JP7326453B2 - スルホン化2(7)-アミノアクリドンおよび1-アミノピレン色素ならびに特に炭水化物分析のための、蛍光タグとしてのそれらの使用 - Google Patents

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Description

本発明は、炭水化物分析のための新規の効率的かつ有利なタグ、特に、還元的アミノ化とそれに続く、クロマトグラフィーによる分離または動電分離、および蛍光検出を用いた親水性相互作用クロマトグラフィー(HILIC-FLR、蛍光検出(RPLC-FLR)を用いた逆相液体クロマトグラフィー、レーザー誘起蛍光検出を用いたキャピラリー(ゲル)電気泳動(それぞれCE-LIF、CGE-LIF)または他の分離に基づく糖分析方法による蛍光検出を含む方法における、炭水化物分析のための新規の効率的かつ有利なタグをもたらす蛍光色素化合物に関する。クロマトグラフィーによる方法は、高速または超高速液体クロマトグラフィー(HPLCまたはUHPLC)として操作でき、分離に基づくすべての方法は、蛍光検出に代えてまたはそれに加えてのいずれかで、質量分析に連結できる。特徴として、色素-炭水化物コンジュゲートの蛍光極大は、公知の色素タグの蛍光極大と比べて赤色に大きくシフトする(以下で考察する)。
「炭水化物」という用語は、本明細書で使用される場合、キシロース アラビノース、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、フコース、N-アセチルグルコースアミン、シアル酸などの単糖;ラクトース、スクロース、マルトース、セロビオースなどの(ホモまたはヘテロ)二糖;グリカン(例えば、N-およびO-グリカン)、ガラクトオリゴ糖(GOS)、フラクトオリゴ糖(FOS)、ミルクオリゴ糖(MOS)またはさらには糖脂質の糖部分などの(ホモまたはヘテロ)オリゴ糖;ならびにアミロース、アミロペクチン、セルロース、グリコーゲン、グリコサミノグリカンまたはキチンなどの多糖類に関する全体語である。オリゴ糖および多糖は、直鎖状または(多)分枝状のいずれであってもよい。
複合糖質は、炭水化物(グリコン)が非炭水化物部分(アグリコン)に結合した化合物である。典型的には、アグリコンは、タンパク質(糖タンパク質)または脂質(糖脂質)のいずれかである。より一般的な意味では、複合糖質とは、タンパク質、ペプチド、脂質またはさらには糖類などの任意の他の化学実体に共有結合した炭水化物を意味する。
複合糖質は、性質が構造的および機能的に最も多様な分子を表す。複合糖質の複雑さは、比較的単純な糖脂質から並外れて複雑な複数回グリコシル化されたタンパク質の範囲に及ぶ。炭水化物部分は、一般に、N-アセチルグルコサミン、N-アセチルガラクトサミン、マンノース、ガラクトース、フコース、グルコースおよびシアル酸を含むごくわずかな単糖で構成されるが、それらの構造多様性は、タンパク質またはDNAの構造多様性よりもはるかに大きいと考えられる。この多様性の理由は、アノマーの存在および単糖が分枝し、異なる(グリコシド)結合を構築する能力である。したがって、比較的短鎖長のオリゴ糖は、多数の構造異性体を有し得る。さらに、テンプレートとしてRNAに基づくタンパク質生合成とは異なり、ゲノムからグライコーム(定義については次段落を参照されたい)への情報の流れは、複雑で、もはやテンプレート駆動型のプロセスではない。グリカン生合成におけるタンパク質の同時翻訳修飾および翻訳後修飾は、酵素反応によってもたらされる。これは、グリカン(以下のスキーム1に示される)の複雑さおよび構造多様性の劇的な増加につながる。実際問題として、グリカンという用語は、複合糖質の炭水化物部分を指す。グリカン、オリゴ糖および多糖という用語は、同義であり、「中程度から多数のグリコシド結合した単糖からなる化合物」(IUPAC定義)を意味する。
Figure 0007326453000001
特定の条件下で細胞が生成する複合糖質の完全なセットを意味するグライコームの構造特徴を説明し、その機能、ならびにDNAおよびタンパク質「機序」とのその「カウンタープレイ」を理解するために、高速、頑強かつ高分解能の生化学分析技術が利用できなくてはならない。
多くの分析技術が、炭水化物を分析するために利用されている。多種多様なオリゴ糖を含有する複合試料は、クロマトグラフィー技術または動電技術によって分離できる。一般的なクロマトグラフィーのモードとしては、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)、親水性相互作用クロマトグラフィー(HILIC)、逆相液体クロマトグラフィー(RPLC)および逆相イオン対クロマトグラフィー(RPIPC)、ならびに多孔質黒鉛化炭素クロマトグラフィー(PGC)が挙げられる。質量分析(MS)および核磁気共鳴(NMR)により、複合オリゴ糖のデノボ構造特徴決定が可能になる。いくつかの技術の組合せ、例えば、LC-NMR、LC-MSまたはCE-MSが、多くの場合、適用される。特定のグリカンの構造が決定されるとすぐ、その特徴的な性質、例えば、保持時間または泳動時間が作表される。未知の試料について得られたデータを作表されたパラメーターと比較することによって、未知の試料の迅速なスクリーニングおよび評価を実施できる。
動電分離技術は、電場の影響下での荷電粒子の運動に基づき、種々の電気泳動技術を含む。糖分析のための最も重要な動電分離方法は、キャピラリーゾーン電気泳動(CZE)およびキャピラリーゲル電気泳動(CGE)である。これらの技術は、高分解能、高速分離を同時にもたらし、定量化を可能にする。
レーザー誘起蛍光検出(xCGE-LIF)を用いた多重キャピラリーゲル電気泳動は、糖分析のためのとりわけ強力なツールであることが示されている(例えば、R.Hennig、U.Reichl、E.Rapp、Glycoconjugate J. 2011、28、331)。1つの利点は、分離の並列化に起因した非常に高いスループットの分析の可能性を提示する多重キャピラリーアレイ設定を利用することが可能であることである。xCGE-LIFを使用する別の理由は、LIF検出に起因した非常に高い感度である(R.Hennig、Diploma Thesis、Otto-von-Guericke Universitat、Magdeburg、2010)。
キャピラリー電気泳動(CE)は、動電分離方法のファミリーであり、IUPACにより「水性または非水性いずれかのバックグラウンド電解液中の荷電種(分析物)の電気泳動移動度の差にのみ基づくキャピラリーで実施される分離技術である」と定義される(M.-L.Riekkola、J.A.Jonsson、R.M.Smith、Pure Appl.Chem.2004、76、443~451も参照されたい)。言い換えると、CEは、非常に薄いキャピラリー内での電気泳動によるイオンの分離を言う。
CGEは、IUPACにより「キャピラリーが架橋ゲルで満たされた特別な場合のキャピラリー篩分け電気泳動」として定義される(M.-L.Riekkolaら、上記も参照されたい)。
化合物の電気泳動移動度は質量対電荷比に依存し、CGEを用いる場合、ゲルの篩分け効果に起因して、化合物の電気泳動移動度は分子形状にさらに依存する。
一般に、天然炭水化物は、シアル酸、グルクロン酸またはスルホン化もしくはリン酸化単糖単位などの荷電残基を含有するものを除き、大部分が電気的中性であるため、それらの質量対電荷比によって分離できない。
さらに、天然炭水化物は、蛍光を示さない。したがって、クロマトグラフィーによる分離または動電分離および蛍光検出を介した分析のためには、分析前にオリゴ糖を標識する必要がある(図1)。適切な励起および発光波長(および(動電分離に必要な)追加の電荷)をもたらすこと以外に、色素は、炭水化物へのカップリングに適していなくてはならない(例えば、N.V.Shilova、N.V.Bovin、Russ.J.Bioorg.Chem.2003、29(4)、339~355を参照されたい。
炭水化物を蛍光色素で標識するための最も一般的で簡単な方法は、還元的アミノ化である。2段階の手順により、炭水化物の還元末端(アセタールまたはアルデヒド基)と第一級アミンとの間に共有結合が生じる。第一級アミンは、フルオロフォアの構造に組み込まれるか、または蛍光色素と連結したリンカーに結合される。
図1は、分離に基づくグリカンの分析の主ステップを示している。グリカンの分析手順は、5つのステップ:試料の調製、グリカンの放出、標識、試料の精製、蛍光検出を用いたクロマトグラフィーによる分離または動電分離、およびデータ評価に分けることができる。以下、技術水準に従うグリカンの標識および標識生成物の検出が、より詳細に記載される。以下のスキーム2は、炭水化物の還元的アミノ化の基本的な反応機序を示している(例えば、N.Volpi、Capillary electrophoresis of carbohydrates. From monosaccharides to complex polysaccharides、Humana Press、New York、2011、1~51頁を参照されたい)。
Figure 0007326453000002
還元的アミノ化の最初のステップは、アミン窒素の孤立電子対がその開鎖形態の炭水化物残基(1b)の求電子アルデヒド炭素原子を攻撃する求核付加反応を含む。中間体2から酸触媒により水を排除すると、イミン(3a)が得られる。イミン形成は可逆的であるため、イミンは、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、トリアセトキシボロヒドリド、2-ピコリニルボランまたは関連試薬(スキーム2の還元剤)などの水酸化物源による不可逆的酸触媒還元を介して第二級アミン(4)に変換される必要がある。イミニウムイオン3bのみが還元される必要があり、一方、炭水化物RCHO(1b)は、還元に対して非反応性のままでなければならない(それらは、蛍光タグを表すアミンRNHとのみ反応する)ため、ボランの性質が重要である。
スキーム2に示される反応順序は、アルデヒドとは反応しない(またはアルデヒドを非常にゆっくり還元する)が、酸性条件下ではイミニウムイオン(3b)を容易に還元する、特別な還元剤(ボラン)の利用可能性および十分な反応性に基づく。酢酸(pK=4.76)、マロン酸(pK =2.83)またはクエン酸(pK =3.13)などの弱酸または中程度の強酸が、不可逆的で迅速な還元を達成するためにpH=3~6でしばしば使用される(K.R.Anumula、Anal.Biochem.2006、350、1~23)。したがって、適用されるアミン(RNH)は、弱塩基である必要がある(スキーム2において非プロトン化アミンのみがアルデヒド1bと反応できるため)。タンパク質では、リジンの脂肪族アミノ基、ヒスチジンの求核窒素原子およびアルギニン残基は、pH=3~6でプロトン化され、スキーム2による炭水化物とは反応しない。したがって、3~5のかなり低pK値(これらは、共役酸についての値である)の芳香族アミンのみが必要とされ、これは、天然グリカンの還元的アミノ化ための分析試薬として幅広く使用されている。還元的アミノ化、コンジュゲートのクロマトグラフィーによる分離または動電分離、および蛍光による高感度検出を介したグリカンの標識に適用可能な3種の市販の芳香族アミンが以下に示される。
Figure 0007326453000003
3-アミノピレン-1,6,8-トリスルホン酸(APTS)は、現在、炭水化物の標識に最も幅広く使用されている試薬である。3つの強酸残基(スルホン酸基)がpH>2(非常に幅広いpH範囲)で3つの負電荷を導入する。ANTSもまた、3つの負電荷を有するが、その吸収極大は過剰に青色シフトされ、したがって、商用の488nmレーザーに適合しない。
精製(タンパク質、過剰の電解物、過剰の色素、標識試薬などを除去するため、以下の「実施例」の節の実施例2およびその参考文献にも記載される)後、標識試料は、それぞれクロマトグラフィー用カラム、動電キャピラリーに注入され、分離が実施される。異なる性質(疎水性、質量/電荷、形状など)に起因して、異なる炭水化物は、それぞれそれらの特徴的な保持時間、泳動時間に従って検出器に到達する。
標識炭水化物が蛍光検出器に到達すると、蛍光マーカーが励起され、発光シグナルが検出される。
今日、標識グリカンの「現実の」高スループット分析は、典型的には、市販の多重CGEシステムで実施される。これらのxCGE-LIF機器は、荷電分析物(例えば、APTS標識グリカン)の分離のための多重キャピラリーゲル電気泳動ユニット、レーザーおよび蛍光検出器を含有する。
Figure 0007326453000004
APTS以外の他の色素(例えば、ANTSおよび5-アミノフルオレセイン)およびそれらの誘導体が、炭水化物のための蛍光タグとして使用され得る。例えば、アクリドン色素は、WO2002/099424A3およびWO2009/112791A1に記載されており、これは、7-アミノアクリドン-2-スルホンアミドではない。WO2012/027717A1は、官能基置換された1,6,8-トリスルホンアミド-3-アミノピレン(APTS誘導体)、分析物-反応性基、切断可能アンカーおよび多孔質固相を含む系を記載している。WO2010/116142A2は、各種のフルオロフォアおよび蛍光センサー化合物を記載しており、これは、アミノピレン系色素も包含する。しかしながら、これらの色素のいずれも、特に炭水化物とのコンジュゲートとして、APTSと比較して優れたスペクトル特性および電気泳動特性を有することは示されておらず、提案もされていない。
従来技術の蛍光色素の欠点を鑑み、本発明の主な目的は、APTSと比較して、さらにより高い電気泳動移動度および/またはより高い輝度もしくは他の好都合な分光学的特性などの改善された性質を有する新規蛍光色素を提供することであった。これらの性質は、蛍光検出による動電分離に基づく炭水化物分析のための蛍光タグからの要求が高く、したがって、ここで、優れた性能をもたらすと考えられる。
この目的は、請求項1から14に記載の複数の負荷電基を有する新規蛍光アクリドンおよびピレン色素、ならびに例えば請求項18に記載の本開示の新規蛍光色素の使用を提供することによって達成された。本発明のさらなる態様およびより特定の実施形態は、さらなる請求項の主題である。
分離に基づくグリカン分析の基本ステップを示す図である。 TEAB緩衝液(pH8~8.5)の新しいアミノアクリドン色素:6-H、6-Meの実正規化吸光度および蛍光スペクトルを示す図である。 TEAB緩衝液(pH8~8.5)の新しいリン酸化アミノピレン色素8-Hおよび15の実正規化吸光度および蛍光スペクトルを示す図である。
そのイオン化(脱プロトン化)形態において、本発明の新規蛍光色素は、複数の負荷電残基およびフルオロフォアに結合した、例えばアルゴンイオンレーザーにより励起可能である芳香族アミノまたはヒドラジン基を特徴とする。重要なことに、新規色素およびその炭水化物コンジュゲートは、APTS標識類似体の極大から大きくシフトした極大を有する光を発する。複数の正味負電荷は、リン酸化誘導体においてとりわけ高く(例えば、-6)、APTS-複合糖質と比較して、より高い色素-複合糖質の電気泳動移動度をもたらす。
本発明の新規蛍光色素の構造は、以下の一般式A~B:
Figure 0007326453000005
[式中、
、R、R、R、Rは、互いに独立しており、
