CN104428290A - 蒽基-四内酰胺大环类及它们在检测靶糖中的用途 - Google Patents

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Abstract

式(I)的水溶性化合物：(式(I))其中R9和R10是适当亲水的取代基，其可被用于选择性地结合到靶糖如葡萄糖上，并且其显示了对这种结合的可检测的光谱响应，从而使其可用于体内血糖浓度的检测和校正。

Description

蒽基-四内酰胺大环类及它们在检测靶糖中的用途
技术领域
本发明涉及新型化合物，其可用于在水性环境(如血液)中检测糖类(特别是葡萄糖)。本发明还涉及制备和使用这些化合物的方法，以及包含它们的产品。
背景技术
出于大量医学原因，可能需要在血液中监测糖类(特别是葡萄糖)的水平。这在糖尿病患者的诊断和治疗中特别重要，并且对重症监护患者也特别重要，其中已发现血糖水平的改变能提供关于潜在健康并发症的重要信息。
糖尿病是日益严重的医学问题，目前认为其影响全球人口的约5％。尽管可能通过生活方式管理和/或胰岛素注射进行控制，但仍然存在严重的问题。由过量胰岛素引起的低血糖浓度可能是致命的，而高葡萄糖水平可导致长期并发症如心脏病、失明、肾脏损伤、中风和神经损伤。
因此，对于糖尿病患者和重症监护患者理想的是严格控制血糖水平。理想地，这样的控制可包括精确且连续地(或至少及时地)测量血糖浓度。然而，虽然对抽取血样进行定期分析是常规的，连续监测仍然是尚未解决的问题。一些系统已经上市，但是它们对基于酶的检测技术的依赖成为了限制：特别是，它们只测量正好在皮肤下面的间质液中的葡萄糖浓度，并且这些滞后于更重要的血糖浓度。
如果以实际的方式解决这些问题，这可有助于设计“人造胰脏”，所述“人造胰脏”能在响应血糖水平改变时向患者血液连续供应胰岛素，以将那些水平维持在所需的安全范围内。这样的系统可为糖尿病患者及其护理人员带来人生改变。在体内连续监测血糖水平的能力还可显著改善对重症监护患者的护理，并可能改善对其他高危个体的护理。
在历史上，在水性环境(如血液)中检测糖类已经存在挑战。糖类是亲水物质，带有拟氢(hydromimetic)羟基基团，这使得它们很难从水中提取。对于化学检测系统，区分靶分子和溶剂是个很重要的问题。实现对特定靶分子的选择也是重要的：通用的碳水化合物结构允许大范围的变化，但各种糖之间的差异通常是微小的(例如，单个不对称中心的构型)。
如上所述，已知使用酶(例如葡萄糖氧化酶)来测定血液中的葡萄糖水平，所述酶选择性地结合到葡萄糖分子上并因此产生可检测的电化学信号。通常必须在抽取自患者身体的分离新鲜血液样本中进行这些技术，而不是在体内，并且所述技术还导致它们所检测的葡萄糖受到破坏；因此它们不能进行连续的血糖监测。通常检测所述酶-葡萄糖的相互作用需要能源，而且酶的稳定性较差。因此，基于受体的方法有可能更适于葡萄糖监测，但是没有一个被批准用于普遍使用。
至今为止，大多数关于基于受体的葡萄糖传感工作使用了硼酸，硼酸通过共价B-O键结合到碳水化合物上。这些受体可还包含发色团标记部分，以使得能够例如通过荧光光谱对它们进行检测。已知，以探针(如光缆)上的涂层的形式将这些标记的基于硼酸的受体引入到血液中，用于连续监测血糖水平。但是，基于硼酸的受体倾向于对葡萄糖具有相对低的选择性：它们也能结合到可能存在于血液中的其他碳水化合物、以及二醇和乳酸上。所述受体还可能对氧气敏感，这又可能损害它们在血液中作为葡萄糖受体的功效。
凝集素是能够结合到糖类上的天然存在的蛋白质，并且就其本身而言，它们也已在特别是医疗诊断技术中被用于评估血糖水平。以这种方式使用的凝集素的实例包括伴刀豆球蛋白A(Concanavalin A)、兵豆凝集素(Lens culinaris)和豌豆凝集素(Pisum aativum)。但是，即使是这些，仍倾向于显示对所述靶糖具有低的亲和力，并且通常为相当中等的选择性。因此，研究已经转向产生合成的类似物。合成的凝集素是能够识别仿生糖的有机分子，即，使用天然外源凝集素所采用的非共价相互作用结合到水性系统中的糖类上。
也许并不意外，由于碳水化合物的亲水性和立体化学复杂性，设计合成凝集素已表明没有那么简单。尽管已经取得了进展，但是结合亲和力在大多数情况下较低并且良好选择性罕见。另外，成功通常以结构复杂性为代价。
之前由Barwell等人[Angew Chem，Int Ed，48；7673-7676(2009)]报道的在图1a中所示的辛内酰胺2(octalactam 2)，是提出用于碳水化合物检测的合成凝集素类似物的实例。这种三环体系能包围β-D-葡萄糖分子1，提供了补充所述碳水化合物的全平伏取代模式的极性和非极性表面。认为化合物2中的糖CH和联苯表面之间的疏水CH-π相互作用、以及糖OH基团和间苯二酰胺基团之间的极性相互作用驱动了络合物形成。最佳的葡萄糖选择性似乎需要丙氧基(-OPr)。
化合物2对葡萄糖表现出优异的选择性；例如，葡萄糖和半乳糖的结合常数比例是20∶1，并且葡萄糖和甘露糖的结合常数比例是60∶1。所述内酰胺对葡萄糖的亲和力是60M-1，这可能看起来很低，但是对于通过非共价相互作用在水中运行的合成体系来说实际上是现有最领先的水平：所述充分研究的凝集素伴刀豆球蛋白A只增强了一个数量级。另外，亲和力不是太低，从而是有用的，特别是在血液中检测葡萄糖时：因为血糖水平相对较高(～2-13mM)，所以需要中等的结合亲和力以避免受体饱和。
因此，合成凝集素(如2)是很有前景的，但是它们复杂的结构可能给进一步的研究带来阻碍。设计寡酰胺2以包围其碳水化合物靶标，提供了如图1a所示的互补表面。尽管显然是成功的关键，但这将会导致复杂的笼形结构，需要20步的合成而总收率仅为～0.1％。制备大数量可能很困难，并且进一步的修饰(例如将受体连接到基质表面)代表一项重要任务。
所述合成的凝集素2对实际的葡萄糖感测还具有潜在的不利。基于受体的感测需要信号系统，以使得能够测量所述靶分子的占据水平。受体2在这方面没有显示明显的优势。
我们现在已经能够产生一类新的葡萄糖受体化合物，其可克服或至少缓解上述问题。本发明的实施方案可使用光学信号使得能够在体内有效地和选择性地检测血糖水平。因此，它们可用于连续的血糖监测。另外，这些新型化合物可比之前报道的合成凝集素具有显著降低的复杂性，使得它们不仅在制备上，而且在用于特定的环境或物理形式、或用于特定目的的改造上更简单且廉价。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了式(I)的水溶性化合物：
其中R1至R8各自独立地选自氢；任选取代的烷基；任选取代的环烷基；任选取代的杂环基；任选取代的烯基；任选取代的炔基；任选取代的芳基；任选取代的杂芳基；烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；-SO3H；-SO3 -；-OSO3H；-OSO3 -；-PO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；-OPO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；胺；酰胺；卤素基团；-CN；NO2；-OH；亚氨基和酰亚氨基，条件是在所述各对R1R2、R3R4、R5R6和R7R8中的任意一对或多对中，所述两个取代基可连接在一起以形成任选取代的环状基团的一部分；并且，
R9和R10各自独立地选自氢；任选取代的烷基；任选取代的环烷基；任选取代的杂环基；任选取代的烯基；任选取代的炔基；任选取代的芳基；任选取代的杂芳基；烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；-SO3H；-SO3 -；-OSO3H；-OSO3 -；-PO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；-OPO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；胺；酰胺；卤素基团；-CN；-NO2；-OH；亚氨基和酰亚氨基。
已经发现这些相对简单、通常为单环的分子能够与糖分子结合，特别是全平伏糖如葡萄糖。它们可以相对简单的方式合成，通常(如下所述)从可商购的原材料起只需几步，并且具有相对高的收率。因此，它们可相对廉价地制备，并且还发现它们具有良好的稳定性。
尽管式(I)的化合物相对于所述已知的合成凝结素2具有改进的简化性和可达性，其还对特定的碳水化合物分子，特别是葡萄糖(在本发明中用于意指D-葡萄糖)表现出令人意外的良好选择性。已发现基于蒽的两个缩合的芳香部分提供了似乎是选择性结合到葡萄糖所必需的疏水性平面表面。如现有技术中的基于硼酸的受体，化合物(I)和葡萄糖之间的结合似乎不涉及共价键，而是涉及使得葡萄糖分子能够进入和离开由所述分子的环状结构所限定的腔的快速平衡。这意味着当用于检测血糖水平时，所述结合不会显著降低血液中葡萄糖的可用性。
同样重要的是，双蒽基单元的存在意指所述化合物(I)包含内置的检测系统。这些缀合基团倾向于强烈地吸收和发出荧光；它们在合适波长的辐射探寻时会自然发出荧光，并且当该化合物与糖类分子结合时，所发出的辐射强度和/或波长通常会改变。因此，发射光谱中的这种改变可被用于检测存在或不存在靶糖如葡萄糖。另外，通过调整取代基R1至R8的性质和/或位置，可对化合物(I)的激发和发射光谱进行调整以在电磁谱的所需区域内(例如，在可见区)提供响应。因此，与已知的受体(如基于硼酸的受体)和所述合成的凝集素2相比，式(I)的化合物可具有改进的、或至少更适合的信号特性。
因此，可预期本发明的化合物在血糖监测系统(包括用于连续使用)中具有很大的价值。
在式(I)的化合物中，所述两个芳香的、基于蒽的部分和所述两个间苯二甲酰部分、连同将它们连接在单环结构中的酰胺连接基团一起，定义了能够接纳糖类分子(特别是葡萄糖)的腔。
所述蒽部分行使两种功能。第一，它们似乎有助于该分子与糖类分子结合的能力以及该分子对糖类分子的选择性，所述糖类分子特别是具有一个或优选所有平伏基的那些，更特别是葡萄糖。尽管我们不希望囿于此理论，认为所述蒽部分的刚性有助于防止所述分子的糖接纳腔的瓦解，从而维持了定义明确的结合位点。第二，这些部分提供对电磁辐射的可检测的响应，这种响应，如下文更详细解释的，可受所述腔中糖类分子的存在的影响。
在本发明的一个实施方案中，所述取代基R1至R8各自独立地选自氢和极性基团。至少一种极性基团的存在可有助于提高所述化合物的水溶性。
在一个实施方案中，所述取代基R1至R8中的至少一个(合适地为两个以上，或四个以上)不是氢。
在一个实施方案中，R1至R8各自独立地选自氢；任选取代的杂环基；任选取代的烯基；任选取代的炔基；任选取代的芳基；任选取代的杂芳基；烷氧基；酮基或醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；-SO3H；-SO3 -；-OSO3H；-OSO3 -；-PO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；-OPO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；胺；酰胺；卤素基团；-CN；-NO2；-OH；以及亚氨基和酰亚氨基，条件是在所述各对R1R2、R3R4、R5R6和R7R8中的任意一对或多对中，所述两个取代基可连接在一起以形成任选取代的环状基团的一部分。
在一个实施方案中，所述取代基R1至R8各自独立地选自氢；烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；-SO3H；-SO3 -；-OSO3H；-OSO3 -；-PO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；-OPO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；胺；酰胺；卤素基团；-CN；-NO2；亚氨基和酰亚氨基；以及与其所连接的蒽单元稠合的环状基团。
在一个实施方案中，所述取代基R1至R8各自独立地选自氢、以及能够与其所连接的蒽单元发生电子相互作用的取代基(包括稠合的环状基团)。这样的电子相互作用通常包括所述蒽环的π-电子。例如，能够与其所连接的蒽单元发生电子相互作用的取代基可以是吸电子取代基，和/或其可与如此取代的蒽单元形成共轭体系，从而通过所述化合物(I)的发色团部分扩展共轭作用。
在本文中，合适的吸电子取代基包括例如烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；酰胺；卤素基团；-CN；-NO2；任选取代的芳基，例如苯基或萘基；任选取代的烯基和炔基；任选取代的杂环基和杂芳基；以及亚氨基和酰亚氨基。
在本发明的一个实施方案中，R1至R8中的一个或多个——合适地为两个以上，或四个以上——是与其所连接的蒽单元形成共轭体系的取代基。
在一个实施方案中，所述取代基R1至R8各自独立地选自氢；羧酸酯，特别是C1至C4酯如甲酯(-CO2CH3)；烷氧基，特别是C1至C4烷氧基如甲氧基，或在一些情况下，被羧酸、羧酸根或羧酸酯取代的烷氧基；任选取代的环酰亚氨基；羟基；和磺酸根如-O-SO2-CF3。在一个实施方案中，所述取代基R1至R8各自独立地选自氢；羧酸酯，特别是C1至C4酯如甲酯(-CO2CH3)；烷氧基，特别是C1至C4烷氧基如甲氧基；和任选取代的环酰亚氨基。在一个实施方案中，所述取代基R1至R8各自独立地选自氢；羧酸酯，特别是C1至C4酯如甲酯(-CO2CH3)；和任选取代的环酰亚氨基。取代的环酰亚氨基可具体地在环的氮原子上携带任选取代的烷基：例如所述烷基可以是亚甲基-CH2-，其本身例如被羧酸酯(特别是C1至C4酯如叔丁基酯)取代。
在本申请中，取代基可如下定义。
烷基可以是直链或支链的。它可特别是C1至C6烷基，或C1至C4烷基，或C1至C3烷基(例如甲基或乙基)。C3烷基可特别是异丙基。C4烷基可特别是叔丁基。
例如，环烷基可以是C3至C7脂族烃环，特别是5-或6-元脂族烃环。
杂环基是包含一个或多个选自以下的杂原子的脂族烃环：N、O、S和P，特别是N、O和S。所述环可以是3-7元环，例如5-或6-元环。
烯基包含一个或多个(例如两个、或更特别是一个)碳-碳双键。同样地，其可以是直链的或支链的，和/或可以是或包含环状部分。其可特别是C2至C6烯基，或C2至C4烯基，或C2至C3烯基。
炔基包含一个或多个(例如一个)碳-碳三键。其可以是直链的或支链的，和/或可以是或包含环状部分。它可特别是C2至C6炔基，或C2至C4炔基，或C2至C3炔基。
芳基是包含一个或多个(例如一个)芳香烃环的基团，例如苯基、苄基、甲苯基、甲苄基、萘基或蒽基。例如，其可以是C5至C18芳基，或C6至C18芳基，或C6至C14或C6至C10或C6至C8芳基。其可特别是苯基或苄基，更特别是苯基。
杂芳基是包含一个或多个(例如一个)芳香烃环的基团，所述环各自包含选自以下的一个或多个杂原子：N、O、S和P，特别是N、O和S。这样的环可以是3-7元环，例如5-或6-元环。
烷氧基包含端基-O-R11。
酮基包含端基-C(O)-R11。醛基包含端基-C(O)-H。
羧酸基团包含端基-CO2H。例如，其可包含C1至C4羧酸，或C1至C2羧酸，如-CH2CO2H或-CO2H。应理解，可以存在这样的基团，根据其环境，以相应的羧酸根离子-CO2 -的形式存在。羧酸酯包含端基-CO2R11。
胺基包含基团-N(R12)2。通常来说，其可以是伯胺，其中两个R12基团都是氢；仲胺，其中一个R12基团是氢；或叔胺，其中没有一个R12基团是氢。在一些情况下，氮原子可以形成杂环或杂芳环(例如5-或6-元环)的一部分。
酰胺基包含基团-C(O)-N(R12)2。通常来说，其可以是伯酰胺，其中两个R12基团都是氢；仲酰胺，其中一个R12基团是氢；或叔酰胺，其中没有一个R12基团是氢。在一些情况下，氮原子可以形成杂环或杂芳环(例如5-或6-元环)的一部分。
例如，卤素基团可选自氟、氯、溴和碘基团，或氟、氯和溴基团，或氟和氯基团。
亚氨基包含基团-C(＝NR13)R12，其可以是端基或可形成更长链的一部分或杂环或杂芳环(例如5-或6-元环)的一部分。
