DE3623886A1 - Derivate von chromophoren verbindungen, deren herstellung und verwendung - Google Patents

Derivate von chromophoren verbindungen, deren herstellung und verwendung

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Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf neue Isomaleimide und Isophthalimide. Nach einem Aspekt bezieht sich diese Erfindung auf Isomaleimide und Isophthalimide, die Derivate von chromophoren Verbindungen sind. Nach einem weiteren Aspekt bezieht sich diese Erfindung auf bestimmte Derivate chromophorer Verbindungen, die die Fähigkeit haben, mit einer Vielzahl organische Substrate bildenden Addukte, die in Analyseverfahren zur Feststellung und Messung biologischer Verbindungen sind, zu reagieren.
Stand der Technik
In der Literatur sind viele verschiedene Verbindungen als in Analyseverfahren zur Feststellung und Messung biologischer Eigenschaften und Komponenten interessanter Verbindungen geeignet beschrieben worden. Typische Komponenten umfassen u.a. Bakterien, Viren, Enzyme, Arzneimittel und Hormone. So ist es z. B. bekannt, daß fluoreszierende Gruppen, wie Fluoresceinisothiocyanat, in bestimmte spezifische Verbindungen von biologischem Interesse eingeführt werden können. Analyseverfahren unter Verwendung von Konjugaten des Fluoresceinisothiocyanates unterliegen jedoch einer Bleichung des Konjugates, wenn sie UV Licht ausgesetzt werden, was zu einem schnellen Verlust der Fluoreszenz führt.
Beschreibung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung neuer Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate von Chromophoren. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung neuer Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate von Chromophoren, die leicht an Verbindungen von klinischem oder biologischem Interesse gekoppelt werden können und die unterscheidungsfähige Fluoreszenzanregungs- und -emissionsspektren zeigen, die denen der spezifischen Klasse von Chromophoren entsprechen. Die erfindungsgemäßen Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate mit fluoreszierenden Molekülen sollen gegenüber den ursprünglichen Chromophoren eine überlegene Stabilität zeigen. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung der neuen chromophoren Derivate sowie von Verfahren zur Verwendung der Derivate bei der Feststellung und Messung biologischer Verbindungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein breiter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf neue Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate chromophorer Verbindungen, auf Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung bei der Messung und Feststellung biologischer Verbindungen.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf neue Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate chromophorer Verbindungen. Der Isomaleimido- oder Isophthalimidoteil erlaubt das Koppeln dieser Chromophoren an eine Vielzahl biologischer Moleküle von klinischem Interesse.
Die Grundstruktur der erfindungsgemäß hergestellten Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate von Chromophoren wird zweckmäßig durch die Strukturformel I und II dargestellt
worin R ein organischer Rest ist, der chromophore Eigenschaften von analytischem Nutzen zeigt; X und Y bedeuten Wasserstoff-, Halogen-, Alkyl-, Aryl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Nitro-, Amino-, Alkylamino-, Arylamino-, Mercapto-, Hydroxyl-, Carboxy- und Sulfongruppen; und R1 bis R4 bedeuten Wasserstoff-, Halogen-, Carboxy-, Alkoxy-, Aryloxy-, Alkyl-, Aryl-, Hydroxyl-, Amino-, Alkylamino-, Arylamino-, Nitro- und Sulfongruppen.
Typische Beispiele von Isomaleimido- und Isophthalimidochromophoren werden im folgenden gezeigt:
Die oben beschriebenen Isomaleimido- und Isophthalimidoverbindungen werden zweckmäßig in 2 Stufen unter Verwendung bekannter Verfahren hergestellt. In der Praxis liefert die Reaktion eines Chromophors, das eine aktive Amingruppe aufweist, mit Maleinsäureanhydrid oder Phthalsäureanhydrid das Maleam- oder Phthalamsäurederivat. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch die Synthese von Cresylviolett- maleamsäure und Cresylviolettphthalamsäure gemäß den Gleichungen III bzw. IV veranschaulicht werden:
Die Reaktion der Chromophoren mit Maleinsäureanhydrid oder Phthalsäureanhydrid wird gegebenenfalls in Anwesenheit eines gegenüber den Reaktionsteilnehmern und Reaktionsprodukten inerten Lösungsmittels durchgeführt. Geeignete verwendbare Lösungsmittel sind u. a. aliphatische oder aromatische chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ether, Ester, Pyridin, Essigsäure, Amide usw. Besonders bevorzugt wird Essigsäure als Lösungsmittel.
