经商品化了,如:SYTOX Blue,TOTO,POPO,BOBO,YO-PRO等。但这些商品化的染料大部分分子较大,结构复杂,属活细胞非通透性,只能应用于活体外核酸的识别与检测。
发明内容
因此,需要开发新的荧光染料,该荧光染料应当具有以下优点:在不存在核酸时具有较低的荧光背景,与核酸结合后具有较高的荧光量子产率,且对核酸以外的生物分子无亲和力;具有一定水平的水溶性,同时具有良好的细胞膜通透性;光谱范围与生物样品的光谱范围有较大差异。
在本发明的第一方面,本发明针对现有技术的不足,在其基础上改进,提供了一类结构简单、灵敏度高、长波长、且具有良好的细胞膜通透性的新化合物,其具有下列结构通式I:
Figure G2010100224146D00031
通式I中
X为C(CH3)2、O、S或Se;
m为1~18的整数;
R1和R2独立选自H、C1-18烷基、OR7、-C1-6烷基-OR7或卤素。
R3为吡咯基、咪唑基、哌啶基、哌嗪基、吗啉基、胍基、NHR5或N(R6)2
R4为C1-18烷基、苄基或(CH2)mR3,所述苄基任选由选自以下的取代基取代:H、C1-18烷基、CN、COOH、NH2、NO2、OH、SH、C1-6烷氧基、C1-6烷基氨基、C1-6酰氨基、卤素、或C1-6卤代烷基;
R5饱和或不饱和、直链或支链的C1-18烷基、羟基C1-18烷基、巯基C1-18烷基、氨基C1-18烷基、酰基、苯基、萘基或苄基,所述的苯基、萘基或苄基任选由选自以下的取代基取代:H、C1-18烷基、CN、COOH、NH2、NO2、OH、SH、C1-6烷氧基、C1-6烷基氨基、C1-6酰氨基、卤素、或C1-6卤代烷基;
R6为C2-18烷基;
R7为H或C1-18烷基;
Y-为负离子。
在本发明的第二方面提供一种制备本发明所述的化合物的方法,所述方法包括以下步骤:
1)式II的4-甲基喹啉芳香杂环化合物与R4Z化合物反应制得第一季铵盐中间体III,其中Z为卤素或OTs,Z-为反应生成的卤素负离子或OTs-
Figure G2010100224146D00032
反应温度为10-180℃,反应时间为4-48小时,反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或它们的混合物的极性有机溶剂,式II化合物与R4Z化合物的投料摩尔比为1∶1-1∶10;
2)将步骤1)中得到的第一季铵盐中间体III与N,N’-二苯基甲脒缩合,得到式IV化合物:
Figure G2010100224146D00041
反应温度为50-200℃,反应时间为15分钟到4小时,无反应溶剂或反应溶剂为醋酐、醋酸或其混合物,第一季铵盐中间体III与N,N’-二苯基甲脒的投料摩尔比为1∶1-1∶4;
3)使通式V化合物与化合物R3(CH2)mZ反应制得第二季铵盐中间体VI,其中Z为卤素或OTs,Z-为反应生成的卤素负离子或OTs-
Figure G2010100224146D00042
反应温度为10-180℃,反应时间为4-48小时,反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或它们的混合物的极性有机溶剂,式V化合物与化合物R3(CH2)mZ的投料摩尔比为1∶1-1∶10;
4)将步骤(2)中得到的式IV化合物与步骤(3)中得到的第二季铵盐中间体VI反应,得到式VII化合物:
Figure G2010100224146D00043
反应温度为5-130℃,反应时间为10分钟到6小时,无反应溶剂或反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、甲醇、乙醇、乙二醇单甲醚、或它们的混合物的极性有机溶剂,催化剂为醋酐与有机碱的混合物,VI与式IV化合物的投料摩尔比为1.5∶1-1∶1.5;
上述结构式中X、m、R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7的定义同上述本发明化合物中的定义;
5)将步骤(4)中得到的化合物VII与含Y-的钠盐或钾盐进行负离子置换,得到式I化合物:
Figure G2010100224146D00051
反应温度为60-140℃,反应时间为10分钟到2小时,反应溶剂为选自DMF、DMSO、或其混合物的极性有机溶剂,含Y-的钠盐或钾盐与式VII化合物的投料摩尔比为1∶1-10∶1;
其中Y-的定义如上述本发明化合物中的定义。
附图说明
图1是实施例2的化合物A和商品化染料溴乙锭(EB)在pH 7.36、浓度10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液中,与小牛胸腺DNA结合前后相对荧光强度比照图。横坐标为波长(nm),纵坐标为相对荧光强度。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。化合物A和溴乙锭(EB)的浓度均为1μM,小牛胸腺DNA的浓度为100μM。
图2是实施例3的化合物B和商品化染料溴乙锭(EB)在pH 7.4、浓度10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液中,与小牛胸腺DNA结合前后相对荧光强度比照图。横坐标为波长(nm),纵坐标为相对荧光强度。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。化合物B和溴乙锭(EB)的浓度均为1μM,小牛胸腺DNA的浓度为100μM。
图3是实施例4的化合物C和商品化染料溴乙锭(EB)在pH 7.24、浓度10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液中,与小牛胸腺DNA结合前后相对荧光强度比照图。横坐标为波长(nm),纵坐标为相对荧光强度。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。化合物A和溴乙锭(EB)的浓度均为1μM,小牛胸腺DNA的浓度为100μM。
图4是化合物A和已知化合物M1、化合物M2,在pH为7.4和浓度10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液中,与小牛胸腺DNA结合前后荧光量子产率比照图。纵坐标为荧光量子产率。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。化合物A和化合物M1、M2的浓度均为1μM,小牛胸腺DNA的浓度为100μM。
图5是化合物A和已知化合物M1分别在pH 7.0、浓度10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液中,与牛血清白蛋白和小牛胸腺DNA结合后以及未结合前的荧光增强倍数的比照图。纵坐标为荧光增强倍数。所用仪器为荧光分光光度计,型号:FP-6500。化合物A和化合物M1的浓度均为1μM,牛血清白蛋白和小牛胸腺DNA的浓度均为为40μg/ml。
图6A为化合物A对活细胞MCF-7(人乳癌细胞)染色的白场显微照片,6B是化合物A对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。化合物A的浓度为2μM。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