酰亚氨基包含基团-C(O)-NR13-C(O)-R12，其可以是端基或可以形成更长链的一部分或杂环或杂芳环(例如5-或6-元环)一部分。
磺酸根包含基团-O-SO2-R11。
在上述定义中，任意基团R11(独立于存在的任何其他R11基团)可选自任选取代的烷基、环烷基、杂环基、烯基、炔基、芳基和杂芳基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；烷氧基；酮基和醛基；胺基和酰胺基；以及卤素基团。其可选自任选取代的烷基、环烷基、杂环基、烯基、炔基、芳基和杂芳基。其可选自任选取代的烷基、环烷基、烯基和芳基。它可以特别是任选取代的(例如未取代的)烷基，更特别是C1至C4烷基或C1至C3烷基或C1至C2烷基，例如甲基。特别是在烷氧基可用作基团R1至R8的情况下，R11可包括羧酸或羧酸根离子或羧酸酯；例如，其可以是-CH2CO2H或-CH2CO2R27，其中R27是烷基，特别是C1至C4烷基如叔丁基。特别是在羧酸酯可用作基团R1至R8的情况下，R11可以是任选取代的(合适地为未取代的)烷基，例如C1至C5或C1至C4烷基如甲基或乙基。
任意基团R12(独立于存在的任何其他R12基团)可选自氢；如上定义的基团R11；和在某些情况下，视情况而定，一个键——相关取代基通过其被连接到所述分子的另一部分。
任意基团R13(独立于存在的任何其他R13基团)可选自氢；任选可取代的烷基；-OH；烷氧基；胺；和在一些情况下，视情况而定，一个键——相关取代基通过其被连接到所述分子的另一部分。R13可特别选自氢和任选取代的(例如酯-取代的)烷基，或选自氢和未取代的烷基。
“任选取代的”基团可以被一个或者多个(例如一个或两个)取代基取代，其中取代基可例如选自烷基、环烷基、杂环基、烯基、炔基、芳基和杂芳基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；烷氧基；酮基和醛基；胺基和酰胺基；卤素基团；-OH；-CN；和-NO2。
这样的取代基可特别选自烷基，更特别地C1至C4烷基或C1至C3烷基或C1至C2烷基，例如甲基；芳基，例如苯基或苄基，特别是苯基；羧酸和羧酸根离子，例如-CH2CO2H、-CO2H或相应的阴离子；烷氧基，例如乙氧基或甲氧基，特别是甲氧基；胺基和酰胺基，特别是伯胺基和伯酰胺基；卤素基团；和-OH。更特别地，这样的取代基可选自烷基，例如C1至C4烷基或C1至C3烷基或C1至C2烷基，如甲基；芳基，例如苯基或苄基，特别是苯基；烷氧基，例如乙氧基或甲氧基，特别是甲氧基；和-OH。仍更特别地，它们可选自烷基，例如C1至C4烷基或C1至C3烷基或C1至C2烷基，如甲基。
特别是在R1至R8的情况下，所述任选的取代基可特别是吸电子取代基，和/或可选自烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；胺；酰胺；卤素基团；-CN；-NO2；任选取代的芳基，例如苯基、苄基或萘基；任选取代的烯基和炔基；任选取代的杂环基和杂芳基；以及亚氨基和酰亚氨基。因此，例如，任选取代的烯基可被一个或多个其他吸电子基团取代，如在CH＝CHCN中的-CN。
“任选取代的”基团可以特别是未取代的。
取代基R1至R8可包括不饱和度；例如，其可包括碳-碳双键、羰基C＝O和/或亚氨基C＝N，特别是C＝C。所述取代基可与其所连接的蒽单元形成共轭体系，从而通过所述化合物(I)的发色团部分扩展共轭作用。在本发明的一个实施方案中，R1至R8中的一个或多个(例如2个以上，或4个以上)是包括不饱和度的取代基。在一个实施方案中，R1至R8中的一个或多个(例如2个以上，或4个以上)是通过所述相关蒽部分扩展共轭作用的取代基。
包含取代基R1R2对、R3R4对、R5R6对或R7R8对的环状基团可例如是n-元环，其中n一般为3至7或3至6或4至6，如5或6，特别是5。n可代表环中的碳原子数目。或者，所述环可包含一个或多个杂原子如O和/或N，特别是N。其可包含一个或多个C＝O基团。所述环可被一个或多个(例如一个或两个)取代基取代，所述取代基例如选自吸电子取代基如以上所述的那些。这类取代基中的任意两个以上本身可连接以形成其他稠合环状基团。但是，在一些情况下，由来自R1至R8的一对取代基形成的环可优选不被进一步取代。
n-元环是脂肪族的或芳香族的，合适地为芳香族；同样地，其可通过所述相关蒽单元扩展共轭作用。
在一个实施方案中，所述两对R1R2和R3R4中的至少一对(例如每一对)形成任选取代的环状基团。在一个实施方案中，所述两对R5R6和R7R8中的至少一对(例如每一对)形成任选取代的环状基团。在一个实施方案中，所述两对R1R2和R7R8中的至少一对(例如每一对)形成任选取代的环状基团。在一个实施方案中，所述四对R1R2、R3R4、R5R6或R7R8各自形成任选取代的环状基团。这样的环状基团可以是刚刚描述的类型。
因此，所述化合物(I)中的蒽部分中的一个或两个都可包含四环的或五环的稠环体系。在一个实施方案中，所述蒽部分中的一个或两个都(合适地为两个)包含五环的稠环体系。这种稠环体系合适地是芳香族的。
在一个实施方案中，所述取代基R1R2对、R3R4对、R5R6对和R7R8对中的一个或多个形成任选取代的环酰亚氨基，特别是5-元环酰亚胺，其中所述环氮原子可例如被如上定义的基团R11或R13取代，特别是被烷基如C1至C4烷基取代。这样的烷基本身可被一个或多个吸电子取代基如以上所讨论的那些取代，所述取代基例如选自羧酸和羧酸根离子；烷氧基；和酯，特别是酯。在一个实施方案中，所述R1R2对和R7R8对中的一对或两对(合适地为两对)都形成这样的环酰亚胺。在一个实施方案中，所述R3R4对和R5R6对中的一对或两对(合适地为两者)形成这样的环酰亚胺。因此，在另一个实施方案中，所述四对中的每一对都可形成这样的环酰亚胺。
在一个具体实施方案中，这样的环酰亚胺是五元环，其中氮原子被酯取代的烷基取代，例如式－(CH2)nCO2-R11其中n是1到3的整数，合适地为1，R11如上所定义并且可特别是C1至C5或C1至C4烷基，例如叔丁基。
在一个实施方案中，R1和R7中的一个或两个(合适地为两个)可选自式-C(O)－R11的基团，其中R11如上定义并且特别是C1至C4烷基。更特别地，R1和R7中的一个或两个(合适地为两个)可以是－C(O)CH3。
在一个实施方案中，所述基团R1至R8中的一个或多个(合适地为全部)选自式-CO2-R11的酯基团，其中R11如上定义并且特别是C1至C4烷基，例如甲基或乙基，特别是甲基。
在一个实施方案中，R1至R4都是氢。在一个实施方案中，R1至R8都是氢。
在本发明的一个实施方案中，R1＝R7、R2＝R8、R3＝R5和R4＝R6。因此，就分子的两个基于蒽的芳香部分的性质而言，该分子可为对称的。在一个可替代实施方案中，就所述两个蒽部分的性质而言，所述分子是不对称的。
如上所述，所述取代基R1至R8的性质可用于影响化合物(I)吸收和/或发射电磁辐射处的波长，从而调整所述波长用于所需的情境。举例来说，可以选择所述取代基R1至R8以使得所述化合物响应电磁辐射时发荧光。该取代基可以是这样的，以使得所述化合物在电磁谱的可见区(例如从约400-700nm)吸收和/或发射(合适地为发射)辐射，特别是在红光区(例如从约580到700nm)，和/或在近红外区(例如从约700nm到1000nm)。它们可以是这样的，以使得所述化合物在身体组织对其至少是部分透明的光谱区中吸收和/或发射(合适地为发射)辐射，从而使得即使当所述化合物存在于血液中时，也可能从体外检测到该化合物的光谱学响应。这种检测在下面被更详细解释，并且其可使用本发明的化合物帮助血糖水平的连续监测。
在一个实施方案中，为了避免血红蛋白的主吸收波长，化合物(I)的峰值发射波长大于450nm。其峰值发射波长可以是500nm或更大，或550或理想地为600nm或更大，因为在这些区域中身体吸收相对较少的电磁辐射。
以这种方式，化合物(I)的两个蒽部分的性质可影响它的可检测性。因此，通过相关蒽部分扩展共轭作用的取代基可增加所述化合物在激发后发射的电磁辐射波长。使用下述制备方法可相对容易地实现通过化合物的取代基R1至R8对所述化合物的改造。如下面实施例中描述的结构和结合研究，表明与化合物(I)复合的糖类分子会存在于由其大环结构限定的腔中，并且不大可能与所述蒽部分的外围处的取代基接触：因此，相信所述取代基R1至R8的修饰不大可能限制所述化合物对靶糖如葡萄糖的亲和力，或其对这类靶标的选择性。
所述取代基R1至R8还可用于影响化合物(I)的耐光性。例如，一个或多个吸电子基团的存在可增加耐光性，因此使得所述化合物更适于医学应用。
在式(I)的化合物中，所述间苯二甲酰部分可执行两种功能。第一，它们以适于形成可被糖类分子占据的空间或腔的方式将连接所述两个蒽部分连接在一起。第二，它们的取代基R9和R10可用于赋予整个分子一种或多种其他功能。例如，R9和R10可增加所述分子的水溶性，有助于其在水性环境如血液中的使用。或者或另外，如下面更详细描述的，它们可包含使得所述分子能够纳入到聚合物结构中的可聚合基团。
在本发明的一个实施方案中，R9和R10中的至少一个是亲水取代基。适合地，R9和R10各自独立地选自氢和亲水取代基，条件是R9和R10中的至少一个是亲水取代基。在一个实施方案中，R9和R10二者都是亲水取代基。或者或另外，所述取代基R1至R8的一个或多个可以是亲水取代基。重要的是，一起选择取代基R1至R10使得所述化合物(I)作为整体是水溶性的。其适当溶于水中到至少1μM的水平，优选至少1mM。
在本发明的一个实施方案中，所述取代基R1至R10中的一个或多个，特别是R9和R10，是亲水取代基。在一个实施方案中，R9和R10各自独立地选自氢和亲水取代基，并且适当地R9和R10中至少一个是亲水取代基。在一个实施方案中，R9和R10中的一个或两个(优选两个)是亲水取代基。
亲水取代基是包含一个或多个亲水官能团的取代基，所述取代基例如选自极性基团如羧酸、羧酸根离子、羧酸酯、羟基、胺、酰胺、醚、酮基和醛基、-NO2、硫酸根、磺酸根、磷酸根、膦酸根、及其组合。这样的亲水官能团可选自羧酸、羧酸根离子、羧酸酯、羟基、胺、酰胺、醚、酮基和醛基、及其组合，或特别选自羧酸、羧酸根离子、酰胺、醚、及其组合，更特别选自羧酸和羧酸根离子。
因为式(I)的化合物原本(即如果所有的R1至R10都是氢)是天然疏水的，所述取代基R1至R10中的至少一个(例如R9与R10中的至少一个)适当地具有强亲水性。出于此原因，亲水取代基可优选包含1个以上(例如2个或3个以上，合适地为5个或7个或9个以上)亲水官能团如以上列出的那些。在一些情况下，其可包含10个或15个或20个以上亲水官能团，或在一些情况下25个或30个以上。亲水取代基可例如选自包含聚羧酸、聚羧酸酯、多羟基、聚酯、聚醚、聚胺、聚酰胺、多磷酸盐和/或聚氧化烯(具体为聚氧乙烯)单元的取代基，或选自包含聚羧酸、聚羧酸酯和/或聚酰胺单元的取代基，或选自包含聚羧酸和/或聚羧酸酯单元的取代基。
在一个实施方案中，亲水取代基(例如R9和/或R10)可以是被1个以上(例如2个以上，例如3个)亲水端基(例如特别是羧酸或羧酸根离子)取代的烃基。这样的烃基可以被5个或6个以上，或在一些情况下9个以上亲水端基如羧酸或羧酸根离子取代。它可被10个或15个或20个或25个或30个以上这样的亲水官能团取代。烃基可被定义为同时包含氢和碳原子的任何基团，并且还任选包含一种或多种杂原子如O、N、S和/或P，特别是O、N和/或S。理想地，这样的烃基还包含一个或多个非末端极性基团，所述非末端极性基团例如选自仲胺和叔胺(特别是仲胺)、仲酰胺和叔酰胺(特别是仲酰胺)、醚及其组合。
在一个实施方案中，取代基R9和R10可选自式-C(O)-R14的基团，其中R14是如上定义的亲水取代基。在一个优选实施方案中，R9和R10中的一个或两个(合适地为两个)分别选自式-C(O)-R14的基团。
在一个实施方案中，R14是基团-NR15C(R16CO2H)3，其中R15选自氢和C1至C4烷基，或选自氢和C1至C2烷基，并且特别是氢；和R16是基团(CH2)n，其中n是1到6的整数或2到4的整数，例如2或3，任选包含醚基-O-。所述或每个R16可例如是-CH2O-CH2CH2-。在一个实施方案中，亲水取代基如R9和/或R10是基团-C(O)NHC(R16CO2H)3，或基团-C(O)NR15C(CH2OCH2CH2CO2H)3，其中R15和R16如上定义。特别地，亲水取代基如R9和/或R10是基团-C(O)NHC(CH2OCH2CH2CO2H)3。
在一个实施方案中，R14是基团-NR15C(R17)3，其中R15如上定义；R17是基团-R18C(O)NR15-C(R18CO2H)3；并且R18各自独立地选自如上所定义的基团R16。所述或每个R18可例如是-CH2O-CH2CH2-，或可例如是-CH2CH2-。尽管R15基团适合地全部都是氢，其不需要都是相同的。
因此，R14可以是下式(X)的基团：
或者，R14可以是下式(XI)的基团：
在一个实施方案中，R14是基团-NR15C(R25)3，其中R15如上定义；R25是基团-R18C(O)NR15-C(R26)3；R26是基团-R18C(O)NR15-C(R18CO2H)3；并且R18各自独立地选自如上所定义的基团R16，例如-CH2CH2-。同样地，尽管R15基团适合地全部都是氢，其不需要都是相同的。
因此，R14可以是下式(XII)的基团：
在基团R14中，可能每个R16基团、和/或每个R17基团、和/或每个R18基团、和/或每个R25基团、和/或每个R26都是相同的。
在本发明的一个更具体的实施方案中，化合物(I)是如以下实施例中所描述的化合物3、13或14。特别地，它可以是化合物13或14，更特别是化合物14。在每一种情况下，这类化合物可以盐的形式存在或以受保护的形式如酯的形式存在。特别地，在末端羧酸基例如作为增溶基团R9或R10的一部分存在的情况下，它们可以酸或以羧酸根阴离子、或以相应的酯如C1至C4酯的形式存在。
任何含羧酸的基团R14都可以它的羧酸盐等价物形式使用，其中基团-CO2H以相应的阴离子-CO2 -的形式存在。
在上述类型的含羧酸的基团R14中，基团-C(R16CO2H)3、-C(R18CO2H)3、-C(R17)3、-C(R25)3或-C(R26)3中的一个或多个(合适地为一个)可被将具体官能引入到所述分子中的另一部分替代。例如，如下面更详细描述的，这样的部分可以是可聚合的官能团。已发现R9或R10基团的外围可被修饰而不会过度影响化合物(I)的糖结合、选择性和光谱响应，特别是当该基团是例如以上式(X)、(XI)或更特别是(XII)的较大的亲水取代基时。
在本发明的一个实施方案中，R9和R10是相同的。在一个可替代的实施方案中，R9和R10是不相同的。
过去已由Baumes等人[例如，参见Nature Chemistry advanceonline publication，24October 2010，DOI：10.1038/NCHEM.871]制备了结构上与化合物(I)相似的化合物。但是，这些化合物是疏水性的，因此天然不适合用于水性环境如血液。它们被公开用于制备菁轮烷内过氧化物(squaraine rotaxane endoperoxide)，旨在用作荧光染料和化学发光染料。类似化合物，同样是疏水的并且同样用于制备化学染料，已经由Gassensmith等人记载在J Am Chem Soc 2007，129：15054-15059中；由Collins等人记载在Chem Commun，2011，47：12352-12354中；由Lee等人记载在Chem Commun，2011，47：7188-7190中；由Murgu等人记载在J Org Chem，2011，76：688-691中；由Baumes等人记载在Org Lett，2010，12(no.21)：4980-4983中；并且由Gassensmith等人记载在Org Lett，2008，10(no.15)：3343-3346中(还参见Gassensmith等人，Chem Commun，2009：2517-2519，和WO-201I/087521)。