H、CH、C、直鎖状もしくは分枝状C~C12、好ましくはC~Cアルキルもしくはペルフルオロアルキル基、ホスホニル化アルキル基(CHP(O)(OH)(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)、(CHCOOH(式中、n=1~12、好ましくは1~5)、または(CHCOOR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、Rは、アルキル、特に、C~Cアルキル、CHCN、ベンジル、フルオレン-9-イル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノフェニル、例えば、テトラもしくはペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、2-および4-ニトロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルもしくは他の潜在的に求核反応性の脱離基であってもよい)、スルホン酸アルキル((CHSOH)もしくは硫酸アルキル((CHOSOH)(式中、n=1~12、好ましくは1~5、いずれの(CH中のアルキル鎖も直鎖状もしくは分枝状であってもよい);
ヒドロキシアルキル基(CHOHもしくはチオアルキル基(CHSH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)、リン酸化ヒドロキシアルキル基(CHOP(O)(OH)(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)を表してもよく;RまたはR基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CHOCOORまたは(CHNHCOOR(式中、m=1~12、R=メチル、エチル、tert-ブチル、ベンジル、フルオレン-9-イル、CHCN、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル、置換フェニル基、例えば、2-または4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロ-フェニル、2-ピリジル、4-ピリジル、ピリミド-4-イル);
(CHNR(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R、Rは、互いに独立しており、水素および/またはC~Cアルキル基を表す)、ヒドロキシアルキル基(CHOH(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)、リン酸化ヒドロキシアルキル基(CHOP(O)(OH)(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
アルキルアジド(CH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
、R、R、R、Rは、末端アルキルオキシアミノ基(CHONH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し、これは、1つまたは複数のアルキルアミノ(CHNHまたはアルキルアミド(CHCONH基を、m=0~12のすべての可能な組合せで含み得る);
(CHCONHR(式中、n=1~12、好ましくは1~5;R=H、C~Cアルキル、(CHまたは(CH-N-マレイミド、(CH-NH-COCHX(X=BrまたはI)、m=1~12、好ましくは2~6、(CH)n、(CHおよびR中に直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
第一級アミノ基を含有してもよく;
さらに、残基R、R、R、R、Rのうちの1つは、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHまたはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-または1,4-フェニレンである)、COCN-NHまたはCH-CN-NH(CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルまたはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;
さらに、R ---R (R ---R )は、4、5、6または7員環を形成してもよく、または、環の炭素原子の1つに結合した、第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、ヒドロキシル基OH若しくはリン酸化ヒドロキシル基-OP(O)(OH) を有する若しくは有さない4、5、6もしくは7員環を形成してもよく;
場合により、R---R(R---R)は、4、5、6または7員複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらに1~3個のヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
さらに、Rは、非置換フェニル基、OH、SH、NH、NHR、NR、RO、RS(式中、RおよびRは、互いに独立しており、直鎖状または分枝炭素鎖を有するC~Cアルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子供与体置換基を有するフェニル基、NO、CN、COH、COOH、CH=CHCN、CH=C(CN)、SO、COR、COOR、CH=CHCOR、CH=CHCOOR、CONHR、SONR、CONR(式中、RおよびRは、互いに独立しており、Hまたは直鎖状もしくは分枝状炭素鎖を有するC~Cアルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子受容体を有するフェニル基を表してもよく;
またはRは、複素芳香族基を表してもよく;
ただし、上記式Aのすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、少なくとも2つ、好ましくは少なくとも3、4、5または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、スルホン酸残基SOH、第一リン酸基OP(O)(OH)、第二リン酸基OP(O)(OH)R(R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)、第一ホスホン酸基P(O)(OH)、第二ホスホン酸基P(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
Figure 0007326453000006
[式中、
および/またはRは、互いに独立しており、
H、重水素、アルキルもしくは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかもしくはすべてのH原子は重水素で交換されていてもよい)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルもしくは重水素置換アルキル、例えば、CH、C、直鎖状もしくは分枝状C~C12アルキルもしくはペルフルオロアルキル基、または置換C~C12アルキル基;特に、(CHCOOR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、Rは、H、アルキル、特にC~C、CHCN、ベンジル、2-および4-ニトロフェニル、フルオレン-9-イル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノ-フェニル、例えば、テトラもしくはペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルまたは他の潜在的に求核反応性の脱離基であってもよく、(CHのアルキル鎖は直鎖状または分枝状であってもよい)を表してもよく;
---R は、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有する;場合により、R---Rは、4、5、6または7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらなるヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
ヒドロキシアルキル基(CHOH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);RまたはR基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CHOCOORまたは(CHNHCOOR(式中、m=1~12、R=メチル、エチル、2-クロロエチル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル基または置換フェニル基、例えば、2-および4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロ-フェニル、2-ピリジルまたは4-ピリジルである);
(CHNR(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R、Rは、互いに独立しており、Hまたは置換されていてもよいC~Cアルキル基であってもよい)であってもよく、特にRまたはR基のうちの一方は、アルキルアジド基(CH(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
またはRのうちの一方は、(CHSONRNH(式中、n=1~12であり、置換基Rは、H、アルキル、ヒドロキシアルキルまたはペルフルオロアルキル基C~C12によって表されることができる)であってもよく;
またはR基のうちの一方は、アリールヒドラジンAr-NRNH(式中、Arは式Bの全ピレン残基であり、R=Hまたはアルキル)を形成する第一級アミノ基であってもよく;
またはR基のうちの一方は、アリールヒドラジンAr-NRNH(式中、Arは式Bの全ピレン残基であり、R=Hまたはアルキル)を形成する第一級アミノ基であってもよく;
またはR基のうちの一方は、アリールヒドロキシルアミンAr-NROH(式中、Arは式Bの全ピレン残基であり、R=Hまたはアルキル)を形成するヒドロキシ基であってもよく;
またはR基のうちの一方は、アルキルオキシアミノ基(CHONH(式中、n=1~12)であってもよく;
またはR基のうちの一方は、(CHCOOR(式中、n=1~5、直鎖状または分枝状アルキル鎖(CHを有し、Rは、H、直鎖状または分枝状C~Cアルキル、CHCN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾ-トリアゾリルから選択される)であってもよく;
さらに、RもしくはRのうちの一方は、(CHCONHR(式中、n=1~5、R=H、C~Cアルキル、(CH、(CH-N-マレイミド、(CH-NHCOCHX(X=BrまたはI)、m=2~6、(CH)nおよびR中に直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよい)であってもよく;またはRもしくはRのうちの一方は、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHもしくはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレンである)、COCN-NHもしくはCH-CN-NH(CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルもしくはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;またはRもしくはRのうちの一方は、アルキルアジド(CH)Nもしくはアルキン、特にプロパルギルであってもよく;
リンカーL(色素コアと基Xを連結し、色素のスペクトル特性を調節する)は、少なくとも1個の炭素原子を含み、任意の出現において、C~C12の範囲の長さの直鎖状または分枝状の、アルキル、ヘテロアルキル、特にアルキルオキシ、例えば、CHOCH、CHCHO CHCHOCH、アルキルアミノまたはジアルキルアミノ、特にジエタノールアミンまたはN-メチル(アルキル)モノエタノールアミン部分、例えば、N(CH)CHCHO-およびN(CHCHO-)、ジフルオロメチル(CF)、アルケンまたはアルキン部分を、任意の組合せで含んでもよく;
リンカーLはまた、カルボニル(CHCO、CFCO)部分も含んでもよく;
Xは、特に、ヒドロキシアルキル(CHOH、チオアルキル((CHSH)、カルボキシアルキル((CHCOH)、スルホン酸アルキル((CHSOH)、硫酸アルキル((CHOSOH)、リン酸アルキル((CHOP(O)(OH))もしくはホスホン酸アルキル((CHP(O)(OH))(式中、nは、0~12または1~12の範囲の整数である)、またはその類似体を含む群から選択される部分からなるまたはそれらを含む可溶性および/またはイオン化可能アニオン提供部分を示し、CH基の1つまたは複数がCFによって交換されており、
さらに、アニオン提供部分は、非芳香族O、NおよびS含有複素環、例えば、ピペラジン、ピペコリンによって結合されていてもよく、または代替的に基Xのうちの1つは、基RおよびRに関して上で列挙した部分のうちの任意のものを、また基Lに関して列挙した任意の種類の結合と共に、他の置換基とは独立して有していてもよく、
ただし、式Bによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、式Bの残基Xに3または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、SOH、OSOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
の化合物またはその塩からなる群から選択される。
式AおよびBの化合物は、塩の形態で存在し得、塩の形態で適用されてもよく、該塩の形態は、すべての可能な種類のカチオン、好ましくはNa、K、Li、NH 、有機アンモニウム(例えば、トリアルキルアンモニウム)または有機ホスホニウムカチオンを含む。
より特定の実施形態では、本発明による蛍光色素塩は、負荷電酸基、特に、スルホン酸基および/またはリン酸基、ならびに無機または有機カチオンから選択される対イオン、好ましくは、アルカリ金属カチオン、アンモニウムカチオンまたは有機アンモニウムもしくはホスホニウム化合物のカチオン(例えば、トリアルキルアンモニウムカチオン)を含み得、ならびに/または正荷電基もしくは式A~Dの色素の窒素部N(R)Rに形成された電荷移動錯体、および特に強鉱酸、有機酸もしくはルイス酸のアニオンから選択される対イオンを含み得る。
「置換された」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、1つまたは複数の置換基、特に、直鎖状または分枝状アルキル、特にC~Cアルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル;イソアルキル、例えば、イソプロピル、イソブチル(2-メチルプロピル);第二級アルキル基、例えば、sec-ブチル(ブタ-2-イル);tert-アルキル基、例えば、tert-ブチル(2-メチルプロピル)を含む群から選択される置換基の存在を指す。さらに、「置換された」という用語は、ここで、水素原子の代わりに少なくとも1つの重水素、フルオロ、クロロもしくはブロモ置換基を有するアルキル基、またはメトキシ、エトキシ、2-(アルキルオキシ)エチルオキシ基(AlkOCHCHO)、およびより一般的な場合には、art Alk(OCHCHOCHCH-(Alk=CH、C、C、C10、n=1~23)のオリゴ(エチレングリコール)残基を指し得る。
「アルキル」という用語は、一般に、直鎖状または分枝状アルキル、より具体的には、C~C20アルキル、C~C12アルキルまたはC~Cアルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル;イソアルキル、例えば、イソプロピル、イソブチル(2-メチルプロピル);第二級アルキル基、例えば、sec-ブチル(ブタ-2-イル);tert-アルキル基、例えば、tert-ブチル(2-メチルプロピル)などを含む群から選択される任意のアルキル基を指し得る。