图7A为实施例5的化合物D对活细胞MCF-7(人乳癌细胞)染色的白场显微照片,7B是化合物D对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。化合物D的浓度为1.5μM。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
图8A为实施例6的化合物E对活细胞MCF-7(人乳癌细胞)染色的白场显微照片,8B是化合物E对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。化合物A的浓度为3μM。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
图9A是已知化合物M1对活细胞MCF-7(人乳癌细胞)染色的白场显微照片,9B为化合物M1对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。化合物M1的浓度为2μM。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
具体实施方式
除另有说明外,本文中使用的术语具有以下含义。
本文中使用的术语“烷基”包括直链烷基和支链烷基。如提及单个烷基如“丙基”,则只特指直链烷基,如提及单个支链烷基如“异丙基”,则只特指支链烷基。例如,“C1-6烷基”包括C1-4烷基、C1-3烷基、甲基、乙基、正丙基、异丙基和叔丁基。类似的规则也适用于本说明书中使用的其它基团。
本文中使用的术语“卤素”包括氟、氯、溴和碘。
本文中使用的术语“苄基”是指-CH2-Ph基团。当用“任选取代”修饰苄基时,指该苄基可以未取代的形式存在,或者可被合适的取代基在任何合适的位置取代。合适的取代基包括但不限于H、C1-18烷基、CN、COOH、NH2、NO2、OH、SH、C1-6烷氧基、C1-6烷基氨基、C1-6酰氨基、卤素、或C1-6卤代烷基等,只要最终形成的化合物具有本发明期望的性质。优选苄基由COOH、NH2、OH、C1-6烷氧基、卤素任选取代。
本文中使用Y-表示负离子,其可为任何合适的负离子,包括但不限于无机负离子或有机负离子,例如卤素离子、ClO4 -、PF6 -、BF4 -、CH3COO-或OTs-
在本发明的通式I化合物中,优选X为C(CH3)2、O或S;更优选X为C(CH3)2或S;最优选X为S。
优选R1和R2各自独立选自H或C1-18烷基;再更优选R1和R2各自独立选自H或C1-12烷基;再更优选R1和R2各自独立选自H或C1-6烷基;最优选R1和R2均为H。
优选R3为NHR5、N(R6)2、吡咯基或哌啶基;最优选R3为NHR5或N(R6)2
优选R4为C1-18烷基或者苄基;更优选R4为C1-12烷基或者苄基;最优选R4为C1-6烷基或苄基;所述苄基由选自以下的取代基任选取代:H、C1-18烷基、CN、COOH、NH2、NO2、OH、SH、C1-6烷氧基、C1-6烷基氨基、C1-6酰氨基、卤素、或C1-6卤代烷基;优选苄基由COOH、NH2、OH、C1-6烷氧基、卤素任选取代。
优选R5为饱和或不饱和、直链或支链的C1-18烷基、或氨基C1-18烷基;更优选R5为饱和或不饱和、直链或支链的C1-12烷基;最优选R5为饱和或不饱和、直链或支链的C1-6烷基。
优选R6为C2-6烷基。
优选R7为H或C1-6烷基。
优选Y-为卤素离子、ClO4 -、PF6 -、BF4 -、CH3COO-或OTs-
在另一个方面,本发明还提供了上述化合物的制备方法,所述方法包括:
分别制备第一及第二季铵盐中间体,然后将第一或第二季铵盐中间体中的一个与N,N-二苯基甲脒反应,之后再与另一中间体在有机碱(例如胺)和醋酐的作用下反应得到所述化合物。具体合成方案如下所述。
首先是制备第一季铵盐中间体,即结构通式为(II)的4-甲基喹啉反应原料与化合物R4Z反应,可制得第一季铵盐中间体(III),Z为卤素或OTs,Z-为反应生成的卤素负离子或OTs-
Figure G2010100224146D00081
反应温度为10-180℃,反应时间为4-48小时,反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,原料式II化合物与化合物R4Z的摩尔比为1∶1-1∶10。
在一个优选的实施方式中,反应温度为40-140℃,反应时间为6-36小时,反应溶剂为选自:氯仿、乙腈、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,式II化合物与化合物R4Z的摩尔比为1∶1-1∶6。
在一个更优选的实施方式中,反应温度为50-120℃,反应时间为8-24小时,反应溶剂为乙腈、甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,式II化合物与化合物R4Z的摩尔比为1∶1-1∶3。
在最优选的实施方式中,反应温度为60-110℃,反应时间为8-14小时,反应溶剂为甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,式II化合物与化合物R4Z的摩尔比为1∶1-1∶1.5。
然后,将制得的4-甲基喹啉的季铵盐中间体(III)与N,N-二苯基甲脒缩合,得到具有通式IV的化合物:
Figure G2010100224146D00082
反应温度为50-200℃,反应时间为15分钟到4小时,无反应溶剂或反应溶剂为醋酐、醋酸或其混合物,第一季铵盐中间体III与N,N’-二苯基甲脒的投料摩尔比为1∶1-1∶4。
在一个优选实施方式中,反应温度为70-170℃,反应时间为20分钟到3小时,无反应溶剂或反应溶剂为醋酐、醋酸或其混合物,第一季铵盐中间体III与N,N’-二苯基甲脒的摩尔比为1∶1-1∶3。
在一个更优选的实施方式中,反应温度为90-160℃,反应时间为30分钟到2小时,无反应溶剂或反应溶剂为醋酐、醋酸或其混合物,第一季铵盐中间体III与N,N’-二苯基甲脒的摩尔比为1∶1.2-1∶3。
在最优选的实施方式中,反应温度为120-160℃,反应时间为30分钟到1.5小时,无反应溶剂或反应溶剂为醋酐,第一季铵盐中间体III与N,N’-二苯基甲脒的摩尔比为1∶1.2-1∶2;
通过与制备式III化合物类似的方法,使具有通式V的化合物,优选含取代基R1的2-甲基苯并噻唑、含取代基R1的2-甲基苯并恶唑、含取代基R1的2-甲基苯并硒唑、或含取代基R1的2,3,3-三甲基-3H-吲哚啉反应原料,与化合物R3(CH2)mZ反应,制得第二季铵盐中间体VI,其中Z为卤素或OT s,Z-为反应生成的卤素负离子或OTs-
反应温度为10-180℃,反应时间为4-48小时,反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或其混合物等极性有机溶剂,反应原料式V化合物与化合物R3(CH2)mZ的投料摩尔比为1∶1-1∶10。
在一个优选实施方式中,反应温度为60-140℃,反应时间为6-36小时,反应溶剂为选自:氯仿、乙腈、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,式V化合物与化合物R3(CH2)mZ的投料摩尔比为1∶1-1∶6。