本发明的化合物(I)适当地能够与靶糖络合。理想地，这样的络合不涉及共价键的形成，而是更弱的相互作用如CH-π相互作用和/或糖类OH基团和化合物(I)分子的极性区域间的极性相互作用。理想地，如果所述靶糖和化合物(I)都存在于同一水性环境中，则在它们之间产生可逆的(适当地达到平衡)的结合。当连续监测靶糖的浓度变化(例如血糖水平的波动)时，可逆结合是一个特别的优势。
特别地，所述化合物(I)可能够与携带一个或多个平伏取代基的糖类络合，更特别地与全平伏糖络合，更特别地与包含全平伏β-葡糖基单元的糖络合，和最特别地与葡萄糖络合。
化合物(I)在与靶糖(特别是葡萄糖)络合时适当地显示出了光谱响应。“光谱响应”意指化合物吸收、反射、传播和/或发射电磁辐射的能力的改变，特别是在约300到1000nm的区域中，更特别是在近红外区或可见区(例如约400到1000nm)，更特别是在近红外区和/或可见红光区(例如约580到700nm或约580到1000nm)。例如，所述光谱响应可包含当使用应用电磁波激发时所述化合物发射电磁辐射时所在的波长的改变，和/或激发后，在任何给定的波长下，所述化合物发射电磁辐射的程度(即强度)。在这两种情况下，所述响应能够指示存在或不存在化合物(I)与靶糖之间的络合，和/或指示这样的络合的数量或程度。特别地，所述光谱响应可包含激发后，所述化合物(I)特别在其峰值发射波长下发射电磁辐射的强度改变。
在一个实施方案中，所述光谱响应在电磁谱的可见区(特别是红光区)，和/或在红外区或近红外区是可检测的。例如，所述化合物(I)可在响应应用电磁波时发荧光，并且其发荧光时(适当地在存在和不存在与靶糖的络合时)所在的波长可在电磁谱的可见区和/或近红外区。
同样地，可对所述取代基R1至R8进行改造以影响所述化合物的光谱响应(例如响应发生时所在的波长，和/或响应发生的程度)。
化合物(I)适当地具有与靶糖、特别是与葡萄糖的结合亲和力，使得结合常数Kα是10M-1或更大。在一个实施方案中，Kα是20M-1或30M-1或更大、或40M-1或50M-1或更大。例如，其可最高达到200M-1，或最高达到150M-1，或最高达到130M-1或100M-1，或在一些情况下为75M-1，例如10到200M-1、或30到100M-1、或50到100M-1。理想地，与靶糖(特别是葡萄糖)的结合亲和力是这样的，以使得所述化合物(I)适合用于检测人类患者或动物(特别是哺乳动物，更特别是人类)患者的血液中的靶标。如上所述，这样的检测适当地包括所述化合物(I)对与靶糖络合的光谱响应的检测。如果结合亲和力太低，所述络合不会很容易地被检测到。但是，如果结合亲和力太高，所述化合物(I)可甚至在相对较低的靶浓度下达到饱和，因此使得其不适合用于检测更宽范围的靶糖浓度。在“正常的”、健康人类患者中，血糖浓度范围为2到13mM；理想地，在靶糖浓度最高达到约50mM时、或最高达到约30mM(例如约0.1到20mM或1到20mM或2到20mM)时，所述化合物(I)和所述靶糖(特别是葡萄糖)之间形成的络合物能够被检测到，而不会发生饱和。
在一个优选的实施方案中，相对于其他单糖和双糖，特别是相对于也可能存在于血液中的糖类(如半乳糖和/或果糖)，所述化合物(I)对葡萄糖具有选择性。例如，所述化合物(I)可对葡萄糖具有结合亲和力，所述结合亲和力至少是它对其他单糖或双糖的结合亲和力的1.5倍，或至少1.75倍或2倍，或在一些情况下至少5倍或10倍。适当地，相对于可能存在于患者的血液中的其他潜在竞争性分析物，所述化合物(I)对葡萄糖具有选择性：这样的竞争性分析物可包括例如乳酸和甘露醇；其中所述化合物用于检测血糖水平。
例如如下面实施例中所记载的，可使用以下的已知方法测量结合亲和力以及因此的选择性：如NMR光谱、荧光滴定和/或等温滴定量热法。它们适合地在水性环境中(例如在血液中)进行测量。它们可在室温下、或更适合地在体温或接近体温的温度下(例如在30℃至40℃之间或在35℃至40℃之间)进行测量。
适宜地，所述化合物(I)在靶糖(特别是葡萄糖)存在时显示出容易检测到的光谱响应。在一个实施方案中，由于与所述靶糖络合，在所述化合物的峰值发射波长下测量的激发后其发射电磁辐射的强度(即它发荧光的强度)，变化至少5％，或至少10或25％，或在一些情况下至少50或75或甚至100％。在一个实施方案中，由于这样的络合，所发射的辐射的强度增加。在一个实施方案中，由于与所述靶糖络合，激发后，所述化合物(I)发射电磁辐射时所在的波长变化至少5％，或至少10或25％，或在一些情况下至少50或75或甚至100％。
式(I)的优选化合物是可接受用于药学(可包括兽药)用途的那些，特别是可被安全引入到人类患者或动物患者的血液中的那些。还优选在生理条件下，即当存在于活的人类患者或动物患者的血液中时，显示合理程度的耐光性的那些化合物。
根据本发明的第二方面，提供了式(Ia)的化合物，其是额外纳入了一个或多个可聚合官能团的式(I)的化合物。只要该化合物可被纳入到水溶性或可水合的聚合物中，其本身不需要必须是水溶性的。
“可聚合官能团”意指这样的基团，其(在例如用聚合引发剂适当激活后)可与另一分子上的另一个此种基团发生反应，以与那个其他分子形成聚合物或共聚物的一部分。本上下文中的“其他分子”可以是相同式(Ia)的另一分子、不同式(Ia)的分子、或另一单体或聚合物的分子。例如，合适的可聚合官能团包括丙烯酰胺基团和烷基丙烯酰胺(例如甲基丙烯酰胺或二甲基丙烯酰胺)基团、丙烯酸酯基团和烷基丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸酯)基团、乙烯基C＝C，及其组合。
在化合物(Ia)中，所述可聚合官能团可被连接到，或作为所述取代基R1至R10(特别是R9和R10)中的任何一个或多个的一部分而被纳入。因此，在本发明的一个实施方案中，R9和R10中的一个或两个(合适地为两个)纳入可聚合官能团：所述相关的R9和/或R10取代基不需要必须是亲水性的。
举例来说，在化合物(Ia)中，所述基团R9和R10中的一个或优选两者可包含丙烯酰胺基团-NH-C(O)-CH＝CH2。所得到的化合物随后可与丙烯酰胺单体和/或其他成分(例如，包括连接单元如聚氧化烯)共聚合，以得到的聚合基质——如凝胶——其整合本发明的化合物的糖络合能力。
本上下文中的术语“聚合物”包含低聚物。它还包含共聚物。以这种方式形成的聚合物可不溶于水，但是可水合的(即能够被水分子渗透，并因此被存在于水性环境中的糖类分子渗透)。
本发明的第三方面提供了一种聚合物，所述聚合物在其结构中纳入了第一方面或第二方面的化合物－即式(I)或(Ia)的单体。所述聚合物适合地是水溶性的和/或可水合的。所述化合物(I)或(Ia)适当地通过一个或多个可聚合官能团化学连接到该聚合物的剩余部分，所述可聚合官能团可形成R1至R10基团(特别是基团R9和/或R10)中的一个或多个的一部分。
在一个实施方案中，所述聚合物是水溶性的：例如，其可在水中溶解到至少1μM(优选至少1mM)的水平。
在一个实施方案中，所述聚合物是凝胶(特别是水凝胶)形式，例如，其可以小珠的形式被使用以固定化合物(I)或(Ia)。例如，所述聚合物可由交联的聚乙二醇(PEG)和/或聚丙烯酰胺链组成，适当地被水溶剂化。
所述化合物(Ia)通过合适的官能团纳入聚合物结构，可提供将所述化合物(I)引入到支持物或其他形式的载体之中或之上的方法，并因此有助于将所述化合物(I)递送至所需位置。例如，可使得所述化合物能够用作凝胶状聚合物(例如交联的聚合物，如聚丙烯酰胺)的化学结构的一部分。可使得所述化合物能够结合到聚合物表面，例如适于引入到血液中的探针或其它装置的聚合物表面。下面更详细地描述本发明化合物的此类用途。
在另一个实施方案中，所述化合物(I)或(Ia)可被物理纳入到聚合物结构中，而不是被共价结合到聚合物上。为了保持所需的物理结构，这样的体系可依靠所述化合物(I)或(Ia)与聚合物之间的非共价相互作用，例如氢键和/或离子键。在一些情况下，可能不需要用可聚合官能团对所述化合物(I)进行化学修饰。
根据第四方面，本发明提供了用于在水性环境中检测靶糖的组合物，所述组合物包含本发明第一或第二方面的化合物、或第三方面的聚合物，以及载体。
所述靶糖的检测可包含定性的和/或定量的评估，即评估在水性环境中存在或不存在所述靶标和/或评估所存在的靶标的量或近似量。如上所述，所述靶糖可以特别是全平伏糖，更特别是葡萄糖。所述水性环境可以是血液或血液衍生的产物。
例如，所述载体可包含固体、半固体(例如乳膏或凝胶)或液体材料，特别是固体或半固体材料。所述载体适合地可接受用于药学(可包括兽药)用途，特别是用于人类药学用途，和特别是用于血液中。
本发明第四方面的组合物可包含多相体系如乳液或固体悬浮液，其中所述化合物(I)或(Ia)或如果合适所述聚合物，存在于所述载体中或存在于与所述载体的相不同的相中。例如，可以一些方式将所述化合物或聚合物(微)胶囊化并分散在所述载体中。
在一个实施方案中，所述化合物或聚合物被固定在固体或半固体支持物之上或之中。所述固体或半固体支持物本身可以是载体，或在载体中被提供(例如作为悬浮液)。例如，所述固体或半固体支持物可包含聚合基质，和/或可为凝胶形式，例如水凝胶。合适的聚合物包括以上讨论的与本发明的第一到第三方面有关的那些。如上所述，所述化合物(I)或(Ia)本身可形成该聚合物的一部分，或可通过合适的官能团化学结合到所述聚合物上。
如本领域的技术人员所熟知的，用于所述化合物或聚合物的其他合适的载体包括常规载体和赋形剂，特别是可药用的那些。
本发明的第五方面提供了一种装置，所述装置携带本发明的第一或第二方面的化合物、第三方面的聚合物、和/或第四方面的组合物，其理想地为适于和/或被改造为适于引入到人体内或动物体内，特别是人体内的形式。这样的装置可特别用于连续或半连续地监测血糖水平。一旦被引入到血液中，所述化合物(I)或(Ia)或视情况而定所述聚合物，将与存在的任何葡萄糖的结合处于平衡状态；因此其光谱响应将取决于血液中的葡萄糖量。这种响应可通过探询具有合适波长的电磁辐射的装置以及检测所产生的辐射而从体外检测。
所述装置优选适于和/或被改造为适于在人体内或动物体内，特别是人体内的所需位置中植入。
本发明的装置可以采取任何合适的形式。其可包含丸剂、片剂、胶囊、芯片(chip)或其他可例如能够(例如通过插管)引入到血液中的形式。例如，其可包含、或被携带在、或能够被携带在可植入装置(如支架或探针)之中或之上。理想地，所述装置采取使得其能够被引入到、并理想地被保持在血液中所需位置处以便于检测的形式。可植入的葡萄糖-监测系统是本领域已经已知的，例如以葡萄糖检测器“芯片”或以可通过插管被引入的带有受体的电缆的形式。但是，这种已知的系统依赖于基于硼酸的受体，如上所述，与本发明的受体化合物(I)相比，该受体可具有某些缺点。
本发明第五方面的装置可携带第一或第二方面的化合物、第三方面的聚合物和/或第四方面的组合物。所述化合物、聚合物或组合物可被携带在所述装置之上和/或之中。所述化合物或聚合物可例如以如上所述的方式被固定在固体支持物之中或之上，所述固体支持物形成所述装置的一部分。
在一个实施方案中，该装置包含柔性电缆，特别是纤维光缆，其适于和/或被改造为适于引入到血管中，本发明的化合物或聚合物或组合物被携带在所述电缆之中或之上。所述化合物或聚合物或组合物可例如通过如上所述的聚合物结合而固定在所述电缆的末端。其可以组合物(如乳膏或凝胶)的形式应用到所述电缆的末端。如果所述电缆是纤维光缆，则其还可用于引入用来探询所述化合物或聚合物的电磁辐射，和/或用于将来自因此-激发的化合物或聚合物的所发射的辐射返回到合适的检测器中。这样的装置可方便地用于医学用途，因为所述电缆的端头可在每次使用后是可替换的，或者替代地可在应用新鲜数量的本发明化合物或聚合物或组合物之前进行清洁。另外，因为电磁辐射可通过纤维光缆直接输送到所需位置，可能不太需要调整所述化合物或聚合物的光谱特性来例如确保所激发的辐射或所发射的辐射可穿过身体组织。
纤维光学葡萄糖监测系统是已知的并且已经上市，但是其利用基于发色团-标记的硼酸的受体而不是本发明的化合物。这种现有的系统，以及用于检测和处理光谱数据的相关技术，可很容易地被改造为适于与本发明的受体化合物(I)或(Ia)一起使用。
本发明的第五方面的装置可能够运转而不需要电源，因为其可被远程询问。
根据第六方面，本发明提供了用于在水性环境中检测靶糖的检测系统，所述系统包含第一或第二方面的化合物、第三方面的聚合物、第四方面的组合物和/或第五方面的装置，以及用于检测式(I)或(Ia)的化合物或视情况而定所述聚合物对水性环境中所述靶糖的响应(特别是光谱响应)的检测器。
这样的系统的优选特征可以是与本发明第一至第五方面有关的如上所述的。特别地，所述靶糖可以是葡萄糖。水性环境可以是血液或血液衍生的产物。因此，所述系统可用于或用作血糖监测系统。所述检测器可用于检测所述化合物或聚合物对磁辐射应用的光谱响应。
所述化合物、聚合物、组合物或装置可以或通过以上讨论的任何形式被提供、或可采取以上讨论的任何形式，特别是植入物、纤维光缆或其它适于引入到身体中的装置。
例如，检测器可采取(优选小的)手持装置的形式，和/或可采取能够被捆扎、或以其他方式固定到人类患者或动物患者的身体中的装置(例如类似于腕表)的形式。这样的装置可能够接收，以及还适当地处理由所述化合物(I)或(Ia)、或由视情况而定所述聚合物、或在一些情况下由其它相关物质如竞争性物质所发射的电磁辐射，并且可能够提供包含相关信息(特别是关于水性环境中靶糖浓度或近似浓度的信息)的输出结果。为了监测患者的血糖水平，这样的装置可以被糖尿病患者使用，和/或被照顾糖尿病患者或其他患者的专业医师使用。因此，其也可被用于帮助将患者的血糖水平维持在理想的、“安全的”范围内，和/或被用于警告发生或有可能发生与升高的或降低的血糖水平相关的并发症，例如低血糖症。
存在的来自检测器的输出结果——通常以衍生自检测到的光谱响应的靶糖浓度的形式——可被显示以被例如临床医师或患者使用。其可被提供到另一系统，例如用于向患者提供活性物质(如胰岛素)的系统、或生命-维持器、或用于监测患者健康的系统。因此，所述检测系统可包含输出装置，该输出装置包含例如(a)显示器和/或(b)通过其能够将信息提供给另一系统或装置的连接器或连接端口。
本发明的检测系统还可包含探询装置，所述探询装置用于应用电磁辐射来激发所述化合物或聚合物以使其在响应中发射电磁辐射。所应用的辐射波长和在响应中所发射的辐射波长，将取决于所述化合物或聚合物的光谱性质：通常，所发射的辐射比所应用的辐射具有更长的波长。但是，所发射的辐射波长可以改变以响应所述化合物或聚合物与所述靶糖的络合。
所述探询装置可适合地被纳入到也携带所述检测器的装置中。
在一个实施方案中，除了所述式(I)或(Ia)的化合物或聚合物，本发明的检测系统还包含以下详细描述的类型的竞争性物质。
本发明的第七方面提供了用于将活性物质供应到水性环境中以响应所述水性环境中靶糖浓度的改变的供应系统，所述系统包括(i)本发明第六方面的检测系统、(ii)活性物质的供应器、(iii)用于从所述供应器向所述水环性境递送所述活性物质的递送装置、和(iv)用于控制所述活性物质的递送以响应由所述检测系统(i)检测到的靶糖的浓度或浓度改变的控制装置。
所述控制装置(iv)可能够接收来自所述检测系统的信号，与所检测的靶糖浓度相关。其还可包括比较装置，用于将检测到的靶糖浓度与水性环境中所述靶标的所需浓度的预定值进行比较。适当地为了将所述靶糖浓度恢复到所需范围内、或为了将所述靶糖浓度维持在所需范围内，所述控制方法可随后能够调整所述活性物质递送到所述环境的速率、时机和/或数量以响应所检测到的浓度与预定浓度之间的差异。例如，所述控制装置可能够将适当的信号传递给所述递送装置(iii)，所述递送装置可在供应器(ii)和所述水性环境之间含有泵、阀和/或其他流量控制装置。因此，可以使用这样的系统以提供对所述活性物质递送的自动控制，以响应来自所述水性环境的实时反馈。
所述水性环境可特别是人体或动物体(特别是人体)的血液。所述靶糖可特别是葡萄糖。所述活性物质可包含胰岛素。
在一个实施方案中，所述活性物质可包含所述靶糖：因此，例如，可将所述系统用于递送靶糖(如葡萄糖)以响应所述水性环境中所述靶标的浓度的降低。
因此，本发明第七方面的系统可适合用作所谓的“人造胰脏”、或用作所谓的“人造胰脏”的一部分，所述“人造胰脏”是能够持续地向患者供应胰岛素以确保他们的血糖水平保持在安全限度内的闭环系统。其可适合用作重症监护生命维持系统的一部分，以再次将血糖水平保持在安全限度内。本发明的多个方面可提供这样的人造胰脏或生命维持系统。一旦建立-例如通过植入本发明第五方面的装置和在合适位置安装检测器-该系统可以需要患者或护理人员相对少的干预。
