CN105377994A - 水溶性荧光染料或有色染料及其使用方法 - Google Patents

水溶性荧光染料或有色染料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

公开了可用作荧光染料或有色染料的化合物。所述化合物具有以下结构(I)：包括其立体异构体、盐和互变异构体，其中R1、R2、R3、L1、L2、L3、L4、L5、L6、M1、M2、A、q、w和n如本文定义。还提供与制备和使用这类化合物相关的方法。

Description

水溶性荧光染料或有色染料及其使用方法
发明背景
发明领域
本发明涉及新的荧光染料或有色染料及其制备方法和在多种分析方法中的用途。
相关技术的描述
已知荧光染料和/或有色染料特别适合其中需要高度灵敏的检测试剂的应用。能够偏好标记样品中特定成分或组分的染料能使研究者确定特定成分或组分的存在、其量和/或位置。此外，可以就多样环境中其空间分布和时间分布监测特定系统。
荧光法和比色法在化学和生物学中应用特别广泛。这些方法产生关于生物分子存在、结构、距离、取向、复合状态和/或位置的有用信息。此外，时间解析法日益地用于动态学和动力学的测量。因此，已经开发了用于荧光标记或颜色标记生物分子(如核酸和蛋白质)的许多策略。
苝和相关的染料具有高的光化学持久性(化学、热和光化学稳定性)和高荧光量子产率并且用于多种复印过程、太阳能电池、光伏器件和染料激光器中。但是，苝衍生物已经主要用作颜料和荧光染料。已经报道具有多种颜色和光吸收特性的苝染料。例如，BeckerS.等人,Chem.Eur.J.,6,213,984,(2000)报告了显示从蓝色至橙色颜色变化的热致性苝二甲酰亚胺发色团的合成。已经认为苝和相关的发色团作为生物分子探针的用途有限，这明显地归因于这类分子的强疏水特征及难以用这类分子区域特异性标记生物分子。
因此本领域需要在没有事先光照或化学激活或酶促激活情况下允许目视或荧光检测生物分子的水溶性染料和生物标记物。理想地，这类染料和生物标记物应当强烈显色或发荧光并且应当以多种颜色和荧光波长可获得。本发明满足这种需要并且进一步提供相关优点。
发明简述
简言之，本发明总体上涉及可用作能够目视检测生物分子和其他分析物的水溶性荧光染料或有色染料和探针的化合物，以及制备它们的试剂。还描述了用于目视检测生物分子以及用于确定生物分子大小的方法。本发明的水溶性荧光染料或有色染料强烈显色和/或发荧光并且可以通过视检或其他手段轻易地观察。在一些实施方案中，可以在没有事先光照或化学激活或酶促激活情况下观察所述化合物。通过适宜地选择染料，如本文所述，可以获得具有多种颜色的目视可检测生物分子。
在一个实施方案中，提供具有以下结构(I)的化合物：
或其立体异构体、互变异构体或盐，其中R1、R2、R3、L1、L2、L3、L4、L5、L6、M1、M2、A、q、w和n如本文定义。
在另一个实施方案中，提供一种用于对样品进行染色的方法，所述方法包括向所述样品按照足够在所述样品以适宜波长照亮时产生光学响应的量添加如本文所述的代表性化合物。
仍在其他实施方案中，本公开提供一种用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)提供本文所述的代表性化合物；并且
(b)通过其可视特性检测化合物。
所公开的其他方法包括一种用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)将任一种所公开的化合物与一种或多种生物分子混合；并且
(b)通过其可视特性检测化合物。
其他实施方案涉及一种组合物，所述组合物包含任一种公开的化合物和一种或多种生物分子。还提供了这种组合物在检测一种或多种生物分子的分析方法中的用途。
本发明的这些方面和其他方面会在参考以下详述而显而易见。
发明详述
在以下描述中，阐述某些具体细节，旨在提供对本发明多种实施方案的透彻理解。但是，本领域技术人员将理解本发明可以在没有这些细节的情况下实施。
除非情境需要，否则在本说明书和权利要求通篇范围内，词“包含”及其变例，如，“包含了”和“包含着”将解释成是开放、包括性意义，即，理解为“包括但不限于”。
本说明书通篇范围内对“一个实施方案“或“某个实施方案”的谈及意指在本发明的至少一个实施方案中包含与某实施方案联系所描述的具体特点、结构或特征。因此，短语“在一个实施方案中”或“在某个实施方案中”在本说明书通篇范围内多个位置的出现并不必然地全都指相同的实施方案。另外，具体特点、结构或特征可以在一个或多个实施方案中按任何适合的方式组合。
“氨基”指-NH2基。
“羧基”指-CO2H基。
“氰基”指-CN基。
“甲酰基”指-C(＝O)H基。
“羟”或“羟基”指OH基。
“亚胺基”指＝NH基。
“硝基”指-NO2基。
“氧代”指＝O取代基。
“硫氢基”指-SH基。
“硫代”指＝S基。
“烷基”指仅由碳原子和氢原子组成的直链或分枝烃链基团，所述烃链基团是饱和或不饱和的(即，含有一个或多个双键和/或叁键)，具有1个至12个碳原子(C1-C12烷基)、优选地1个至8个碳原子(C1-C8烷基)或1个至6个碳原子(C1-C6烷基)，并且通过单键与分子的其余部分连接，例如，甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基(异丙基)、正丁基、正戊基、1,1-二甲基乙基(叔-丁基)、3-甲基己基、2-甲基己基、乙烯基、丙-1-烯基、丁-1-烯基、戊-1-烯基、戊-1,4-二烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基等。除非在本说明书中另外声明，否则烷基可以是任选取代的。
“亚烷基”或“亚烷基链”指仅由碳和氢组成的使分子的其余部分与取代基连接的直链或分枝二价烃链，所述二价烃链是饱和或不饱和的(即，含有一个或多个双键和/或叁键)并且具有1个至12个碳原子，例如，亚甲基、亚乙基、亚丙基、正-亚丁基、亚乙烯基、亚丙烯基、正-亚丁烯基、亚丙炔基、正-亚丁炔基等。亚烷基链通过单键或双键与分子的其余部分连接并通过单键或双键与取代基连接。亚烷基链与分子其余部分及与取代基的连接点可以是经过链内部的一个碳或任何两个碳。除非在本说明书中另外声明，否则亚烷基链可以是任选取代的。
“烷氧基”指式-ORa的基团，其中Ra是如上文定义的含有1个至12个碳原子的烷基。除非在本说明书中另外声明，否则烷氧基可以是任选取代的。
“烷基氨基”指式-NHRa或-NRaRa的基团，其中每个Ra独立地是如上文定义的含有1个至12个碳原子的烷基。除非在本说明书中另外声明，否则烷基氨基可以是任选取代的。
“烷基醚”指如上文定义的任何烷基，其中至少一个碳-碳键用碳-氧键替换。碳-氧键可以在末端上(如在烷氧基中)或碳氧键可以是内部的(即，C-O-C)。烷基醚包含至少一个碳氧键，但是可以包括多于一个碳氧键。例如，在烷基醚的含义内部包括聚乙二醇(PEG)。除非在本说明书中另外声明，否则烷基醚基可以是任选取代的。例如，在一些实施方案中，烷基醚用醇或磷酸酯取代。
“亚烷基醚”指如上文定义的任何亚烷基，其中至少一个碳-碳键用碳-氧键替换。碳-氧键可以在末端上(如在烷氧基中)或碳氧键可以是内部的(即，C-O-C)。亚烷基醚包含至少一个碳氧键，但是可以包括多于一个碳氧键。例如，在亚烷基醚的含义内部包括聚乙二醇(PEG)。除非在本说明书中另外声明，否则亚烷基醚基可以是任选取代的。
“烷基二氧膦基”指-RP(＝O)(Ra)Rb基团，其中R是亚烷基，Ra是OH、O-或ORc；并且Rb是-氧烷基或-氧烷基醚，其中Rc是反离子(例如，Na+等)。除非在本说明书中另外声明，否则烷基二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基二氧膦基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分(Rb)任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧烷基二氧膦基是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基二氧膦基。除非在本说明书中另外声明，否则氧烷基二氧膦基可以是任选取代的。
“烷基醚二氧膦基”指-RP(＝O)(Ra)Rb基团，其中R是亚烷基，Ra是OH、O-或ORc；并且Rb是-氧烷基或-氧烷基醚，其中Rc是反离子(例如，Na+等)。除非在本说明书中另外声明，否则烷基醚二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基醚二氧膦基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分(Rb)任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧烷基醚二氧膦基”是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基醚二氧膦基。除非在本说明书中另外声明，否则氧烷基醚二氧膦基可以是任选取代的。
“烷基硫代二氧膦基”指-P(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH、O-、S-、ORd或SRd；并且Rc是-氧烷基或-氧烷基醚，其中Rd是反离子(例如，Na+等)并且条件是：Ra是S或Rb是S-或SRd；或条件是Ra是S和Rb是S-或SRd。除非在本说明书中另外声明，否则烷基硫代二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基硫代二氧膦基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧烷基硫代二氧膦基”是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基硫代二氧膦基。除非在本说明书中另外声明，否则氧烷基硫代二氧膦基可以是任选取代的。
“烷基醚硫代二氧膦基”指-P(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH、O-、S-、ORd或SRd；并且Rc是-氧烷基或-氧烷基醚，其中Rd是反离子(例如，Na+等)并且条件是：Ra是S或Rb是S-或SRd；或条件是Ra是S和Rb是S-或SRd。除非在本说明书中另外声明，否则烷基醚硫代二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基醚硫代二氧膦基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧烷基醚硫代二氧膦基”是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基醚硫代二氧膦基。除非在本说明书中另外声明，否则氧烷基醚硫代二氧膦基可以是任选取代的。
“酰胺”指-NRaRb原子团，其中Ra和Rb独立地是H、烷基或芳基。除非在本说明书中另外声明，否则酰胺基可以是任选取代的。
“芳基”指包含氢、6至18个碳原子和至少一个芳环的烃环系统基团。出于本发明的目的，芳基可以是单环状、双环状、三环状或四环状环系统，其可以包括稠合或桥环系统。芳基包括但不限于衍生自苯并苊(aceanthrylene)、苊烯、荧蒽(acephenanthrylene)、蒽、薁、苯、荧烷、芴、不对称引达省(as-indacene)、对称引达省(s-indacene)、茚满、茚、萘、非那烯(phenalene)、菲、七曜烯(pleiadene)、芘、和三亚苯的芳基。除非在本说明书中另外声明，否则术语“芳基”或前缀“ar-”(如“芳烷基”中)意在包括任选取代的芳基。
“芳氧基”指式-ORa的基团，其中Ra是如上文定义的芳基，例如苯氧基等。除非在本说明书中另外声明，否则芳氧基可以是任选取代的。