在一个更优选的实施方式中,反应温度为80-120℃,反应时间为10-24小时,反应溶剂为选自:乙腈、甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,式V化合物与化合物R3(CH2)mZ的投料摩尔比为1∶1-1∶3。
在一个最优选的实施方式中,反应温度为90-120℃,反应时间为12-18小时,反应溶剂为甲苯、邻二氯苯或其混合物等的极性有机溶剂,式V化合物与化合物R3(CH2)mZ的投料摩尔比为1∶1-1∶2。
然后将式(IV)化合物与第二季铵盐中间体VI在醋酐和有机碱(例如胺)的作用下反应,即可得到式VII的单电荷含氮菁类化合物:
反应温度为5-130℃,反应时间为10分钟到6小时,无反应溶剂或反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、甲醇、乙醇、乙二醇单甲醚或其混合物等的极性有机溶剂,催化剂为醋酐与有机碱的混合物。所述有机碱优选选自:二乙胺、正丙胺、三乙胺、吡啶、哌啶、或其混合物。第二季铵盐中间体VI与式IV化合物的投料摩尔比为1.5∶1-1∶1.5。
在一个优选的实施方式中,反应温度为20-130℃,反应时间为30分钟到5小时,无反应溶剂或反应溶剂选自:甲醇、乙醇、乙二醇单甲醚、或其混合物等的极性有机溶剂,有机碱选自三乙胺、比啶、哌啶、或其混合物,第二季铵盐中间体VI与式IV化合物的投料摩尔比为1.2∶1-1∶1.5。
在一个更优选的实施方式中,反应温度为30-120℃,反应时间为1-4小时,无反应溶剂或反应溶剂选自:甲醇、乙二醇单甲醚、或其混合物等的极性有机溶剂。有机碱选自三乙胺、吡啶或其混合物,第二季铵盐中间体VI与式IV化合物的投料摩尔比为1.2∶1-1∶1.2。
在一个最优选的实施方式中,反应温度为30-100℃,反应时间为1.5-3小时,无反应溶剂或反应溶剂为甲醇、乙二醇单甲醚或其混合物等极性有机溶剂,催化剂中的有机碱为三乙胺、吡啶或其混合物,第二季铵盐中间体VI与式IV化合物的投料摩尔比为1∶1。
最后,根据需求,将化合物VII与含ClO4 -、PF6 -、BF4 -或CH3COO-的钠盐或钾盐进行负离子置换,得到本发明的式I化合物:
反应温度为60-140℃,反应时间为10分钟到2小时,反应溶剂为选自:DMF、DMSO、或其混合物等的极性有机溶剂,含ClO4 -、PF6 -、BF4 -或CH3COO-的钠盐或钾盐与式VII化合物的投料摩尔比为1∶1-10∶1。
在一个优选实施方式中,反应温度为70-130℃,反应时间为15分钟到1.5小时,反应溶剂为DMF、DMSO或其混合物等的极性有机溶剂。含ClO4 -、PF6 -、BF4 -或CH3COO-的钠盐或钾盐与式VII化合物的摩尔比为1∶1-7∶1。
在一个更优选的实施方式中,反应温度为80-120℃,反应时间为20分钟到1小时,反应溶剂为DMF,含ClO4 -、PF6 -、BF4 -或CH3COO-的钠盐或钾盐与式VII化合物的投料摩尔比为1∶1-4∶1。
在一个最优选的实施方式中,反应温度为90-110℃,反应时间为30分钟,反应溶剂为DMF,含ClO4 -、PF6 -、BF4 -或CH3COO-的钠盐或钾盐与式VII化合物的投料摩尔比为1∶1-2∶1。
由本发明上述方法合成的式I化合物产物,可以采用核磁共振谱图或质谱来确认。还可以辅以碳谱、熔点测试来辅助确认其结构。
在本发明提供的上述通式I化合物中,最主要和最重要的结构特征是:由原料式V化合物制备第二季铵盐中间体VI时所引入的含氮取代基团(CH2)mR3。其中,与R3直接相连的-CH2-在1H核磁共振波谱中化学位移δ:4-6(m=1);2-4(m=2~18)。
本发明还提供上述化合物的缀合物及包含上述化合物或其缀合物的组合物。
本发明还提供一种利用上述化合物、其缀合物或其组合物在生物染色方面的应用。
本发明的化合物用作荧光染料时具备的有益效果在于:
-新化合物分子中引入含氮取代基,使染料与核酸的结合后荧光量子产率增大,提高了检测灵敏度。
-新化合物分子引入的含氮取代基是非季胺化(非正电荷化)的,因此具有良好的细胞膜通透性,应用范围增大。
-新化合物分子中引入含氮取代基,适当增大了分子极性,减小了对膜脂,蛋白等分子内部疏水区域的结合力,显现出对核酸的特异性结合。
-新染料化合物一端引入喹啉杂环,与甲川链相同的对称苯并噻唑和吲哚啉类菁染料相比,紫外吸收最大波长可增加约80nm,荧光发射波长可达650nm,避免生物自身的荧光背景干扰。
-新化合物可应用廉价、体积小、性能稳定的红色半导体激光器作为光源,大大降低使用成本。
-新化合物产品毒副性小,原料易得,结构简单,一般通过4到5步反应即可合成目标分子,易产业化。
本发明的这些特征和优点以及其他特征和优点在参考以下附图和本发明的具体实施方式之后将变得显而易见。
本发明化合物可以以本文中所述的盐形式直接用于生物样品的染色。另外,本发明化合物的衍生物也可以用于生物样品的染色,所述衍生物包括但不限于缀合物。
典型地,缀合物在荧光激活细胞分选仪(FACS)中使用。本文中使用的“缀合物”是指本发明荧光染料通过共价键与其它分子连接而形成的化合物。可与本发明荧光染料缀合的分子可为与细胞或细胞成分特异性结合的分子,包括但不限于抗体、抗原、受体、配体、酶、底物、辅酶等。通常,测试样品与荧光缀合物温育一段时间,使得该荧光缀合物与测试样品中的某些细胞或细胞成分特异性结合,该荧光缀合物与细胞或细胞成分的结合也可被称为染色。该染色步骤可依次进行多次,或用多种缀合物同时进行多种染色。染色完成后,样品在荧光激活细胞分选仪中进行分析,其中激发光源激发缀合物中的本发明荧光染料,而测定装置测定由激发的荧光染料产生的发射光。
本发明还提供包含式I化合物或其缀合物的组合物,所述组合物用于生物样品的染色。
本发明的组合物除包含式I化合物或其缀合物外,还可包含生物样品染色所需要的其它组分,例如溶剂、渗透压调节剂、pH调节剂、表面活性剂等。这些组分都是本行业内已知的。
本发明的组合物可以以水溶液形式存在,或者可以以临用前用水配制为溶液的其它合适形式存在。
在再一个方面,本发明还提供使用上述式I化合物、或其缀合物、或包含式I化合物的组合物以染色生物样品的方法,该方法包括使上述式I化合物或其缀合物或包含式I化合物的组合物与生物样品接触的步骤。本文中使用的术语“接触”可包括在溶液或固相中接触。
为了说明本发明的化合物在结构中引入含氮基团后对染料性能的优化改进,实施例7、8、9、10、11和比较例15中以化合物M2、已知化合物M1及商品化染料溴乙锭(EB)作为参照物,进行对比说明。其中化合物M1和M2结构如下:
Figure G2010100224146D00121
Figure G2010100224146D00131
溴乙锭(EB)
实施例
实施例1
染料中间体1-乙基-4-甲基喹啉季铵盐的合成:
将20mmol 4-甲基喹啉和40mmol碘乙烷加入到100ml含20ml甲苯的圆底烧瓶中,氩气保护。反应加热回流持续反应10h后停止。混合物冷却后过滤沉淀并用乙醚洗涤滤饼。干燥后得到淡黄色的固体粉末,粗收率85%。
实施例2
化合物A的制备:
Figure G2010100224146D00132