根据本发明的第八方面，提供了用于在水性环境中检测靶糖的方法，所述方法包含将本发明第一或第二方面的化合物、第三方面的聚合物、第四方面的组合物和/或第五方面的装置引入到所述水环境，并且检测该化合物或聚合物、或其他相关物质(例如如下所述的竞争性物质)对环境的响应。所述响应可特别是光谱响应。可将式(I)的化合物以本发明第四方面的组合物、第五方面的装置、如上定义的式(Ia)的化合物和/或纳入所述化合物(I)或(Ia)的聚合物的形式引入到所述水性环境中。
所述靶糖可以是葡萄糖。所述水性环境可以是血液(特别是人类血液)或血液衍生的产物。
本发明第八方面的方法可用于在水性环境中检测所述靶糖的存在或不存在，和/或用于在所述环境中检测关于所述靶糖浓度的信息。在后一种情况下，所述方法可提供所述靶糖浓度的近似指示(例如，指示所述靶糖浓度落入的一个或多个范围)和/或更精确的指示。适宜地，所述方法包括检测关于所述靶糖浓度的信息。
如上所述，所述化合物或聚合物对其环境的光谱响应可包含该化合物或聚合物吸收、反射、传输和/或发射电磁辐射的能力的改变。特别地，其可包含使用应用电磁波激发后所述化合物或聚合物在任何给定的波长下(例如在其峰值发射波长下)发射电磁辐射的程度(即强度)的变化。这样的响应会是由于所述化合物或聚合物与存在于所述水性环境中的靶糖的络合，并且因此可提供所述靶标在所述环境中存在或不存在的指示、和/或其在所述环境中的浓度的指示。
光谱响应可通过合适的光谱学装置检测，例如通过在水性环境中检测所述化合物或聚合物的电磁吸收、反射、传输和/或发射波谱的改变。所述响应可参照所述化合物或聚合物在引入到所述水性环境之前的光谱性质、和/或参照在含有已知浓度的靶糖的水性环境中所述化合物或聚合物的光谱性质进行评估。
一般来说，提到“检测”光谱响应意指检测这种响应的存在、不存在和/或性质和/或量级。
在本发明第八个方面的一个实施方案中，所述受体化合物或聚合物与另一物质结合(不管是否通过化学和/或物理的方法)，所述物质由于与所述化合物或聚合物-特别是葡萄糖选择性受体-结合，其本身表现出随水性环境中所述靶糖浓度改变的可检测的响应。例如，所述可检测的响应可以是物理性质——如质量或振动频率——(的改变)。在这样的检测方法中，所述化合物或聚合物不一定需要调整其光谱性质以提供其与所述靶糖络合的(间接地)可检测的指示。
所述化合物或聚合物对所述靶糖的响应可被竞争性物质与所述化合物或聚合物的包含物标记、改变和/或扩大，所述竞争性物质能够与所述化合物或聚合物结合，除非其被所述化合物或聚合物对其具有更高亲和力的靶糖替换。由所述靶糖对所述竞争性物质的置换，可产生与所述化合物或聚合物与所述靶糖的纯粹结合相比更大的、和/或更容易检测的响应。所述竞争性物质可例如是糖模拟物，并且可例如具有与所述靶糖相比对所述化合物或聚合物更低的亲和力，或可与所述化合物或聚合物相比以更低的浓度存在。在这样的情况下，所述竞争性物质本身可显示可检测的响应，或其可以上述方式与另一物质结合，并且同样地，所述其他物质因此可显示随靶糖浓度和因此随来自所述化合物或聚合物的竞争性物质的替换程度而改变的可检测的响应。
本发明第八方面的方法可在已从人类或动物-特别是哺乳动物、更特别是人类-身体中提取的血液中，或在衍生自这种血液的产物中进行。
或者，所述方法可在体内，在人类或动物(特别是哺乳动物，更特别是人类)——特别是活的人类或动物——的血液中进行。
所述方法可以在单个时间点进行。但是，特别是当在体内进行时，所述方法可被用于在水性环境中连续或半连续地监测所述靶糖的浓度：所述化合物、聚合物或其他物质的响应可在其引入到水性环境之后的一段时间内、或在其引入后的多个离散的时间点进行连续监测。
本发明第八方面的方法可包括在所述水性环境中改变所述靶糖浓度的额外步骤，例如通过将合适的活性物质(特别是胰岛素和/或葡萄糖)供应给所述环境以响应所述靶糖的可检测的浓度或浓度的变化。所述改变步骤也可在单个时间点进行、或在一段时间内连续进行，或在多个离散的时间点进行、和/或响应检测到的所述靶糖浓度的改变而进行。
本发明的第九方面提供了一种用于诊断和/或治疗病症的方法，或用作用于诊断或治疗病症的方法的一部分，所述病症导致人类或动物患者中(特别是患者血液中)的靶糖浓度异常、或原本与人类或动物患者中(特别是患者血液中)的靶糖浓度异常相关，所述方法包括在患者中的或衍生自患者的水性样品中进行本发明第八方面的方法，并且利用所述化合物(I)或(Ia)、或聚合物或视情况而定其他结合的物质对该样品的(通常是光谱)响应，以得到与患者患有的病症的性质和/或治疗有关的决定、和/或作为所述病症治疗计划的一部分的决定。同样地，所述靶糖可特别是葡萄糖。所述水性样品可特别是血液或血液衍生的产物。所述病症可以是糖尿病、或影响重症监护患者或术后患者的健康的病症。
当用于诊断时，这样的方法可在体内或在提取自患者身体的样品(特别是血液)或该样品衍生的产物中进行。关于所述病症的性质和/或治疗的决定适当地由临床医师或其他医学或兽医专业人员做出。但是，所述化合物或聚合物的响应的检测(无论是定性和/或定量)，和相关数据的分析，可以由技术人员或其他非医学从业人员、或甚至由患者自己进行，或可以是全自动的或部分自动的(即在机器控制下)。
本发明第八方面或第九方面的方法可特别用于糖尿病患者、和/或重症监护患者或术后患者的诊断和/或治疗。例如，其可以用于治疗糖尿病患者，以帮助将患者的血糖水平维持在所需的范围内。当这些方法在体内进行时，它们可涉及将所述化合物或聚合物，例如以本发明第四方面的组合物的形式和/或以第五方面的装置的形式，引入到患者的血液中。这种引入可涉及外科手术过程。或者，其可以不需要手术即可进行。例如，化合物、聚合物或组合物可使用注射器引入。
根据第十方面，本发明提供了第一方面或第二方面的化合物、第三方面的聚合物、第四方面的组合物、第五方面的装置、和/或第六方面或第七方面的检测或供应系统，用于在活的人类或动物(特别是哺乳动物，更特别是人类)身体中进行的诊断和/或治疗的方法中。在本发明的这个方面的一个具体实施方案中，所述化合物、聚合物、组合物、装置和/或系统用于诊断和/或治疗病症(例如糖尿病)，所述病症导致人类或动物患者中(特别是患者血液中)的靶糖浓度异常和/或浓度改变、或原本与人类或动物患者中(特别是患者血液中)的靶糖浓度异常和/或浓度改变有关。同样地，所述靶糖可以是葡萄糖。所述病症、其诊断和其治疗可以是与本发明第八和第九方面有关的如上所述的。
特别地，本发明的化合物、聚合物、组合物、装置或系统可以用于治疗糖尿病患者，所述治疗可包含监测所述患者的血糖水平和/或采取措施将血糖水平维持在所需的范围内。
根据本发明的第十一方面，提供了式(I)或(Ia)的化合物-特别是式(I)的化合物-的合成方法，所述方法包括至少第一步骤，将式(II)的双-(氨基甲基蒽)化合物与式(III)的化合物反应：
其中，R1至R4是与本发明的第一方面有关的如上所定义的，
其中R19是离去基团L；R20选自离去基团L和保护基P1；R21选自如上定义的基团R9，其中所述或每个反应性端基由保护基P2保护；并且P1和所有的P2基团各自独立地选自在所选的反应条件下能够防止它们所连接的取代基与-NH2基团反应的保护基。
例如，离去基团L可选自式-OR22的基团，其中R22是适于稳定阴离子R22O-的基团，从而使R22OH呈酸性；式-SR23的基团，其中R23是适于稳定阴离子R23S-的基团，从而使R23SH呈酸性；卤化物；类卤化物如氰化物、(异)氰酸酯、(异)硫氰酸酯和叠氮化物；和含氧酸基团如磷酸和硫酸。如果化合物(II)和(III)之间的反应在碳二亚胺或基于磷的缩合剂如BOP(苯并三唑-1-基-氧基-三-(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐)的存在下进行，L可以是羟基。
在一个实施方案中，离去基团L选自式-OR22的基团。在一个实施方案中，L是-O-PFP，其中PFP是五氟苯基。
基团R20也可以是上述类型的离去基团L。在一个实施方案中，R20是-O-PFP。因此，所述基团R19和R20可以是相同的。
基团R21可以是与基团R9和R10有关的上述类型的亲水取代基的受保护形式；特别是其可以是如上定义的基团-C(O)-R14的受保护形式。因此，在一个实施方案中，R21选自亲水取代基，其中所述或每个反应性端基被独立选择的保护基P2保护。
基团R21可纳入与式(I)和(Ia)化合物中的基团R9和R10有关的如上讨论的一个或多个可聚合官能团。
例如，保护基P1或P2可选自C1至C4烷基(特别是甲基或叔丁基)、烷氧基(例如C1至C4或C1至C3或C1至C2烷氧基，特别是甲氧基)、和酯-CO2R11，其中R11如上定义。根据待保护的反应性基团的性质以及它们需要保护时的条件，普通技术人员能很容易地选择适当的保护基。例如，酸性基团-CO2H可以酯-CO2R11的形式被保护，其中R11可如上定义并且特别地选自C1至C4烷基(例如叔丁基)。胺基-N(R12)2可以氨基甲酸酯的形式被保护，其中为氢的任何R12基团被-CO2R11替代。
在一个实施方案中，至少一个P1基团是烷氧基，例如C1至C4或C1至C3或C1至C2烷氧基，特别是甲氧基。在一个实施方案中，至少一个P2基团是烷基，例如C1至C4烷基，特别是甲基或叔丁基，更特别是叔丁基。在一个实施方案中，P2是这样的，以形成酯-CO2R11，其中R11可如上定义并且特别地选自C1至C4烷基，例如叔丁基。
当所述基团R21包含一个以上的潜在反应性官能团(例如一个以上的羧酸基团)时，每个这样的基团都应被合适的保护基P2保护。
所述基团R21可纳入与本发明第一到第三方面有关的上述类型的可聚合官能团。例如其可包含基团-NH-C(O)-CH＝CH2。在所得中间体与式(II)的化合物反应之前，这样的基团可通过用烯丙酰氯CH2＝CH-C(O)-Cl处理而引入到可商购的胺取代的间苯二甲酸(即化合物(III)的一种形式，其中R19和R20都是-OH且R21是-NH2)中。
在本发明的第十一方面的第一具体实施方案中，所述方法用于制备就其两个蒽部分而言是对称的式(I)或式(Ia)的化合物。在这个实施方案中，R19和R20都独立地选自离去基团L然后，所述方法的第一步骤可导致形成前体化合物，该前体化合物在去除(一个或多个)保护基P2时可转化为式(I)或式(Ia)的化合物。因此，所述化合物(II)和(III)以1∶1的摩尔比彼此反应。适合地，离去基团R19和R20是相同的。
在本发明的第十一方面的第二具体实施方案中，所述方法用于制备就其两个蒽部分而言是不对称的式(I)或式(Ia)的化合物。在这个实施方案中，R20是保护基P1。然后，所述方法的第一步骤导致形成中间体化合物(IV)：
其中基团R1至R4和R21如上定义，R20是如上定义的保护基P1。第一步骤之后，(a)用离去基团L替代保护基P1(即R20)，以形成式(IVa)的化合物(其为式(IV)的化合物，其中R20是如上定义的离去基团L)；和(b)用如上定义的式(II)的其他化合物与化合物(IVa)反应，该化合物(II)可能与第一步骤中使用的化合物(II)不同(例如，其可携带相应的与式(I)化合物有关的如上定义的取代基R5至R8，代替所述取代基R1至R4)。
在该第二实施方案中，在除去所述保护基P1和随后与式(II)的其他化合物的环化反应过程中，所述(一个或多个)保护基P2将需要保持在原位。因此，P1和P2应为不同的保护基。
合适的离去基团L——用于替代保护基P1——包括与基团R19有关的以上所述的那些。该第二具体实施方案的方法可有利于使得能够制备单一产品，而不是具有相关分离问题的可能的同分异构体混合物。
在本发明方法的第一步骤中，不对称的化合物(I)或(Ia)还可通过使用其中R19和R20都是离去基团L的式(III)的化合物制备，只要所述化合物(III)以适度过量存在，例如化合物(II)与化合物(III)的摩尔比为约1∶2至1∶4，例如约1∶3。这产生了式(IVa)的中间体化合物，如上所定义的，其中R20是离去基团L。然后，所述化合物(IVa)可与式(II)的其他可能不同的化合物反应。
在本发明第十一方面的任何实施方案中，随后的步骤可包含从基团R21中除去保护基P2，以将所需的基团R9和R10留在式(I)或式(Ia)的最终化合物中。
可以看出，本发明使得以相对较少的步骤、以及从很容易获得的原材料出发制备化合物(I)或(Ia)成为可能。例如，式(II)的化合物可通过碳酸亚乙烯酯与蒽反应制备，所述蒽任选被如上定义的基团R1至R8中的一个或多个取代，随后发生水解和氧化裂解以形成所述蒽部分的双-二醛衍生物(参见Yamada et al，Chem Eur J，11：6212-6220(2005)，and Katsuta et al，Org Lett，13：1454-1457(2011))。然后可经历还原胺化反应以产生所述化合物(II)。双-(氨基甲基)蒽本身也是可商购的。
式(III)的化合物可，通过不会为本领域技术人员带来过度负担的标准合成化学技术，由间苯二甲酸、或更通常由适合的5-取代的间苯二甲酸如2，4，6-三甲基苯甲酸(mesitoic acid)制备。为了确保反应的正确顺序，整个合成的关键在于区分间苯二甲酰部分的三个反应性羰基，它们——如果合适——带有保护基和/或离去基团。
在本发明第十一方面的一个实施方案中，所述方法包括在它们彼此反应之前制备化合物(II)和/或(III)，和/或在其他化合物(II)与中间体化合物(IVa)反应之前制备所述其他化合物(II)。特别地，所述化合物(II)的制备可包括选择和引入取代基R1至R4或R5至R8，从而“调整”式(I)或(Ia)的最终产物的光谱响应。化合物(III)的制备可包括选择和引入取代基R21以调节最终产物的溶解度和/或其他功能属性。
本发明第十一方面的方法可使得制备对称和不对称形式的化合物(I)或(Ia)成为可能，这取决于其所需要的性质，特别是关于所述化合物对电磁辐射的响应以及因此的其可检测性。
化合物(II)和化合物(III)之间的反应，并且——如果适用——随后的中间体化合物(IVa)与其他化合物(II)之间的反应，可在任何条件下进行，所述条件适合允许化合物(II)中-NH2基团的氮原子替代相关离去基L，从而在反应产物中形成酰胺连接基团。所述反应可在任何适合的温度(例如室温)下进行。其可在非羟基溶剂如THF中进行。可使用催化剂如叔胺，例如N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)或二甲基氨基吡啶(DMAP)。
离去基团和保护基的除去和替代可使用本领域技术人员所熟知的标准化学合成技术进行。
举例来说，化合物(II)与化合物(III)之间的反应可在合适的碱如DIPEA的存在下进行。对于环化步骤，例如，当化合物(II)与化合物(III)反应以直接产生(I)或(Ia)时，或当中间体(IVa)与其他化合物(II)反应时，可优选在高度稀释的条件下进行所述反应。
本发明的第十二方面提供了式(V)的化合物：
其中R1至R4和R20是与所述式(II)和(III)有关的如上所定义的；R24各自独立地选自如上定义的基团R9、以及其中所述或每个反应性端基被保护基P3保护的如上所述的基团R9；并且P3各自独立地选自在本发明第十一方面的合成方法的步骤(b)中，能够防止它们所连接的取代基与式(II)的化合物中的-NH2基团反应的保护基。
在一个实施方案中，R24各自独立地选自其中所述或每个反应性端基被保护基P3保护的基团R9。在一个实施方案中，R24各自独立地选自亲水取代基、以及其中所述或每个反应性端基被保护基P3保护的亲水取代基。在一个实施方案中，R24各自独立地选自其中所述或每个反应性端基被保护基P3保护的亲水取代基。适合地，所述两个基团R24是相同的。
保护基P3可以是与基团P2有关的如上所定义的。
在一个实施方案中，R20各自独立地选自离去基团L。在一个实施方案中，R20各自独立地选自保护基P1。适合地，所述两个基团R20是相同的。
本发明第十二方面的化合物(V)(也包含所述化合物(IV)和(IVa))可作为在本发明第十一方面的方法中的中间体形成。这样的中间体可特别用于制备不对称形式的化合物(I)或(Ia)，其中所述两个蒽部分是不同的。