Das Verfahren kann bei Temperaturen von etwa 5 bis etwa 150°C durchgeführt werden, wobei Raumtemperatur bevorzugt wird.
Das erhaltene Maleam- oder Phthalamsäurederivat der Chromophoren wird anschließend zur Bildung des gewünschten Isomaleimido- oder Isophthalimidoderivates dehydratisiert.
Im allgemeinen besteht das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Isomaleimide und Isophthalimide im Kontaktieren der Maleam- oder Phthalamsäure mit der allgemeinen Formel V und VI
mit einem entsprechenden Dehydratisierungsmittel. R in den obigen Formeln ist ein organischer chromophorer Rest wie oben angegeben; R1 und R4 stehen jeweils für Wasserstoff, Halogen-, Carboxyl-, Alkoxy- oder Aryloxygruppen; und X und Y stehen jeweils für Wasserstoff, Halogen-, Carboxyl-, Alkyl-, Aryl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Hydroxyl-, Mercapto-, Alkylamino- oder Arylaminogruppen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare Dehydratisierungsmittel sind u. a. Säurehalogenide, Chlorformiate, Trifluoressigsäureanhydrid oder Carbodiimide.
Die Dehydratisierungsreaktion erfolgt gegebenenfalls in Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels, das mit den Ausgangsmaterialien oder dem gewünschten Produkt nicht reagiert. Geeignete organische Lösungsmittel sind u. a. die aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol usw., die halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzol usw., cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan usw., aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan usw., Ether, wie Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan usw., aliphatische Ketone, wie Aceton, und Dimethylformamid.
Die Temperatur, bei welcher die Reaktion zwischen der Maleamsäure oder der Pthalamsäure und dem Dehydratisierungsmittel durchgeführt wird, kann über einen weiten Bereich variieren. Temperaturen von nur etwa -70°C bis zur Temperatur unmittelbar unterhalb der Zersetzungstemperatur der Reaktionsteilnehmer oder Reaktionsprodukte sind geeignet.
Die erfindungsgemäße Dehydratisierungsstufe kann durch die folgende Reaktion dargestellt werden:
Dann wird das gewünschte Derivat nach bekannten Verfahren gewonnen.
Nach einem anderen Aspekt dieser Erfindung können die Isomaleimide und Isophthalimide der allgemeinen Formeln V und VI mit einem organischen Substrat reagieren, das eine funktionelle Gruppe mit einem aktiven Wasserstoffatom enthält. So können z. B. Konjugate der Chromophoren gemäß dieser Erfindung und organische Substrate zweckmäßig durch die Formeln
dargestellt werden, worin R ein Chromophor ist, das Fluoreszenz, Lumineszenz, Chemolumineszenz oder Absorption oder analytische Merkmale zeigt; S ist ein organisches Substrat, das eine funktionelle Gruppe mit aktivem Wasserstoff enthält, ausgewählt von primären oder sekundären Aminen; R1 bis R4 und X und Y haben die bereits oben angegebene Bedeutung.
Wie oben erwähnt, sind die erfindungsgemäßen Isomaleimido- und Isophthalimidoverbindungen bifunktionell. Die Maleam- oder Phthalamgruppen wirken aufgrund ihrer photochemischen Stabilität und ihrer unterscheidungsfähigen Eigenschaften als ideale Markierungsmittel. So zeigt z. B. Cresylviolett-maleamsäure eine Anregung bei 480 nm und eine Emission bei 580 nm, während das ursprüngliche Chromophor eine Anregung bei 600 nm und eine Emission bei 630 nm zeigt. Fluorescein oder Fluorescein-Isothiocyanat, ein leicht verfügbares Chromophor, unterliegt, wie festgestellt wurde, einem schnellen Bleichen oder einem Verlust des Fluoreszenz, wenn es UV-Licht ausgesetzt wird. Im Gegensatz dazu zeigen die erfindungsgemäßen Maleam- oder Phthalamderivate eine überlegene Stabilität gegen UV Licht und bleichen wenig oder gar nicht aus. Somit sind die erfindungsgemäßen Isomaleimido- und Isophthalimidoderivate besonders zweckmäßig bei der Markierung von biologischen Verbindungen. Es ist auch festgestellt worden, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen sich auch als Färbematerialien zum Anfärben von Zellen sowie als Indikatoren eignen.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Durchführung der vorliegenden Erfindung.