将10mmol 1-乙基-4-甲基喹啉季铵盐与10mmol N,N’-二苯基甲脒于160C油浴上加热搅拌0.5小时。将反应得到的红褐色固体在乙醇中重结晶,得到紫红色晶体,过滤,干燥,收率45%。向其中加入1-N,N-二乙胺基丁基-2-甲基苯并噻唑季铵盐4.5mmol,三乙胺及醋酐各1.5ml,在25ml乙二醇单甲醚中室温搅拌1.5小时。将反应液倒入乙醚中,析出暗紫色小颗粒,过滤,干燥。染料通过硅胶柱分离,用洗脱液二氯甲烷和甲醇梯度洗脱,收集蓝色组分,收率60%。1H-NMR(400MHz,DMSO,TMS):δ1.20(t,6H),1.23(t,3H),2.05(m,2H),2.18(m,2H),2.55-2.65(m,6H),3.74(t,2H),4.55(tetra,2H),6.50(d,1H),7.11(d,1H),7.30-8.07(m,8H),8.15(t,1H),8.41(d,1H),8.48(d,1H)。MS(EI)C29H36IN3S m/z:458.26[M-I]+
实施例3
化合物B的制备:
Figure G2010100224146D00141
将10mmol 1-(3-哌啶基)-丙基-4-甲基喹啉季铵盐与25mmol N,N’-二苯基甲脒在30m l的醋酐中于120C油浴上加热搅拌1.5小时。冷却后,将反应液中析出的橙黄色固体,过滤,干燥,通过硅胶柱分离,用洗脱液二氯甲烷和甲醇梯度洗脱,收集黄色组分,收率52%。向其中加入1-(3-哌啶基)-丙基-2-甲基-5-甲氧基苯并恶唑季铵盐5mmol,哌啶和醋酐各1.5ml,在25ml乙二醇单甲醚中回流搅拌1.5小时。冷却后,将反应液倒入乙醚中,析出暗紫色小颗粒,过滤,干燥。染料通过中性氧化铝柱分离,用洗脱液二氯甲烷和乙醇梯度洗脱,收集蓝色组分,收率44%。1H-NMR(400MHz,DMSO,TMS):δ1.22-1.26(m,12H),2.34(m,2H),2.38(m,2H),2.62-2.74(m,6H),3.73(s,3H),3.78(t,2H),4.58(t,2H),6.50(d,1H),7.11(d,1H),7.30-8.07(m,7H),8.15(t,1H),8.42(d,1H),8.48(d,1H)。MS(EI)C36H47BrN4O2 m/z:567.37[M-Br]+
实施例4
化合物C的制备:
Figure G2010100224146D00151
将10mmol 1-羟基乙基-4-甲基喹啉季铵盐与10mmol N,N’-二苯基甲脒于160℃油浴上加热搅拌0.5小时。将反应得到的红褐色固体在乙醇中重结晶,得到紫红色晶体,过滤,干燥,收率48%。向其中加入1-氨乙基胺基丙基-2-甲基苯并噻唑季铵盐5mmol及吡啶和醋酐各1.5ml,在20ml乙二醇单甲醚中室温搅拌1.5小时。再向反应液中加入5mmol NaClO4溶于2mlDMF中得到的溶液,加热至回流搅拌30分钟,将反应液倒入乙醚中,析出蓝绿色小颗粒,过滤,干燥。染料通过中性氧化铝柱分离,用洗脱液二氯甲烷和乙醇梯度洗脱,收集蓝色组分,收率48%。1H-NMR(400MHz,DMSO,TMS):δ2.34(m,2H),2.58-2.76(m,6H),3.74(t,2H),3.82(tetra,2H),4.65(t,2H),5.15(t,1H),6.50(d,1H),7.12(d,1H),7.30-8.07(m,8H),8.15(t,1H),8.41(d,1H),8.48(d,1H)。MS(EI)C26H31ClN4O5S m/z:447.22[M-ClO4]+
实施例5
化合物D的制备:
将10mmol 1-苄基-4-甲基喹啉季铵盐与10mmol N,N’-二苯基甲脒于160℃油浴上加热搅拌0.5小时。将反应得到的红褐色固体在乙醇中重结晶,得到紫红色晶体,过滤,干燥,收率42%。向其中加入1-苯胺基丙基-2,3,3-三甲基-5-氯-3H-吲哚啉季铵盐4mmo1,三乙胺及醋酐各1.5ml,20ml甲醇中室温搅拌4小时。将反应液倒入乙醚中,析出暗紫色小颗粒,过滤,干燥。染料通过硅胶柱分离,用洗脱液二氯甲烷和甲醇梯度洗脱,收集蓝色组分,收率47%。1H-NMR(400MHz,CD3OD,TMS):δ1.73(s,6H),2.34(m,2H),3.08(t,2H),3.74(t,2H),5.71(s,2H),6.48(d,1H),7.12(d,1H),7.21-7.80(m,17H),8.15(t,1H),8.41(d,1H),8.48(d,1H)。MS(EI)C38H37BrClN3:m/z:570.27[M-Br]+
实施例6
化合物E的制备:
Figure G2010100224146D00161
将10mmol 1-氯乙基-4,7-二甲基喹啉季铵盐与20mmol N,N’-二苯基甲脒在30ml的醋酐中于120C油浴上加热搅拌1.5小时。冷却后,将反应液中析出的橙黄色固体,过滤,干燥,通过硅胶柱分离,用洗脱液二氯甲烷和甲醇梯度洗脱,收集黄色组分,收率47%。向其中加入1-(N-丙基)-胺基乙基-2-甲基苯并硒唑季铵盐5mmol,正丙胺及醋酸酐各2ml,在25ml乙二醇单甲醚中回流搅拌3小时。冷却后,将反应液倒入乙醚中,析出暗紫色小颗粒,过滤,干燥。染料通过硅胶柱分离,用洗脱液二氯甲烷和甲醇梯度洗脱,收集蓝色组分,收率43%。将反应液倒入乙醚中,析出蓝绿色小颗粒,过滤,干燥。染料通过硅胶柱分离,用洗脱液二氯甲烷和甲醇梯度洗脱,收集蓝色组分,收率66%。1H-NMR(400MHz,DMSO,TMS):δ0.96(t,3H),1.23(m,2H),2.35(s,3H),2.55(tetra,2H),2.65(tetra,2H),3.74(t,2H),3.86(t,2H),4.65(t,2H),6.50(d,1H),7.11(d,1H),7.30-8.07(m,7H),8.15(t,1H),8.41(d,1H),8.48(d,1H)。MS(EI)C27H31BrClN3Se:m/z:512.14[M-Br]+
实施例7
化合物A和商品化染料溴乙锭(EB)与小牛胸腺DNA结合前后荧光发射光谱及相对荧光强度的测定:
配置浓度为1mM的化合物A的DMSO(二甲基亚砜)溶液和溴乙锭(EB)的水溶液,分别取3μL,再加pH 7.36、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,置于比色皿中,测定其荧光强度。配置一定浓度的小牛胸腺DNA的水溶液,通过紫外吸收分光光度计测定其260nm处的吸光度值,标定其浓度为1.5mM。另分别取浓度为1mM的化合物A的DMSO(二甲基亚砜)溶液和溴乙锭(EB)的水溶液3μL于比色皿中,再分别向其中加入浓度为1.5mM的小牛胸腺DNA溶液200μL,最后加pH 7.36、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,测定其荧光强度。相同条件下(相同底物浓度和DNA浓度),商品化染料溴乙锭(EB),与小牛胸腺DNA结合后,相对荧光强度增加19(I/I0=36.3/1.89=19)倍;而化合物A与小牛胸腺DNA结合后,相对荧光强度可增加55(I/I0=345.3/6.25=55)倍。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。
实施例8
化合物B和商品化染料溴乙锭(EB)与小牛胸腺DNA结合前后荧光发射光谱及相对荧光强度的测定:
配置浓度为1mM的化合物B的DMSO(二甲基亚砜)溶液和溴乙锭(EB)的水溶液,分别取3μL,加pH 7.4、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,置于比色皿中,测定其荧光强度。配置一定浓度的小牛胸腺DNA的水溶液,通过紫外吸收分光光度计测定其260nm处的吸光度值,标定其浓度为1.5mM。另分别取浓度为1mM的化合物B的DMSO(二甲基亚砜)溶液和溴乙锭(EB)的水溶液3μL于比色皿中,再分别向其中加入浓度为1.5mM的小牛胸腺DNA溶液200μL,最后加pH 7.4、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,测定其荧光强度。相同条件下(相同底物浓度和DNA浓度),商品化染料溴乙锭(EB),与小牛胸腺DNA结合后,相对荧光强度增加19(I/I0=36.3/1.89=19)倍;而化合物B与小牛胸腺DNA结合后,相对荧光强度可增加89(I/I0=203.3/2.28=89)倍。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。
实施例9
化合物C和商品化染料溴乙锭(EB)与小牛胸腺DNA结合前后荧光发射光谱及相对荧光强度的测定:
配置浓度为1mM的化合物C的DMSO(二甲基亚砜)溶液和溴乙锭(EB)的水溶液,分别取3μL,加pH 7.24、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,置于比色皿中,测定其荧光强度。配置一定浓度的小牛胸腺DNA的水溶液,通过紫外吸收分光光度计测定其260nm处的吸光度值,标定其浓度为1.5mM。另分别取浓度为1mM的化合物C的DMSO(二甲基亚砜)溶液和溴乙锭(EB)的水溶液3μL于比色皿中,再分别向其中加入浓度为1.5mM的小牛胸腺DNA溶液200μL,最后加pH 7.24、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,测定其荧光强度。相同条件下(相同底物浓度和DNA浓度),商品化染料溴乙锭(EB),与小牛胸腺DNA结合后,相对荧光强度增加19(I/I0=36.3/1.89=19)倍;而化合物A与小牛胸腺DNA结合后,相对荧光强度可增加75(I/I0=274.5/3.65=75)倍。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp 8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。
实施例10
化合物A和已知化合物M1,M2与小牛胸腺DNA结合前后荧光量子产率的测定:
取一定量的浓度为1mM的化合物A和化合物M1、M2的DMSO溶液,加入到pH7.4、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐的缓冲溶液中,使其满足经紫外可见分光光度计测定最大吸收值<0.1。分别选定激发波长测定荧光强度。平行测定三次,算出荧光量子产率,取平均值。以罗丹明B作为标准物(ΦF=0.97,乙醇,15℃)计算,在缓冲溶液中,化合物M1,M2和化合物A的荧光量子产率都小于0.01,三者都具有良好的低荧光背景。与相同浓度的小牛胸腺DNA(100μM)结合后,化合物M1的荧光量子产率ΦF=0.26;M2的荧光量子产率ΦF=0.35;A的荧光量子产率ΦF=0.36。单电荷含二乙胺基的化合物A在保持活细胞膜通透性的前提下,与DNA结合后的荧光量子产率增大,可达到双电荷同类型化合物的标识效果。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。
实施例11
化合物A和已知化合物M1分别与小牛胸腺DNA和牛血清白蛋白(BSA)结合前后荧光强度的测定:
分别取3μL浓度为1mM化合物A和M1的DMSO溶液,加pH 7.0、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,置于比色皿中,测定其荧光强度。分别取3μL浓度为1×10-3M的化合物A和M1的DMSO溶液置于两个比色皿中,再分别加入浓度为30mg/mL的BSA溶液4μL,加pH 7.0、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,测定其荧光强度。另分别取3μL浓度为1mM的化合物A和M1的DMSO溶液置于两个比色皿中,再分别向其中加入浓度为600μg/mL的小牛胸腺DNA溶液200μL,最后加pH 7.0、10mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液稀释至3mL,测定其荧光强度。相同条件下(相同底物浓度、BSA浓度和DNA浓度),已知化合物M1与小牛胸腺DNA结合后相对荧光强度增加40倍;与牛血清白蛋白(BSA)结合后相对荧光强度增加5.5倍。而化合物A与小牛胸腺DNA结合后相对荧光强度可增加45.5倍;与牛血清白蛋白(BSA)结合后相对荧光强度增加1.4倍。化合物A对DNA有良好的特异性结合。所用仪器为紫外可见分光光度计,型号:Hp8453;荧光分光光度计,型号:FP-6500。
实施例12
共聚焦激光扫描显微镜下观察化合物A对活细胞MCF-7的染色:
加配有化合物A、浓度为2μM的PBS缓冲液12μL于培养好MCF-7细胞的六孔板中,在37℃、5%CO2的细胞培养箱中孵育30min。然后,PBS震荡漂洗5min×3,再加入细胞培养基,共聚焦激光扫描显微镜(TCS-SP2,Germany)观察细胞形态。选取代表性区域,Cy5(633nm)通道激发,用油镜(1000×)观察,重复三次。图6A为化合物A对活细胞MCF-7染色的白场显微照片,6B是化合物A对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。如图可观察到化合物A对MCF-7细胞核特异性染色。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
实施例13
共聚焦激光扫描显微镜下观察化合物D对活细胞MCF-7的染色:
加配有化合物D、浓度为1.5μM的PBS缓冲液12μL于培养好MCF-7细胞的六孔板中,在37℃、5%CO2的细胞培养箱中孵育30min。然后,PBS震荡漂洗5min×3,再加入细胞培养基,共聚焦激光扫描显微镜(TCS-SP2,Germany)观察细胞形态。选取代表性区域,Cy5(633nm)通道激发,用油镜(1000×)观察,重复三次。图7A为化合物D对活细胞MCF-7染色的白场显微照片,7B是化合物D对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。如图可观察到化合物D对MCF-7细胞核特异性染色。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
实施例14
共聚焦激光扫描显微镜下观察化合物E对活细胞MCF-7的染色:
加配有化合物E、浓度为3μM的PBS缓冲液12μL于培养好MCF-7细胞的六孔板中,在37℃、5%CO2的细胞培养箱中孵育30min。然后,PBS震荡漂洗5min×3,再加入细胞培养基,共聚焦激光扫描显微镜(TCS-SP2,Germany)观察细胞形态。选取代表性区域,Cy5(633nm)通道激发,用油镜(1000×)观察,重复三次。图8A为化合物E对活细胞MCF-7染色的白场显微照片,8B是化合物E对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。如图可观察到化合物E对MCF-7细胞核特异性染色。所用仪器为共聚焦激光描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