根据本发明的第十三方面，提供了第一或第二方面的化合物的用途、第三方面的聚合物的用途、第四方面的组合物的用途、第五方面的装置的用途和/或第六方面的检测系统的用途，用于在水性环境(如血液或血液衍生的产物)中检测靶糖(特别是葡萄糖)。
根据其他方面，本发明可提供如上所定义的式(I)或(Ia)的化合物；其合成方法；纳入所述化合物的聚合物；包含所述化合物或聚合物的组合物；携带所述化合物或聚合物或组合物的装置；用于在水性环境中检测靶糖的检测系统和方法；用于将活性物质供应到水性环境中的供应系统；治疗或诊断的方法，或其部分，或用于所述方法中的化合物、聚合物、组合物、装置或系统；如上定义的式(V)的化合物；所述化合物、聚合物、组合物、装置和系统用于在水性环境中检测靶糖的用途，参照说明性附图，所述化合物、聚合物、组合物、装置、系统、方法和用途可基本上如本文中所述。
在本申请的整个说明书和权利要求中，词语“包含”和“含有”以及这些词语的变体，例如“包含(comprising)”和“包含(comprises)”，意指“包括但不限于”，且不排除其他部分、添加物、组分、整数或步骤。另外，除非上下文另有要求，单数包含复数：特别是，在使用不定冠词时，除非上下文另有要求，本申请应该被理解为考虑了复数以及单数。
本发明的各个方面的优选特征可以是与任何其他方面有关的所记载的。本发明的其他特征将从以下的实施例中变得明显。一般来说，本发明延伸至本申请中公开的特征中的任何新的一个或任何新的组合(包括任何所附的权利要求和附图)。结合本发明的具体方面、实施方案或实施例所描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团应被理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施方案或实施例，除非与其不兼容。另外，除非另有说明，本文公开的任何特征可被用于相同或相似目的替代性特征所替代。
当对于性质(例如靶化合物的浓度或两种化合物之间的结合亲和力)而言引用了上限和下限时，那么由任意上限与任意下限的组合所限定的值的范围也可被暗示。
在本申请中，提到性质(如溶解度或结合亲和力)是-除非另有说明-在环境条件下测量的性质，即在大气压下和在16到22或25℃，或18到22或25℃，例如约20℃或约25℃的温度下。
现在将参考以下非限制性实施例和随附的说明性附图进一步描述本发明，其中：
图1a示出了合成的凝集素2，如上所述，其在之前已被报道用于葡萄糖的检测；
图1b示出了化合物3，依据本发明，其也用于葡萄糖的检测。
图1c示出了与葡萄糖络合的所述化合物3。
图2示意性地说明了所述化合物3的设计与合成的方面及其与葡萄糖分子络合的方面。
图3说明了如蒙特卡罗分子力学计算所预测的3的分子的基态构象；
图4示出了如下面实施例1所讨论的，用于制备化合物3的反应方案；
图5a和5b示出了适于制备非对称形式的本发明化合物的反应方案；
图6更详细地示出了如下面实施例2所讨论的，用于制备化合物9的反应方案；
图7示出了化合物3和2的结合研究中使用的测试底物的结构；
图8示出了来自化合物3和葡萄糖的结合研究的以下形式的数据：如下面实施例3到6所提到的，部分1H NMR谱、结合曲线、荧光滴定数据和ITC(等温滴定量热法)数据。
图9示出了用于化合物3和甲基-β-D-葡萄糖分子10的NMR结合和结构研究的标记系统；
图10示出了在所述化合物3与甲基-β-D-葡糖苷之间形成的络合物的基于NMR的结构；
图11示意性地说明了本发明的检测装置，以及检测和供应系统；
图12a和12b示出了本发明的其他化合物13和14；
图13示出了如分别在下面实施例9和11中所描述的，用于化合物13和14合成的逆向合成方案，；
图14a-14i示出了在实施例9和11中制备的化合物的结构式；
图15示出了来自化合物13的研究的以下形式的数据：如下面的实施例10所提到的，荧光发射光谱、部分1H NMR谱和结合选择性数据；
图16示出了如下面实施例12所描述的，与聚[丙烯酰-双(氨基丙基)聚乙二醇]结合的化合物3的结构式；
图17示意性地示出了在下面实施例13中合成取代的蒽前体化合物的方法，以检测它们的取代基对它们的发射光谱的影响。
图18示出了如实施例13所测试的，四种蒽前体分子的荧光光谱。
实施例1-化合物3的设计与合成
图1b中所示的化合物3是本发明第一方面的化合物，被设计作为用于在人类血液中检测葡萄糖的目的的合成凝集素类似物。化合物3已显示出能够结合葡萄糖(即D-葡萄糖)分子，所述葡萄糖分子能够占据由两个芳香蒽部分和两个桥连间苯二甲酰基团所定义的腔-见图1c。可看出化合物3比之前报道的、图1a所示的和以上描述的合成凝集素2具有更简单的结构。
本发明出乎意料地发现，稠合芳香单元可在改良的合成凝集素的设计中发挥有益的作用。通常在凝集素-糖类络合物中观察到芳香表面与碳水化合物CH基团接触，并且普遍认为，与疏水作用有关的CH-π相互作用可对结合做出重要的贡献，如图1a的化合物2中的那样。在之前制备的合成凝集素(例如化合物2)中，由低聚苯基单元提供了芳香表面。然而，尽管在合成上是有帮助的，由于邻位氢之间的空间干扰，联苯键易于扭曲，并且这可扰乱刚性定位的轴向CH基团与芳香表面之间的相互作用。相比之下，稠合芳香单元可与一组轴向CH基团形成理想的接触。另外，碳水化合物分子可滑过芳香单元的表面而不会显著损失结合能，使得(a)其他相互作用可被最大化和(b)一些移动自由可在络合物内保持(因此较少熵损失在结合上)。图2a和2b中示意性地说明了这样的效果，其示出了联苯基(图2a)和稠合芳香(图2b)单元与β-D-葡萄糖分子的相互作用。
本发明化合物中的稠合芳香部分的使用可在糖类检测的情况下提供额外的优势。这些部分往往是电磁辐射的强烈吸收剂并且还发荧光，在与靶糖(如葡萄糖)结合时调节其发射。
已发现化合物如3可仅以两步制备：对适当保护形式的组成的双蒽部分和间苯二甲酰部分进行环化，随后对两侧的增溶基团进行去保护(在这种情况下，-NHC(CH2OCH2CH2CO2 -)3基团，其在环化步骤中可被例如叔丁基基团保护)。图2c中示意性地示出了这样的反应，据此单环3通过使二胺4(双-(氨基甲基)蒽)与间苯二甲酰间隔基组分5反应来制备。PFP基团在5中用作离去基团，同时-C(O)Y-基团是受保护形式的亲水的、水增溶性取代基。
图2c反应是本发明第十一方面的方法。
蒙特卡罗分子力学计算表明所述分子3可采取在其芳香表面之间具有不同角度的一系列构象，但是表明所有的低能量结构都会以裂缝或腔为特征(如图3所示；为了清楚起见，移去增溶侧链；以空间-填充模型示出蒽单元)。但是，还不清楚这种简单且相当柔性的结构会有利于任何具体的糖，或实际上不清楚它会显示任何显著的碳水化合物-结合性质。但是，该腔的封闭的、两亲性质确实看起来普遍适用于碳水化合物识别，尽管所述蒽部分的倾斜排列可能对某些糖分子是不理想的。
化合物3使用图2c中所示的路线制备，收率为～23％。所述二胺组分4是可商购的，但是也可方便地通过蒽的双-溴甲基化及随后用六亚甲基四胺处理来合成[Gunnlaugsson et al，Org Lett 4：2449-2452(2002)]。二酯5通过包括以下的3-步操作制备：用叔丁基丙烯酸酯处理三(羟甲基)氨基甲烷；使所得到的胺与1，3，5-苯三甲酰氯反应(随后水解未反应的酰氯基团)；使用N，N'-二环己基碳二亚胺(DCC)将羧酸基团转化为PFP酯。
合成3的详细方法如下(图4所示的反应方案)。
叔丁基保护的大环SI：首先，二-五氟苯酯5从三(羟甲基)氨基甲烷、叔丁基丙烯酸酯和苯-1，3，5-三甲酰氯以三个步骤制备[参见Klein，E et al，Angew Chem，Int Ed，44：298-302(2005)]。然后，5(1.6g，1.55mmol)的溶液在无水THF(45mL)中制备，将该溶液在氮气下在30小时内逐滴加入(注射泵)到溶于无水THF(1L)的9，10-二(氨基甲基)蒽4(367mg，1.55mmol)和DIPEA(5mL)的溶液中。再搅拌24小时后，在减压下除去溶剂。将残留物溶解在DCM(100mL)中并用饱和NH4Cl水溶液(100mL)、水(100mL)和盐水(100mL)洗涤。将有机溶液用Na2SO4干燥并在真空中蒸发。将残留物溶解在DMSO(12mL)中并用针头过滤器(0.45μm)除去不可溶物质。将DMSO溶液注射到装配有反相柱(Hichrom Kromasil，150×21.2mm，5μm)的制备型HPLC装置中，并用甲醇/水洗脱(5分钟内从90:10到100:0，然后100:0再持续15分钟；流速＝20mL/min)。收集8.5分钟时洗脱的组分，冷冻干燥得到为浅黄色粉末的大环S1(370mg，0.21mmol，27％)。1H NMR(500MHz，CDCl3，TMS标准)δ＝8.49(d，4H，J＝1.7Hz，ArH)，8.30(dd，8H，2J＝7.1Hz，3J＝3.8Hz，AnH)，7.46(dd，8H，2J＝7.1Hz，3J＝3.8Hz，AnH)，7.43(s，2H，ArH)，6.70(s，2H，NHC(CH2O)3)，6.45(t，4H，3J＝4.5Hz，AnCH2NH)，5.52(d，8H，2J＝5.1Hz，AnCH2NH)，3.87(s，12H，C(CH2O)3)，3.73(t，12H，3J＝6.4Hz，CH2CH2O)，2.51(t，12H，3J＝6.4Hz，CH2CH2O)，1.39(s，54H，C(CH3)3)。13C NMR(125MHz，CDCl3)δ＝171.13(CH2CO2)，165.82(AnCH2NHCOAr)，161.27(ArCONHC)，134.75(Ar)，130.20(An)，129.69(An)，126.52(An)，124.70(An)，80.68(C(CH3)3)，69.13(C(CH2O)3)，67.26(OCH2CH2CO2t-Bu)，60.57(C(CH2O)3)，37.28(AnCH2NH)，36.46(OCH2CH2CO2t-Bu)，28.15(C(CH3)3)。An≡蒽基，Ar≡间苯二甲酰氨芳基。HRMS(ESI)：C100H126O24N6Na2 2+[M+2Na2+]的m/z计算值＝920.4304，实测值：920.4272。
还分离出相应的[3+3]大环(100mg，0.037mmol，收率为5％，保留时间＝10分钟)。
受体3(钠盐)：将大环S1(200mg，0.11mmol)溶解在DCM(20mL)中并在冰中冷却。将三氟乙酸(TFA)(5mL)逐滴加入到溶液中。使得该反应变暖至室温，并搅拌3小时。真空除去溶剂，并将残留物悬浮在水(5mL)中。将NaOH水溶液(0.5M)逐滴添加直到悬浮物溶解，形成澄清溶液。将澄清溶液冷冻干燥并用制备型HPLC(上述的装置)进一步纯化，用甲醇/水洗脱(15分钟内从5:95到30:70，然后到100:0持续15分钟；流速＝20mL/分钟)。收集保留时间＝15分钟的组分，并冷冻干燥得到大环3(150mg，85％)。1H NMR(500MHz，D2O)δ＝8.39(s，4H，ArH)，8.27(s，8H，AnHA(对于标记，参见图9；通过NOESY交叉峰对AnCH2NH的强度区分蒽质子A和B))，7.93(bs，2H，ArH)，7.51(bs，8H，AnHB，5.46(bs，8H，AnCH2NH)，3.90(s，12H，C(CH2O)3)，3.78(bs，12H，OCH2CH2CO2Na)，2.48(bs，12H，OCH2CH2CO2Na).13C NMR(125MHz，D2O)δ＝179.98(CH2CO2Na)，168.32(AnCH2NHCOAr)，162.87(ArCONHC)，136.56(Ar)，134.44(Ar)，130.26(An)，129.45(An)，126.87(An)，124.88(An)，69.48(C(CH2O)3)，69.37(OCH2CH2CO2Na)，61.51(C(CH2O)3)，38.13(AnCH2NH)，37.53(OCH2CH2CO2Na)。An≡蒽基，Ar≡间苯二甲酰氨芳基。HRMS(ESI)：C76H79N6O24 +[六羧酸形式+H+]的m/z计算值＝1459.5169，实测值：1459.5140。
实施例2-不对称化合物的合成
用于比较的目的，如图5a所示，还使用本发明的方法合成了不对称的替代物，化合物9。在化合物9中，单个蒽单元与更小的对二甲苯基单元配对。尽管需要更长的序列来制备9，所述方法是简单的。
首先，通过使6与胺7反应，用叔丁基保护形式的亲水的、水增溶性基团-NHC(CH2OCH2CH2CO2 -)3取代间苯二甲酰部分6。这样得到了化合物8，其中一个潜在反应性C(O)基团被甲氧基MeO保护。然后，将化合物8与二胺-取代的双蒽4反应，以产生中间体(以下称为化合物11)，其中单个蒽部分结合到两个间苯二甲酰基部分。
然后，使用LiOH，随后加入PFP-OH和DCC，使化合物11上的甲氧基保护基团被离去基团-O-PFP替代，以得到另一个反应性中间体(以下称为化合物12)。随后，在先是TFA然后是NaOH的存在下，使12与对苯二甲胺反应，以得到最终化合物9。在化合物9中，增溶基团R9和R10现在也为它们的去保护(即羧酸盐)形式。
或者，中间体12可通过直接结合反应剂4和5制备(如在对称的化合物3的制备中)，只要化合物5以适度过量存在，例如以约1∶3的4∶5的摩尔比。该方法在图5b中示出。
除了提供了有用的对照化合物以外，还可改变图5中所示的方法来制备多种化合物3的不对称类似物。因此，应该有可能调整本发明化合物的结合和/或光学性质，例如通过改变两个蒽单元上的取代基。
用于合成9的详细方法如下(图6中所示的反应方案)。
甲基1，3，5-苯三甲酸酯S2。将三甲基1，3，5-苯三甲酸酯(22.0g，87.2mmol)溶解在MeOH(700mL)中。边搅拌边逐滴加入NaOH水溶液(6.97g、174.3mmol NaOH溶于100mL水中)。在室温下连续搅拌过夜，然后除去溶剂并且将粗制白色固体溶解在饱和的NaHCO3水溶液(600mL)中。通过加入HCl水溶液(1M)将该溶液的pH调整到5.5，并用EtOAc(250mL×3)萃取该水溶液以除去二甲基1，3，5-苯三甲酸酯。然后，将水溶液的pH进一步调整到4.4，用EtOAc(250mL×3)萃取。合并有机相，用盐水洗涤，用MgSO4干燥，并真空浓缩得到为白色固体的S2(Rf＝0.5，EtOAc∶MeOH∶H2O＝80∶20∶1)。收率为62％(12.2g，54.5mmol)。1H NMR(400MHz，(CD3)2CO)δ＝8.86(t，J＝1.7Hz，1H)，8.82(d，J＝1.7，2H)，3.98(s，3H)。13C NMR(100MHz，(CD3)2CO)δ＝166.1，165.9，135.3，135.0，132.8，132.8，132.4，53.L该物质不经过进一步纯化而使用。
五氟苯基酯8。将二羧酸S2(6.00g，26.8mmol)溶解在无水THF(500mL)。在室温下在氮气气氛下加入五氟苯酚(11.04g，60.0mmol)和N，N’-二环己基碳二亚胺(DCC)(12.8g，62mmol)并将混合物搅拌过夜。将胺S3[Klein，E et al，“Carbohydrate recognition inwater by a tricyclic polyamide receptor”，Angew Chem，Int Ed 44：298-302(2005)](13.5g，26.8mmol)溶解于含N，N-二异丙基乙胺(6.93g，53.6mmol)和催化量的4-二甲基氨基吡啶(330mg，2.7mmol，5mol％)的无水THF(150mL)中。在1小时内将该溶液逐滴加入到反应混合物中，然后在氮气下将混合物再搅拌24小时。蒸发溶剂，将粗产物悬浮于乙醚中(75mL)，并通过过滤除去不溶性残留物。将滤液浓缩并通过硅胶柱色谱纯化(EtOAc/己烷，15∶85到30∶70)，得到为澄清油状物的产品8(15.5g，17.4mmol，65％)。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.91(t，J＝1.6Hz，1H)，8.75(t，J＝1.6Hz，1H)，8.70(t，J＝1.6Hz，1H)，7.09(s，1H)，3.98(s，3H)，3.85(s，6H)，3.69(t，J＝6.2Hz，6H)，2.47(t，J＝6.2Hz，6H)，1.36(s，27H)。13C NMR(100MHz，CDCl3)δ＝28.0，36.2，52.9，61.0，67.2，69.1，81.1，125.4(t，JCF＝13.2Hz)，127.9，131.6，133.8，134.0，134.2，136.9，137.3，139.2，140.6，141.1，142.6，161.4，165.3，166.5，171.6。HRMS(ESI)：C41H51F5NNaO14 +[M+Na+]的m/z计算值＝900.3200，实测值：900.3178。