“芳烷基”指式-Rb-Rc的基团，其中Rb是如上文定义的亚烷基链并且Rc是如上文定义的一种或多种芳基，例如，苄基、二苯甲基等。除非在本说明书中另外声明，否则芳烷基可以是任选取代的。
“氧芳烷基”是通过氧键与分子剩余部分连接的芳烷基。“ODMT”指通过O原子与分子其余部分连接的二甲氧基三苯甲基。除非在本说明书中另外声明，否则氧芳烷基可以是任选取代的。
“氰烷基”指包含至少一个氰基取代基的烷基。一个或多个-CN取代基可以在伯、仲或叔碳原子上。除非在本说明书中另外声明，否则氰烷基可以是任选取代的。
“环烷基”或“碳环状环”指仅由碳原子和氢原子组成的稳定非芳族单环状或多环状烃基，所述非芳族单环状或多环状烃基可以包括稠合或桥环系统，具有3个至15个碳原子，优选地具有3个至10个碳原子，并且饱和或不饱和的以及通过单键与分子的其余部分连接。单环状环烷基例如包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。多环状环烷基例如包括金刚烷基、降冰片基、萘烷、7,7-二甲基-双[2.2.1]庚基等。除非在本说明书中另外声明，否则环烷基可以是任选取代的。
“环烷基烷基”指式-RbRd的基团，其中Rb是如上文定义的亚烷基链并且Rd是如上文定义的环烷基。除非在本说明书中另外声明，否则环烷基烷基可以是任选取代的。
“多环的”指具有多于一个环的任何分子。这些环可以稠合、为螺环状或由一个或多个原子分隔(例如，通过非环接头连接)。
“螺环”指其中两个环共有单个碳原子的多环分子。
“稠合”指本文所述的与本发明化合物中的现有环结构稠合的任何环结构。当稠环是杂环基环或杂芳基环时，在变成稠合杂环基环或稠合杂芳基环组成部分的现有环结构上的任何碳原子可以由氮原子替换。
“卤”或“卤素”指溴、氯、氟或碘。
“卤代烷基”指如上文定义的烷基，所述烷基由一个或多个如上文定义的卤素基团取代，例如，三氟甲基、二氟甲基、三氯甲基、2,2,2-三氟乙基、1.2-二氟乙基、3-溴-2-氟丙基、1,2-二溴乙基等。除非在本说明书中另外声明，否则卤代烷基可以是任选取代的。
如本文所用，“杂环”指由2至12个碳原子和1至6个选自氮、氧和硫的杂原子组成的稳定3元至18元非芳族环基团。除非在本说明书中另外声明，否则杂环基可以是单环状、双环状、三环状或四环状环系统，所述环系统可以包括稠合或桥环系统；并且杂环基中的氮、碳或硫原子可以任选地氧化；氮原子可以任选地季化；并且杂环基可以是部分或完全饱和的。这类杂环基的例子包括但不限于二氧戊环基、噻吩基[1.3]二噻烷基、十氢异喹啉基、咪唑啉基、咪唑烷基、异噻唑烷基、异唑烷基、吗啉基、八氢吲哚基、八氢异吲哚基、2-氧代哌嗪基、2-氧代哌啶基、2-氧代吡咯烷基、唑啉基、哌啶、哌嗪基、4-哌啶酮基、吡咯烷基、吡唑烷基、奎宁环基、噻唑烷基、四氢呋喃基、三噻烷基、四氢吡喃基、硫代吗啉、硫吗啉基、1-氧代-硫代吗啉、和1,1-二氧代-硫代吗啉基。除非在本说明书中另外声明，否则杂环基可以是任选取代的。
“N-杂环基”指如上文定义的杂环基，所述杂环基含有至少一个氮并且其中杂环基与分子其余部分接合的点经过杂环基中的氮原子。除非在本说明书中另外声明，否则N-杂环基基可以是任选取代的。
“杂环基烷基”指式-RbRe的基团，其中Rb是如上文定义的亚烷基链并且Re是如上文定义的杂环基，并且如果杂环基是含氮杂环基，则该杂环基可以与烷基在氮原子处连接。除非在本说明书中另外声明，否则杂环基烷基可以是任选取代的。
“杂芳基”指包含氢原子、1个至13碳原子、1个至6个选自氮、氧和硫的杂原子和至少一个芳环的5元至14元环系统基团。出于本发明的目的，杂芳基可以单环状、双环状、三环状或四环状环系统，所述环系统可以包括稠合或桥环系统；并且杂芳基中的氮、碳或硫原子可以任选地氧化；氮原子可以任选地季化。例子包括但不限于吖庚因基、吖啶基、苯并咪唑基、苯并噻唑、苯并吲哚基、苯并二氧杂环戊烯基、苯并呋喃基、苯并唑基、苯并噻唑、苯并噻二唑基、苯并[b][1,4]二氧杂环庚基、1,4-苯并二烷基、苯并萘呋喃基、苯并唑基、苯并二氧杂环戊烯基、二烯基、苯并吡喃基、苯并吡喃酮基、苯并呋喃基、苯并吡喃酮基、苯并噻吩基(苯并苯硫基)、苯并三唑基、苯并[4,6]咪唑并[1.2-a]吡啶基、咔唑基、噌啉基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、呋喃基、呋喃酮基、异噻唑基、咪唑基、吲唑基、吲哚基、吲唑基、异吲哚基、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、异喹啉基、吲嗪基、异唑基、萘啶基、二唑基、2-氧代吖庚因基、唑基、环氧乙烷基、1-氧化吡啶基、1-氧化嘧啶基、1-氧化吡嗪基、1-氧化哒嗪基、1-苯基-1H-吡咯、吩嗪基、吩噻嗪基、吩嗪基、酞嗪基、蝶啶基、嘌呤基、吡咯基、吡唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、喹唑啉基、喹啉基、喹啉基、奎宁环基、异喹啉基、四氢喹啉基、噻唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、三嗪基和苯硫基(即，噻吩基)。除非在本说明书中另外声明，否则杂芳基可以是任选取代的。
“N-杂芳基”指如上文定义的杂芳基，所述杂芳基含有至少一个氮并且其中杂芳基与分子其余部分接合的点经过杂芳基中的氮原子。除非在本说明书中另外声明，否则N-杂芳基可以是任选取代的。
“杂芳基烷基”指式式-RbRf的基团，其中Rb是如上文定义的亚烷基链并且Rf是如上文定义的芳基。除非在本说明书中另外声明，否则杂芳基烷基可以是任选取代的。
“羟基烷基”指包含至少一个羟基取代基的烷基。一个或多个-OH取代基可以在伯、仲或叔碳原子上。除非在本说明书中另外声明，否则羟基烷基可以是任选取代的。
“羟基烷基醚”指包含至少一个羟基取代基的烷基醚基。一个或多个-OH取代基可以在伯、仲或叔碳原子上。除非在本说明书中另外声明，否则羟基烷基醚基可以是任选取代的。
“磷酸酯”指-OP(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH、O-或ORc；并且Rb是OH、O-、ORc、又一个磷酸酯基团(如在二磷酸酯和三磷酯中)、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚，其中Rc是反离子(例如，Na+等)。除非在本说明书中另外声明，否则磷酸酯基可以是任选取代的。
“二氧膦基”指-P(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH、O-或ORc；并且Rb是OH、O-、ORc、磷酸酯基团(如在二磷酸酯和三磷酯中)、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚，其中Rc是反离子(例如，Na+等)。除非在本说明书中另外声明，否则二氧膦基可以是任选取代的。
“二氧膦基烷基”指-P(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH、O-或ORc；并且Rb是-氧烷基，其中Rc是反离子(例如，Na+等)。除非在本说明书中另外声明，否则二氧膦基烷基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，二氧膦基烷基中的-氧烷基部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基或磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧二氧膦基烷基”是通过氧原子与分子剩余部分连接的二氧膦基烷基。除非在本说明书中另外声明，否则氧二氧膦基烷基可以是任选取代的。
“二氧膦基烷基醚”指-P(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH、O-或ORc；并且Rb是-氧烷基醚，其中Rc是反离子(例如，Na+等)。除非在本说明书中另外声明，否则二氧膦基烷基醚可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，二氧膦基烷基醚基团中的-氧烷基醚部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧二氧膦基烷基醚”是通过氧原子与分子剩余部分连接的二氧膦基烷基醚基团。除非在本说明书中另外声明，否则氧二氧膦基烷基醚基团可以是任选取代的。
“硫氢基烷基”指包含至少一个硫氢基取代基的烷基。一个或多个-SH取代基可以在伯、仲或叔碳原子上。除非在本说明书中另外声明，否则硫氢基烷基烷基可以是任选取代的。
“硫氢基烷基醚”指包含至少一个硫氢基取代基的烷基醚基团。一个或多个-SH取代基可以在伯、仲或叔碳原子上。除非在本说明书中另外声明，否则硫氢基烷基醚基可以是任选取代的。
“磺酸酯”指-OS(O)2Ra基团，其中Ra是烷基或芳基。除非在本说明书中另外声明，否则磺酸酯烷基可以是任选取代的。
“硫代烷基”指式-SRa的基团，其中Ra是如上文定义的含有1个至12个碳原子的烷基。除非在本说明书中另外声明，否则硫代烷基可以是任选取代的。
“硫代磷酸酯”指-OP(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH、O-、S-、ORd或SRd；并且Rc是OH、O-、ORd、磷酸酯基团、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚，其中Rd是反离子(例如，Na+等)并且条件是：Ra是S或Rb是S-或SRd；或条件是Ra是S并且Rb是S-或SRd。除非在本说明书中另外声明，否则硫代磷酸酯基可以是任选取代的。
“硫代二氧膦基”指-OP(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH、O-、S-、ORd或SRd；并且Rc是OH、O-、ORd、磷酸酯基团、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚，其中Rd是反离子(例如，Na+等)并且条件是：Ra是S或Rb是S-或SRd；或条件是Ra是S并且Rb是S-或SRd。除非在本说明书中另外声明，否则硫代二氧膦基可以是任选取代的。
“硫代二氧膦基烷基”指-P(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH、O-、S-、ORd或SRd；并且Rc是-氧烷基，其中Rd是反离子(例如，Na+等)并且条件是：Ra是S或Rb是S-或SRd；或条件是Ra是S并且Rb是S-或SRd。除非在本说明书中另外声明，否则硫代二氧膦基烷基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，硫代二氧膦基烷基中的-氧烷基部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧硫代二氧膦基烷基”是通过氧原子与分子剩余部分连接的硫代二氧膦基烷基。除非在本说明书中另外声明，否则氧硫代二氧膦基烷基可以是任选取代的。
“硫代二氧膦基烷基醚”指-P(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH、O-、S-、ORd或SRd；并且Rc是-氧烷基醚，其中Rd是反离子(例如，Na+等)并且条件是：Ra是S或Rb是S-或SRd；或条件是Ra是S和Rb是S-或SRd。除非在本说明书中另外声明，否则硫代二氧膦基烷基醚可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，硫代二氧膦基烷基中的-氧烷基醚部分部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚或硫代二氧膦基烷基醚。“氧硫代二氧膦基烷基醚是通过氧原子与分子剩余部分连接的硫代二氧膦基烷基醚基。除非在本说明书中另外声明，否则氧硫代二氧膦基烷基醚基可以是任选取代的。