比较例15
共聚焦激光扫描显微镜下观察已知化合物M1对活细胞MCF-7的染色:
加配有化合物M1、浓度为2μM的PBS缓冲液12μL于培养好MCF-7细胞的六孔板中,在37℃、5%CO2的细胞培养箱中孵育30min。然后,PBS震荡漂洗5min×3,再加入细胞培养基,共聚焦激光扫描显微镜(TCS-SP2,Germany)观察细胞形态。选取代表性区域,Cy5(633nm)通道激发,用油镜(1000×)观察,重复三次。图9A是化合物M1对活细胞MCF-7染色的白场显微照片,9B为化合物M1对活细胞MCF-7染色的荧光显微照片。如图可观察到已知化合物M1对MCF-7细胞核及细胞质染色程度相当,属非特异性。所用仪器为共聚焦激光扫描显微镜,型号:TCS-SP2。激发光通道:Cy5(633nm)。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。作为荧光染料是本发明新化合物的一种用途,不能认定本发明的化合物仅用于荧光染料,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在基于本发明化合物用作荧光染料的相同作用机理的考虑下,还可以做出若干简单推理,得出本发明的化合物的其他应用用途,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一类荧光染料,所述染料具有如下结构通式Ⅰ:
Figure FDA0000462272930000011
其中:
X为C(CH3)2、O、S或Se;
m为1~18的整数;
R1和R2各自独立选自H、C1-18烷基、OR7、-C1-6烷基-OR7或卤素;
R3为哌啶基、NHR5或N(R6)2
R4为C1-18烷基、苄基或(CH2)mR3
R5为饱和或不饱和、直链或支链的C1-18烷基、氨基C1-18烷基、苯基;
R6为C2-18烷基;
R7为H或C1-18烷基;
Y-为负离子。
2.权利要求1所述的荧光染料,其中R1和R2各自独立选自H或C1-18烷基。
3.权利要求1所述的荧光染料,其中R4为C1-18烷基或者苄基。
4.权利要求1所述的荧光染料,其中所述的Y-为卤素离子、ClO4-、PF6-、BF4-、CH3COO-或OTs-。
5.权利要求1-4中任一项的荧光染料,其中R5为饱和或不饱和、直链或支链的C1-18烷基或氨基C1-18烷基。
6.权利要求1-4中任一项的荧光染料,其中R6为C2-6烷基。
7.权利要求1-4中任一项的荧光染料,其中R7为H或C1-6烷基。
8.权利要求1-4中任一项的荧光染料,其中X为C(CH3)2、O、或S。
9.权利要求1的荧光染料,其中所述荧光染料为:
Figure FDA0000462272930000021
10.一种缀合物,其特征在于,所述缀合物中包含权利要求1-9中任一项的荧光染料。
11.一种制备权利要求1所述的荧光染料的方法,所述方法包括以下步骤:
1)式II的4-甲基喹啉芳香杂环化合物与R4Z化合物反应制得第一季铵盐中间体Ⅲ,其中Z为卤素或OTs,Z-为反应生成的卤素负离子或OTs-:
Figure FDA0000462272930000022
反应温度为10-180℃,反应时间为4-48小时,反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或它们的混合物的极性有机溶剂,式Ⅱ化合物与R4Z化合物的投料摩尔比为1:1-1:10;
2)将步骤1)中得到的第一季铵盐中间体Ⅲ与N,N’-二苯基甲脒缩合,得到式Ⅳ化合物:
Figure FDA0000462272930000031
反应温度为50-200℃,反应时间为15分钟到4小时,无反应溶剂或反应溶剂为醋酐、醋酸或其混合物,第一季铵盐中间体Ⅲ与N,N’-二苯基甲脒的投料摩尔比为1:1-1:4;
3)使通式Ⅴ化合物与化合物R3(CH2)mZ反应制得第二季铵盐中间体Ⅵ,其中Z为卤素或OTs,Z-为反应生成的卤素负离子或OTs-;
Figure FDA0000462272930000032
反应温度为10-180℃,反应时间为4-48小时,反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、乙醇、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、邻二氯苯或它们的混合物的极性有机溶剂,式Ⅴ化合物与化合物R3(CH2)mZ的投料摩尔比为1:1-1:10;
4)将步骤(2)中得到的式IV化合物与步骤(3)中得到的第二季铵盐中间体Ⅵ反应,得到式Ⅶ化合物:
Figure FDA0000462272930000033
反应温度为5-130℃,反应时间为10分钟到6小时,无反应溶剂或反应溶剂为选自:二氯甲烷、氯仿、甲醇、乙醇、乙二醇单甲醚、或它们的混合物的极性有机溶剂,催化剂为醋酐与有机碱的混合物,Ⅵ与式Ⅳ化合物的投料摩尔比为1.5:1-1:1.5;
上述结构式中X、m、R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7的定义同权利要求1;
5)将步骤(4)中得到的化合物Ⅶ与含Y-的钠盐或钾盐进行负离子置换,得到式Ⅰ的荧光染料:
Figure FDA0000462272930000041
反应温度为60-140℃,反应时间为10分钟到2小时,反应溶剂为选自DMF、DMSO、或其混合物的极性有机溶剂,含Y-的钠盐或钾盐与式Ⅶ化合物的投料摩尔比为1:1-10:1;
其中Y-的定义如权利要求1所述。
12.如权利要求11所述的方法,其中步骤(3)中的式V化合物是含取代基R1的2-甲基苯并噻唑、2-甲基苯并恶唑、2-甲基苯并硒唑或2,3,3-三甲基-3H-吲哚啉。
13.如权利要求11所述的方法,其中步骤(4)中的催化剂中的有机碱选自:二乙胺、正丙胺、三乙胺、吡啶、哌啶或其混合物。
14.一种用于生物样品染色的组合物,其特征在于所述组合物包含权利要求1-9中任一项的荧光染料或权利要求10的缀合物。
15.一种染色生物样品的方法,所述方法包括将权利要求1-9中任一项的荧光染料、权利要求10的缀合物或权利要求14的组合物与生物样品接触。
CN201010022414.6A 2010-01-05 2010-01-05 一类荧光染料、制备方法及其应用 Active CN102115610B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010022414.6A CN102115610B (zh) 2010-01-05 2010-01-05 一类荧光染料、制备方法及其应用
PCT/CN2010/072378 WO2011082566A1 (zh) 2010-01-05 2010-04-30 一类荧光染料、制备方法及其应用
US13/119,752 US8298766B2 (en) 2010-01-05 2010-04-30 Fluorescent dyes, methods of synthesis and applications thereof