双甲基酯中间-体S4。在氮气下将二胺4(200mg，0.85mmol)和五氟苯基酯8(880mg，1.00mmol)溶解在无水THF(30mL)中。加入N，N-二异丙基乙胺(2mL，1.51g，12mmol)。将混合物在室温下搅拌过夜，之后TLC分析指示反应完全。除去溶剂，将残留物通过硅胶柱色谱纯化(己烷/EtOAc，1∶1然后3∶4)，得到为黄色固体的中间体S4(630mg，78％)。Rf＝0.5(己烷/EtOAc，2∶3)。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.73(t，J＝1.6Hz，2H)，8.57(t，J＝1.6Hz，2H)，8.46(dd，J＝6.9，3.3Hz，4H)，8.15(t，J＝1.7Hz，2H)，7.60(dd，J＝6.9，3.2Hz，4H)，7.50(t，J＝4.4Hz，2H)，6.50(s，2H)，5.69(d，J＝4.6Hz，4H)，3.93(s，6H)，3.71(s，12H)，3.52(t，J＝6.2Hz，12H)，2.17(t，J＝6.2Hz，12H)，1.20(s，54H)。13C NMR(100MHz，CDCl3)δ＝171.1，165.9，165.7，165.6，135.6，134.8，131.9，131.7，131.2，130.4，129.6，129.1，126.4，124.9，80.6，68.9，67.0，60.3，52.4，36.0，27.8。HRMS(ESI)：C90H127N4O26 +[M+H+]的m/z计算值＝1623.8584，实测值：1623.8610。
二羧酸中间体S5。在室温下将中间体S4(630mg，0.39mmol)溶解在THF(30mL)中。加入LiOH.H2O(170mg，3.90mmol)，随后加入H2O(3mL)。将混合物在室温下搅拌过夜，然后通过蒸发除去溶剂，保持温度低于40℃。将残留物溶解在H2O(30mL)中，并通过加入HCl水溶液将pH调整到约4-5。用EtOAc(2×60mL)萃取混合物并用Na2SO4干燥合并的有机相。蒸发溶剂得到为澄清油状物的不经过进一步纯化而使用的二酸S5(593mg，95％)。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ＝9.25(s，2H)，8.55(dd，J＝7.0，3.3Hz，4H)，8.47(d，J＝1.5Hz，2H)，8.39(s，2H)，8.37(s，2H)，7.70-7.54(m，6H)，5.56(d，J＝4.4Hz，4H)，3.64(s，12H)，3.54(t，J＝6.1Hz，12H)，2.35(t，J＝6.1Hz，12H)，1.31(s，54H)。13C NMR(125MHz，DMSO-d6)δ＝170.53，170.44，165.89，138.84，135.24，134.14，130.27，129.77，129.35，126.83，125.23，124.28，120.45，79.40，67.66，66.20，66.13，59.97，59.89，38.15，37.98，37.81，37.64，37.47，37.31，37.14，35.08，35.01，26.38，26.33。HRMS(ESI)：C84H114N4O26Na+[M+Na+]的m/z计算值＝1617.7637，实测值：1617.7614。
双-五氟苯基酯S6。在氮气下将五氟苯酚(170mg，0.93mmol)、DCC(191mg，0.93mmol)和二酸S5(593mg，0.37mmol)溶解在无水THF(100mL)中。加入4-二甲基氨基吡啶(DMAP)(5mg，0.04mmol)，在室温下将混合物搅拌过夜。然后除去溶剂，将残留物通过硅胶柱色谱纯化(己烷/EtOAc，2∶1)，得到为黄色固体的活化酯S6(420mg，60％)。Rf＝0.8(己烷∶EtOAc，1∶1)。1H NMR(500MHz，CDCl3)δ＝8.94(t，J＝1.7Hz，2H)，8.76(t，J＝1.6Hz，2H)，8.48(dd，J＝7.0，3.2Hz，4H)，8.25(s，2H)，7.72(d，J＝4.7Hz，2H)，7.62(dd，J＝6.9，3.2Hz，4H)，6.58(s，2H)，5.72(d，J＝4.7Hz，4H)，3.70(s，12H)，3.51(t，J＝6.1Hz，12H)，2.14(s，11H)，1.19(s，54H)。13C NMR(100MHz，CDCl3)δ＝171.16，165.42，164.97，161.47，136.02，135.24，133.15，130.42，129.57，128.09，126.48，124.90，80.66，68.85，67.07，66.94，60.44，36.85，36.02，27.92，27.79，27.71。HRMS(ESI)：C96H112N4O26F10Na+[M+Na+]的m/z计算值＝1949.7275，实测值：1949.7297。
叔丁基保护的大环S7。将双-五氟苯基酯S6(400mg，0.21mmol)溶解在无水THF(40mL)中，得到溶液A。将对苯二甲胺(29mg，0.21mmol)溶解在无水THF(40mL)中，得到溶液B。随后，使用注射泵，在氮气下将溶液A和B在30小时内同时加入到溶于无水THF(700mL)的DIPEA(5mL，53.8mmol)的溶液中。将反应再搅拌24小时，然后蒸发溶剂，将残留物重新溶解在CH2Cl2(150mL)中。将溶液用饱和的NH4Cl(100mL)水溶液、盐水(100mL)和NaHCO3(100mL)洗涤。收集有机层并用MgSO4干燥。蒸发溶剂，使用之前描述的装置通过制备型HPLC纯化残留物，用甲醇/水洗脱(在20分钟内90:10到100:0；流速＝20mL/min)。收集保留时间＝11.3分钟的组分，并冷冻干燥，得到为浅黄色固体的大环S7。1H NMR(500MHz，CDCl3)δ＝8.64(s，2H)，8.39(dd，J＝6.9，3.2Hz，4H)，8.13(s，2H)，7.81(s，2H)，7.64(s，2H)，7.59(dd，J＝6.9，3.0Hz，4H)，7.10(s，4H)，6.68(s，2H)，6.28(s，2H)，5.69(d，J＝4.2Hz，4H)，4.43(d，J＝6.0Hz，4H)，3.86(s，12H)，3.72(t，J＝6.2Hz，12H)，2.48(t，J＝6.1Hz，12H)，1.39(s，54H)。13C NMR(125MHz，CDCl3)δ＝171.2，166.3，166.2，165.5，137.2，136.7，135.0，134.9，130.6，130.3，129.5，127.7，127.6，127.2，126.8，124.6，80.7，69.1，67.2，60.4，43.8，36.9，36.5，28.1。
大环六羧酸酯9。将大环S7(120mg，0.07mmol)溶解在DCM(20mL)中，并在冰中冷却。逐滴加入TFA(3mL)，并将溶液在室温下搅拌3小时。在真空中除去溶剂，使残留物悬浮在水中(5mL)。逐滴加入NaOH水溶液(0.5M)直到悬浮物溶解，形成澄清溶液。将NaOH的量按照相对于S7的约8个当量进行计算。冷冻干燥该澄清溶液，得到浅黄色粉末(收率为99％)。通过制备型PHLC(上述装置)进一步纯化该产物，用甲醇/水洗脱(在15分钟内从5:95到30:70，然后到100:0持续15分钟；流速＝20mL/min)。收集保留时间＝12.1分钟的组分，冷冻干燥，得到大环9(75mg，0.05mmol，71％)。1HNMR(500MHz，D2O)δ＝8.48(dd，J＝6.9，3.4Hz，4H)，8.38(q，J＝1.2，0.8Hz，2H)，8.22(q，J＝1.2，0.8Hz，2H)，7.84(s，2H)，7.67(dd，J＝6.9，3.2Hz，4H)，7.14(d，J＝1.0Hz，4H)，5.65(s，4H)，4.44(s，4H)，3.89(m，12H)，3.79(m，12H)，2.48(m，12H)。13C NMR(125MHz，D2O)δ＝180.2，135.3，134.4，129.4，127.2，126.1，124.5，117.5，115.1，112.8，68.8，68.6，60.9，48.8，37.7。HRMS(ESI)：C68H75N6O24 +[六羧酸形式+H+]的m/z计算值＝1359.4817，实测值：1359.4827。
实施例3-化合物3的结构分析
如下研究了实施例1中制备的化合物3的结构和性质。
将所述化合物以最高达～4mM的浓度溶解在D2O中，给出了清晰的(如果略微拓宽的话)1H NMR谱。在稀释到～1mM时观察到较小的信号移动，但是低于此浓度没有观察到其他影响，意味着在1mM或更低时该系统是单体的。
单独的化合物3的部分1H NMR谱可在图8a中看到，最接近基线。
实施例4-结合研究- 1 H NMR
最初通过在298K下的1H NMR滴定研究了在水溶液中受体化合物3与碳水化合物底物的结合。用作测试底物的糖在图7中示出。
滴定在VarianTM 500MHz光谱仪上进行。为了确保端基差向异构体的平衡，还原性碳水化合物的溶液在D2O中制备，并在滴定实验前在室温下保持过夜。在一个典型的滴定中，将等份的碳水化合物溶液加入到受体溶液中(DSS作为内标)，并记录1H NMR谱。将化学位移的变化输入到在ExcelTM中实施的专门编写的非线性最小二乘法曲线拟合程序中。假设是1∶1的化学计量，该程序计算出Ka和化学位移的极限变化Δδ。该假设得到观察到的和计算的数据之间通常较好的拟合的支持。
图8a示出了使用葡萄糖(即D-葡萄糖)进行的结合研究的部分NMR谱，使用了1.1mM 3和0-200mM的葡萄糖。图9提供了光谱中峰归属的关键。
所述NMR数据显示出加入一些碳水化合物到3中造成其NMR谱的实质性改变，尤其是对间苯二甲酰质子E和F的化学位移。例如，由于内在导向的质子E，加入葡萄糖引起信号的低场移动，Δδ趋向于～0.8ppm(图8a)。由于外部导向的质子F，信号也向低场移动了～0.15ppm。当所述光谱在滴定过程中显著变尖锐时，观察到由于蒽质子A和B造成的信号的较小移动。质子E和F的移动给1∶1结合模型提供了很好的拟合：图8b示出了NMR质子E的观察到的和计算的结合曲线重叠，得到了分别为58和54M-1(平均＝56M-1)的结合常数Ka值。
类似地分析其他测试底物的数据，得到下表1中所列的结合常数。为了比较的目的，记录了三环系统2的数值。
表1
表1：在298K下在D2O中通过1H NMR测量的结合常数。测试底物的结构参见图7。表示为～0的值对于分析而言太小。对于Ka≥10M-1的大多数情况，估计误差为≤10％。
＊在298K下在磷酸盐缓冲液(pH 7.1，0.1M)中通过荧光滴定测量。
在298K下在水中通过ITC滴定测量。来自Barwell et al，supra的数据。
考虑到3的相对简单性，可能预计其与2相比性能降低。但是，值得注意的是，这两个系统表现十分类似，主要的差异在于3对葡萄糖比对其它单糖更具选择性。因此，2和3两者都偏爱全平伏碳水化合物部分，能很好地结合含全平伏β-葡糖基单元的分子以及含其的化合物，例如，葡萄糖(Ka值几乎是相同的)、甲基β-D-葡糖苷和，在较小程度上的2-脱氧葡萄糖、N-乙酰化葡糖胺和木糖(所有这三个都是全平伏分子)。化合物3还相当强有力地结合到阴离子葡糖醛酸衍生物上。对其他单糖没有选择性，这通常对两种系统都有好处，但3又是明显更优越的。除甲基α-D-葡糖苷以外，所有的“非靶标”单糖都被3以Ka≤1m-1结合。对于二糖，3似乎显著结合含β-葡糖基的任何系统(纤维二糖、麦芽糖、乳糖)。在这点上与2有性质上的差异，2能很好地结合纤维二糖但是对麦芽糖没有亲和力。但是，在血糖监测的情况下，由于分子如纤维二糖、麦芽糖和乳糖不太可能以与可能的葡萄糖浓度相比的显著浓度存在于血液中，因此这样的结合亲和力通常不存在问题。
因此，可以看出本发明化合物3证明了对葡萄糖的令人惊讶的良好亲和力和选择性，同时在结构上更简单并因此比现有技术化合物2更容易获得。这说明了化合物3及相关化合物在检测血糖水平中的可能的效用。
实施例5-结合研究-荧光光谱
受体-碳水化合物络合物形成还可通过荧光光谱研究。
荧光滴定在PerkinElmerTM LS45光谱仪上在PBS(磷酸盐缓冲的盐水)缓冲液(pH 7.1，100mM)中在298K下进行。碳水化合物储液通过将碳水化合物溶解在含有待用于滴定的浓度的受体(从而避免在实验过程中稀释受体)的缓冲液中来制备。为了确保端基差向异构体的平衡，在滴定实验前将溶液在室温下保持过夜。待用于荧光激发的波长通过在碳水化合物的存在下测量受体3的UV-可见光谱来确定。选择了394nm，因为在此波长下受体的吸收几乎与碳水化合物浓度无关。在一个典型的滴定中，将等份的碳水化合物-受体溶液加入到石英比色杯(3mL，10mm路径)中的受体溶液(2.5mL)中。将溶液搅拌2分钟，并再静置1分钟，然后记录发射光谱。结合常数使用假设为1∶1的结合化学计量的非线性曲线拟合来计算，使用了KaleidagraphTM和定制的ExcelTM电子表格。估计误差为＜5％。
图8c中示出了带有葡萄糖的化合物3(18.8μM)的光谱。可以看出，在用394nm的UV光激发时，3在蓝紫区发射，峰值在423nm，量子收率为2.4％(20μm水溶液)。加入葡萄糖使发射强度增大到最高达2.5倍。这些改变的分析再次给1∶1结合曲线提供了很好的拟合(如图8c中插图所示；在423nm处的结合数据；Ka＝58M-1)。通过这种方法获得的结合常数与通过NMR滴定测量到的那些具有很好的一致性(见表1)。另外，这些荧光特性对于实际的葡萄糖传感是很有希望的，尤其是与基于联苯的合成凝集素相比时。激发波长恰好在可见区外，因此使用廉价的UV LEDs是相对安全的并且是可获得的。相比之下，基于联苯的系统需要在～280nm处的光以用于激发，并且产生在结合时不总会变化的较弱的发射。另外，可调整本发明化合物的激发波长，例如通过修饰蒽单元上的取代基R1至R8，将其纳入可见光谱内。所观察到的化合物3与葡萄糖的结合模式表明对蒽单元的改变，尤其是在其两端的改变，应该对结合只有很小的影响。
实施例6-结合研究-等温滴定量热法
3与葡萄糖和甲基β-D-葡糖苷的结合通过第三种技术——等温滴定量热法(ITC)——研究。实验在298K下在VP-ITCTM(Microcal，Inc.，Northampton，MA)上进行。碳水化合物储液在纯的HPLC级的水中制备，并使其平衡过夜。受体溶液在纯水中制备。在滴定前，使用Thermo VacTM设备对所有溶液进行脱气并控制在恒温。样品池体积是1.4226mL。每次滴定实验包括25-35次连续注射。在图8d中示出了3和葡萄糖的输出迹线；分析这些信息得到Ka值为55M-1)。
测量的亲和力再次与NMR滴定(表1)测定的那些一致，表明了络合作用是焓驱动的，具有显著的负熵(例如对于葡萄糖，ΔH＝-3.8kcal mol-1，TΔS＝-1.4kcal mol-1)。这与基于低聚苯基的合成聚集素形成对比，其中结合熵是正的(例如对于2+10，ΔH＝-0.6，TΔS＝2.3kcalmol-1)。但是，负的结合熵对于天然聚集素是常见的。观察到负的ΔS不排除疏水相互作用的作用。实际上，由于具有更少的极性间隔基，3似乎可能比三环笼形结构如2更少地依赖于极性相互作用，并因此更加依赖于高能量水的取代。这得到低极性介质中的实验的支持，其中H-键合必须是主要的。因此，3的有机可溶的(叔丁基保护的)前体结合溶于氯仿的辛基β-D-葡糖苷，Ka为3200M-1。基于联苯的系统的相应值高出～100倍。