「芳香族複素環式基」または「複素芳香族基」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、5~10個の環原子を有し、少なくとも1個の環原子は、S、OおよびNから選択される非置換または置換環式芳香族基(残基)を指し;基は、環原子のうちの任意のものを介して分子の残部に結合している。限定されない表例は、フリル、チエニル、ピリジニル、ピラジニル、ピリミジニル、ピロリル、イミダゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアジアゾリル、オキサジアゾリル、キノリニルおよびイソキノリニルである。
上記の一般構造式Aの化合物はアクリドン色素であり、上記式Bの化合物はピレン色素である。
より具体的には、IUPAC規則に従うと、以下のスキーム4の基本構造式に示される通り、式Aの化合物は、7-アミノアクリドン-2-スルホンアミドであり、一方、式Bの化合物は、3、6、8位に官能基置換されたスルホニル基を有する1-アミノピレン色素、すなわち、(官能基置換された)1,6,8-トリスルホニル-3-アミノピレンである。
Figure 0007326453000007
本発明の新規蛍光色素は、以下のいくつかの好都合な特性を示す:
・ pH約2~5における効率的かつ清潔な還元的アミノ化または炭水化物との直接縮合のためのpK=11~8(pK=3~6)を有する芳香族アミノ(ArNH)、ヒドラジン(NRNH)、ヒドラジド(CONRNH)、ヒドロキシルアミン(RNHOH)またはアルコキシアミノ基(RONH);好ましくは、芳香族アミノ基は、第一級アミノ基であるが、第二級アミノ基であってもよい;構造についてはスキーム4を参照
・ コンジュゲート中の大きな正味電荷 - pH=7~10において-3~-6の範囲
・ 広範囲のpHにおける水性媒体への非常に良好な溶解性;高輝度(これは、蛍光量子収率および消光の全体的な結果である)
・ ボラン系試薬によるpH=3~6における還元に対する色素コアの例外的な安定性
・ スペクトルの完全一致および高い蛍光量子収率でアルゴンイオンレーザー(488および514nmで発光)により励起される能力
・ およそ520nmにおける最小発光
・ 色素は、99%までの精製が可能である。
本発明の新規蛍光タグは、非常に長い泳動時間の「重」グリカンの検出さえ可能にする。これらの長い泳動時間およびピーク広幅化に起因して、そのような「重」グリカンは、とりわけ蛍光タグとしてAPTSが使用される場合、動電検出することが非常に困難である。
以下において、本発明のより特定の実施形態が記載される。
上記式Aにおいて、NRおよび/またはN(R)Rは、カルボニル-または求核反応性基を含む。好ましくは、R、RおよびRは、H、直鎖状または分枝状アルキル、ヒドロキシアルキルまたはペルフルオロアルキル基によって表される。置換基R、RおよびRは、好ましくは、可溶性および/またはアニオン提供基、特に、ヒドロキシアルキル((CHOH)、チオアルキル((CHSH)、カルボキシアルキル((CHCOH)、スルホン酸アルキル((CHSOH)、硫酸アルキル((CHOSOH)、リン酸アルキル((CHOP(O)(OH))またはホスホン酸アルキル((CHP(O)(OH))(nは、1~12の範囲の整数である)を含む。
あるいは、置換基R、R、R、RおよびRは、求核反応性基として、カルボン酸残基(CHCOOH(n=1~12)およびその反応性エステル(CHCOORによって表されてもよい。Rは、H、アルキル、(tert-ブチルを含む)、ベンジル、フルオレン-9-イル、ポリハロゲノアルキル、CHCN、ポリハロゲノフェニル(例えば、テトラ-またはペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル)、2-および4-ニトロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルまたは他の潜在的に求核反応性の脱離基であってもよい。アルキル鎖(または主鎖)(CHは、直鎖状であっても分枝状であってもよい。
さらに、式Aのアリールアミノ基(NRおよびNR)は、(ポリ)メチレン、カルボニル、窒素または硫黄含有直鎖状または分枝状リンカー、特に、(CHCON(R)、CO(CHN(R)、CO(CHS(CH、(CHS(CHCO、CO(CHSO(CH、(CHSO(CHCO、それらの組合せを介して分析物-反応性基に連結していてもよく、または窒素含有非芳香族複素環(例えば、ピペラジン、ピペコリン、オキサゾリン)の一部として結合していてもよく;mおよびnは、0~12または1~12の範囲の整数である。置換基Rは、上記のR、R、R、RおよびRに関して列挙した官能基のうちの任意のものによって表されてもよい。
式Aの置換基R、RおよびRはまた、第一級アミノ基によって表されてもよく、したがって、カルボニル反応性アリールヒドラジンを含み、(R=H、RもしくはR=NH、またはR=NH、R、R=アルキル、ペルフルオロアルキルもしくはアルキル)、これは、RおよびRについての可能な候補として列挙されている、可溶性および/またはアニオン提供部分、特に:ヒドロキシアルキル(CHOH、チオアルキル((CHSH)、カルボキシアルキル((CHCOH)、スルホン酸アルキル((CHSOH)、硫酸アルキル((CHOSOH)、リン酸アルキル((CHOP(O)(OH))またはホスホン酸アルキル((CHP(O)(OH))(式中、nは、0~12または1~12の範囲の整数である)とコンジュゲートされておりまたはそれにより置換されている。あるいは、ヒドラジン誘導体は、スルホニルヒドラジド(R=NHであり、一方、Rは、アルキル、ペルフルオロアルキルまたは上述の種類の可溶性および/またはアニオン提供基で装飾されたアルキル基である)によって表されてもよい。
あるいは、式Aのアリールアミノ基(NRおよび/またはNR)は、アシルヒドラジンまたはアルキルヒドラジン部分にリンカーを介して間接的に連結していてもよく、したがって、それぞれヒドラジド(ZCONHNH)またはヒドラジン(ZNHNH)を含む。ここで、Zは、式Aの色素残基を示し、これは、アリールアミノ基およびリンカーを含む。特に、RおよびRは、(CHCON(R)、CO(CHN(R)、CO(CHS(CH、(CHS(CHCO、CO(CHSO(CH、(CHSO(CHCOおよびその組合せによって表されてもよく;mおよびnは、0~12の範囲の整数である。置換基Rは、官能基R~Rの候補として上で列挙されるR、R、R、RおよびRの官能基のうちの任意のもの、特に、ヒドロキシアルキル(CHOH、チオアルキル((CHSH)、カルボキシアルキル((CHCOH)、スルホン酸アルキル((CHSOH)、硫酸アルキル((CHOSOH)、リン酸アルキル((CHOP(O)(OH))またはホスホン酸アルキル((CHP(O)(OH))(nは、0~12または1~12の範囲の整数である)によって表されてもよい。リンカーはまた、非芳香族O、NおよびS含有複素環(例えば、ピペラジン、ピペコリン)によって表されてもよい。
さらに、R、RおよびRは、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHまたはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレン、COCN-NHまたはCH-CN-NHであり、CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイル、ピリジン-3,5-ジイルである)によって表されてもよい。
、R、R、RおよびRの可変の位置における分析物-反応性基は、直接またはヒドラジン誘導体(n=1~12)に関して列挙したカルボニル、アミド、窒素、酸素もしくは硫黄含有リンカーを介して間接的に連結した、芳香族もしくは複素環式アミン、カルボン酸、カルボン酸のエステル(例えば、N-ヒドロキシスクシンイミジルもしくは別のアミノ反応性エステル)によって表されてもよく;またはアルキルアジド(CH、アルキン(プロパルギル)、アミノ-オキシアルキル(CHONH、マレイミド(求核反応性二重結合を有するCNO)もしくはハロゲノケトン官能基(COCHX;X=Cl、BrおよびI)、ならびにハロゲノアミド基(NRCOCHX、R=H、C1~C6アルキル、X=Cl、Br、I)によって表される。
本発明の一部のより好ましい実施形態によると、上記式Aの置換基Rは、以下の通り定義される:
式AのRは、水素、低級アルキル基(C~C)、非置換フェニル基、OH、SH、NH、NHR、NR、RO、RS、OP(O)(OR)(OR)(RおよびRは、互いに独立しており、直鎖状または分枝状鎖を有するC~C12、好ましくはC~Cアルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子供与体置換基を有するフェニル基、NO、CN、COH、COOH、CH=CHCN、CH=C(CN)、SO、SO、COR、COOR、CH=CHCOR、CH=CHCOOR、CONHR、SONR、CONR、P(O)(OR)(OR)(式中、RおよびRは、互いに独立しており、Hまたは直鎖状もしくは分枝状炭素鎖を有するC~Cアルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子受容体を有するフェニル基を表し;
あるいは、Rは、芳香族複素環式基、特に、2-ピリジル、3-ピリジル、4-ピリジル、2-チエニル、3-チエニル、ピリミジン-4-イル、ピリミジン-2-イル、ピリミジン-5-イルまたは芳香族複素環から誘導される他の電子受容体基、例えば、4-ピリジル-N-オキシド、N-アルキルピリジニウム塩またはベタイン、特に、N-(ω-スルホアルキル)-4-ピリジニウム、N-(ω-スルホアルキル)-2-ピリジニウム、N-(1-ヒドロキシ-4,4,5,5-テトラフルオロ-シクロペンタ-1-エン-3-オン-2-イル)-4-ピリジニウム、N-(1-ヒドロキシ-4,4,5,5-テトラフルオロシクロペンタ-1-エン-3-オン-2-イル)-2-ピリジニウムを表してもよい。
特に、Rは、7-アミノアクリドン-2-スルホンアミド主鎖を有する2-ピリジル、3-ピリジルまたは4-ピリジル前駆体およびアルキル化剤(例えば、ハロゲン化アルキル、スルホン酸アルキル、アルキルトリフレート、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン)または求電子剤(例えば、ペルフルオロシクロペンテン)から誘導される正荷電複素環式基を表してもよい。
以下の式のうちの1つを有する上記の構造式Aの化合物がとりわけ好ましい。
Figure 0007326453000008
式Bにおいて、Lは、色素コアと可溶性および/またはイオン化可能部分を連結し、スペクトル特性を調節する2価リンカーである。
典型的には、その存在の結果、APTS色素タグ(断片Lは存在せず、XはOHである)と比較して、488nm市販レーザーとのより良好な一致を伴い、大きく深蛍光シフトおよび深色シフトする。
式BのリンカーLは、少なくとも1個の炭素原子を含むまたはそれからなり、任意の出現において、C1~C12の範囲の長さの直鎖状または分枝状の、アルキル、ヘテロアルキル(例えば、アルキルオキシ:CHOCH、CHCHO CHCHOCH)、ジフルオロメチル(CF)、アルケンまたはアルキン部分を、任意の組合せで表してもよい。リンカーはまた、カルボニル(CHCO、CFCO)およびスルホンアミドは、Lがアルキルアミノまたはジアルキルアミノ基、特に、ジエタノールアミンまたはN-メチル(アルキル)モノエタノールアミン部分(すなわち、N(CH)CHCHO-およびN(CHCHO-))である場合も含み得、これは、可溶性および/またはイオン化可能部分Xへのさらなる接続を可能にする。本発明のある特定の実施形態は、式(CHOP(O)(OH)およびN(CH)(CHOP(O)(OH)による部分LおよびXの組合せを表す。したがって、この種類のスルホンアミドは、一般式SONR(RおよびRは、互いに独立しており、H、C1~C12の範囲の長さの直鎖状または分枝状であり、また末端OH基を有する、アルキル、ヘテロアルキル(例えば、アルキルオキシ:CHOCH、CHCHO、CHCHOCH)、ジフルオロメチル(CF)の任意の組合せによって表されてもよい)を有する。
式BのN(R)Rは、好ましくは、カルボニルまたは求核反応性基を含む。置換基RおよびRは、互いに独立しており、いずれも水素によって表されてもよい。これらのうちの1つは、直鎖状または分枝状アルキル(ペルフルオロアルキル)基C~C12であってもよい。同時に、RおよびRのうちの一方は、カルボン酸残基(CHCOOHおよびその通常のまたは反応性エステル(CHCOR(式中、nは、1~12の範囲の整数である)によって表されてもよい。残基Rは、H、アルキル、(tert-ブチルを含む)、ベンジル、フルオレン-9-イル、ポリハロゲノアルキル、CHCN、ポリハロゲノフェニル(例えば、テトラ-またはペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル)、2-および4-ニトロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルまたは他の潜在的に求核反応性の脱離基である。アルキル鎖(または主鎖)(CHは、直鎖状であっても分枝状であってもよい。特に、式は、Z-NR(CHCORとして示され得、ここで、Zは、基LおよびXも含む式Bの分子の残部である。
さらに、求核反応性基CORは、(ポリ)メチレン、オキシメチレン(CHOCH、CHCHOCH、PEG)カルボニル、カーボネート、カルバメート、ウレタン、窒素または硫黄含有リンカー(スペーサー)(分枝状または直鎖状)、特に(CHCON(R)、CONH(CH、(CHOCONH(CH、CO(CH、CO(O)NR、(CHSO2mN(R)、CO(CHS(CH、(CHS(CHCO、CO(CHSO(CH、(CHSONRおよびそれらの組合せ(式中、mおよびnは、0~12の範囲の整数であり、R=アルキル)を介してアリールアミノ基N(R)Rに連結されていてもよい。反応性基Rは、非芳香族O、NおよびS含有複素環(例えば、ピペラジン、ピペコリン、オキサゾリン)によって結合されてもよい。置換基Rは、H、アルキル、ヒドロキシアルキルまたはペルフルオロアルキル基C~C12によって表されてもよい。
式Bの置換基RおよびRのうちの一方は、第一級アミノ基によって表されてもよく、したがって、カルボニル反応性アリールヒドラジン(R=NH、R=アルキル、ペルフルオロアルキル)を含み、またはアリールヒドロキシルアミン(ArNHOH)を形成するヒドロキシ基を含む。あるいは、式Bのアルキルヒドラジンまたはヒドロキシルアミン反応性部分は、反応性基Rに関して上で列挙したリンカーを介してアリールアミノ基N(R)Rに連結していてもよい。スルホニルヒドラジドは、RまたはR=(CHSONRNH(式中、n=1~12)であり、置換基Rが、H、アルキル、ヒドロキシアルキルまたはペルフルオロアルキル基C~C12によって表されてもよい特別な場合を構成する。スルホニルアミド(スルホンアミド、スルファミド)基はまた、反応性基R、RおよびRの場合に関して上で列挙した多様なリンカーを介して結合していてもよい。
さらに、RおよびRは、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHまたはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレンである)、COCN-NHまたはCH-CN-NH(CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイル、ピリジン-3,5-ジイルである)によって表されてもよい。