Beispiel I Herstellung von N-(1-Anthrachinolyl)-maleamsäure
Eine Mischung aus 2,93 g (0,01 Mol) 1-Amino-anthrachinon und 1,3 g Maleinsäureanhydrid in 5,0 ml Essigsäure wurde bei Raumtemperatur 3 h gerührt. Das feste Produkt wurde abfiltriert und mit Ether gewaschen. So erhielt man 3,5 g 1-Anthrachinonmaleamsäure. IR (Nujol) zeigte Banden bei 5178 (Maleam); 6,0 (Carbonyl); 6,15; 6,33; 7,45 und 7,80 µm.
Beispiel II Herstellung von 1-Isomaleimidoanthrachinon
1,0 g 1-Anthrachinon-maleamsäure wurde in 50 ml Diethylether suspendiert. Dazu wurden 3,0 ml Trifluoressigsäureanhydrid zugefügt, und die Mischung wurde 5 h unter Stickstoff gehalten. Die rote Maleamsäure wurde in das gelbe 1-Isomaleimido-anthrachinon umgewandelt. Das Produkt wurde abfiltriert und mit Ether gewaschen. Insgesamt wurde 0,8 g isoliert. IR (Nujol) zeigte Banden bei 5,57 (Lacton); 5,90 (Imid) und 5,95 (Carbonyl) µm.
Beispiel III Herstellung von Cresylviolettmaleamsäure
Eine Mischung aus 321 mg (0,001 Mol) Cresylviolettacetat und 150 mg überschüssiges Maleinsäureanhydrid in 5,0 ml Eisessig wurde bei Raumtemperatur 24 h gerührt. Das rötlich-braune feste Produkt wurde abfiltriert und mit Ether gewaschen. Man erhielt 420 mg des Produktes. Es zeigte laut IR-Spektroskopie Banden bei (KBr) 2600 (carboxylisches Proton); 1685 (carboxylisch); 1590 (aromatisch); 1540; 1480; 1460; 1430; 1350; 1310; 1270; 1230; 1195; 1150 und 1115 cm-1.
Beispiel IV Herstellung von Cresylviolettisomaleimid
420 mg Cresylviolettmaleamsäure wurden in 30 ml Diethylether suspendiert. Dazu wurde 1,0 ml Trifluoressigsäureanhydrid zugefügt, und die Mischung wurde 15 h unter einer Stickstoffatmosphäre stehen gelassen. Das Lösungsmittel und die anderen flüchtigen Bestandteile wurden unter vermindertem Druck entfernt. Man erhielt 390 mg Cresylviolettisomaleimid. IR (verschmiert) zeigte Banden bei 5,58 (Lacton); 5,8 (CF3COO); 6,05 (Imid); 6,3; 6,45; 6,9; 7,6; 8,2 und 8,6 µm.
Absorption λ max (in Methanol) = 512 nm
Fluoreszenz g max (Methanol) 590 nm.
Beispiel V Herstellung von Luminol-maleamsäure
Eine Mischung aus 1,77 g (0,01 Mol) 3-Aminophthalhydrazid und 1,5 g Maleinsäureanhydrid in 10 ml Essigsäure wurde bei Raumtemperatur 2 h gerührt. Das rötliche Produkt wurde filtriert und mit Ether gewaschen. Man erhielt 2,15 g Luminol-Maleamsäure. IR (KBr) zeigte Banden bei 3100; 3020; 2940; 2920; 2600; 1720; 1703; 1650; 1630; 1592; 1560; 1528; 1492; 1460; 1330; 1300; 1285; 1230; 1180 und 1120 cm-1.
Beispiel VI Herstellung von Luminol-isomaleimid
1,0 g Luminol-maleamsäure wurde in 50 ml Diethylether suspendiert. Dazu wurden 3,0 ml Trifluoressigsäureanhydrid zugefügt, und die Mischung wurde unter Stickstoff 2 h gerührt. Man erhielt ein gelbes kristallinen Produkt, das filtriert und mit Ether gewaschen wurde. Das Produkt wurde durch IR-Spektroskopie charakterisiert und zeigte Banden bei (KBr) 1810 (Lacton); 1770; 1728 (Hydrazidcarbonyl); 1678 (Imid); 1635; 1605; 1590; 1525; 1330 und 1283 cm-1.