JP2012510098A JP5671525B2 (ja) 2010-01-05 2010-04-30 蛍光染料、合成方法及びその利用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010022414.6A CN102115610B (zh) 2010-01-05 2010-01-05 一类荧光染料、制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102115610A CN102115610A (zh) 2011-07-06
CN102115610B true CN102115610B (zh) 2014-07-02

Family

ID=44214538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010022414.6A Active CN102115610B (zh) 2010-01-05 2010-01-05 一类荧光染料、制备方法及其应用

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8298766B2 (zh)
JP (1) JP5671525B2 (zh)
CN (1) CN102115610B (zh)
WO (1) WO2011082566A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108485307A (zh) * 2018-05-14 2018-09-04 浙江工业大学 一种具有荧光开启性质的荧光染料、制备方法及其应用

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102618060A (zh) * 2012-03-17 2012-08-01 江南大学 一种不对称菁染料的制备及其用于牛血清白蛋白检测的方法
CN102766346B (zh) * 2012-07-30 2014-12-17 北京福罗泰科技有限责任公司 一种菁类荧光染料
CN104073019B (zh) * 2014-07-01 2016-01-06 浙江大学 一种不对称菁染料化合物及应用
JP6815038B2 (ja) * 2015-07-16 2021-01-27 エスエフシー カンパニー リミテッド 染料化合物
CN106675553A (zh) * 2016-12-30 2017-05-17 大连理工大学 菁类化合物在制备生物染色剂中的应用
JP2020066637A (ja) * 2017-02-27 2020-04-30 富士フイルム株式会社 病理診断用染色剤、細胞核染色方法、病理標本の製造方法、及び色素
CN109796781A (zh) * 2017-11-16 2019-05-24 上海生物芯片有限公司 双链dna结合荧光染料及其制备与应用
ES2976491T3 (es) * 2018-05-24 2024-08-02 Philipps Univ Marburg Colorantes de cianina y su uso para la tinción in vivo de microorganismos
CN110330511B (zh) * 2018-12-31 2022-04-19 湖北大学 一种咪唑类配体的合成方法及生物检测应用
CN110006870B (zh) * 2019-04-29 2021-06-08 陕西科技大学 一种高效检测二乙胺的荧光传感器及其制备方法和应用
CN111518093A (zh) * 2020-04-20 2020-08-11 中铁十八局集团有限公司 一种检测硫化物的荧光探针及其制备和应用
CN113686943B (zh) * 2021-08-03 2024-01-26 苏州优逸兰迪生物科技有限公司 一种多功能核酸染料及其制备方法与应用
CN113583467B (zh) * 2021-08-20 2022-04-26 四川大学 一种核酸荧光染料及其制备和应用
US20230096750A1 (en) 2021-08-20 2023-03-30 Philipps-Universität Marburg Cyanine dyes and their usage for in vivo staining of microorganisms and other living cells
CN114181204B (zh) * 2021-12-13 2023-07-11 洛兮医疗科技(杭州)有限公司 一种检测粘度的近红外荧光探针及其制备和应用
CN116143772A (zh) * 2023-02-20 2023-05-23 河南农业大学 一种基于苯并噻唑腙的光分子开关及其制备方法和应用
CN116239893B (zh) * 2023-03-21 2024-07-09 大连理工大学 一种季铵盐修饰的花菁类荧光染料及其合成方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101343420A (zh) * 2007-07-12 2009-01-14 大连理工大学 一类不对称菁类荧光染料
CN101475754A (zh) * 2008-01-04 2009-07-08 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 不对称菁类荧光染料,组合物及在生物样品染色中的用途

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5747493A (en) * 1980-09-02 1982-03-18 Fuji Photo Film Co Ltd Method of determining a trace amount of enzyme
US5734058A (en) * 1995-11-09 1998-03-31 Biometric Imaging, Inc. Fluorescent DNA-Intercalating cyanine dyes including a positively charged benzothiazole substituent
US5658735A (en) * 1995-11-09 1997-08-19 Biometric Imaging, Inc. Cyclized fluorescent nucleic acid intercalating cyanine dyes and nucleic acid detection methods
FR2875130B1 (fr) * 2004-09-13 2006-12-15 Oreal Composition comprenant au moins un derive substitue de carbocyanine, procede de traitement des fibres keratiniques la mettant en oeuvre, dispositif et utilisation
CN101555246B (zh) * 2008-04-11 2012-05-30 大连理工大学 含卤素不对称菁类化合物、制备方法及应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101343420A (zh) * 2007-07-12 2009-01-14 大连理工大学 一类不对称菁类荧光染料