本文所用的术语“取代的”意指上述任一基团(即，烷基、亚烷基、烷氧基、烷基氨基、烷基醚、亚烷基醚、酰胺、硫代烷基、芳基、芳氧基、芳烷基、氧芳烷基、氰烷基、环烷基、环烷基、卤代烷基、杂环基、N-杂环基、杂环基烷基、杂芳基、N-杂芳基、杂芳基烷基、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、磷酸酯、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、磺酸酯、硫代磷酸酯、硫代二氧膦基烷基和/或硫代二氧膦基烷基醚)，其中至少一个氢原子由与非氢原子形成的键替换，所述非氢原子例如是，但不限于卤原子如F、Cl、Br和I；多种基团如羟基、烷氧基和酯基中的氧原子；多种基团如硫醇基、硫代烷基、砜基团、磺酰基和亚砜基团中的硫原子；多种基团如胺、酰胺、烷基胺、二烷基胺、芳基胺、烷基芳基胺、二芳基胺、N-氧化物、二酰亚胺和烯胺中的氮原子；多种基团如三烷基甲硅烷基、二烷基芳基甲硅烷基、烷基二芳基甲硅烷基和三芳基甲硅烷基中的硅原子；和多种其他基团中的其他杂原子。“取代的”还意指上述任一基团，其中一个或多个氢原子由与杂原子(如氧代、羰基、羧基和酯基中的氧；和多种基团如亚胺、肟、腙和腈中的氮)形成的更高级键替换(例如，双键或叁键)。例如，“取代的”包括其中一个或多个氢原子由-NRgRh、-NRgC(＝O)Rh、-NRgC(＝O)NRgRh、-NRgC(＝O)ORh、-NRgSO2Rh、-OC(＝O)NRgRh、-ORg、-SRg、-SORg、-SO2Rg、-OSO2Rg、-SO2ORg、＝NSO2Rg和-SO2NRgRh替换的上述任一基团。例如，“取代的”包括其中一个或多个氢原子由-C(＝O)Rg、-C(＝O)ORg、-C(＝O)NRgRh、-CH2SO2Rg、-CH2SO2NRgRh替换的上述任一基团。在前述基团中，Rg和Rh是相同或不同的并且独立地是氢、烷基、烷氧基、烷基氨基、硫代烷基、芳基、芳烷基、环烷基、环烷基、卤代烷基、杂环基、N-杂环基、杂环基烷基、杂芳基、N-杂芳基和/或杂芳基烷基。
“取代的”还意指上述任一基团，其中一个或多个氢原子由与氨基、氰基、羟基、亚胺基、硝基、氧代、硫代、卤素、烷基、烷氧基、烷基氨基、硫代烷基、芳基、芳烷基、环烷基、环烷基、卤代烷基、杂环基、N-杂环基、杂环基烷基、杂芳基、N-杂芳基和/或杂芳基烷基形成的键替换。此外，前述取代基的每一者也可以任选由一个或多个上述取代基取代。
“共轭”指一个p-轨道与另一个p-轨道跨居间的键σ键重叠。共轭可以出现在环状或非环化合物中。“共轭程度”指至少一个p-轨道与另一个p-轨道跨居间的双键重叠。例如，1,3-丁二烯具有一个共轭程度，而苯和其他芳族化合物一般具有多个共轭程度。荧光和有色化合物一般包含至少一个共轭程度。
“荧光”指能够吸收特定频率的光并发射不同频率的光的分子。荧光是本领域普通技术人员熟知的。
“有色”指吸收有色光谱(即，红色、黄色、蓝色等)内光的分子。
“接头”指至少一个原子(如碳、氧、氮、硫、磷及其组合)的连续链，所述连续链将分子的一部分连接至相同分子的另一个部分或连接至不同分子、部分或固相支持物(例如，微粒子)。接头可以经共价键或其他方式如离子相互作用或氢键相互作用连接分子。
为了本发明的目的，术语“生物分子”指多种生物物质的任一者，所述生物物质包括核酸、糖、氨基酸、多肽、糖蛋白、激素、适配体及其混合物。更具体地，该术语意在包括而不限于RNA、DNA、寡核苷酸、修饰或衍生化的核苷酸、酶、受体、朊病毒、受体配体(包括激素)、抗体、抗原和毒素，以及细菌、病毒、血细胞和组织细胞。如本文进一步描述，通过以下方式制备本发明的目视可检测生物分子(即，与生物分子连接的结构(I)的化合物)：使生物分子与具有反应基团的化合物接触，所述反应基团能够借助生物分子上的任何可用原子或官能团如氨基、羟基、羧基或硫氢基，使该生物分子与化合物连接。
术语“可视的”和“目视可检测的”在本文中用来指没有事先光照或化学激活或酶促激活情况下通过视检可观察的物质。这类目视可检测的物质在范围从约300nm至约900nm的光谱区吸收并发光。优选地，这类物质强烈有色，优选地具有至少约40,000、更优选地至少约50,000、仍然更优选地至少约60,000、仍更优选地至少约70,000和最优选地至少约80,000M-1cm-1的摩尔消光系数。可以通过用肉眼观察，或借助基于光学的检测装置，包括而不限于，吸收分光光度计、透射光学显微镜、数码照相机和扫描仪，检测到本发明的生物分子。目视可检测的物质不限于在可见光谱发射和/或吸收光的那些。“目视可检测的”物质的范围内还包括在紫外(UV))区(约10nm至约400nm)、红外(IR)区(约700nm至约1mm)发射和/或吸收光的物质和在其他电磁波谱区发射和/或吸收的物质。
为了本发明的目的，术语“光稳定的可视染料”指如上文所定义那样目视可检测并且当暴露于光时没有显著改变或分解的化学部分。优选地，在暴露于光至少1小时后，光稳定的可视染料不显示明显的漂白作用或分解。更优选地，在暴露于光至少12小时、仍然更优选地至少24小时、然而仍更优选地至少1周和最优选地至少1个月后，可视染料稳定。适用于本发明化合物和方法中的光稳定可视染料的非限制性例子包含偶氮染料、硫靛蓝染料、喹吖啶酮颜料、二嗪、酞菁、芘酮(perinone)、二酮吡咯并吡咯、喹酞酮和truarycarbonium。
如本文所用，术语“苝衍生物”意在包括目视可检测的任何取代的苝。但是，该术语不意在包括苝本身。类似地使用术语“蒽衍生物”、“萘衍生物”和“芘衍生物”。在一些优选的实施方案中，衍生物(例如，苝衍生物、芘衍生物、蒽衍生物或萘衍生物)是苝、蒽、萘或芘的二酰亚胺、双二酰亚胺或hydrazamimide衍生物。
本发明的目视可检测生物分子可用于广泛类型的生物化学应用和生物医学应用，其中需要确定特定生物分子的存在、位置或量。在另一个方面，因此，本发明提供一种用于目视检测生物分子的方法，包括：(a)向生物系统提供包含与生物分子连接的结构(I)的化合物的目视可检测生物分子；并且(b)通过其可视特性检测生物分子。为了本发明的目的，短语“通过其可视特性检测生物分子”意指在没有光照或化学激活或酶促激活的情况下用肉眼或借助基于光学的检测装置观察生物分子，所述检测装置包括而不限于吸收分光光度计、透射光学显微镜、数码照相机和扫描仪。光密度计可以用来对存在的目视可检测生物分子的量定量。例如，可以通过测量相对光学密度确定两份样品中生物分子的相对量。如果已知染料分子/生物分子的化学计量并已知染料分子的消光系数，则也可以从光学密度的量值确定生物分子的绝对浓度。如本文所用，术语“生物系统”是用来指除目视可检测生物分子之外还包含一种或多种生物分子的任何溶液或混合物。这类生物系统的非限制性例子包括细胞、细胞提取物、组织样品、电泳凝胶、分析混合物和杂交反应混合物。
“微粒子”指可用于与本发明化合物连接的众多小粒子的任一个，包括但不限于玻璃珠、磁珠、聚合物珠、非聚合物珠等。在某些实施方案中，微粒子包含聚苯乙烯珠。
“碱基配对部分”指能够借助氢键(例如，Watson-Crick碱基配对)与互补性杂环部分杂交的杂环部分。碱基配对部分包括天然碱基和非天然碱基。碱基配对部分的非限制性例子是RNA和DNA碱基，如腺苷、鸟苷、胸苷、胞嘧啶和尿苷及其类似物。
本文公开的发明还意在涵盖通过一个或多个原子由具有不同原子质量或质量数的原子替换而进行同位素标记的全部的结构(I)化合物。可以掺入所公开化合物的同位素的例子分别包括氢、碳、氮、氧、磷、氟、氯和碘的同位素，如2H、3H、11C、13C、14C、13N、15N、15O、17O、18O、31P、32P、35S、18F、36Cl、123I和125I。
同位素标记的结构(I)化合物通常可以通过本领域技术人员已知的常规技术或通过与下文和以下实施例中所述的那些相似的方法，使用适宜的同位素标记试剂而非先前所用的非标记试剂来制备。
“稳定化合物”和“稳定结构”意指这样的化合物，所述化合物充分稳健以承受从反应混合物分离至有用纯度和配制成有效治疗剂。
术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或环境可能出现或可能不出现，并且这种描述包括其中所述事件或环境出现的情况及其中它不出现的情况。例如，“任选取代的烷基”意指烷基可以是取代的或可以是未取代的并且该描述包括取代的烷基和没有取代的烷基。
“盐”包括酸加成盐和碱加成盐。
“酸加成盐”指与无机酸和与有机酸形成的那些盐，所述无机酸例如是但不限于氢氯酸、氢溴酸、硫酸、硝酸、磷酸等，所述有机酸例如是但不限于乙酸、2,2-二氯乙酸、己二酸、海藻酸、抗坏血酸、天冬氨酸、苯磺酸、苯甲酸、4-乙酰氨基苯甲酸、樟脑酸、樟脑-10-磺酸、癸酸、己酸、辛酸、碳酸、肉桂酸、柠檬酸、环拉酸、十二烷基硫酸、乙烷-1,2-二磺酸、乙磺酸、2-羟基乙磺酸、甲酸、延胡索酸、乳糖二酸、龙胆酸、葡庚糖酸、葡糖酸、葡糖醛酸、谷氨酸、戊二酸、2-氧代-戊二酸、甘油磷酸、乙醇酸、马尿酸、异丁酸、乳酸、乳糖酸、月桂酸、雄性酸、苹果酸、丙二酸、扁桃酸、甲磺酸、黏酸、萘-1,5-二磺酸、萘-2-磺酸、1-羟-2-萘酸、尼克酸、油酸、乳清酸、草酸、棕榈酸、帕莫酸、丙酸、焦谷氨酸、丙酮酸、水杨酸、4-氨基水杨酸、癸二酸、硬脂酸、琥珀酸、酒石酸、硫氰酸、对-甲苯磺酸、三氟乙酸、十一烯酸等。
“碱加成盐”指从添加无机碱或有机碱至游离酸所制备的那些盐。衍生自无机碱的盐包括但不限于钠盐、钾盐、锂盐、铵盐、钙盐、镁盐、铁盐、锌盐、铜盐、锰盐、铝盐等。衍生自有机碱的盐包括但不限于以下的盐：伯胺、仲胺和叔胺、取代胺(包括天然存在的取代胺)、环状胺和碱性离子交换树脂，如氨、异丙胺、三甲胺、二乙胺、三乙基、三丙基、二乙醇胺、乙醇胺、丹醇、2-二甲氨基乙醇、2-二乙基氨基、二环己胺、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、咖啡因、普鲁卡因、哈胺、胆碱、甜菜碱、苯乙苄胺、苄星、乙二胺、氨基葡萄糖、甲基葡糖胺、可可碱、三乙醇胺、氨丁三醇、嘌呤、哌嗪、哌啶、N-乙基哌啶、多胺树脂等。特别优选的有机碱是异丙胺、二乙胺、乙醇胺、三甲胺、二环己胺、胆碱和咖啡因。
经常，结晶产生本发明化合物的溶剂化物。本发明包括所描述化合物的全部溶剂化物。如本文所用，术语“溶剂化物”指包含一个或多个分子的本发明化合物与一个或多个分子的溶剂的聚集物。溶剂可以是水，在这种情况下溶剂化物可以是水合物。可选地，溶剂可以是有机溶剂。因此，本发明的化合物可以作为水合物存在，包括一水合物、二水合物、半水合物、倍半水合物、三水合物、四水合物等以及相应的溶剂化形式。本发明的化合物可以是真溶剂化物，而在其他情况下，本发明的化合物可以仅保留外来水或另一种溶剂或是水外加一些外来溶剂的混合物。
本发明的化合物或其盐、互变异构体或溶剂化物可以含有一个或多个非对称中心并且因此可以产生可以根据绝对立体化学定义相对于氨基酸而定义为(R)-或(S)-或定义为(D)-或(L)-定义的对映异构体、非对映异构体及其他立体异构形式。本发明意在包括全部这类可能的异构体以及其消旋形式和光学纯形式。光学活性的(+)和(-)、(R)-和(S)-或(D)-和(L)-异构体可以使用手性合成子或手性试剂制备，或使用常规技术例如色谱和分级结晶拆分。用于制备/分离各种对映异构体的常规技术包括从适合的光学纯前体中手性合成或例如使用手性高压液相色谱(HPLC)拆分消旋物(或盐或衍生物的消旋物)。当本文所述的化合物含有烯属双键或其他几何非对称性中心时并且除非另外说明指定，否则该化合物意在包括E和Z几何异构体。同样，还意在包括全部互变异构形式。
“立体异构体”指由不可互换的借助相同键结合、但具有不同立体结构的相同原子组成的化合物。本发明构思了多种立体异构体及其混合物并且包括“对映异构体”，所述对映异构体涉及其分子彼此是不可叠加镜像的两种立体异构体。