置換基RおよびRはまた、直接またはカルボニル、アミド、ヒドラジン誘導体に関して列挙した窒素もしくは硫黄含有リンカーを介してのいずれかで連結したアルキルアジド(CH、(n=1~12)アルキン(プロパルギル)、マレイミド(求核反応性二重結合を有するCNO)またはハロゲノ-ケトン官能基(COCHX;X=Cl、BrおよびI)によって表されてもよい。
式Bの基Xは、可溶性および/またはイオン化可能アニオン提供部分、特に、向上した電気泳動移動度をもたらすものを示す。基Xは、ヒドロキシアルキル(CHOH、チオアルキル((CHSH)、カルボキシアルキル((CHCOH)、スルホン酸アルキル((CHSOH)、硫酸アルキル((CHOSOH)、リン酸アルキル((CHOP(O)(OH))またはホスホン酸アルキル((CHP(O)(OH))(nは、0~12の範囲の整数である)を含み得る。あるいは、CH基は、CFによって交換されていてもよい。アニオン提供部分はまた、非芳香族O、NおよびS含有複素環(例えば、ピペラジン、ピペコリン)によって結合されてもよい。あるいは、基Xのうちの1つは、基RおよびRに関して列挙したカルボニルまたは求核反応性部分を、また基Lに関して列挙した任意の種類の結合と共に、他の置換基とは独立して有してもよい。
既に上述の通り、式Bの化合物は、塩の形態で存在し得、塩の形態で適用されてもよく、該塩の形態は、すべての可能な種類のカチオン、好ましくはNa、Li、K、NH および有機アンモニウムまたは有機ホスホニウムカチオンを含む。
本発明の特定の一実施形態によると、アニオン提供基Xは、式Bの各出現において、1または複数の部位で(および上記Lに関して定義した通りの各種類の結合について)それぞれのリンカー基Lに結合した1~4つの基SOHを表してもよい。
本発明の別の特定の実施形態によると、上記構造式Bの化合物は、式C
Figure 0007326453000009
[式中、
および/またはRは、互いに独立しており、
H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は重水素原子で交換されていてもよい)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルまたは重水素アルキル、例えば、CH、C、直鎖状または分枝状C~C12、好ましくはC~Cアルキル基または置換C~C12、好ましくはC~Cアルキル基;特に、(CHCOOR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、Rは、H、CHCN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルであってもよく、(CHのアルキル鎖は、直鎖状または分枝状であってもよい)を表してもよく;
---R は、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有する;場合により、R---Rは、4、5、6または7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらなるヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
ヒドロキシアルキル基(CHOH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);RまたはR基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(RまたはR基のうちの一方は、(CHOCOORまたは(CHNHCOOR(式中、m=1~12、R=メチル、エチル、2-クロロエチル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、フェニル基または置換フェニル基、例えば、2-および4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロ-フェニル、2-ピリジルまたは4-ピリジル)である);
(CHNR(式中、m=1~12、好ましくは2~6;直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R、Rは、互いに独立しており、Hまたは置換されていてもよいC~Cアルキル基であってもよい)であってもよく、特にRまたはR基のうちの一方は、アルキルアジド基(CH(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
またはR基のうちの一方は、(CHCOOR(式中、n=1~5、直鎖状または分枝状アルキル鎖(CHを有し、Rは、H、直鎖状または分枝状C~Cアルキル、CHCN、4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルから選択される)であってもよく;
さらに、RもしくはRのうちの一方は、(CHCONHR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、R=H、C~Cアルキル、(CH、(CH-N-マレイミド、(CH-NHCOCHX(式中、X=BrもしくはI)、m=2~6、(CH)nおよびR中に直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;またはRもしくはRのうちの一方は、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHもしくはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレンである)、COCN-NHもしくはCH-CN-NH(CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルもしくはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;
式CのSO断片と残基Xとの間の(CH)n-CHリンカー(式中、n=1~5)は、2~6個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環式基を表してもよく;
X=SH、COOH、OSOH、SOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(式中、R=置換されていてもよいC~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=置換されていてもよいC~Cアルキル)であり;
ただし、式Cによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、式Cの残基Xに3または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、OSOH、SOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
に示される通りのアルキルスルホニル誘導体である。
本発明のより特定の実施形態によると、本発明の蛍光色素は、式C(式中、Xは、各出現において、SOHであり、nは、1~12、好ましくは1~6である)またはその塩によって表される。
本発明の別の特定の実施形態によると、上記構造式Bの化合物は、式D
Figure 0007326453000010
[式中、
および/またはRは、互いに独立しており、H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は、重水素原子によって交換されていてもよい)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルまたは重水素-アルキル、例えば、CH、Cまたは直鎖状もしくは分枝状の置換されていてもよいC~C12、好ましくはC~Cアルキル基;特に、(CHCOOR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、Rは、H、CHCN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、N-スルホスクシンイミジルであってもよく、(CH中のアルキル鎖は、直鎖状または分枝状であってもよい)を表してもよく;
---R は、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =置換されていてもよいC ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有する;または場合により、R---Rは、4、5、6もしくは7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NもしくはSなどのヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
および/またはRは、
ヒドロキシアルキル基(CHOH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状の置換されていてもよいアルキル鎖を有する)をさらに表してもよく;RまたはR基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CHOCOORまたは(CHNHCOOR(式中、m=1~12、R=メチル、エチル、2-クロロエチル、CHCN、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル基または置換フェニル基、例えば、2-および4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロ-フェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、2-ピリジル、4-ピリジル);
(CHNR(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R、Rは、互いに独立しており、水素および/または置換されていてもよいC~Cアルキル基を表す);
(CH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
-(CHCOOR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、直鎖状または分枝状アルキル鎖(CHを有し、Rは、H、直鎖状または分枝状C~Cアルキル、CHCN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルから選択される);
(CHCONHR(式中、n=1~12、好ましくは1~5、R=H、置換または非置換C~Cアルキル、(CH、(CH)m-N-マレイミド、(CH)m-NHCOCHY(式中、Y=Br、I)、m=1~12、好ましくは2~6、(CH)nおよびR中に直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
さらに、RまたはRは、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHまたはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-または1,4-フェニレンである)、COCN-NHまたはCH-CN-NH(CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルまたはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;
=H、(CHCHX、C、直鎖状または分枝状C~Cアルキル基、C2mOR(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルカン-ジイル鎖C2mを有する)、R=H、CH、C、C、CH(CHCHO)CHCH(式中、k=1~12)であり;一方、(CHCHリンカーは、2~6個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環式基を表してもよく;
式Dにおいて、スルホンアミド断片SONと残基Xとの間の(CH-CHリンカー(式中、n=1~12、好ましくは1~5)は、2~6個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環式基を表してもよく;
X=SH、COOH、SOH、OSOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(式中、R=置換または非置換C~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=置換または非置換C~Cアルキルである)であり;
ただし、式Dによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、式Cの残基Xに3、6、9または12個の負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、SOH、OSOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
に示される通りのスルファミド誘導体である。
本発明の好ましい実施形態によると、上記式B、CおよびDの置換基RおよびRは、以下の通り定義される:
式BのRおよび/またはRは、H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は、重水素原子によって交換されていてもよい)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルまたは重水素アルキル、例えば、メチル、エチル、プロピルなど、4,6-ジハロ-1,3,5-トリアジニル(C)(ハロゲンXは、好ましくは、塩素である)、2-、3-もしくは4-アミノベンゾイル(COCNH)、2-、3-もしくは4-アミノフェニルウレイル(NCONHCNH)、2-、3-もしくは4-アミノフェニルチオウレイル(NCSNHCNH)、または一般式(CHm1COOR、(CHm1OCOOR(CHn1COORもしくは(CO)m1(CHm2(CO)n1(NH)n2(CO)n3(CHn4COORの結合カルボン酸残基およびその反応性エステル(式中、整数m1、m2およびn1、n2、n3、n4は、独立して、それぞれ1~12および0~12の範囲であり、鎖(CHm/nは、直鎖状、分枝状、飽和、不飽和、部分もしくは完全重水素化であるおよび/またはN、OもしくはSを含有する炭素環もしくは複素環に含まれ、Rは、H、Dまたは求核反応性脱離基であり、好ましくは、これらに限定されないが、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、シアノメチル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノフェニル、例えば、テトラ-またはペンタフルオロフェニル、2-または4-ニトロフェニルを含む)を表す。
式CおよびDの化合物は、塩の形態で存在し得、塩の形態で適用されてもよく、該塩の形態は、すべての可能な種類のカチオン、特に式Bに関して上述の通り、好ましくは、Na、Li、K、NH および有機アンモニウムまたは有機ホスホニウムカチオンを含む。
上記一般構造式B、CおよびDのとりわけ好ましい化合物は、以下の式
Figure 0007326453000011
のうちの1つを有する。