Beispiel VII Herstellung von Fluorescein-5-maleamsäure
Eine Mischung aus 350 mg (0,001 Mol) 5-Aminofluorescein und 300 mg (Überschuß) Maleinsäureanhydrid wurde in 5,0 ml Eisessig gemischt, und die Mischung wurde bei Raumtemperatur 24 h gerührt. Das gebildete gelbe Produkt wurde abfiltriert und 3 Mal mit Diethylether gewaschen. Man erhielt 420 mg Fluorescein-Maleamsäure. IR (KBr) zeigte Banden bei 2,55; 3,28; 3,38; 4,05; 5,85; 6,30; 6,52; 6,88; 6,90; 7,70; 8,34; 8,25 und 8,30 µm.
Beispiel VIII Herstellung von 5-Isomaleimido-fluorescein
200 mg Fluorescein-Maleamsäure wurden in 30 ml Diethylether suspendiert. Dazu wurde 1,0 ml Trifluoressigsäureanhydrid zugefügt, und die Mischung wurde unter einer Stickstoffatmosphäre 1 h gerührt. Die homogene Lösung wurde zur Trockne eingedampft. Man erhielt 168 mg Isomaleimido- Fluorescein. IR (verschmiert) zeigte Banden bei 3,5 (COOH); 5,60 (Lacton); 5,8 (Carbonyl); 6,10 (Imid); 6,2; 6,45; 6,68; 7,00; 8,30 µm.
Beispiel IX Herstellung von Fluoresceinphthalamsäure
Eine Mischung aus 350 mg (0,001 Mol) 5-Aminofluorescein und 200 mg Phthalsäureanhydrid in 5 ml Eisessig wurde bei Raumtemperatur 48 h gerührt. Das rötlich-gelbe Produkt wurde filtriert und einmal mit Essigsäure und zweimal mit Diethylether gewaschen. Man erhielt 460 mg Fluorescein-Phthalamsäure. IR (KBr) zeigte Banden bei 3060; 3000; 1685; 1590; 1540; 1480; 1460; 1430; 1350; 1310; 1270; 1230; 1195; 1150 und 1115 cm-1.

Claims (6)

1.-Verbindung der Formel worin R für eine organische chromophore Gruppe steht, die Fluoreszenz-, Lumineszenz-, Chemolumineszenz- oder Absorptionseigenschaften zeigt; R1, R2, R3 und R4 jeweils Wasserstoff oder Halogen oder Alkyl, Aryl, Hydroxyl, Carboxyl, Alkoxy, Aryloxy, Mercapto, alkyl- oder arylsubstituierte oder unsubstituierte Amin Aminogruppen, Nitro- oder Sulfongruppen bedeuten; und X und Y Wasserstoff oder Halogen oder Alkyl, Aryl, Alkoxy, Aryloxy, Carboxyl, Hydroxyl, alkyl- oder arylsubstituierte oder unsubstituierte Aminogruppen, Nitro- oder Sulfongruppen bedeuten.
2.- Die Verbindungen nach Anspruch 1: Cresylviolettisomaleimid; Fluoresceinisomaleimid; Fluoresceinisophthalimid oder Luminolisomaleimid.
3.- Verbindungen der Formel worin R eine organische chromophore Gruppe bedeutet, die Fluoreszenz-, Lumineszenz-, Chemolumineszenz- oder Absorptionseigenschaften zeigt: R1, R2, R3 und R4 jeweils Wasserstoff oder Halogen oder Alkyl, Aryl, Hydroxyl, Carboxyl, Alkoxy, Aryloxy, Mercapto, alkyl- oder arylsubstituierte oder unsubstituierte Aminogruppen, Nitro- oder Sulfongruppen bedeuten; und X und Y Wasserstoff oder Halogen oder Alkyl, Aryl, Alkoxy, Aryloxy, Carboxyl, Hydroxyl, alkyl- oder arylsubstituierte oder unsubstituierte Aminogruppen, Nitro- oder Sulfongruppen bedeuten.
4.- Die Verbindung nach Anspruch 3: Cresylviolett-isomaleamsäure, Fluorescein-isomaleamsäure, Fluorescein-isophthalamsäure und Luminol-isomaleamsäure.
5.- Verfahren zur Herstellung von Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbindung der Formel worin R, X und Y die oben genannte Bedeutung haben, mit einem Dehydratisierungsmittel kontaktiert.
6.- Die Verwendung der Verbindungen nach Anspruch 1 zur Messung bzw. Bestimmung von biologischen Verbindungen.
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