“互变异构体”指质子从分子的一个原子移动至同一分子的另一个原子。本发明包括任何所述化合物的互变异构体。化合物的多种互变异构形式可由本领域普通技术人员容易地衍生。
使用ACD/命名9.07版软件程序和/或ChemDraw第10.0版软件命名程序(CambridgeSoft)，本文所用的化学命名方案和结构简图是I.U.P.A.C.命名系统的修改形式。还使用本领域普通技术人员熟悉的通用名。
如上文所示，在本发明的一个实施方案中，提供可用作各种分析方法中荧光染料和/或有色染料的化合物。化合物具有以下结构(I)：
或其立体异构体、互变异构体或盐，其中：
M1和M2在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
A表示环状部分；
L1、L2、L3、L4、L5和L6在每次出现时独立地是包含选自碳、氧、硫、氮和磷的原子的任选接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2和R3独立地是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、SH、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
n是从1至20的整数；并且
对于n的每个整数值，q和w各自独立地是0或1，其中对于n的一个整数值，q是1。
在一些实施方案中，n是从1至10或从2至10的整数。
在某些实施方案中，L2包含磷-氧键。在其他实施方案中，L5包含磷-氧键。
例如，在一些实施方案中，化合物具有以下结构(III)：
其中：
M1和M2在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L3、L4、L6、L7和L8在每次出现时独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2是电子对、H、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头；
R3是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
R4在每次出现时独立地是O-、S-、OZ、SZ或N(R6)2，其中Z是阳离子并且每个R6独立地是H或烷基；
R5在每次出现时独立地是氧代、硫代或不存在；
n是从1至20的整数；并且
对于n的每个整数值，q和w各自独立地是0或1，其中对于n的一个整数值，q是1。
在一些实施方案中，结构(III)的化合物包含“q”单位的至少两次出现或“q”单位的至少之一次出现和“w”单位的至少之一次出现。为了清晰，“q”和“w”单位具有以下结构：
因此，在结构(III)的一些实施方案中，n是从2至20的整数，并且对于n的每个整数值，q和w各自独立地是0或1，其中对于n的至少两个整数值，q是1，或其中对于n的至少一个整数值，q和w各自独立地是1，所述整数值可以是相同或不同的。
在前述任一实施方案中，n是从2-15的整数或n是2、3、4、5、6、7、8、9,10、11、12、13、14或15。
在化合物(I)或(III)的一些实施方案中，对于n的每个整数值，w是0。例如，在一些实施方案中，化合物具有以下结构(II)：
或其立体异构体、互变异构体或盐，其中：
M1在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L2和L3在每次出现时独立地是包含选自碳、氧、硫、氮和磷的原子的任选接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2和R3独立地是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、SH、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；并且
n是从1至20例如从2至20或从2至10的整数。
在前述的其他实施方案中，对于n的每个整数值，w是0，并且化合物具有以下结构(IIa)：
其中：
M1在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含四个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L7和L3在每次出现时独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2是H、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头；
R3是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
R4在每次出现时独立地是O-、S-、OZ、SZ或N(R6)2，其中Z是阳离子并且每个R6独立地是H或烷基；
R5在每次出现时独立地是氧代、硫代或不存在；并且
n是从1至20例如从2至20或从2至10的整数。
在仍然的更多实施方案中，化合物具有以下结构(IIb)：
其中：
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x1、y1和z1在每次出现时独立地是从0至5的整数。
在其他实施方案中，化合物具有以下结构(IIc)、(IId)、(IIe)或(IIf)之一：
在化合物(IIb)、(IIc)、(IId)、(IIe)或(IIf)的一些实施方案，x1、y1和z1在每次出现时是1。在化合物(IIb)、(IIc)、(IId)、(IIe)或(IIf)的其他实施方案，x1在每次出现时是0，并且y1和z1在每次出现时是1。在化合物(IIb)、(IIc)、(IId)、(IIe)或(IIf)的其他实施方案中，n是从2至10的整数。例如，在一些实施方案中，n是2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在仍然更多的实施方案中，对于n的一个整数值，w是1。例如，在一些实施方案中，化合物具有以下结构(IIIa)：
或其立体异构体、互变异构体或盐，其中：
M1和M2在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分；
L1、L2、L3、L4、L5和L6在每次出现时独立地是包含选自碳、氧、硫、氮和磷的原子的任选接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2和R3独立地是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、SH、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
n是从1至10的整数；并且
对于n的每个整数值，q和w各自独立地是0或1，并且对于n的一个整数值，q和w各自是1。
在依旧其他的实施方案中，化合物具有以下结构(IIb)：
其中：
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x1、x2、y1、y2、z1和z2在每次出现时独立地是从0至5的整数。
在一些前述实施方案中，R5是氧代并且R4是O-或OZ。在其他的前述实施方案中，R2是H或电子对。
在前述任一者的其他实施方案中，R2是羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基或硫氢基烷基醚。例如，在一些实施方案中，R2具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-NH2或-SH；并且a是从1至10的整数。
在前述任一者的仍然其他实施方案中，R2是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚。例如，在一些实施方案中，R2具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且a、b和c各自独立地是从1至10的整数。
在一些实施方案中，R3是OH。在前述任一者的仍然其他实施方案中，R3是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧磷基、-氧二氧膦基烷基、-氧二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚。
例如，在一些实施方案中，R3具有以下结构之一：
其中：
R3a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
b和c各自独立地是从1至10的整数。
在前述任一者的仍然其他实施方案中，R2是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，并且R3是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧磷基、-氧二氧膦基烷基、-氧二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚。
在甚至更多的实施方案中，R2具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
a、b和c各自独立地是从1至10的整数，并且
R3具有以下结构之一：
其中：
R3a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
b和c各自独立地是从1至10的整数。
在以上的其他实施方案中，R4a和R4b各自是O-并且R5a和R5b各自是氧代。在一些其他实施方案中，R4a和R4b各自是O-并且R5a和R5b各自是硫代。在一些其他实施方案中，R4a和R4b各自是S-并且R5a和R5b各自是硫代。仍在其他实施方案中，R4a和R4b各自是S-并且R5a和R5b各自是氧代。
在前述实施方案的更多实施方案中，a、b或c至少之一是2。例如，在一些实施方案中，a、b或c各自是2。
在一些不同的实施方案中，a、b或c至少之一是6。例如，在一些实施方案中，a、b或c各自是6。
在结构(I)、(II)、(IIa)、(IIb)、(IIc)、(IId)、(IIe)、(IIf)、(III)、(IIIa)或(IIIb)的前述任一种化合物的一些实施方案中，n是从1至5、从2至15、从2至10或从2至5的整数。
在结构(I)、(II)、(IIa)、(IIb)、(IIc)、(IId)、(IIe)、(IIf)、(III)、(IIIa)或(IIIb)的上文前述化合物的一些实施方案中，R2a或R3a(或两者)是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚。例如，在前述任一化合物的一些实施方案中，R2或R3(或二者)具有以下结构：
在结构(III)、(IIIa)或(IIIb)的上文前述任一种化合物的一些实施方案中，R2是H或电子对，R3是磷酸酯并且q和w的总和是至少2。在这些实施方案的一些实施方案中，q是2或更大，例如3或更大。在这些实施方案的其他其他实施方案中，L1、L3和L7各自是亚烷基接头，例如亚甲基。在仍然更多的实施方案中，L1和L3是亚烷基接头，如亚甲基，并且L7是不存在(即，直接键)。在仍然更多的前述实施方案中，M1包含4个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合，例如5个或更多个芳基环或杂芳基环。