本発明の好ましい一実施形態は、上記式A~BまたはA~Dの化合物に関し、負電荷は、いくつかの第一リン酸基、特に、二重O-リン酸化7-アミノアクリドン-2-スルホンアミド(2つのリン酸基)、三重O-リン酸化1,6,8-トリス[(ω-ヒドロキシアルキル)スルホニル]-ピレン-3-アミン(3つのリン酸基)および1,6,8-トリス[N-(ω-ヒドロキシアルキル)スルホニルアミド]ピレン-3-アミンによってもたらされる。これらの化合物は、APTSと比較して優れた輝度、および大幅により良好な電気泳動移動度を有する。
本発明の新規化合物は、小さな分子サイズを有し、好ましい実施形態では、劇的に増加した高い正味負電荷(z)がもたらされる(例えば、少なくとも、リン酸化アクリドンについてz=-4およびリン酸化ピレン色素についてz=-6)。これらの2つの要件は、それぞれ、低い流体力学半径および低い質量対電荷比(m/z)と等価である。結果として、高速および良好な分析的分解能における高速分離が、これらの化合物および対応する標識炭水化物に関する動電測定において達成され得る。
負電荷は、塩基性またはさらに中性媒体中で脱プロトン化され得る酸性基によってもたらされる。第一ホスホン酸アルキル(R-OPO)は、第1および第2の酸性プロトンについてそれぞれ1~2および6~7の範囲のpK値を有するため、リン酸基はこの目的のために好ましい。その結果、単一のリン酸基は、塩基性条件下で緩衝溶液に2つの負電荷を導入し得る(例えば、pH8では、R-OPO 2-が存在する)。-4の負電荷を達成するためには、2つのリン酸基の結合が必須であるなどである。しかしながら、特に、上記式A~Bにおいて定義される通りの基Xから選択される他の酸性基もまた、好適である。
一般に、上記式A~Bの化合物は、アミノ酸、ペプチド、一次および二次抗体、単一ドメイン抗体、ドセタキセル、アビジン、ストレプトアビジンおよびそれらの変形を含むタンパク質、アプタマー、ヌクレオチド、核酸、毒素、脂質、2-デオキシ-2-アミノグルコースおよび他の2-デオキシ-2-アミノアミノピラノシド、グリカン、グルカンを含む炭水化物、ビオチンならびに他の低分子、すなわち、1500Da未満の分子質量を有する分子、例えば、ジャスプラキノリドおよびその変形のための蛍光標識として使用するのに好適かつ有利である。
化合物7-R(R=H、Me)、13a、13b、16および18(以下のスキーム5)は、遊離ヒドロキシル基を有し、一般式Bのリン酸化ピレン色素を得るための前駆体として好適である。特に、化合物7-R(R=H、Me)は、直接リン酸化し(リン酸トリメチル中のPOCl)、色素8-R(R=H、Me)を得た。同様に、色素13a、bおよび18は、リン酸トリメチル中のPOClを使用してリン酸化した。したがって、前駆体色素13aおよび13bの両方は、(反応混合物の塩基性後処理後に)化合物15をもたらした。化合物16は、生体共役反応の反応中心として使用され得る遊離カルボキシル基を有する。したがって、化合物16は、アミノ酸、ペプチド、一次および二次抗体、単一ドメイン抗体、ドセタキセル、アビジン、ストレプトアビジンおよびそれらの変形を含むタンパク質、アプタマー、修飾ヌクレオチド、アミノ基を含有する修飾核酸、毒素、脂質、2-デオキシ-2-アミノグルコースおよび他の2-デオキシ-2-アミノアミノピラノシドを含む炭水化物、修飾ビオチン(例えば、ビオシチン)ならびに他の低分子、すなわち、1500Da未満の分子質量を有する分子(例えば、ジャスプラキノリドおよびその変形)のための蛍光標識を表す。
Figure 0007326453000012
その結果、本発明の密接に関連する態様は、広範囲の分析物へのコンジュゲーションのための蛍光試薬としての構造式A~Bの化合物の使用であって、コンジュゲーションが、任意の化学実体、ペプチド、タンパク質、炭水化物、核酸、毒素および脂質とカップリングした化学実体または物質、例えば、アミン、カルボン酸、アルデヒド、アルコール、芳香族化合物、複素環、色素、アミノ酸、アミノ酸残基との少なくとも1つの共有化学結合または少なくとも1つの分子錯体の形成を含む、使用に関する。
特許請求される化合物は、標的分子の蛍光標識および検出のための方法に好適であり、それに使用され得る。典型的には、そのような方法は、上記式A~Dのいずれか1つによる化合物を、アミノ酸、ペプチド、一次および二次抗体、単一ドメイン抗体、ドセタキセル、アビジン、ストレプトアビジンおよびそれらの変形を含むタンパク質、アプタマー、(修飾)ヌクレオチド、(修飾)核酸、毒素、脂質、2-デオキシ-2-アミノグルコースおよび他の2-デオキシ-2-アミノアミノピラノシド、グリカン、グルカンを含む炭水化物、(修飾)ビオチン(例えば、ビオシチン)、ならびに他の低分子、すなわち、1500Da未満の分子質量を有する分子(例えば、ジャスプラキノリドおよびその変形)を含む群から選択される標的分子と反応させることを含む。標識の後に、クロマトグラフィー技術および/または動電技術による標識蛍光誘導体の分離、検出、定量および/または単離が続く。
さらに、本発明はまた、上記式A~BまたはA~Dによる蛍光色素を含む炭水化物-色素コンジュゲートを包含する。
より具体的には、前記コンジュゲート、特に炭水化物コンジュゲート中の色素は、以下のスキーム6に示される通りの式6-H、6-Me、8-H、15または19および20の化合物から選択される。
上記式A~BまたはA~Dの化合物は、還元糖、すなわち、グリカンを含む遊離形態またはた保護形態のアルデヒド基を有するモノマー、オリゴマーまたはポリマー炭水化物、例えば、セミアセタールの還元的アミノ化(スキーム2および6に示される通り)における使用に好適かつ有利である。
その結果、本発明の密接に関連する態様は、この使用、ならびに還元糖の還元的アミノ化のための方法であって、上記式A~Dの化合物を、グリカンを含む遊離形態またはセミアセタールとしての、アルデヒド基を有するモノマー、オリゴマーまたはポリマー炭水化物と、還元的アミノ化を行うのに十分な時間、反応させるステップ、ならびに標識蛍光誘導体のクロマトグラフィーによる分離または動電分離に続いて、場合により、蛍光検出および/または質量分析による検出を含む光学分光による分析物の検出を含む、方法に関する。色素-コンジュゲート構造の例は、スキーム6に示される。
式A~Dの化合物およびこれを含む炭水化物-色素コンジュゲートは、好ましい吸収/発光特性(表2を参照されたい)および電気泳動移動度を伴い、高い正味負電荷を特徴とする色素の組を構成する。
Figure 0007326453000013
本発明の新規蛍光色素の一般合成
新しいスルホン化2(7)-アミノアクリドンおよび1-アミノピレン色素の合成経路が以下のスキーム7~10に示される。
スキーム7は、二重O-リン酸化7-アミノアクリドン-2-[N,N’-ビス-(2-ヒドロキシエチル)]-スルホンアミド6-Hおよび6-Meの調製を示す。KCOおよび触媒量のCu(NOの存在下(185℃、2~4時間)での2-クロロ-5-ニトロ安息香酸とアニリン間の公知の反応により、WO2007/049057およびUS2012/0015373に記載の手順に従い、4-ニトロ-N-フェニルアントラニル酸(スキーム5には示されていない)が得られた。4-ニトロ-N-フェニルアントラニル酸を、2-ニトロアクリジン-9(10H)-オン(1-H)に環化させた(POCl、還流、3時間)。さらなる合成の実験詳細は、実施例のための節において示される。
Figure 0007326453000014
三重O-リン酸化1,6,8-トリス[[N-(2-ヒドロキシエチル)-N-メチル]スルホニルアミド]ピレン-3-アミン8-Rへの合成経路が、スキーム8に示される。詳細な実験手順は、実施例の節に示される。
Figure 0007326453000015
三重O-リン酸化1,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルホニル]-ピレン-3-アミン15への合成経路が、スキーム9に示される。詳細な実験手順は、実施例の節に示される。
Figure 0007326453000016
演繹的に、ピレン誘導体7-R/8-Rおよび15は、7-アミノアクリドン-2-[N,N-ビス-(2-ヒドロキシエチル)]スルホンアミド6-Hおよび6-Meよりも良好な光物理学的性質が見込まれた。特に、より高いモル吸光係数およびより高い蛍光量子収率(より高い「輝度」)が予想され得た。例えば、ピレン色素15を調製するために、安価で市販されている出発材料である1-アミノピレン(10)を、構成単位として使用した(スキーム9)。APTSもまた、1-アミノピレン(10)から開始し、報告された方法(Sharrettら、Org.Biomol.Chem.2009、7、1461~1470)を使用して、本発明者らによって合成された。1-アミノピレン(10)は、電子供与体残基および反応部として働くアミノ基を有する。化合物10は、336nmでの吸収極大および445nmでの発光極大を有する(MeOH中)ため、吸収スペクトルを赤色にシフトすることが必要である。深色シフトおよび深蛍光シフトは、電子受容体基のピレンフルオロフォアへの導入と、それに続く、アミノ基の単回または二重アルキル化によって実現され得る。後修飾は、グリカンの還元的アミノ化の過程で起こり、第一級アミノ基をより電子供与性の高い第二または第三級アミンに変換する。ハメット定数(表1を参照)の大きさおよび符号によって、置換基の電子効果が説明され得、それらの相対強度が比較され得る。
アミノ基がC-1に結合していると仮定すると、置換基は、C-3、C-6およびC-8に(求電子置換反応の過程で)導入され得る。ピレン系の「活性な」6および8位(ベンゼン環のパラ位に対応する)、ならびにC-3(ベンゼン環のメタ位に対応する)への受容体基の導入は、赤色シフトバンドを有する供与体-受容体色素の形成につながる。この赤色シフトは、電子供与性アミノ基と、3、6および8位の電子求引性基との間の「プッシュ-プル」電子効果に起因する。価値のある前駆体基は、例えば、APTS中のスルホン酸残基(スルホンアミドに変換可能;スキーム8を参照されたい)および化合物14のチオエーテルであり、これは、スルホンに酸化され、はるかにより強力な電子求引性残基になり得る(スキーム9)。アルキルスルホン(化合物13b、15、16および18によって表される)は、表1のハメットσ-定数の最高値を有し、これは、それらが、スルホンアミド(化合物7-H、7-Me、8-H、8-Me)よりも強力な受容体であることを示している。色素設計においてスルホンアミドおよびアルキルスルホンを選択する別の理由は、それらが、第一リン酸基または他のイオン化可能基に結合するのに必要なヒドロキシル残基と組み合わせられ得ることである。
Figure 0007326453000017
任意の基を1-アミノピレンスキャフォールドに導入し始める前に(最初の反応は、常に芳香族求電子置換であると考えられる)、一部の場合には、1-アミノピレン10のアミノ基を保護する必要があった(スキーム9)。本発明者らは、無水トリフルオロ酢酸によるアセチル化(実に新しい選択肢)を使用し、アセチル化アミン11を得た。この場合、トリフルオロアセチル基は、酸安定であるが、穏やかな塩基性条件下で容易に切断され得るため、アセチル基(これは、例えば、Liら、J.Am.Chem.Soc.1994、116、9890~9893によって使用された)よりも良い選択である。トリフルオロアセチル化によるアミノ基の保護の後、化合物11の3、6および8位での求電子置換は、トリブロモアミノピレン(12)をもたらした。芳香族臭素残基は、多数の他の官能基に容易に変換され得るため、このトリブロミドは非常に重要な中間体を表した。例えば、チオエーテル基の導入のための簡便な合成方法が、Mispelaere-Canvivetら、Tetrahedron 2005、61、5253~5259によって公開され、これは、チオールと臭化アリールのPd触媒クロスカップリングを報告した。非保護3-メルカプト-1-プロパノールは、トリオール14を得るために直接使用され得ることが見出された。14のトリスルホニル誘導体13aへの簡単な酸化は、触媒として酢酸中の濃過酸化水素およびタングステン酸ナトリウムを使用して実施した(比較:Xuら、Molecules 2010、15、766~779)。化合物13aは、水性NaCOによる処理によってメタノール中で脱保護して、遊離アミン13bを得、次にこれを化合物15にリン酸化した。
リン酸トリメチル中のPOClを使用する非保護アミノ基による芳香族アミンの直接リン酸化(スキーム8の7-Rから8-R、およびスキーム9の13bから15)に続いて、水性EtN*HCO緩衝液による処理が可能であることが判明した。芳香族アミノ基もまたリン酸化を受けるが、非常に不十分な電子密度に起因して、これらのアミノ基は、水溶液中(わずかに酸性または塩基性条件下)でリン酸残基を容易に失う。
これとは対照的に、色素8-R(R=H、CH)および15の第一リン酸基は、pH=3(還元的アミノ化)およびpH=8(電気泳動)において加水分解安定である。
Figure 0007326453000018
トリスルホン13aのアミノ基を、炭酸ナトリウムのメタノール水溶液中での穏やかな加熱によって脱保護し、アミノスルホン13bを、良好な収率で単離した。Borch反応(Borchら、J.Am.Chem.Soc.1969、91、3996~3997)の過程におけるアミノスルホン13bのグリオキシル酸一水和物による還元的アミノ化により、ピレン色素500P(16)が38%の収率でもたらされた。反応は、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、グリオキシル酸一水和物および濃水性HClを化合物13bに数日間かけて少しずつ添加することによって実施した。中程度の収率は、3つの電子求引アルキルスルホニル基によって誘導体化されたアミノ基の低い反応性によって説明されると考えられた。化合物16は、多様な反応中心であるカルボキシル基を有する蛍光色素を表す。16のアミノ基は、カルボキシメチル化されており、この種類の誘導体化(アルキル基よりも効率的でない供与体による)がどのような深色シフトおよび深蛍光シフトを誘発するかを知るのは興味深いことであった。N-メチル化ピレン色素18もまた、調製した。メチル基は、カルボキシメチル基よりも強力な電子供与体であり、この点で、化合物18は、おそらく化合物16よりも優れた炭水化物の還元的アミノ化の生成物のモデルを表す。
Figure 0007326453000019
アルキルスルホニル置換(特に、スルホアルキルスルホニル置換)1-アミノピレン色素23aおよびその相同体23bの合成は、スキーム11に示される通り、対応する二官能性シントンのスルホン酸基(SOH)の保護を必要としない。とりわけ、一部の有用なスルホアルキル置換シントン、例えば、ナトリウム3-メルカプト-1-プロパンスルホネートまたはナトリウム2-メルカプトエタンスルホネートが市販されていることを考慮すると、これは、その「リン酸化対部分」である色素15の調製のためのプロセス(スキーム9を参照されたい)と比較して、全プロセスを大幅に簡略化する。反応は、チオエーテル官能基を介して色素コアに連結した3つのイオン化可能基を有する高水溶性色素をもたらす。チオエーテルのスルホンへの酸化は、チオエーテル含有中間体21a、b、およびさらには十分確立されたベンチマーク色素であるAPTS(構造についてはスキーム11および12、ならびにスペクトル特性については表2を参照されたい)と比べて大きな深色シフトおよび深蛍光シフトをもたらす。色素のアミノ部での保護基の切断は、炭水化物反応性化合物につながり、これは、一般式Cの場合を表す。全合成シーケンスは、上記スキーム11に示される。
新しい色素のスペクトル特性
Figure 0007326453000020
Figure 0007326453000021