非极性相互作用的作用通过对对照大环9的研究而突显。该化合物具有与3相同的极性基团，但是为疏水性CH-π相互作用提供更少的非极性表面。将一些碳水化合物(如葡萄糖和木糖)加入到9中产生了大环的1H NMR谱的微小变化。但是，信号移动几乎与浓度成线性关系，意味着Ka太小以至于无法测量。
实施例7-进一步的结构研究
3以及其与甲基β-D-葡糖苷10的络合物的3D结构通过2D nOe光谱(NOESY)进行研究。图10中说明了所得到的结构。图10a示出了该络合物大致平行于四内酰胺环的视图。在空间填充模型中示出了所述蒽单元和所述底物，同时为了清楚起见移去了增溶侧链。图10b示出了大致垂直于四内酰胺环的视图。该图显示了最短的分子间距离(根据NOESY)D-4和D-5、较长的D-6R距离、和分子内D-E接触。四个NH...O氢键显示为虚线。
对于3本身，待研究的关键问题是环状酰胺基团的取向，其在理论上可被这样定位以使NH或CO指向内侧。NH质子D与间隔基CHE之间的强NOESY交叉峰(见图10b)，以及D-F连接的缺失，表明了指向内侧的NH基团是优选的。因此，该数据支持图10中所示的所计算的结构。
为了研究络合物3.10，加入过量的10以使～90％的3处于结合状态。再次，分子内NOESY信号显示出强烈倾向于“NH-指向内侧”的排列。在长的nOe混合时间内，观察到大量的分子间交叉峰，但是在短的混合时间内，D-4与D-5连接强烈地突出，然后是D-6R。这些数据被其中底物CH2OH穿过四内酰胺环以使H4和H5可与两个在径向上相对的质子D接触的结构最好地满足。图10中示出了一个这样的结构。该底物定位使得四个分子间NH...O键形成为四个底物氧，以及6个CH-π接触。有趣的是，在该结构中芳香表面之间的距离小于之前为基于联苯的合成凝集素测定的距离[见Ferrand et al，Angew Chem IntEd，48：1775-1779(2009)]。这表明了紧密的配合，其可对结合的负熵有贡献。
图10中的构象可有助于解释3对特定糖的选择性。如在半乳糖或甘露糖中的轴向OH基团，显然会破坏该结构，而从底物中去掉CH2OH(以得到木糖)会除去极性和非极性结合相互作用。在另一方面，几种更好的测试底物(葡糖苷酸、纤维素二糖、麦芽糖、乳糖)似乎与该结合几何学不相容，因此其他相互作用模式是有可能的。
实施例8-化合物3的其他性质
进行了很多其他实验来测试化合物3在体内监测葡萄糖的潜力。
乳糖和甘露醇是可存在于血液中并通常结合到现有技术的基于硼的受体上的类碳水化合物分子。当被加入到3时，两者都不产生任何响应，从而确认3对所需的靶分析物的选择性。还在生理温度(310K)下研究了与葡萄糖的结合。通过NMR滴定测量的亲和力是33M-1，低于在室温下测量的(如所预期的)。但是，这仍是可能有用的，意味着在2-10mM葡萄糖的生理范围中，受体占有率是6-25％。
发现3的光漂白相对较慢。在荧光分光仪的连续UV照射下，在5小时内的发射衰减＜10％。在实际的葡萄糖监测装置中，这将转化为长寿命，因为所述受体化合物仅会受到每几秒钟的光的短脉冲。
实施例9-化合物13的合成
图12a所示的化合物13是为了在血液中检测葡萄糖的目的而设计的本发明第一方面的另一化合物。由于和其间苯二甲酰部分连接的所述修饰的R9和R10基团，该化合物具有提高的水溶性，使得其尤其适合用于在体内的血糖监测。
合成化合物13的可能路线通过在图13的右手边所示的逆向合成方案说明，并且在下面更详细地描述。可看出根据本发明第十一方面的该方法在其后面的阶段与被提议用于制备化合物3的方法类似。但是，它开始于在最终产物中代表取代基R9和R10的增溶部分的制备和与式(III)的间苯二甲酰前体的连接。
在图13和下面的描述中，化合物13显示为其钠盐“AnR-G2-Na”；式(III)的间苯二甲酰前体显示为“G2-连接物”；用于将疏水部分连接到所述间苯二甲酰前体的胺显示为“G2-NH2”；并且所述胺的相应的硝基取代形式显示为“G2-NO2”。图14a-14d示出了G2-NH2、G2-连接物和AnR-G2-Na、以及(图14c)最终的钠盐13的叔丁基保护形式(“AnR-G2-tBu”)的结构，在每一个情况下都带有所归属的质子。
如下所述，使用图13所示的路线制备化合物13。
G2-NH2。将可商购的化合物G2-NO2(3.89g，2.65mmol)、雷尼镍(7.5mL，水浆体)和乙醇(100mL)加入到高压釜(250mL)中。然后将高压釜密封，用H2(50bar)加压且在60℃下搅拌24小时。冷却至室温后，混合物通过硅藻土过滤并用DCM(50mL)洗涤，然后在减压下除去溶剂，得到产物(3.46g，91％)。1H-NMR(500MHz，CDCl3)：δ1.42(s，81H，H1)，1.97(t，18H，H5)，2.15(t，6H，H10)，2.23(m，24H，H9/4)，2.38(s，2H，H12)，6.22(s，3H，H7)。C76H134O21N4H+的MS(ESI)计算值＝1439.50；实测值1439.96。
G2-连接物。将DIPEA(1.81ml，10.4mmol)加入到溶于THF(10ml，无水的，脱气的)和CH2Cl2(2ml，无水的，脱气的)的混合物的三-PFP(1.64g，2.31mmol)和G2-NH2(1.70g，1.16mmol)的搅拌悬浮液中。将反应混合物在40℃加热2小时，然后用旋转蒸发器将该澄清溶液浓缩至干。所得到的油状物通过柱色谱(10:90到60:40EA：HEX)纯化，产生为白色固体的产物(1.68g，74.0％)。Rf＝0.34(40：60EA：HEX)。1H-NMR(500MHz，CDCl3)：δ1.31(s，81H，H1)，1.84(t，18H，H5)，2.08(m，24H，H4/9)，2.23(t，6H，H10)，8.96(t，1H，H17)，9.15(d，2H，H15)，9.47(s，1H，H12).19F-NMR(500MHz，CDCl3)：δ-152.42(d，4F，F20)，-157.75(t，2F，F22)，-162.30(t，4F，F21)。C97H136F10N4O26Na+的MS(ESI)计算值＝1987.21；实测值1987.10。
AnR-G2-t-Bu。在氮气下，将溶于THF(100mL，无水的)的G2-连接物的溶液在36小时内逐滴(注射泵)加入到溶于THF(900mL，无水的)的9，10-双(氨基甲基)蒽(52.8mg，0.22mmol)和DIPEA(2mL，12mmol)的溶液中。再搅拌36小时后，在真空中除去溶剂，将残留物溶解在氯仿(200mL)中，并用NH4Cl(饱和水溶液，200mL)、水(200mL)和盐水(200mL)洗涤，然后用MgSO4干燥，过滤和在真空中蒸发。将粗制品溶解在丙酮/水(5∶2，6mL)中，并通过针头过滤器(0.45μm)过滤。将溶液注射到装配有反相柱(Waters-Xselect，250x 19mm，5μm)的制备型反相HPLC装置中，并用丙酮/水洗脱(在20分钟内从80:20到90:10；流速19mL/min)。收集19分钟时的洗脱组分，在真空下浓缩，并冷冻干燥，得到为浅黄色粉末的AnR-G2-tBu(58mg，14％)。Rf＝0.7(70∶30EtoAc∶己烷)。1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.42(s，162H，H24)，2.01(t，JHH＝7.3Hz，36H，H20)，2.22(t，JHH＝7.0Hz，12H，H15)，2.24(t，JHH＝7.3Hz，36H，H21)，2.32(t，JHH＝7.0Hz，12H，H16)，5.53(d，JHH＝4.9Hz 8H，H5)，6.18(s，6H，H18)，6.60(t，JHH＝4.9Hz，4H，H6)，7.38(t，JHH＝1.3Hz，2H，H9)，7.45(dd，JHH＝6.9，3.3Hz 8H，H1)，8.32(dd，JHH＝6.9，3.3Hz 8H，H2)，8.73(s，4H，H10)，8.81(s，2H，H13)。13C NMR(125MHz，CDCl3)：δ＝28.22C24，29.99C20，30.03C21，31.92/31.98C15/16，37.49C5，57.88C19，58.56C14，80.78C23，124.90C2/9，126.44C1，129.85/130.27C3/4，130.35C10，165.55C12，166.21C7，172.87C23，173.22C17。C202H300O48N12Na2 2+的MS(ESI)计算值＝1855.28；实测值1855.14.
AnR-G2-Na。将AnR-G2-tBu(54.4mg，14.8μmol)溶解在DCM(6mL)中，并在冰上冷却至0℃。在5分钟内逐滴加入TFA(2mL)，并将溶液在室温下在氮气中搅拌16小时。然后在真空中除去溶剂，将残留物溶解在H2O/MeOH(6∶4，10mL)中，并逐滴加入NaOH(0.1M)至pH 7。然后将溶液通过针头过滤器(0.45μm)过滤，将剩余溶液冷冻干燥，得到为浅黄色粉末的AnR-G2-Na(43.7mg，97％)。1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.97(t，JHH＝7.4Hz，36H，H20)，2.20(m，48H，H15/21)，2.39(t，JHH＝7.5Hz，12H，H21)，5.48(s，8H，H5)，7.56(dd，JHH＝7.0，2.6Hz 8H，H1)，7.99(s，4H，H9)，8.29(dd，JHH＝7.0，2.6Hz8H，H2)，8.53(s，4H，H10)。13C NMR(125MHz，D2O))：δ＝30.32C20，30.41C15，30.83C16，31.11C21，37.21C5，58.17C19，58.91C14，124.49C2，127.25C1，127.25C9，128.58C4，129.74C3，130.14C10，133.75C8，135.95C11，168.03/168.22C12/7，175.07C17，182.12C22。
实施例10-化合物13的测试
为了评估化合物13是否适合用作体内血糖传感器，对它的相关性质进行了测试。结果总结在图15中。
首先关于它的光学性质，图15a示出了在298K下在磷酸盐缓冲溶液(pH 7.1，0.1M)中18.8μM的化合物与葡萄糖的荧光滴定曲线。池路径长度是10mm，并且对395nm的激发波长和从0到171mM的葡萄糖浓度进行了研究。插图示出了结合数据(423nm)和给出了Ka＝87M-1的拟合曲线(Kaleidagraph)。从这些数据中可以看出，化合物13保持其来自蒽核心的光学输出。一旦与D-葡萄糖结合，当系统被激发时(例如395nm)，其显示出增加了大约3倍的荧光发射(423nm处的发射)。
图15b示出了来自在298K下在D2O中化合物13(0.125mM)与D-葡萄糖(α/β＝36∶64)滴定的部分1H NMR谱。插图说明了在D2O中化合物13的质子E(参见图15的右上角的结构)与D-葡萄糖的NMR结合的实验值和计算值：可看出这些可以很好地吻合，得到了89M-1的Ka值。
图15c是化合物13与三种不同糖的NMR衍生的和荧光衍生的结合常数的表格。该数据证明了相比于D-甘露糖和甲基-β-葡糖苷，所述化合物对全平伏糖如D-葡萄糖(Ka＝89和87M-1)具有选择性。
图15d显示在298K下在D2O中浓度为0.125mM到2mM的化合物13的部分1H NMR谱，峰归属是基于图15右上角的结构。化合物显示出良好的水溶解性，在这些NMR稀释研究过程中没有显示出聚集。
总的来说，这些数据表明化合物13适合于用作人类血清中的葡萄糖传感器。它对葡萄糖与对其他糖相比的增强的结合和选择性会使其甚至在低血糖范围内对葡萄糖水平具有敏感性，并且其荧光输出数据可提供在这种环境下的糖结合的可检测指标。
实施例11-化合物14的合成
图12b中显示的化合物14，是本发明第一方面的另一化合物，设计用于在血液中检测葡萄糖。其修饰的增溶基团R9和R10赋予其甚至比化合物13更大的水溶性。这些基团不仅使化合物14高度适于在血液中使用，还使得在设计在蒽单元和/或其他官能团上携带替代性取代基的改进形式的化合物14时具有更大的灵活性。
合成化合物14的可能路线通过在图13的左手边所示的逆向合成方案说明，并且在下面更详细地描述。该方法也依据本发明的第十一方面，并且在其后面的阶段与被提议用于制备化合物3的方法类似。其开始于在最终产物中代表取代基R9和R10的增溶部分的制备和与式(III)的间苯二甲酰前体的连接。
在图13和下面的说明中，化合物14显示为其钠盐“AnR-G3-Na”；式(III)的间苯二甲酰前体显示为“G3-连接物”；用于将疏水部分连接到间苯二甲酰前体的胺显示为“G3-NH2”；并且所述胺的相应的硝基取代形式显示为“G3-NO2”。图14e到14i示出了这些化合物、以及最终盐14的叔丁基保护形式(“AnR-G3-tBu”)的结构，在每一个情况下都带有所归属的质子。
如下所述，使用图13所示的路线制备化合物14。
G3-NO2。在N2下将G2-NH2(6.31mg，4.4mmol，如实施例9中所制备的)、NO2-三PFP(1.00g，1.30mmol)和DIPEA(1mL)溶解在THF(20mL，无水的)中。将反应加热到50℃，并通过分子筛搅拌48小时。除去溶剂，加入甲苯，并蒸发三次以除去DIPEA。粗制品通过柱色谱(30∶70到50∶50EA：HEX到100∶5EA∶MeOH)纯化，得到为白色固体的G3-NO2(3.04g，52％)。Rf＝0.65(50：50EA：HEX)。1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.42(，243H，H1)，1.94(m，78H，H5/10/15)，2.16(m，78H，H4/9/14)，6.28(s，9H，H7)，7.00(s，3H，H12)。C238H411O68N13Na3 3+的MS(HiRes-ESI)计算值＝1536.2938；实测值1536.2926。
G3-NH2。将G3-NO2(2.93g，0.64mmol)、雷尼镍(10mL，水浆体)和乙醇(40mL)加入到高压釜(250mL)中。然后将该高压釜密封，用H2(50bar)加压且在60℃下搅拌24小时。然后，混合物通过硅藻土过滤，用DCM(50mL)洗涤，并在减压下除去溶剂，得到G2-NH2(2.90g，99％)。Rf＝0.5(EA)。1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.40(，243H，H1)，1.92(m，78H，H5/10/15)，2.17(m，78H，H4/9/14)，6.41(s，9H，H7)，7.66(s，3H，H12)。C238H414O66N13Na2 3+的MS(HiRes-ESI)计算值＝1518.9739；实测值1518.9682。
G3-连接物。在N2下，通过分子筛将G3-NH2(0.50g，111μmol)和三-PFP(0.54g，333μmol)溶解在THF(1mL，无水的)中。注射DIPEA(1mL，10.4mmol)，将反应加热到40℃并在N2下在室温中搅拌4小时。在真空中除去溶剂，加入甲苯(60mL)，并在旋转蒸发器上进行三次去除，以除去DIPEA。粗制品通过柱色谱(40:60到60:40到100:0EA:HEX)纯化，得到为白色泡沫状物的G3-连接物(280mg，50％)。Rf＝0.5(50∶50，EA∶HEX)。19F NMR(470MHz，CDCl3)：δ＝-151.92(d，JFF＝19.1Hz，4F，F25)，-157.32(t，JFF＝22.0Hz，2F，F27)，-161.89(t，JFF＝20.2Hz，4F，F26)。1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.41(s，243H，H1)，1.92(m，78H，H5/10/15)，2.16(m，78H，H4/9/14)，6.27(s，9H，H7)，6.88(s，3H，H12)，9.06(s，1H，H22)，9.14(s，2H，H20)，9.49(s，1H，H17)。C259H415O71N13F10Na3 3+的MS(HiRes-ESI)计算值＝1700.9593；实测值1700.9530.