在结构(I)、(II)、(IIa)、(IIb)、(IIc)、(IId)、(IIe)、(IIf)(III)、(IIIa)或(IIIb)的上文前述任何化合物的一些其他实施方案中，L3是杂亚烷基接头，例如包含O-P-O键、S-S键或其组合的杂亚烷基接头。在这些实施方案的一些实施方案中，R2是H或电子对。
在其他实施方案中，提供具有以下结构(IV)的化合物：
其中：
M1在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L3和L7在每次出现时独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2是二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头；
R3是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
R4在每次出现时独立地是O-、S-、OZ、SZ或N(R6)2，其中Z是阳离子并且每个R6独立地是H或烷基；
R5在每次出现时独立地是氧代、硫代或不存在；并且
n是从1至20(例如1至10)的整数。
在化合物(IV)的一些实施方案中，R2是烷基二氧膦基、烷硫基、烷基醚、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，其中R2任选地用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代。
例如，在化合物(IV)的某些实施方案中，R2具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且a、b和c各自独立地是从1至10的整数。
在化合物(IV)的一些实施方案中，R3是OH。在不同的实施方案中，R3是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧磷基、-氧二氧膦基烷基、-氧二氧磷基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚。
在化合物(IV)的另外实施方案中，R3具有以下结构之一：
其中：
R3a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
b和c各自独立地是从1至10的整数。
在化合物(IV)的一些其他实施方案中，在每次出现时，R4是O-并且R5是氧代。
在化合物(IV)的其他实施方案中，L1、L3和L7各自是亚烷基接头。在不同的实施方案中，L1和L3各自是亚烷基接头并且L7是不存在。在一些前述实施方案中，亚烷基是亚甲基。
在一些前述实施方案中，R3是-OH。在其他实施方案中，R2是H(因此在某些pH值，氧原子带负电荷，即，R2是电子对，原因是H为酸性)。
在结构(IV)的一些实施方案中，L7和L3在每次出现时独立地是任选的亚烷基、二氧膦基亚烷基或二氧膦基亚烷基醚接头。在一些实施方案中，L7或L3或二者均存在。在一些实施方案中，L7和L3在每次出现时独立地选自：
其中：
R2a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
a、b和c各自独立地是从1至10的整数。
在结构(IV)的上文前述任何化合物的一些其他实施方案中，L3的一次或多次出现是杂亚烷基接头，例如包含O-P-O键、S-S键或其组合的杂亚烷基接头。在这些实施方案的一些实施方案中，R2是H或电子对。例如，在一些实施方案中，L3的至少之一次出现具有以下结构之一：
在另外的实施方案中，提供具有以下结构(Ig)的化合物：
其中：
M1是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
R1是H、C1-C6烷基或烷氧基；
R2是氰烷基；
R3是H或-氧芳烷基；
R6是C1-C6烷基；
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x、y和z在每次出现时独立地是从0至5的整数。
在结构(Ig)的化合物的一些实施方案中，每个R6是异丙基。在其他实施方案中，R2是2-氰基乙基。在仍然更多的实施方案中，R3是-氧芳烷基，例如-O-二甲氧基三苯甲基(-ODMT)。
在化合物(Ig)的不同实施方案中，x、y和z各自是1。在其他实施方案中，x是0并且y和z各自是1。
在其他实施方案中，提供具有以下结构(Ih)的化合物：
其中：
M1是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
R2是H、电子对或阳离子；
R3是OH；
R4是O-、S-、OZ、SZ，其中Z是阳离子；
R5是氧代或硫代；
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x、y和z在每次出现时独立地是从0至5的整数。
在(Ih)的一些实施方案中，x、y和z各自是1。在其他实施方案中，x是0并且y和z各自是1。在仍然更多的实施方案中，R4是O-或OZ和R5是氧代。
其他实施方案涉及具有以下结构(IIi)的化合物：
其中：
M1是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
R1是H、C1-C6烷基或烷氧基；
R2是氰烷基；
R6是C1-C6烷基；并且
L1和L4各自独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头。
在(Ii)的一些实施方案中，每个R6是异丙基。在一些实施方案中，R2是2-氰基乙基。在其他实施方案中，R2是2-氰基乙基。在甚至其他的实施方案中，R1是H。在仍然更多的实施方案中，L1和L4各自是独立地亚烷基接头，如亚甲基接头。
M1通常是目视可检测的部分或物质。例如，M1可以在紫外、可见或红外光谱目视可检测。在前述任一实施方案的某些中，M1在每次出现时独立地是发荧光的或有色的。例如，在一些实施方案中，M1是发荧光的。
在某些实施方案中，M1不是嘌呤或嘧啶碱基，如，但不限于鸟嘌呤、胞嘧啶、胸苷和腺嘌呤。在其他实施方案中，M1不是卟啉。在其他实施方案中，M1不是以下之一：
在前述任一实施方案的另外实施方案中，M1包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合，例如4个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合，或甚至5个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合。在一些实施方案中，M1包含6个芳基环或杂芳基环或其组合。在其他实施方案中，环是稠合的。例如在一些实施方案中，M1包含3个或更多个稠环、4个或更多个稠环、5个或更多个稠环或甚至6个或更多个稠环。
在一些实施方案中，M1是环状的。例如，在一些实施方案中，M1是碳环。在其他实施方案中，M1是杂环。仍在前述的其他实施方案中，M1在每次出现时独立地包含芳基部分。在这些实施方案的一些实施方案中，芳基部分是多环状的。在其他更多的具体例子中，芳基部分是稠合多环状芳基部分，例如，其可以包含至少3个、至少4个或甚至多于4个芳基环。
在结构(I)的前述任一种化合物的其他实施方案中，M1在每次出现时独立地包含至少一个杂原子。例如，在一些实施方案中，杂原子是氮、氧或硫。
在前述任一化合物的仍然更多实施方案中，M1在每次出现时独立地包含至少一种取代基。例如，在一些实施方案中，取代基是氟、氯、溴、碘、氨基、烷基氨基、芳基氨基、羟基、硫氢基、烷氧基、芳氧基、苯基、芳基、甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、叔-丁基、羧基、磺酸酯、酰胺或甲酰基。
在前述化合物的一些甚至更具体的实施方案中，M1在每次出现时独立地是是二甲氨基茋、喹吖啶酮、氟苯基-二甲基-BODIPY、组氨酸-氟苯基-BODIPY、吖啶、三萘嵌苯、六联苯、卟啉、苯并芘、(氟苯基-二甲基-二氟硼-二氮杂-茚)苯基、(双-氟苯基-二甲基-二氟硼-二氮杂-茚)苯基、四联苯、双-苯并噻唑、四-苯并噻唑、双-萘基、双-蒽基、斯夸苷(squaraine)、方酸内(squarylium)、9,10-乙炔基蒽或四-萘基部分。在其他实施方案中，M1在每次出现时独立地是是对三联苯、苝、偶氮苯、吩嗪、菲咯啉、吖啶、硫代蒽烯、红荧烯、蒄、花青、苝二酰亚胺或苝酰胺或其衍生物。在仍然更多的实施方案中，M1在每次出现时独立地是香豆素染料、试卤灵染料、二吡咯亚甲基二氟硼染料、钌联吡啶染料、能量转移染料、噻唑橙染料、聚甲炔或N-芳基-1,8-萘酰亚胺染料。
在前述任一化合物的仍然更多实施方案中，M1在每次出现时是相同的。在其他实施方案中，每个M1是不同的。在仍然更多的实施方案中，一个或多个M1是相同的并且一个或多个M1是不同的。
在一些实施方案中，M1是芘、苝、苝单亚酰胺或6-FAM或其衍生物。在一些其他实施方案中，M1具有以下结构之一：
在一些实施方案中，M2选自上述M1部分的任一种。在一些实施方案中，M1和M2是相同的。在其他实施方案中，M1和M2是不同的。
在其他实施方案中，M2的至少之一次出现是碱基配对部分。例如，在一些实施方案中，M2每次出现是碱基配对部分。在这些实施方案的一些实施方案中，碱基配对部分是嘌呤、嘧啶、二氢嘧啶或其衍生物。在其他实施方案中，碱基配对部分具有以下结构之一：
在一些前述实施方案中、R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚。例如，在一些实施方案中，R2是包含与生物分子连接的共价键的接头。例如，核酸、氨基酸或其聚合物(例如，多核苷酸或多肽)。在仍然更多的实施方案中，生物分子是酶、受体、受体配体、抗体、糖蛋白、适配体或朊病毒。
在另外的其他实施方案中，R2是包含与微粒子连接的共价键的接头。例如，在一些实施方案中，微粒子是聚合物珠或非聚合物珠。
在一些前述实施方案的一些更多实施方案中，R7、R8、R9、R10、R11和R12在存在时各自是H。
在一些其他实施方案中，x、y和z各自是1。
在前述任一实施方案的某些实施方案中，R3是-OH、磷酸酯或硫代磷酸酯。在其他实施方案中，R3是-OH、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基。在一些更多的实施方案中，R3是二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基。
本发明包括单体化合物(例如，n＝1)以及寡聚体化合物(例如，n是2-20或2-10)。在其他的前述实施方案中，n是从1至5的整数。例如，在一些实施方案中，n是从2至10、或2至5的整数，如是3。在其他实施方案中，n是1。在更多实施方案中，n是2。在其他实施方案中，n是3。在更多实施方案中，n是4。在其他实施方案中，n是5。在更多实施方案中，n是6。在其他实施方案中，n是7。在更多实施方案中，n是8。在其他实施方案中，n是9。在更多实施方案中，n是10。
可以包括任何数目的亚甲基间隔团单位(即，x，y和z)。在一些实施方案中，x是0。在其他实施方案中，x是1。在更多实施方案中，x是2。在一些实施方案中，x是3。在其他实施方案中，x是4。在更多实施方案中，x是5。
在一些实施方案中，y是0。在其他实施方案中，y是1。在更多实施方案中，y是2。在一些实施方案中，y是3。在其他实施方案中，y是4。在更多实施方案中，y是5。
在一些实施方案中，z是1-5。在一些实施方案中，z是0。在其他实施方案中，z是1。在更多实施方案中，z是2。在一些实施方案中，z是3。在其他实施方案中，z是4。在更多实施方案中，z是5。
在其他实施方案中，x是1，y是0并且z是1。在其他实施方案中，x是0，y是1并且z是1。
在一些具体实施方案中，提供具有以下结构之一的化合物：