表2の構造特徴およびスペクトルデータは、二重リン酸化アミノアクリドン6-Hおよび6-Me、三重リン酸化ピレン色素8-H、8-Meおよび15が、上で定義した蛍光タグの基準を満たすことを示す。さらに、それらが、グリカンの還元的アミノ化に使用され得るか、およびそれらのコンジュゲートの発光が、APTSで標識されたグリカン(構造およびスペクトルデータについては、スキーム9~12および表2を参照されたい)の発光に干渉しないかを明らかにする必要があった。例えば、化合物6-R(R=H、Me)は、それぞれ、134および138に等しいm/z比を有する(APTSはm/z=151を有する)。それらは、いくつかの吸収極大を有し、橙色光を発光する(485nmおよび585nmでの2つの発光極大、ならびにおよそ1:2の相対強度を有する;図2Aを参照されたい)。488nmでのその吸収は比較的低いが、赤色シフトした発光は、特筆すべき特徴であり、およそ160nmのストークスシフトを伴う。化合物6-Rに関する蛍光量子収率の絶対値は、5~6%である。したがって、その比較的低い輝度にも関わらず、黄色-橙色発光アクリドン色素6-Rは潜在的に、より明るい黄色-緑色発光アミノピレン色素8-Rおよび15と少なくとも同じくらい有用である。両方の種類の色素は、その比較的低い正味電荷(-3)を有するAPTSおよびAPTS標識で装飾された「重」炭水化物の低い移動度によって提示される制限に起因して未だ検出することができない「重」および「外来」グリカンを含むグリカンの標識に使用され得る新しいタグを表す。実際、4つの負電荷の存在および極度に低いm/z比に起因して、ここで導入されるリン酸化色素は、コンジュゲートのより良好な電気泳動移動度をもたらすことができ、その泳動時間を低減し、したがって、嵩高で大きな炭水化物を明らかにし、強調する。
表2に列挙されるすべてのピレン色素は、非常に蛍光性である。非リン酸化ピレン7-R(R=H、Me)、13b、16および18は、高い精度で吸光係数を推定することを可能にする。最長波長バンドの吸光係数は、18000~23000の範囲であり、一方、極大の位置は、465~507nmで変動する。したがって、蛍光は、488nmで発光するアルゴンイオンレーザーによって容易に誘発され得る。発光極大は、535~563nmの範囲であることが見出され、蛍光量子収率は、常に高い(71~97%)。したがって、スルホン化1-アミノピレン(一般式B~D)は、2-スルホンアミド-7-アミノアクリドン(式A)よりもはるかに明るい色素を表す。輝度は、吸光係数(488nmでの)と蛍光量子収率の積に比例する。本発明者らは、アクリドン色素について、この値がおよそ1500×0.06=90であり、ピレンについて、20000×0.9=18000であると仮定できる。この概算推定は、トリスルホン化1-アミノピレンが、2-スルホンアミド-7-アミノアクリドンよりもおよそ200倍明るい色素であることを意味する。この性質により、本発明の1-アミノピレン色素(式B~D)は、2-スルホンアミド-7-アミノアクリドン(式A)およびAPTSよりも優れたタグになる。APTSコンジュゲートについて、極大(457nm)での吸光係数が19000であり(スキーム3)、488nmでの吸収が典型的にはおよそ457nmでの吸収極大の35%であると仮定すると、6000の相対輝度(同じ蛍光量子収率を仮定)を得る。したがって、本発明の色素は、488nmレーザーによる励起下(グリカンとのコンジュゲート中)でAPTSよりもおよそ3倍明るい。本発明のピレン色素、特に、化合物8-H、15および23a、bは、APTSによって提示されるその比較的低い正味電荷(-3)および低い輝度の制限に起因して未だ検出することができない「重」および「外来」グリカンを含むグリカンの標識に使用され得る新しいタグを表す。やはり非常に重要なことに、これらのアミノピレン色素(すなわち、8-H、13b、15、23a、b)のいずれも、中性(PBS緩衝液、pH=7.4)から塩基性(TEAB緩衝液、pH=8.0~8.5)媒体への切り替え時、蛍光量子収率の有意な変化を示さなかった。
発光バンドを赤色スペクトル領域にシフトするために、N-メチル化誘導体8-Meを調製した。この色素は、N-メチルアミノ基を有し、したがって、グリカンおよび親色素8-Hから形成された還元的アミノ化の生成物と非常に類似した(スキーム2の化合物6と比較して)フルオロフォアを表す。吸収極大は、赤色にシフトしている(+37nm;8-H→8-Me)が、発光極大は、「たった」19nmの深蛍光シフトを受けた(表2を参照されたい)。したがって、ストロークスシフトは、79nmから61nmに低下した。
芳香族蛍光色素の系列において深色シフトおよび深蛍光シフトを増加させるための別のツールが存在するが、ただし、それらは、それらの間にいわゆる「プッシュ-プル」電子相互作用(直接極性コンジュゲーション)を有する電子供与体および電子受容体基を有する。1-アミノピレン色素の場合、供与体基は固定される(その電子供与特性は強化され得ない)が、3、6および8位の電子吸引基は変動し得る。例えば、化合物14のチオエーテル(スキーム9)は、対応するスルホンに酸化され、化合物7-R、8-Rおよび9-Rのスルホンアミド(スキーム8)よりも強力な電子吸引残基を獲得し得る。実際、アルキルスルホン基(R-SO、化合物13b、15、16、18および23a、bに存在する;スキーム8、9および11を参照されたい)は、表1に見られる通り、ハメットσ-定数の最高値を有し、これは、それらが、スルホンアミド部分(化合物7-H、7-Me、8-H、8-Me;スキーム8および9を参照されたい)よりもさらに強力な受容体であることを示している。しかしながら、化合物8-Hおよび15を調製し、水溶液中でそのスペクトル特性(表2)を比較した後、予想通り、深色シフトは12nmであるが、発光極大の位置およびバンド形状は同じであることが決定された(図2Bに見られる通り)。このことについての最も単純な説明は、単一アミノ基(供与体として)が「その限界にあり」、それらがいかに強力であっても、3つの非常に強力な受容体基で装飾されたπ-系により高い電子密度をもたらすことが可能ではないという仮定に基づく。幸運なことに、窒素原子の還元的アルキル化(スキーム2を参照されたい)の際に、さらなる深色シフトおよび深蛍光シフトが起こり(上で議論した化合物8-Hおよび8-Meについてスペクトルデータを比較)、化合物15はグリカンとの明るいコンジュゲートをもたらした。
本発明のさらなる態様は、式Cの蛍光ピレン色素(Xは、各出現において、SOHであり、nは1~12、好ましくは1~6である)を合成するための一般的で単純な方法であって、アリールハロゲンと事前合成されたチオアルキルおよび非保護スルホン酸官能基を有する二官能性試薬との交換反応と、それに続いて、場合によりチオエーテルのスルホンへの酸化を含む、方法に関する。したがって、合成は、スルホン酸基(SOH)が、アルキルスルホニル(アルカンスルホニル)リンカーSO(CHを介して芳香族色素コアに連結しているスルホアルキルスルホニル置換色素を生じる。
より具体的には、そのような方法は、少なくとも以下のステップを含む:1適切な保護基による)1-アミノピレンの保護;2)スキーム9に示される通りのハロゲン化、通常臭素化;3)スキーム11に示される通りの、通常パラジウムまたは銅の塩または錯体により触媒される、トリハロゲノ置換ピレン誘導体の、チオールおよびスルホン酸(スルホネート)官能基を有する二官能性試薬とのクロスカップリング反応;4)チオエーテルのスルホンへの酸化;5)アミノ基の脱保護。
本発明の密接に関連する態様は、一般式BおよびCを有する、水中での477~510nmの吸収極大、0または-6までおよびそれよりも大きい正味電荷、535~560nmの発光極大の蛍光アミノピレン色素、特に、化合物7-R、13a、13b、15、16、18、23aおよび23bを合成するための方法であって、アリールハロゲンの置換チオアルキル官能基への交換反応と、それに続く、スルホンへの酸化および場合により、ヒドロキシル部におけるリン酸化を含む、方法に関する。
本発明は、一般式AおよびDを有する、-4、-6およびそれよりも大きい正味電荷のリン酸化蛍光アミノピレンまたはアミノアクリドン色素、特に化合物6-Rおよび8-Rを合成するための方法であって、アミノアルコールのスルファミド化と、それに続く、ヒドロキシル部におけるリン酸化を含む、方法にさらに関する。
本発明は、下記の態様も包含する。
態様1
複数のイオン化可能基および/または負荷電基を有する蛍光色素であって、以下の一般式AおよびB:
[式中、
、R 、R 、R 、R は、互いに独立しており、
H、CH 、C 、直鎖状もしくは分枝状C ~C 12 、好ましくはC ~C アルキルもしくはペルフルオロアルキル基、ホスホニル化アルキル基(CH P(O)(OH) (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)、(CH COOH(式中、n=1~12、好ましくは1~5)、または(CH COOR (式中、n=1~12、好ましくは1~5、R は、アルキル、特に、C ~C アルキル、CH CN、ベンジル、フルオレン-9-イル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノフェニル、例えば、テトラもしくはペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、2-および4-ニトロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルもしくは他の潜在的に求核反応性の脱離基であってもよい)、スルホン酸アルキル((CH SO H)もしくは硫酸アルキル((CH OSO H)(式中、n=1~12、好ましくは1~5、いずれの(CH 中のアルキル鎖も直鎖状もしくは分枝状であってもよい);
ヒドロキシアルキル基(CH OHもしくはチオアルキル基(CH SH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)、リン酸化ヒドロキシアルキル基(CH OP(O)(OH) (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)を表してもよく;R またはR 基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CH OCOOR または(CH NHCOOR (式中、m=1~12、R =メチル、エチル、tert-ブチル、ベンジル、フルオレン-9-イル、CH CN、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル、置換フェニル基、例えば、2-または4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロ-フェニル、2-ピリジル、4-ピリジル、ピリミド-4-イル);
(CH NR (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R 、R は、互いに独立しており、水素および/またはC ~C アルキル基を表す)、ヒドロキシアルキル基(CH OH(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)、リン酸化ヒドロキシアルキル基(CH OP(O)(OH) (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
アルキルアジド(CH (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
、R 、R 、R 、R は、末端アルキルオキシアミノ基(CH ONH (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し、これは、1つまたは複数のアルキルアミノ(CH NHまたはアルキルアミド(CH CONH基を、m=0~12のすべての可能な組合せで含み得る);
(CH CONHR (式中、n=1~12、好ましくは1~5;R =H、C ~C アルキル、(CH または(CH -N-マレイミド、(CH -NH-COCH X(式中、X=BrまたはI)、m=1~12、好ましくは2~6であり、(CH )n、(CH およびR 中に直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
好ましくは、R 、R またはR として、アリールヒドラジンを形成する第一級アミノ基;
好ましくは、R またはR として、アリールヒドロキシルアミンを形成するヒドロキシ基;
アルキルオキシアミノ基(CH ONH (式中、n=1~12)を含有してもよく;
さらに、残基R 、R 、R 、R 、R のうちの1つは、CH -C -NH 、COC -NH 、CONHC -NH またはCSNHC -NH (C は、1,2-、1,3-または1,4-フェニレンである)、COC N-NH またはCH -C N-NH (C Nは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルまたはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;
さらに、R ---R (R ---R )は、4、5、6または7員環を形成してもよく、または、環の炭素原子の1つに結合した、第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、ヒドロキシル基OH若しくはリン酸化ヒドロキシル基-OP(O)(OH) を有する若しくは有さない4、5、6もしくは7員環を形成してもよく;
場合により、R ---R (R ---R )は、4、5、6または7員複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらに1~3個のヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
さらに、R は、非置換フェニル基、OH、SH、NH 、NHR 、NR 、R O、R S(式中、R およびR は、互いに独立しており、直鎖状または分枝炭素鎖を有するC ~C アルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子供与体置換基を有するフェニル基、NO 、CN、COH、COOH、CH=CHCN、CH=C(CN) 、SO 、COR 、COOR 、CH=CHCOR 、CH=CHCOOR 、CONHR 、SO NR 、CONR (式中、R およびR は、互いに独立しており、Hまたは直鎖状もしくは分枝状炭素鎖を有するC ~C アルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子受容体を有するフェニル基を表してもよく;
またはR は、複素芳香族基を表してもよく;
ただし、上記式Aのすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、少なくとも2つ、好ましくは少なくとも3、4、5または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、スルホン酸残基SO H、第一リン酸基OP(O)(OH) 、第二リン酸基OP(O)(OH)R (式中、R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)、第一ホスホン酸基P(O)(OH) 、第二ホスホン酸基P(O)(OH)R (式中、R =C~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
[式中、
および/またはR は、互いに独立しており、