CN101475754A (zh) * 2008-01-04 2009-07-08 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 不对称菁类荧光染料,组合物及在生物样品染色中的用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nikolai I. Gadjev, et al..Preparation of monomethine cyanine dyes as noncovalent labels for nucleic acids.《Dyes and Pigments》.1999,第40卷181-186.
Preparation of monomethine cyanine dyes as noncovalent labels for nucleic acids;Nikolai I. Gadjev, et al.;《Dyes and Pigments》;19991231;第40卷;181-186 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108485307A (zh) * 2018-05-14 2018-09-04 浙江工业大学 一种具有荧光开启性质的荧光染料、制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012526862A (ja) 2012-11-01
WO2011082566A1 (zh) 2011-07-14
US8298766B2 (en) 2012-10-30
US20110262904A1 (en) 2011-10-27
JP5671525B2 (ja) 2015-02-18
CN102115610A (zh) 2011-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102115610B (zh) 一类荧光染料、制备方法及其应用
Ernst et al. Cyanine dye labeling reagents for sulfhydryl groups
CN101343420B (zh) 一类不对称菁类荧光染料
US5852191A (en) Rigidized monomethine cyanines
CN103087545B (zh) 一类以荧光素为母体的荧光染料、其制备方法及应用
RU2018138590A (ru) Ультраяркие димерные или полимерные красители со спейсерными линкерными группами
CA3004831C (en) Fluorochromes for organelle tracing and multi-color imaging
CN102702769B (zh) 一类绿光荧光菁染料、制备方法及其应用
CN101805526A (zh) 吲哚类半菁染料的合成与应用
US6277984B1 (en) Monomethine cyanines rigidized by a two-carbon chain
WO2011085532A1 (zh) 一类共轭链上β-位氮取代五甲川菁类荧光染料
Liu et al. A series of carbazole cationic compounds with large two-photon absorption cross sections for imaging mitochondria in living cells with two-photon fluorescence microscopy
CN101555246B (zh) 含卤素不对称菁类化合物、制备方法及应用
CN105440725A (zh) 不对称菁类荧光染料,组合物及在生物样品染色中的用途
Gomes et al. Squaraine dyes derived from indolenine and benzo [e] indole as potential fluorescent probes for HSA detection and antifungal agents
Lynch et al. Water soluble bis (indolenine) squaraine salts for use as fluorescent protein-sensitive probes
CN102964863B (zh) 吲哚类半菁染料的合成与应用
Deligeorgiev et al. Synthesis and properties of novel asymmetric monomethine cyanine dyes as non-covalent labels for nucleic acids
Azamifar et al. Synthesis, structural/photophysical characterization and theoretical investigations with new β-pyridinium/quinolinium and β-bromine substituted bis (1, 3-dimethylbarbituric acid) trimethine oxonol dyes that display large Stokes shifts
WO2013189043A1 (zh) 一类绿光荧光菁染料、制备方法及其应用
US10029996B2 (en) Class of cyano-substituted asymmetric cyanine dyes, synthesizing method and application thereof
Yang et al. Facile synthesis of a two-photon fluorescent probe based on pyrimidine 2-isothiocyanate and its application in bioimaging
WO2022100716A1 (zh) 菁类化合物、含菁类化合物的染料以及菁类化合物的应用
EP2300445A1 (en) Oxazine dyes with improved aqueous solubility
CN104610773A (zh) 一种荧光染料化合物及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170515

Address after: 518057 Nanshan District hi tech Industrial Park, Guangdong, twelve South Road, MINDRAY building, road

Patentee after: Shenzhen Mairui Biotherapeutic Electronic Co., Ltd.

Address before: 116024 Liaoning, Dalian, Ganjingzi Ling Road, No. 2

Patentee before: Dalian University of Technology