为了易于说明，包含磷部分的多种化合物(例如，磷酸酯等)以阴离子状态描述(例如，-OPO3 2-)。本领域技术人员将轻易地理解，电荷依赖于pH并且本发明范围内还包括不带电荷的(例如，质子或盐，如钠或其他阳离子)形式。
在各种其他实施方案中提供包含前述任一化合物和一种或多种生物分子的组合物。在一些实施方案中，还提供这类组合物在检测一种或多种生物分子的分析方法中的用途。
仍在其他实施方案中，化合物是可用于各种分析方法中。例如，在某些实施方案中本公开提供一种对样品进行染色的方法，所述方法包括向所述样品按照足够在所述样品以适宜波长照亮时产生光学响应的量添加结构(I)的化合物，其中R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚。
在前述方法的一些实施方案中，R2是包含与生物分子连接的共价键的接头。例如，核酸、氨基酸或其聚合物(例如，多核苷酸或多肽)。在仍然更多的实施方案中，生物分子是酶、受体、受体配体、抗体、糖蛋白、适配体或朊病毒。
在前述方法的另外其他实施方案中，R2是包含与微粒子连接的共价键的接头。例如，在一些实施方案中，微粒子是聚合物珠或非聚合物珠。
在甚至更多的实施方案中，所述光学响应是荧光响应。
在其他实施方案中，所述样品包含细胞，并且一些实施方案还包括通过流式细胞术观察所述细胞。
在仍然更多的实施方案中，该方法还包括区分所述荧光响应与具有可检出不同光学特性的第二荧光团的荧光响应。
在其他实施方案中，本公开提供一种用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)提供结构(I)的化合物，其中R2是包含与生物分子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚；并且
(b)通过其可视特性检测化合物。
例如，核酸、氨基酸或其聚合物(例如，多核苷酸或多肽)。在仍然更多的实施方案中，生物分子是酶、受体、受体配体、抗体、糖蛋白、适配体或朊病毒。
在其他实施方案中，提供一种用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)将任一种前述化合物与一种或多种生物分子混合；并且
(b)通过其可视特性检测化合物。
可以理解，如上述的结构(I)化合物的任何实施方案和本文对结构(I)化合物中变量R1、R2、R2、L1、L2、L3、L4、L5、L6、M1、M2、A、q、w或n所述的任何具体选择可以独立地与其他实施方案和/或结构(I)化合物的变量组合以形成上文没有具体描述的本发明实施方案。此外，在在一个具体实施方案和/或权利要求中针对任何特定R或M基团列出一系列选择的情况下，可以理解，每种独立选择可以从该具体实施方案和/或权利要求删除并且剩余的一系列选择将视为处于本发明的范围内。
可以理解，在本说明书中，允许所述式的取代基和/或变量的组合，只要这类组合产生稳定的化合物。
本领域技术人员还将领会，在本文所述的方法中，中间化合物的官能团可能需要由合适的保护基保护。这类官能团包括羟基、氨基、巯基和羧酸。羟基的合适保护基包括三烷基甲硅烷基或二芳基烷基甲硅烷基(例如，叔丁基二甲基甲硅烷基、叔丁基二苯基甲硅烷基或三甲基甲硅烷基)、四氢吡喃基、苄基等。氨基、脒基和胍基的合适保护基包括叔丁氧羰基、苯甲氧基羰基等。巯基的合适保护基包括-C(O)-R”(其中R”是烷基、芳基或芳基烷基)，对甲氧苄基、三苯甲基等。羧酸的合适保护基包括烷基、芳基或芳基烷基酯。可以根据本领域技术人员已知和如本文所述的标准技术添加或移除保护基。保护基的用途是在Green,T.W.和P.G.M.Wutz,ProtectiveGroupsinOrganicSynthesis(1999),第3版,Wiley中详述。如本领域技术人员将领会，保护基也可以是聚合物树脂如Wang树脂、Rink树脂或2-氯三苯甲基氯脂。
另外，可以借助本领域技术人员已知方法通过用适宜的无机碱或酸或有机碱或酸处理，将本发明的以游离碱或酸形式存在的全部化合物转化成它们的盐。可以通过标准技术，将本发明化合物的盐转化成它们的游离碱或酸形式。
以下反应方案显示产生本发明化合物的示例性方法。可以理解，本领域技术人员可能通过相似的方法或通过组合本领域技术人员已知其他方法，能够产生这些化合物。还应当理解，通过使用适宜的起始组分并根据需要修改合成的参数，本领域技术人员将能够以如下文描述的相似方式产生下文没有具体描述的其他的结构(I)化合物。通常而言，起始组分可以从多种来源如SigmaAldrich、LancasterSynthesis,Inc.、Maybridge、MatrixScientific、TCI和FluorochemUSA等获得或根据本领域技术人员已知的来源(参见，例如，AdvancedOrganicChemistry:Reactions,Mechanisms,andStructure,第5版(Wiley,December2000)合成或如本发明中所述那样制备。
反应方案I
反应方案I显示了用于制备结构I的化合物的示例性方法。参考反应方案I，结构I的化合物可以买到或通过本领域普通技术人员熟知的方法制备。在本领域已知的Suzuki偶联条件下，a与M1-X的反应(其中x是卤素如溴)产生结构b的化合物。可以修饰结构b的化合物以获得众多其他的结构I化合物。例如，结构b的化合物可以寡聚化以获得其他的结构I化合物(即，其中n大于1，如是2-10)。用于寡聚化的示例性方法包括与本领域熟知的基于磷酰亚胺的固相寡核苷酸合成法类似的方法。
反应方案II
反应方案II显示一种用于制备结构I的化合物的备选方法。在这种方法中，可以买到或通过熟知技术制备的结构c的化合物与M1-Z反应以产生结构d的化合物。这里，Y和Z代表具有互补反应性的官能团(即，发生反应以形成共价键的官能团)。Z可以侧挂于M1或M的结构主链的部分，例如环状酐。Y可以是任何数目的官能团，如氨基。
根据类似方法制备或从商业来源(例如，作为磷酰亚胺类)购买包含核糖部分的结构(I)化合物。
在某些实施方案中，结构I的化合物是包含2-10个重复单位的寡聚体。这类寡聚体可以使用与熟知的自动化DNA合成法类似的方法制备。DNA合成方法是本领域熟知。简而言之，两个醇基团分别用二甲氧基三苯甲基(DMT)基团和2-氰基乙基-N,N-二异丙基氨基磷酰亚胺基团官能化。磷酰亚胺基团与醇基团一般在激活物如四唑存在下偶联，随后用碘氧化磷原子。二甲氧基三苯甲基可以用酸(例如，氯乙酸)移除以暴露游离醇，所述游离酸可以与磷酰亚胺基反应。2-氰基乙基可以在寡聚化后通过用氨水处理移除。
寡聚化方法中所用的磷酰亚胺的制备也是本领域熟知的。例如，伯醇(例如，R3)可以通过与DMT-C1反应作为DMT基团受到保护。随后通过与适宜试剂如2-氰基乙基N,N-二异丙基氯磷酰亚胺反应，仲醇(例如，R2)官能化为磷酰亚胺。用于制备磷酰亚胺及其寡聚化的方法是本领域熟知并且在实施例中更详细地描述。
提供以下例子用于说明目的而非限制。
实施例
一般方法
在JEOL400MHz谱仪上获得1H和31PNMR谱。31PNMR谱参比85％磷酸水溶液并且1H谱参比TMS。使用具有保持在45℃的2.1mmx50mmAcquityBEH-C18柱的WatersAcquityUHPLC系统进行反相HPLC染料分析。使用MassLynx4.1采集软件，在Waters/MicromassQuattromicroMS/MS(仅以MS模式)系统上进行质谱分析。用于LC/MS染料上的流动相是100mM1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇(HFIP)，8.6mM三乙胺(TEA)，pH8。使用具有二极管阵列探测器的AgilentInfinity1260UHPLC系统和高效自动采样器使用肽C18柱(4.6mmx100mm，5μm粒度)分析，磷酰亚胺和前体分子。在CaryEclipse光谱光度计上记录激发曲线和发射曲线。
除非另外声明，否则全部反应均在烘箱干燥的玻璃器具中氮气氛下实施。市售DNA合成试剂购自GlenResearch(Sterling,VA)。无水吡啶、甲苯、二氯甲烷、二异丙基胺、三乙胺、乙酸、吡啶和THF购自Aldrich。全部其他化学品均购自Aldrich或TCI并且原样使用，不作额外纯化。
使用基于磷酰亚胺的偶联方法的标准方案，全部寡聚体染料均在ABI394DNA合成仪上合成。用于合成寡聚体的链装配循环如下：(i)去三苯甲基化，二氯甲烷中的3％三氯乙酸，1分钟；(ii)偶联，乙腈中的0.1M磷酰亚胺和0.45M四唑，10分钟；(iii)封端，THF/卢剔啶(1/1，v/v)中的0.5M乙酸酐，15秒；(iv)氧化，THF/吡啶/水(10/10/1，v/v/v)中的0.1M碘，30秒。
循环内部的化学步骤之后是乙腈洗涤和干燥氩气冲洗0.2-0.4分钟。通过用氨在室温1小时处理实现从支持物切下和移除碱基和磷酰胺酯保护基。随后如上文所述通过反相HPLC分析寡聚体染料。
实施例1
磷酰亚胺染料单体的合成
Ar＝芘
DMT＝4,4’-二甲氧基三苯甲基
CE＝2-氰乙基
1-O-(4,4’-二甲氧基三苯甲基-2-亚甲基-1,3-丙二醇(1)。向一只干燥的500mL圆底瓶置入搅拌棒。在用氮冲洗后，添加无水吡啶(240mL)，并将烧瓶在冰浴中冷却15分钟。一旦冷却，则添加DMTrCl(7.65g，22.5mmol)，此后将烧瓶在冰箱中于4℃在氮气氛下搅拌过夜。随后添加几滴甲醇并且将反应在真空下浓缩至粘稠胶状物。将所得到的胶状物溶解于EtOAc(200mL)并用NaHCO3(250mL)和饱和NaCl(250mL)洗涤。将有机层在Na2SO4上干燥并且在真空下浓缩成粘稠胶状物。将分离的粗产物洗涤，随后通过硅胶柱层析纯化，用EtOAc:己烷(25:75v/v)-(1:1v/v)梯度洗脱以产生作为透明胶状物的1(5.21g，60％)。记录1HNMR并发现它与化合物1的结构一致。
1-O-(4.4’-二甲氧基三苯甲基)-2-(羟甲基)-3-芘基丙醇(2)。向一只装有冷凝器的250mL干燥圆底瓶置入搅拌棒。烧瓶用氮气吹扫，并添加无水THF(40mL)和化合物1(5.0g，12.8mmol)。借助注射器添加在THF(65mL，32mmol)中的0.5M9-BBN并将反应加热到回流持续12小时。在允许反应冷却至室温后，添加3MK2CO3(11ml)和无水DMF(100mL)。添加1-溴芘(2.0g，6.5mmol)和PdCl2(dppf)(0.65g，0.8mmol)并且允许溶液在室温搅拌15小时。将反应混合物倾入CH2Cl2(300mL)并用H2O(500mL)洗涤。水层随后用CH2Cl2(200mL)反提取。将合并的有机层用饱和NaCl(300mL)洗涤，在Na2SO4上干燥并且在真空下浓缩成粘稠胶状物。将分离的粗产物洗涤，随后通过硅胶柱层析纯化，用EtOAc:己烷(25:75v/v)-(1:1v/v)梯度洗脱以产生作为透明胶状物的2(3.0g，79％)。记录1HNMR谱并发现它与化合物2的结构一致。
1-O-(4.4’-二甲氧基三苯甲基)-2-甲基芘-3-O-(2-氰基乙基-N，N-二异丙基)丙烷磷酰亚胺(3)。向一只干燥的100mL圆底瓶置入搅拌棒。用氮气吹扫烧瓶后，添加CH2Cl2(20mL)和化合物2(0.30g，0.50mmol)。借助注射器加入N,N-二异丙基乙胺(0.88mL，5.0mmol)和2-氰基乙基二异丙基氯磷酰亚胺(0.45mL，2.0mmol)。在室温搅拌1小时后，通过TLC分析确定反应完成。随后将粗制的反应混合物直接通过硅胶柱层析纯化，用EtOAc:己烷:TEA(22.5:72.5:5v/v/v)梯度洗脱以产生作为白色泡沫的3(0.28g，70％)。记录31PNMR谱并发现它与化合物3的结构一致。在254nm和340nm检测通过HPLC分析确定纯度。
以类似的方式制备具有不同Ar基团(例如，苝)的其他化合物。
实施例2
苝碳二亚胺染料单体的合成