H、重水素、アルキルもしくは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかもしくはすべてのH原子は重水素原子で交換されることができる)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルもしくは重水素置換アルキル、例えば、CH 、C 、直鎖状もしくは分枝状C ~C 12 アルキルもしくはペルフルオロアルキル基、または置換C ~C 12 アルキル基;特に、(CH COOR (式中、n=1~12、好ましくは1~5、R は、H、アルキル、特にC ~C アルキル、CH CN、ベンジル、フルオレン-9-イル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノ-フェニル、例えば、テトラもしくはペンタフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、2-および4-ニトロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルまたは他の潜在的に求核反応性の脱離基であってもよく、(CH のアルキル鎖は直鎖状または分枝状であってもよい)を表してもよく;
---R は、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有する;場合により、R ---R は、4、5、6または7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらなるヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
ヒドロキシアルキル基(CH OH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
またはR 基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CH OCOOR または(CH NHCOOR (式中、m=1~12、R =メチル、エチル、2-クロロエチル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル基または置換フェニル基、例えば、2-および4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロ-フェニル、2-ピリジルまたは4-ピリジルである);
(CH NR (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R 、R は、互いに独立しており、Hまたは置換されていてもよいC ~C アルキル基であってもよい)であってもよく、特にR またはR 基のうちの一方は、アルキルアジド基(CH (式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;R またはR のうちの一方は、(CH SO NR NH (式中、n=1~12であり、置換基R は、H、アルキル、ヒドロキシアルキルまたはペルフルオロアルキル基C ~C 12 によって表されることができる)であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、アリールヒドラジンAr-NR NH (式中、Arは式Bの全ピレン残基であり、R =Hまたはアルキル)を形成する第一級アミノ基であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、アリールヒドロキシルアミンAr-NR OH(式中、Arは式Bの全ピレン残基であり、R =Hまたはアルキル)を形成するヒドロキシ基であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、アルキルオキシアミノ基(CH ONH (式中、n=1~12)であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、CO(CH COOR (式中、n=1~5、直鎖状または分枝状アルキル鎖(CH を有し、R は、H、直鎖状または分枝状C ~C アルキル、CH CN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾ-トリアゾリルから選択される)であってもよく;
さらに、R もしくはR のうちの一方は、(CH CONHR (式中、n=1~5、R =H、C ~C アルキル、(CH 、(CH -N-マレイミド、(CH -NHCOCH X(式中、X=BrまたはI)、m=2~6、(CH )nおよびR 中に直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
またはR もしくはR のうちの一方は、CH -C -NH 、COC -NH 、CONHC -NH もしくはCSNHC -NH (C は、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレンである)、COC N-NH もしくはCH -C N-NH (C Nは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルもしくはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;またはR もしくはR のうちの一方は、アルキルアジド(CH)N もしくはアルキン、特にプロパルギルであってもよく;
リンカーLは、二価または多価であってもよく、少なくとも1個の炭素原子を含み、任意の出現において、C ~C 12 の範囲の長さの直鎖状または分枝状の、アルキル、ヘテロアルキル、ペルフルオロアルキル、アルキルオキシ、例えば、CH OCH 、CH CH O CH CH OCH 、アルキルアミノまたはジアルキルアミノ、特にジエタノールアミンまたはN-メチル(アルキル)モノエタノールアミン部分、例えば、N(CH )CH CH O-およびN(CH CH O-) 、1つまたは複数のアミド、エステル(esther)またはウレタン部分、単一または複数のジフルオロメチル(CF )、アルケンまたはアルキン部分を任意の組合せで含んでもよく;
リンカーLはまた、アミド基の一部としても、カルボニル(CH CO、CF CO)部分を含んでもよく;
リンカーLはまた、1,3,5-トリアジンの残基を含むまたは含有してもよく、したがって、基Xへの2つの結合点を提供し;
Xは、特に、ヒドロキシアルキル(CH OH、チオアルキル((CH SH)、カルボキシアルキル((CH CO H)、スルホン酸アルキル((CH SO H)、硫酸アルキル((CH OSO H)、リン酸アルキル((CH OP(O)(OH) )もしくはホスホン酸アルキル((CH P(O)(OH) )(式中、nは、0~12の範囲の整数である)、またはその類似体を含む群から選択される部分からなるまたはそれらを含む可溶性および/またはイオン化可能アニオン提供部分を示し、CH 基の1つまたは複数がCF によって交換されており、
さらに、アニオン提供部分は、非芳香族O、NおよびS含有複素環、例えば、ピペラジン、ピペコリンによって結合されていてもよく、または代替的に基Xのうちの1つは、基R およびR に関して上で列挙した部分のうちの任意のものを、また基Lに関して列挙した任意の種類の結合と共に、他の置換基とは独立して有していてもよく、
ただし、式Bによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、式Bの残基Xに3または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、SO H、OSO H、OP(O)(OH) 、OP(O)(OH)R (式中、R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)、P(O)(OH) 、P(O)(OH)R (式中、R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
の化合物またはその塩からなる群から選択される、蛍光色素。
態様2
式AのR が、非置換フェニル基、OH、SH、NH 、NHR 、NR 、R O、R S(式中、R およびR は、互いに独立しており、直鎖状または分枝炭素鎖を有するC ~C アルキル基であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子供与体置換基を有するフェニル基、NO 、CN、CF 、COH、COOH、CH=CHCN、CH=C(CN) 、SO 、SO R、COR 、COOR 、CH=CHCOR 、CH=CHCOOR 、CONHR 、SO NR 、CONR 、P(O)(OR )(OR )(式中、R およびR は、互いに独立しており、Hまたは直鎖状もしくは分枝状炭素鎖を有するC ~C アルキル基(単数又は複数)であってもよい)の組から選択される1つまたはいくつかの電子受容体を有するフェニル基を表し;または、R が、芳香族複素環式基、特に、2-ピリジル、3-ピリジル、4-ピリジル、2-チエニル、3-チエニル、ピリミジン-4-イル、ピリミジン-2-イル、ピリミジン-5-イルまたは芳香族複素環から誘導される他の電子受容体基、例えば、4-ピリジル-N-オキシド、N-アルキルピリジニウム塩またはベタイン、特に、N-(ω-スルホアルキル)-4-ピリジニウム、N-(ω-スルホアルキル)-2-ピリジニウム、N-(1-ヒドロキシ-4,4,5,5-テトラフルオロ-シクロペンタ-1-エン-3-オン-2-イル)-4-ピリジニウム、N-(1-ヒドロキシ-4,4,5,5-テトラフルオロシクロペンタ-1-エン-3-オン-2-イル)-2-ピリジニウムを表す、態様1に記載の蛍光色素。
態様3
式B(式中、Xが、各出現において、1または複数の部位でそれぞれのリンカー基Lに結合した1~4つの基SO Hを表してもよい)を有する態様1に記載の蛍光色素。
態様4
少なくとも1つのアルキルスルホニル基を有する、式C
[式中、
n=1~12、好ましくは1~6;
および/またはR は、互いに独立しており、
H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は重水素原子で交換されることができる)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルまたは重水素置換アルキル、例えば、CH 、C 、直鎖状または分枝状C ~C 12 、好ましくはC ~C アルキル基または置換C ~C 12 、好ましくはC ~C アルキル基;特に、(CH COOR (式中、n=1~12、好ましくは1~5、R は、H、CH CN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルであってもよく、(CH のアルキル鎖は、直鎖状または分枝状であってもよい)を表してもよく;
---R は、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有する;場合により、R ---R は、4、5、6または7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらなるヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
ヒドロキシアルキル基(CH OH(式中、m=2~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);R またはR 基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CH OCOOR または(CH NHCOOR (式中、m=1~12、R =メチル、エチル、2-クロロエチル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル基または置換フェニル基、例えば、2-および4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、2-ピリジルまたは4-ピリジルである);
(CH NR (式中、m=2~12、好ましくは2~6;直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R 、R は、互いに独立しており、Hまたは置換されていてもよいC ~C アルキル基(単数又は複数)であってもよい)であってもよく、特にR またはR 基のうちの一方は、アルキルアジド基(CH (式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、(CH COOR (式中、n=1~5、直鎖状または分枝状アルキル鎖(CH を有し、R は、H、直鎖状または分枝状C ~C アルキル、CH CN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルから選択される)であってもよく;
またはR のうちの一方は、式Bに関して記載の通り、アリールヒドラジンを形成する第一級アミノ基であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、式Bに関して記載の通り、アリールヒドロキシルアミンを形成するヒドロキシ基であってもよく;
またはR 基のうちの一方は、アルキルオキシアミノ基(CH ONH (式中、n=1~12)であってもよく;
さらに、R もしくはR のうちの一方は、(CH CONHR (式中、n=1~12、好ましくは1~5、R =H、C ~C アルキル、(CH 、(CH -N-マレイミド、(CH -NHCOCH X(式中、X=BrもしくはI)、m=2~6、(CH )nおよびR 中に直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;またはR もしくはR のうちの一方は、CH -C -NH 、COC -NH 、CONHC -NH もしくはCSNHC -NH (C は、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレンである)、COC N-NH もしくはCH -C N-NH (C Nは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルもしくはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;
式BのSO 断片と残基Xとの間の(CH )n-CH リンカー(式中、n=1~12、好ましくは1~5)は、2~6個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環式基を表してもよく;
X=SH、COOH、SO H、OSO H、OP(O)(OH) 、OP(O)(OH)R (式中、R =置換されていてもよいC ~C アルキル)、P(O)(OH) 、P(O)(OH)R (式中、R =置換されていてもよいC ~C アルキル)であり;
ただし、式Cによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、式Bの残基Xに3または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、SO H、OSO H、OP(O)(OH) 、OP(O)(OH)R (R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)、P(O)(OH) 、P(O)(OH)R (式中、R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
またはその塩を有する、態様1に記載の蛍光色素。
態様5
式C(式中、Xが、各出現において、SO Hであり、nが、1~12、好ましくは1~6である)を有する、態様3に記載の蛍光色素。
態様6
少なくとも1つのスルホンアミド基を有する、以下の式D