AnR-G3-tBu。将9，10-二-氨基(甲基)蒽(13.1mg，55.6μmol)溶解在THF(250mL，无水的)和DIPEA(2mL，21.9mmol)中。接下来，在N2中将溶于THF(50mL，无水的)的G3-连接物(280mg，55.6μmol)的溶液用自动注射泵在36小时内注射到胺溶液中，同时进行搅拌。加入后，将反应再放置36小时。在真空中除去溶剂，将粗制品溶解在DCM(50mL)中，并用NH4Cl(饱和水溶液，50mL)、水(50mL)和盐水(50mL)洗涤，然后用MgSO4干燥，过滤和在真空中蒸发。将粗制品溶解在丙酮/水(85∶15，4mL)中，通过针头过滤器(0.45μm)过滤。将溶液注射到配备有反相柱(Waters-Xselect，250x19mm，5μm)的制备型反相HPLC装置中，并用丙酮/水洗脱(在30分钟内从85:15到100:0；流速19mL/min)。收集22分钟时洗脱的组分，在真空中浓缩，并冷冻干燥，得到为白色粉末的AnR-G3-tBu(130mg，48％)。1H NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.42(s，243H，H30)，1.96(t，JHH＝8.2Hz，108H，H25)，2.05(s，54H，H20/15)，2.20(t，JHH＝8.2Hz，162H，H26/21/16)，5.58(s，8H，H5)，6.40(s，6H，H18)，6.51(s，18H，H23)，6.94(s，4H，H6)，7.44(m，10H，H1/8)，8.41(m，8H，H2)，8.67(s，4H，H10)，8.81(s，2H，H13)。C526H858N30O138Na3 3+的MS(ESI)计算值＝3291.02；实测值3292.90。
AnR-G3-Na。将AnR-G3-tBu(80mg，8.2μmol)溶解在DCM(6mL)在，在冰上冷却到0℃。接着，在5分钟内逐滴加入TFA(2mL)，并将反应在N2中在室温下放置16小时。然后，在真空中除去TFA，将产物溶解在H2O：MeOH(6∶4，10mL)中。接着加入NaOH(0.1M)至pH 7，并将溶液冷冻干燥，得到产物(65mg，98％)。1HNMR(500MHz，CDCl3)：δ＝1.42(s，243H，H30)，1.96(t，JHH＝8.2Hz，108H，H25)，2.05(s，54H，H20/15)，2.20(t，JHH＝8.2Hz，162H，H26/21/16)，5.58(s，8H，H5)，6.40(s，6H，H18)，6.51(s，18H，H23)，6.94(s，4H，H6)，7.44(m，10H，HI/8)，8.41(m，8H，H2)，8.67(s，4H，H10)，8.81(s，2H，H13)。
预期化合物14以与化合物3和13相似的方式选择性地结合到葡萄糖上，证明了相对于其他糖和确实相对于可能存在于血液中的其他物质的选择性。还预期会产生相似的光谱响应，这取决于葡萄糖结合。化合物4在水性环境如人类血清中会是高度可溶的。
实施例12-化合物3的固定
通过以下方法将化合物3固定在水凝胶支持物中。所用的聚合物是聚[丙烯酰-二(氨基丙基)聚乙二醇](PEGA)，以平均直径为300-500μm的小珠形式购自Sigma Aldrich。将PEGA小珠储存在具有0.2mmol/g的胺官能度的90％MeOH中。
首先，将化合物3的钠盐(“AnR-G1-Na”，如实施例1中得到的)转化为游离酸形式“AnR-G1-H”。将AnR-G1-Na(12.1mg，7.59μmol)溶解在水(0.8mL)中，逐滴加入HCl(1M)至pH 2。收集沉淀物，用水(3x 2mL)洗涤，并冷冻干燥，得到为黄色粉末的AnR-G1-H(10.9mg，99％)。
接下来，将PEGA小珠(2.9mg，0.58μmol(NH2))称量加到微量离心管(1mL)中，并且以6000rpm离心2分钟。加入DMSO(250μL，无水的)，将混合物以6000rpm离心5分钟，并倾析三次。将AnR-G1-H(2.96mg，2.03μmol)溶解在DMSO(400μL)中，并在N2下加入到所述小珠中。将NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)(1.40mg，12.2μmol)和EDCI(1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺)(2.33mg，12.18μmol)溶解在DMSO(200μL)中并随后加入DIPEA(3.03μL，17.4μmol)。将反应温和摇动16小时，然后将试管以6000rpm离心2分钟，除去DMSO。加入DCM(0.5mL)和水(0.5mL)并摇动，对DCM层进行三次除去。然后用DMSO(2x 1.5mL)和MeOH(2x 1.5mL)洗涤小珠。将NaOH(1.5mL，1M)加入到小珠中，并振荡2小时。然后用水(3x 1.5mL)和PBS(磷酸盐缓冲的盐水)(0.1M，pH7.4，2x 1.5mL)洗涤小珠。该方法与由Shapiro等人在“MeasuringBinding of Protein to Gel-Bound Ligands Using Magnetic Levitation”，JAm Chem Soc(2012)，134(12)：5637-5646中公开的方法相似。
因而被固定，化合物3为适于引入到患者身体的形式，以使得能够在体内监测血糖水平。例如，水凝胶可构成用于引入到血液中的植入物的一部分，或者可在光纤探针上被提供。
实施例13-荧光迁移
通过改变化合物如3、13和14的蒽部分上的取代基，有可能改变它们的光谱响应。该实施例证明了可在含蒽的前体化合物中调整荧光发射光谱，所述前体化合物可用于制备式(II)的化合物并进而制备式(I)的化合物。
制备和测试了四种这样的前体化合物，其中所有的蒽取代基R1至R4是(a)氢、(b)-OCH3、(c)-CO2CH3或(d)N-取代的环酰亚氨基，且氮原子被-CH2CO2-叔丁基取代。在这些化合物中，式(II)的-CH2NH2基团被甲基基团代替。
图17示意性地示出了制备所述取代的前体化合物的方法。所测试的产物被标记为CMR 1(R1-R4＝-OCH3)；CMR 4(R1-R4＝-CO2CH3)；和CMR 6(R1-R4＝N-取代的环酰亚氨基)。
在图17中，BINAP是2，2′-二(二苯基膦)-1，1′-联萘并且HMDS是六甲基二硅烷，也被称为二(三甲基甲硅烷基)胺。化合物CMR 1按照文献(Modjewski et al，Tetrahedron Lett(2009)50：6687-6690)中所记载的制备。未取代的类似物双-甲基蒽是可商购的。
使用LS45荧光光谱仪，在400-550nm之间的波长下，记录前体化合物的发射光谱。结果在图18中示出。可以看出，将酯基加入到所述蒽单元上使其发射峰向光谱的红色端(较长波长)移动。用环酰亚氨基取代使所述峰进一步移动。相比之下，甲氧基取代从相反方向将发射峰移向更短的波长。可预期在衍生自这些前体的式(I)的化合物的发射光谱中存在相似的趋势。因此，可对化合物进行改造以在所需光谱区域提供光谱响应。预期在更长波长-例如约550nm或更大-下的发射峰对体内葡萄糖检测系统特别有价值。
结论
从以上可以看出，本发明的化合物3、13和14、以及其他类似化合物很可能为血糖监测的新方法提供一个很好的起点。它们的简单性、易得性和可调节性可使它们以实用的和经济有效的方式适用于连续葡萄糖监测系统。
特别是，化合物3的类似物、或化合物13或14的类似物——其中对所述两个蒽单元上的取代基进行选择以提高所述化合物的峰值发射波长(例如，通过扩展共轭作用)——可能对体内监测血糖水平特别有价值。化合物13和14——其携带高度亲水性增溶基团R9和R10——中，应该有可能对所述蒽单元进行修饰以调整它们的光谱响应，而不会过多损害整体化合物的水溶性。
图11的解释
图11示意性地示出了本发明第七方面的检测和供应系统。这包括第五方面的装置和第六方面的检测系统，并且可在本发明第八、九或十方面的方法中使用。在这种情况下，该系统用于在活的患者的血液中检测葡萄糖浓度，并且当需要时用于向血液供应胰岛素：因此，其可用作或用于人造胰腺。
所述系统包括检测装置50，其被引入到患者的血液中(通常表示为51)。例如，所述装置50可以采取可植入的芯片或胶囊的形式，或探针如光纤探针的形式。本发明第一或第二方面的化合物、或第三方面的聚合物，以适当的物理形式如水凝胶，携带在装置50之中或之上。所述化合物或聚合物在葡萄糖的存在下显示了光谱响应，所述响应的性质和/或量级取决于血液51中的葡萄糖浓度。
所述系统还包括检测器52，以小型装置的形式，其可被捆扎到患者身体中位于或靠近所植入的装置50的位置。所述检测器52能够检测化合物或聚合物对其环境的光谱响应。所述检测器52包括探询装置53，其可通过探询装置53在适于激发化合物或聚合物并引起其发射电磁辐射55作为响应的波长下应用电磁辐射54。所发射的波55可通过检测器52检测，然后检测器52将信号56发送到控制装置57。因此，信号56携带了关于患者血液中葡萄糖浓度的信息。这样的信息可从检测器52和/或控制装置57传递到输出装置58如显示器中，用户可以从中得到有关葡萄糖浓度和/或相关警告的信息。信息还可以从所述检测器和/或所述控制装置输出到如在59所示的另一装置或系统中。
所述控制装置57包括比较装置60。其将信号56和关于安全的血糖浓度的预编程信息进行比较。如果所述控制装置检测到信号56与预编程的安全浓度之间的预定最小差异，则它将信号61发送到递送装置62，其与胰岛素供应器64连接。所述信号61控制胰岛素通过泵63和合适的静脉内导管65从供应器64送回至患者的血液中。以这种方式，所述控制装置57可将患者的血糖水平保持在安全范围内，以在必要时供应胰岛素以响应检测到的变化。由于血液中装置50的存在，以及检测物化合物(I)或(Ia)对葡萄糖浓度改变的响应的简单性和容易检测性，可连续地进行患者的血糖水平的检测，并将它们保持在安全范围内。
所述控制装置57可包含以下的一个或多个：微处理器或其它数据处理器和/或操作控制装置；数据存储装置例如闪速存储器；以及用于连接到另一装置或系统59(例如计算机)的连接器或连接端口，以便在两者间传送数据。或者或另外，传统的无线通信系统和数据传送系统可用于远程控制所述检测系统的操作以及与所述检测系统联系。

Claims (18)

1.式(I)的水溶性化合物：
其中R1-R8各自独立地选自氢；任选取代的烷基；任选取代的环烷基；任选取代的杂环基；任选取代的烯基；任选取代的炔基；任选取代的芳基；任选取代的杂芳基；烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；-SO3H；-SO3 -；-OSO3H；-OSO3 -；-PO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；-OPO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；胺；酰胺；卤素基团；-CN；NO2；-OH；亚氨基和酰亚氨基，条件是在所述对R1R2、R3R4、R5R6和R7R8的任何一对或多对中，所述两个取代基可连接在一起以形成任选取代的环状基团的一部分；并且，
R9和R10各自独立地选自氢；任选取代的烷基；任选取代的环烷基；任选取代的杂环基；任选取代的烯基；任选取代的炔基；任选取代的芳基；任选取代的杂芳基；烷氧基；酮基和醛基；羧酸和羧酸根离子；羧酸酯；-SO3H；-SO3 -；-OSO3H；-OSO3 -；-PO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；-OPO3XY，其中X和Y独立地是氢、烷基或负电荷；胺；酰胺；卤素基团；-CN；-NO2；-OH；亚氨基和酰亚氨基。
2.权利要求1的化合物，其中R9和R10各自独立地选自氢和亲水取代基，条件是R9和R10中的至少一个是亲水取代基。
3.权利要求1或权利要求2的化合物，其中R1至R8都是氢。
4.权利要求2或从属于其的任何权利要求的化合物，其中所述至少一个亲水取代基选自式-C(O)-R14的基团，其中R14选自：
a.基团-NR15C(R16CO2H)3，其中R15选自氢和C1至C4烷基；和R16是基团(CH2)n，其中n是1到6的整数，任选包含醚基-O-；
b.基团-NR15C(R17)3，其中R15如上定义；R17是基团-R18C(O)NR15-C(R18CO2H)3；并且R18各自独立地选自如上所定义的基团R16；以及
c.基团-NR15C(R25)3，其中R15如上定义；R25是基团-R18C(O)NR15-C(R26)3；R26是基团-R18C(O)NR15-C(R18CO2H)3；并且R18各自独立地选自如上所定义的基团R16。
5.前述权利要求任一项的化合物，其具有式：
或其盐或其被保护的形式。
6.前述权利要求任一项的化合物，其在与靶糖——特别是葡萄糖——络合时显示光谱响应，所述光谱响应优选在电磁谱的可见区和/或近红外区是可检测的。
7.前述权利要求任一项的化合物，其被固定在固体或半固体支持物——如聚合基质——之上或之中。
8.用于合成权利要求1-7中任一项的化合物的方法，所述方法包括至少第一步骤，将式(II)的双-(氨基甲基蒽)化合物与式(III)的化合物反应：
其中，R1至R4是如权利要求1至7中任一项所定义的，
其中R19是离去基团L；R20选自离去基团L和保护基P1；R21选自权利要求1至7中任一项所定义的基团R9，其中所述或每一个反应性端基被保护基P2保护；并且P1和所有的P2基团各自独立地选自在所选择的反应条件下能够防止它们所连接的取代基与-NH2基团反应的保护基。
9.权利要求8的方法，其中R20是权利要求8中所定义的保护基P1，并且所述方法的第一步骤导致形成中间体化合物(IV)：
其中基团R1至R4和R21如权利要求8中所定义，R20如上定义，
并且，其中，在第一步骤之后，(a)用离去基团L替代保护基P1，以形成式(IVa)化合物，其中R20是如权利要求8中所定义的离去基团L；和(b)使所述化合物(IVa)与权利要求8中所定义的式(II)的其他化合物反应。
10.一种装置，其携带权利要求1至7中任一项的化合物，所述装置适用于和/或被改造为适于引入到人类或动物身体中。
11.用于在水性环境中检测靶糖的检测系统，所述系统包含权利要求1至7中任一项的化合物和/或权利要求10的装置，以及用于在水性环境中检测化合物对靶糖的响应(特别是光谱响应)的检测器。
12.权利要求11的检测系统，还包括(i)活性物质的供应器、(ii)用于从所述供应器向水性环境递送所述活性物质的递送装置、和(iii)用于控制所述活性物质的递送以响应由所述检测器检测到的所述水性环境中的靶糖浓度或浓度变化的控制装置。
13.用于在水性环境中检测靶糖的方法，所述方法包括将权利要求1至7中任一项的化合物和/或权利要求10的装置引入到水性环境中，以及检测所述化合物或与所述化合物相关的其他物质对环境的响应(特别是光谱响应)。
14.权利要求13的方法，其中所述靶糖是葡萄糖。
15.权利要求1至7中任一项的化合物，用于在活的人类或动物身体上进行诊断和/或治疗的方法中。
16.权利要求15的用于所述用途的权利要求1-7任一项的化合物，其中所述诊断和/或治疗的方法包括病症的诊断和/或治疗，所述病症导致人类或动物患者中——特别是患者血液中——的靶糖浓度异常和/或浓度变化、或原本与人类或动物患者中——特别是患者血液中——的靶糖浓度异常和/或浓度变化相关。
17.权利要求16的用于所述用途的权利要求1-7中任一项的化合物，其中所述病症是糖尿病。
18.式(V)的化合物：
其中R1至R4和R20如权利要求8中所定义；R24各自独立地选自如权利要求1至7中任一项所定义的基团R9、和如权利要求1至7中任一项所定义的其中所述或每一个反应性端基被保护基P3保护的基团R9；并且P3各自独立地选自在权利要求9的方法的步骤(b)中，能够防止它们所连接的取代基与式(II)的化合物中的-NH2基团反应的保护基。
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