N-(2,3-丙二醇)苝单酰亚胺(4)。向一只装上冷凝器的200mL干燥圆底瓶置入搅拌棒和苝单酰亚胺1(1.83g，5.67mmol)。在添加3-氨基-1,2-丙二醇(1.1g，2.1mmol)和咪唑(14.3g，0.21mol)后，将容器在油浴中加热到140℃持续15小时。允许反应冷却至室温并且随后添加10％HCl(500mL)。将所产生的深红色沉淀物通过过滤收集，用水充分洗涤并在180℃干燥几小时以产生作为深红色固体的4(1.95g，86％)。
N-(3-O-(4.4’-二甲氧基三苯甲基-2-羟基丙烷)苝单酰亚胺(5)。向一只干燥的200mL圆底瓶置入搅拌棒。在氮气吹扫烧瓶后，全部添加无水吡啶(120mL)、化合物4(0.44g，1.1mmol)和二甲氧基三苯甲基氯(0.45g，1.3mmol)，并且允许反应在室温搅拌48小时。随后添加几滴甲醇，并且将反应在真空下浓缩至粘稠胶状物。将所得到的胶状物溶解于CH2Cl2(200mL)并用饱和NaCl(200mL)洗涤。在CH2Cl2(3x100mL)中洗涤水层。将合并的有机层在Na2SO4上干燥并且在真空下浓缩成粘稠胶状物。将分离的粗产物洗涤，随后通过硅胶柱层析纯化，用EtOAc:CH2Cl2(0:100v/v)-(2:3v/v)梯度洗脱以产生作为红色泡沫的5(0.25g，50％)。
N-(3-O-(4.4’-二甲氧基三苯甲基-2-O-(2-氰基-N,N-二异丙基氨基磷酰亚胺)苝-单酰亚胺(6)。向一只干燥的50mL圆底瓶置入搅拌棒。用氮气吹扫烧瓶后，添加CH2Cl2(5mL)和化合物5(0.25g，0.36mmol)。借助注射器添加N,N-二异丙基乙胺(0.24mL，1.79mmol)和2-氰基乙基N,N-二异丙基氯磷酰亚胺(0.16mL，0.72mmol)。在室温搅拌1小时后，通过TLC分析确定反应完成。随后将粗制的反应混合物直接通过硅胶柱层析纯化，用CH2Cl2:TEA(95:5v/v)洗脱以产生作为暗红色泡沫的6(0.26g，80％)。通过RP-HPLC分析纯化的化合物，在254nm和500nm观察。发现存在两种非对映异构体。
实施例3
寡聚体染料的合成
寡聚体染料在AppliedBiosystems394DNA/RNA合成仪上或在GEAKTA10OligoPilot上按1μmol或10μmol规模合成并拥有3’-磷酸酯基团。染料直接在CPG珠上或在聚苯乙烯固相支持物上合成。染料按3’至5’方向通过标准固相DNA方法合成。偶联方法使用标准β-氰基乙基磷酰亚胺化学条件。全部磷酰亚胺单体均溶解于乙腈/二氯甲烷(0.1M溶液)中，并且使用以下合成循环，连续添加：1)用甲苯中的二氯乙酸移除5’-二甲氧基三苯甲基保护基，2)用乙腈中的激活试剂偶联下一个磷酰亚胺，3)用碘/吡啶/水氧化，和4)用乙酸酐/1-甲基咪唑/乙腈封端。重复合成循环直至5’寡聚氟苷(Oligofloroside)装配。在链装配结束时，用二氯甲烷中的二氯乙酸或甲苯中的二氯乙酸移除单乙氧基三苯甲基(MMT)基团或二甲氧基三苯甲基(DMT)基团。在室温使用浓氨水2-4小时，从固相支持物切下染料。将产物在真空下浓缩并且SephadexG-25柱用来分离由RP-HPLC分析的主产物。表1中展示根据一般方法制备的代表性寡聚体的序列以及光谱特性和通过电喷雾质谱法确定的分子量(MW)。
表1.代表性寡聚体染料和它们的观察质量和光学特性
序列 计算的质量 观察的质量 λmax(激发)nm λmax(发射)nm
5'-FCsF-3’ 1277.2 1276.8 492 519
5'-CsCsCsYYY-3' 1447.2 1447.5 330，344 376，395，481
5'-ICsCs-3' 777.2 777.6 263，494 581
5'-CsCsICsCs-3' 1024.4 1024.4 263，490 581
5'-氨基-CsCsICsCs-3' 1191.5 1192.9 263，494 581
5'-ICsCsCsCsCsCs-3' 1271.6 1272.9 263，494 581
5'-ECsCs-[SS]-CsCsE-3' 1648.8 1648.8 418，446 453，482
5'-Y-3' 370.8 371.2 326，342 377，397
5'-YY-3' 723.6 723.5 327，343 376，396，484
5'-YYYY-3' 1429.2 1429.2 328，343 376，397，478
5’-YYYYY-3' 1782.0 1783.9 328，344 376，397，478
5’-YYYYYY-3' 2134.8 2132.0 328，344 376，397，478
5'-YThYThY-3' 1688.8 1688.9 328，344 376，397，484
5'-YThThYThThY-3' 2301.2 2303.6 328，344 376，397，486
5'-YThThThYThThThY-3' 2913.6 2917.1 328，344 377，396，485
5’-YAYAY-3’ 1702.8 1703.1 328，344 377，396，485
5'-YAAA-3' 1310.4 1311.0 327，343 377，397
5’-YAAAYAAA-3’ 2602.8 2604.8 329，346 377，397
5’-YAAAAYAAAAY-3’ 3582.0 3581.0 329，345 378，399
5’-YAAAAAYAAAAAY-3’ 4208.4 4208.0 329，345 378，398
5’-YAAAYAAAYAAAY-3’ 4248.0 4247.0 329，345 378，398
上文中显示以上序列的结构。
本说明书中所参考的全部美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开，包括但限于2013年8月22日提交的美国专利申请号61/868,973，通过引用方式完整并入本文到并非与本说明书不一致的程度。
从前文，可以理解尽管已经出于说明目的在此描述了本发明的具体实施方案，但是可以在不偏离发明精神和范围的情况下做出多种修改。因此，本发明不受除所附权利要求书之外的限制。

Claims (91)

1.一种化合物，具有以下结构(III)：
其中：
M1和M2在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L3、L4、L6、L7和L8在每次出现时独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2是电子对、H、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头；
R3是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
R4在每次出现时独立地是O-、S-、OZ、SZ或N(R6)2，其中Z是阳离子并且每个R6独立地是H或烷基；
R5在每次出现时独立地是氧代、硫代或不存在；
n是从2至20的整数；并且
对于n的每个整数值，q和w各自独立地是0或1，其中对于n的至少两个整数值，q是1，或其中对于n的至少一个整数值，q和w各自独立地是1。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中对于n的每个整数值，q是1并且w是0。
3.根据权利要求2所述的化合物，其中化合物具有以下结构(IIa)：
其中：
M1在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含四个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L7和L3在每次出现时独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2是H、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头；
R3是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、氰烷基、-氧芳烷基、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
R4在每次出现时独立地是O-、S-、OZ、SZ或N(R6)2，其中Z是阳离子并且每个R6独立地是H或烷基；
R5在每次出现时独立地是氧代、硫代或不存在；并且
n是从2至10的整数。
4.根据权利要求3所述的化合物，其中化合物具有以下结构(IIb)：
其中：
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x1、y1和z1在每次出现时独立地是从0至5的整数。
5.根据权利要求4所述的化合物，其中所述化合物具有以下结构(IIc)、(IId)、(IIe)或(IIf)之一：
6.根据权利要求1所述的化合物，其中对于n的至少一个整数值，w是1。
7.根据权利要求6所述的化合物，其中化合物具有以下结构(IIIb)：
其中：
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x1、x2、y1、y2、z1和z2在每次出现时独立地是从0至5的整数。
8.根据权利要求7所述的化合物，其中R5是氧代并且R4是O-或OZ。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的化合物，其中R2是H或电子对。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的化合物，其中R2是羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基或硫氢基烷基醚。
11.根据权利要求10所述的化合物，其中所述化合物具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-NH2或-SH；并且
a是从1至10的整数。
12.根据权利要求1-8中任一项所述的化合物，其中R2是烷基二氧膦基、烷硫基二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，其中R2任选地用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代。
13.根据权利要求12所述的化合物，其中R2具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
a、b和c各自独立地是从1至10的整数。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的化合物，其中R3是OH。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的化合物，其中R3是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基、-氧二氧膦基烷基、-氧二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚。
16.根据权利要求15所述的化合物，其中R3具有以下结构之一：
其中：
R3a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
b和c各自独立地是从1至10的整数。
17.根据权利要求13或16中任一项所述的化合物，其中R4a和R4b各自是O-并且R5a和R5b各自是氧代。
18.根据权利要求13或16中任一项所述的化合物，其中R4a和R4b各自是O-并且R5a和R5b各自是硫代。
19.根据权利要求13或16中任一项所述的化合物，其中R4a和R4b各自是S-并且R5a和R5b各自是硫代。
20.根据权利要求13或16中任一项所述的化合物，其中R4a和R4b各自是S-并且R5a和R5b各自是氧代。
21.根据权利要求13或16中任一项所述的化合物，其中a、b或c至少之一是2。
22.根据权利要求21所述的化合物，其中a、b或c各自是2。
23.根据权利要求13或16中任一项所述的化合物，其中a、b或c至少之一是6。
24.根据权利要求23所述的化合物，其中a、b或c各自是6。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的化合物，其中n是从1至5的整数。
26.根据权利要求1-24中任一项所述的化合物，其中n是从2至15的整数。
27.根据权利要求1-24中任一项所述的化合物，其中n是从2至10的整数。
28.根据权利要求26所述的化合物，其中n是从2至5的整数。
29.一种化合物，具有以下结构(IV)：
其中：
M1在每次出现时独立地是包含两个或更多个双键和至少一个共轭程度的部分，并且M1的至少之一次出现是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
L1、L3和L7在每次出现时独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头；
R1在每次出现时独立地是H、烷基或烷氧基；
R2是二氧膦基、硫代二氧膦基、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，或R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头；
R3是H、OH、SH、-NH2、烷基、烷基醚、羟基烷基、氨烷基、羟基烷基醚、硫氢基烷基、硫氢基烷基醚、磷酸酯、硫代磷酸酯、烷基二氧膦基、烷基硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基、硫代二氧膦基烷基醚、-氧二氧膦基烷基、氧-二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚；
R4在每次出现时独立地是O-、S-、OZ、SZ或N(R6)2，其中Z是阳离子并且每个R6独立地是H或烷基；
R5在每次出现时独立地是氧代、硫代或不存在；
n是从1至20的整数。
30.根据权利要求29所述的化合物，其中R2是烷基二氧膦基、烷硫基二氧膦基、烷基醚二氧膦基、烷基醚硫代二氧膦基、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚，其中R2任选地用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代。
31.根据权利要求30所述的化合物，其中R2具有以下结构之一：
其中：
R2a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
a、b和c各自独立地是从1至10的整数。
32.根据权利要求29-31中任一项所述的化合物，其中R3是OH。
33.根据权利要求29-31中任一项所述的化合物，其中R3是任选用选自-OH、-NH2和-SH的取代基取代的磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基、硫代二氧膦基、-氧烷基二氧膦基、-氧烷基硫代二氧膦基、-氧烷基醚二氧膦基、-氧烷基醚硫代二氧膦基、-氧二氧膦基烷基、-氧二氧膦基烷基醚、-氧硫代二氧膦基烷基或-氧硫代二氧膦基烷基醚。
34.根据权利要求33所述的化合物，其中R3具有以下结构之一：
其中：
R3a是-OH、-SH、-NH2、磷酸酯或硫代磷酸酯；
R4a和R4b独立地是O-、S-、OZ或SZ，其中Z是阳离子；
R5a和R5b独立地是氧代或硫代；并且
b和c各自独立地是从1至10的整数。
35.根据权利要求29-34中任一项所述的化合物，其中在每次出现时，R4是O-并且R5是氧代。
36.根据权利要求29-35中任一项所述的化合物，其中L1、L3和L7各自是亚烷基接头。
37.根据权利要求29-35中任一项所述的化合物，其中L1和L3各自是亚烷基接头并且L7是不存在。
38.根据权利要求36或37中任一项所述的化合物，其中亚烷基是亚甲基。
39.一种化合物，具有以下结构(Ig)：
其中：
M1是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
R1是H、C1-C6烷基或烷氧基；
R2是氰烷基；
R3是H或-氧芳烷基；
R6是C1-C6烷基；
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x、y和z在每次出现时独立地是从0至5的整数。
40.根据权利要求39所述的化合物，其中每个R6是异丙基。
41.根据权利要求39-40中任一项所述的化合物，其中R2是2-氰基乙基。
42.根据权利要求39-41中任一项所述的化合物，其中R3是-ODMT。
43.根据权利要求39-42中任一项所述的化合物，其中x、y和z各自是1。
44.根据权利要求39-42中任一项所述的化合物，其中x是0并且y和z各自是1。
45.一种化合物，具有以下结构(Ih)：
其中：
M1是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
R2是H、电子对或阳离子；
R3是OH；
R4是O-、S-、OZ、SZ，其中Z是阳离子；
R5是氧代或硫代；
R7、R8、R9、R10、R11和R12在每次出现时独立地是H或烷基；并且
x、y和z在每次出现时独立地是从0至5的整数。
46.根据权利要求45所述的化合物，其中x、y和z各自是1。
47.根据权利要求45所述的化合物，其中x是0并且y和z各自是1。
48.根据权利要求1-47中任一项所述的化合物，其中至少一个M1是包含四个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分。
49.根据权利要求1-48中任一项所述的化合物，其中M1在每次出现时独立地是发荧光的或有色的。
50.根据权利要求49所述的化合物，其中M是发荧光的。
51.根据权利要求1-50中任一项所述的化合物，其中每个M1是包含四个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分。
52.根据权利要求1-51中任一项所述的化合物，其中每个M1包含至少四个芳基环。
53.根据权利要求1-51中任一项所述的化合物，其中每个M1包含至少一个杂芳基环。
54.根据权利要求1-53中任一项所述的化合物，其中每个M1包含了包括至少四个稠环的稠合多环状芳基部分。
55.根据权利要求1-54中任一项所述的化合物，其中M1在每次出现时独立地包含至少一个取代基。
56.根据权利要求55所述的化合物，其中取代基是氟、氯、溴、碘、氨基、烷基氨基、芳基氨基、羟基、硫氢基、烷氧基、芳氧基、苯基、芳基、甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、叔-丁基、羧基、磺酸酯、酰胺或甲酰基。
57.根据权利要求1-56中任一项所述的化合物，其中至少一个M1是二甲氨基茋、喹吖啶酮、氟苯基-二甲基-BODIPY、组氨酸-氟苯基-BODIPY、吖啶、三萘嵌苯、六联苯、卟啉、苯并芘、(氟苯基-二甲基-二氟硼-二氮杂-茚)苯基、(双-氟苯基-二甲基-二氟硼-二氮杂-茚)苯基、四联苯、双-苯并噻唑、四-苯并噻唑、双-萘基、双-蒽基、斯夸苷、方酸内9,10-乙炔基蒽或四-萘基部分。
58.根据权利要求1-56中任一项所述的化合物，其中至少一个M1是对三联苯、苝、偶氮苯、吩嗪、菲咯啉、吖啶、硫代蒽烯、红荧烯、蒄、花青、苝二酰亚胺或苝酰胺或其衍生物。
59.根据权利要求1-56中任一项所述的化合物，其中至少一个M1是香豆素染料、试卤灵染料、二吡咯亚甲基二氟硼染料、钌联吡啶染料、能量转移染料、噻唑橙染料、聚甲炔或N-芳基-1,8-萘酰亚胺染料。
60.根据权利要求1-56中任一项所述的化合物，其中每个M1是芘、苝、苝单亚酰胺或6-FAM或其衍生物。
61.根据权利要求1-56中任一项所述的化合物，其中M1具有以下结构之一：
62.根据权利要求1-61中任一项所述的化合物，其中M2的至少一次出现是碱基配对部分。
63.根据权利要求62所述的化合物，其中M2的每次出现是碱基配对部分。
64.根据权利要求62或63中任一项所述的化合物，其中碱基配对部分是嘌呤、嘧啶、二氢嘧啶或其衍生物。
65.根据权利要求62-64中任一项所述的化合物，其中碱基配对部分具有以下结构之一：
66.根据权利要求1-8或29中任一项所述的化合物，其中R2是包含与生物分子或微粒子连接的共价键的接头，并且R3是H、OH、磷酸酯、硫代磷酸酯、二氧膦基烷基、二氧膦基烷基醚、硫代二氧膦基烷基或硫代二氧膦基烷基醚。
67.根据权利要求66所述的化合物，其中R2是包含与生物分子连接的共价键的接头。
68.根据权利要求67所述的化合物，其中生物分子是核酸、氨基酸或其聚合物。
69.根据权利要求67-68中任一项所述的化合物，其中生物分子是酶、受体、受体配体、抗体、糖蛋白、适配体或朊病毒。
70.根据权利要求66所述的化合物，其中R2是包含与微粒子连接的共价键的接头。
71.根据权利要求70所述的化合物，其中微粒子是聚合物珠或非聚合物珠。
72.根据权利要求4、5或7-71中任一项所述的化合物，其中当存在时，R7、R8、R9、R10、R11和R12各自是H。
73.根据权利要求4、5或7-38中任一项所述的化合物，其中x1、y1和z1各自是1。
74.根据权利要求4、5或7-38中任一项所述的化合物，其中每个x1是0并且y1和z1各自是1。
75.根据权利要求7-38中任一项所述的化合物，其中每个x2是1并且y2和z2各自是0。
76.一种化合物，具有以下结构(IIi)：
其中：
M1是包含3个或更多个芳基环或杂芳基环或其组合的部分；
R1是H、C1-C6烷基或烷氧基；
R2是氰烷基；
R6是C1-C6烷基；并且
L1和L4各自独立地是任选的亚烷基接头或杂亚烷基接头。
77.根据权利要求76所述的化合物，其中每个R6是异丙基。
78.根据权利要求76-77中任一项所述的化合物，其中R2是2-氰基乙基。
79.根据权利要求76-78中任一项所述的化合物，其中R1是H。
80.根据权利要求76-79中任一项所述的化合物，其中L1和L4各自独立地是亚烷基接头。
81.根据权利要求76-80中任一项所述的化合物，其中M1如权利要求48-61中任一项所限定。
82.一种化合物，具有以下结构之一：
83.对样品进行染色的方法，包括向所述样品按照足够在所述样品以适宜波长照亮时产生光学响应的量添加根据权利要求66-71中任一项所述的化合物。
84.根据权利要求83所述的方法，其中所述光学响应是荧光响应。
85.根据权利要求83-84中任一项所述的方法，其中所述样品包含细胞。
86.根据权利要求85所述的方法，还包括通过流式细胞术观察所述细胞。
87.根据权利要求86所述的方法，还包括区分所述荧光响应与具有可检出不同光学特性的第二荧光团的荧光响应。
88.用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)提供根据权利要求66-71中任一项所述的化合物；并且
(b)通过其可视特性检测化合物。
89.用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)将根据权利要求1-82中任一项所述的化合物与一种或多种生物分子混合；并且
(b)通过其可视特性检测化合物。
90.组合物，包含根据权利要求1-82中任一项所述的化合物和一种或多种生物分子。
91.根据权利要求90所述的组合物在检测一种或多种生物分子的分析方法中的用途。
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