[式中、
および/またはR は、互いに独立しており、H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は、重水素原子によって交換されることができる)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルまたは重水素置換アルキル、例えば、CH 、C または直鎖状もしくは分枝状の置換されていてもよいC ~C 12 、好ましくはC ~C アルキル基;特に、(CH COOR (式中、n=1~12、好ましくは1~5、R は、H、CH CN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルであってもよく、(CH 中のアルキル鎖は、直鎖状または分枝状であってもよい)を表してもよく;
---R は、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =置換されていてもよいC ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有する;または場合により、R ---R は、4、5、6もしくは7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NもしくはSなどのヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
および/またはR は、
ヒドロキシアルキル基(CH OH(式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状の置換されていてもよいアルキル鎖を有する)をさらに表してもよく;R またはR 基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CH OCOOR または(CH NHCOOR (式中、m=1~12、R =メチル、エチル、2-クロロエチル、CH CN、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル基または置換フェニル基、例えば、2-および4-ニトロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロ-フェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、2-ピリジル、4-ピリジル);
(CH NR (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R 、R は、互いに独立しており、水素および/または置換されていてもよいC ~C アルキル基を表す);
(CH (式中、m=1~12、好ましくは2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);
CH CONHR (式中、n=1~12、好ましくは1~5、R =H、置換または非置換C ~C アルキル、(CH 、(CH )m-N-マレイミド、(CH )m-NHCOCH Y(式中、Y=Br、I)、m=2~6、(CH )nおよびR 中に直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
またはR 基の一方は、式Bに関して記載の通り、アリールヒドラジンを形成する第一級アミノ基であってもよく;
またはR 基の一方は、式Bに関して記載の通り、アリールヒドロキシルアミンを形成するヒドロキシ基であってもよく;
またはR 基の一方は、アルキルオキシアミノ基(CH ONH (式中、n=1~12)であってもよく;
さらに、R またはR は、CH -C -NH 、COC -NH 、CONHC -NH またはCSNHC -NH (C は、1,2-、1,3-または1,4-フェニレンである)、COC N-NH またはCH -C N-NH (C Nは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルまたはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく;
は、H、(CH CH X、C 、直鎖状または分枝状C ~C アルキル基、C 2m OR (式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルカン-ジイル鎖C 2m を有し、R =H、CH 、C 、C 、CH (CH CH O) CH CH (式中、k=1~12)である)を表してもよく;一方、(CH CH リンカーは、2~6個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環式基を表してもよく;
式Dにおいて、スルホンアミド断片SO Nと残基Xとの間の(CH -CH リンカー(式中、n=1~12、好ましくは1~5)は、2~6個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環式基を表してもよく;
X=SH、COOH、SO H、OSO H、OP(O)(OH) 、OP(O)(OH)R (式中、R =置換または非置換C ~C アルキル)、P(O)(OH) 、P(O)(OH)R (式中、R =置換または非置換C ~C アルキルである)であり;
ただし、式Dによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、式Cの残基Xに3、6、9または12個の負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、SO H、OSO H、OP(O)(OH) 、OP(O)(OH)R (式中、R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)、P(O)(OH) 、P(O)(OH)R (式中、R =C ~C アルキルまたは置換C ~C アルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
またはその塩である、態様1に記載の蛍光色素。
態様7
式B、CまたはDのR および/またはR が、H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は、重水素原子によって交換されることができる)、特に、1~12個のC原子、好ましくは1~6個のC原子を有するアルキルまたは重水素置換アルキル、4,6-ジハロ-1,3,5-トリアジニル(C )(ハロゲンXは、好ましくは、塩素である)、2-、3-もしくは4-アミノベンゾイル(COC NH )、N-[(2-,N-[(3-またはN-[(4-アミノフェニル)ウレイド基(NHCONHC NH )、N-[(2-,N-[(3-またはN-[(4-アミノフェニル)チオウレイド基(NHCSNHC NH )、または一般式(CH m1 COOR 、(CH m1 OCOOR 、(CH n1 COOR もしくは(CO) m1 (CH m2 (CO) n1 (NH) n2 (CO) n3 (CH n4 COOR の結合カルボン酸残基およびその反応性エステル(式中、整数m1、m2およびn1、n2、n3、n4は、独立して、それぞれ1~12および0~12の範囲であり、鎖(CH m/n は、直鎖状、分枝状、飽和、不飽和、部分もしくは完全重水素化であるおよび/またはN、OもしくはSを含有する炭素環もしくは複素環に含まれ、R は、H、Dまたは求核反応性脱離基であり、好ましくは、これらに限定されないが、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、シアノメチル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノフェニル、例えば、テトラ-またはペンタフルオロフェニル、2-または4-ニトロフェニルを含む)を表す、態様1から6のいずれかに記載の蛍光色素。
態様8
分析物-反応性基としてヒドロキシルアミンまたはヒドラジン部分を有し、それが色素コアに直接連結している、またはヒドロキシルアミン、ヒドラジンもしくはスルホニルヒドラジド部分が、リンカー基、特に、アルキル、ヘテロアルキルもしくは式Bに関して態様1に定義した通りのリンカーLを介して連結している、式AおよびBの蛍光色素。
態様9
式Aの置換基R 、R およびR が、1または複数のカルボニル反応性アリールヒドラジン部分を表し、例えば、R =H、R もしくはR =NH 、またはR =NH 、R 、R =アルキル、ペルフルオロアルキルもしくはアルキルであり、これはさらに、R およびR についての可能な候補として列挙されている、可溶性および/またはアニオン提供部分、特に:ヒドロキシアルキル(CH OH、チオアルキル((CH SH)、カルボキシアルキル((CH CO H)、スルホン酸アルキル((CH SO H)、硫酸アルキル((CH OSO H)、リン酸アルキル((CH OP(O)(OH) )またはホスホン酸アルキル((CH P(O)(OH) )(式中、nは、0または1~12の範囲の整数である)とコンジュゲートされておりまたはそれにより置換されており;
あるいは、ヒドラジン誘導体が、スルホニルヒドラジド部分(R =NH であり、一方、R は、アルキル、ペルフルオロアルキルまたは上述の種類の可溶性および/またはアニオン提供基とコンジュゲートまたはそれにより置換されたアルキル基である)によって表されてもよい、
態様1または8に記載の蛍光色素。
態様10
式Aのアリールアミノ基NR およびNR が、直接または(ポリ)メチレン、カルボニル、アミド、窒素、酸素もしくは硫黄含有リンカー、特に、(CH CON(R )、CO(O)NR’、CO(CH N(R )、CO(CH S(CH 、(CH S(CH CO、CO(CH SO (CH 、(CH SO (CH COまたはその組合せを介して間接的に、分析物-反応性基に、特に、芳香族または複素環式アミン、カルボン酸、カルボン酸のエステル、特に、N-ヒドロキシスクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルまたは別のアミノ反応性エステル、アルキルアジド、アルキン、(CH ONH 、マレイミド、COCH X(X=Cl、BrおよびI)、NRCOCH X(R=H、C ~C -アルキル、X=Cl、Br、I)を含む群から選択される分析物-反応性基に連結しており;mおよびnが、0または1~12の範囲の整数であり、置換基R が、前記態様1においてR 、R 、R 、R およびR に関して定義され残基であってもよく;
あるいは、式Aのアリールアミノ基NR および/またはNR が、リンカー、特に上で定義した通りのリンカーを介して間接的に、アシルヒドラジンまたはアルキルヒドラジン部分に連結しており、したがって、それぞれ、ヒドラジド(ZCONHNH )またはヒドラジン(ZNHNH )を表し;
Zが、アリールアミノ基およびリンカーを含む式Aの色素残基を示し;
特に、R およびR が、(CH CON(R 10 )、CO(CH N(R 10 )、CO(CH S(CH 、(CH S(CH CO、CO(CH SO (CH 、(CH SO (CH COおよびそれらの組合せ(式中、mおよびnは、0または1~12の範囲の整数である)によって表されてもよく;
10 が、前記態様1において官能基R 、R 、R 、R およびR のうちの任意のものに関して定義した通りであり;特に、ヒドロキシアルキル(CH OH、チオアルキル((CH SH)、カルボキシアルキル((CH CO H)、スルホン酸アルキル((CH SO H)、硫酸アルキル((CH OSO H)、リン酸アルキル((CH OP(O)(OH) )またはホスホン酸アルキル((CH P(O)(OH) )(式中、nは、0または1~12の範囲の整数である)であり;
リンカーがまた、非芳香族O、NおよびS含有複素環、例えば、ピペラジン、ピペコリンによって表されてもよい、
態様1に記載の蛍光色素。
態様11
以下の式
のうちの1つを有する、態様1から6に記載の一般式A~Dのうちの1つによる化合物またはその塩。
態様12
特に、7~13のpH範囲の水性媒体中で、0、-2、-4もしくはそれよりも高い、好ましくは-4の正味電荷qを有する式Aによる化合物、または0、-1、-3、-6もしくは-12、好ましくは-6もしくは-12の正味電荷zを有する式B、CおよびDの化合物。
態様13
負荷電スルホン酸基および/またはリン酸基、ならびに無機または有機カチオンから選択される対イオン、好ましくは、アルカリ金属カチオン、アンモニウムカチオンまたは有機アンモニウムもしくはホスホニウム化合物のカチオンを含み、ならびに/または正荷電基もしくは式A~Dの色素の窒素部N(R )R に形成された電荷移動錯体を、強鉱酸、有機酸もしくはルイス酸のアニオンから選択される対イオンと共に含む、態様1から12のいずれかに記載の蛍光色素塩。
態様14
炭水化物-反応性基、特にヒドラジンN(R)NH 、ヒドロキシルアミンN(R)OHまたはアミノオキシONH 基(式中、Rは、H、アルキル、ヘテロアルキル、アルケニルまたはペルフルオロアルキルである)が、式AまたはBの色素の窒素部N(R )R に、式Bの基Lに関して列挙したすべての種類のリンカーを介して連結される、態様1から13のいずれかに記載の蛍光色素。
態様15
還元的アミノ化に、および還元糖、すなわち、グリカンを含む遊離形態のまたはセミアセタールとしてのアルデヒド基を有するモノマー、オリゴマーまたはポリマー炭水化物との縮合に使用するための、態様1から14のいずれかに記載の化合物およびその塩。
態様16
アミノ酸、ペプチド、一次および二次抗体、単一ドメイン抗体、ドセタキセル、アビジン、ストレプトアビジンおよびそれらの変形を含むタンパク質、アプタマー、ヌクレオチド、核酸、毒素、脂質、2-デオキシ-2-アミノグルコースおよび他の2-デオキシ-2-アミノアミノピラノシド、グリカンを含む炭水化物、ビオチンならびに他の低分子、すなわち、1500Da未満の分子質量を有する分子、例えば、ジャスプラキノリドおよびその変形のための蛍光標識として使用するための、態様1から14のいずれかに記載の化合物およびその塩。
態様17
以下の化合物の組:7-R(R=H、Me)、13a、13b、16および18
に属する、態様16に記載の化合物。
態様18
分析物へのコンジュゲーションのための蛍光試薬としての、態様1から14のいずれかに記載の化合物およびその塩の使用であって、コンジュゲーションが、任意の化学実体、ペプチド、タンパク質、炭水化物、核酸、毒素および脂質とカップリングした化学実体または物質、例えば、アミン、カルボン酸、アルデヒド、アルコール、芳香族化合物、複素環、色素、アミノ酸、アミノ酸残基との少なくとも1つの共有化学結合または少なくとも1つの分子錯体の形成を含む、使用。
態様19
態様1から14のいずれかに記載の蛍光色素を含む、炭水化物-色素コンジュゲート。
態様20
色素が、態様11および以下に示される式6-H、6-Me、8-H、15、23aおよび23b
の化合物から選択される、態様19に記載の炭水化物-色素コンジュゲート。
態様21
態様1から14のいずれかに記載の色素のうちの1つもしくは複数、または態様19または20に記載の炭水化物コンジュゲートの1つもしくは複数を含む、キットまたは組成物。
態様22
一般式BおよびCを有する、水中での477~510nmの吸収極大、0または-6までの正味電荷、535~560nmの発光極大を有する蛍光アミノピレン色素、特に、化合物7-R、13a、13b、15、16、18、23aおよび23bを合成するための方法であって、アリールハロゲンの置換チオアルキル官能基への交換反応と、それに続く、スルホンへの酸化および場合により、ヒドロキシル部におけるリン酸化を含む、方法。
態様23
一般式AおよびDを有する、-4、-6およびそれよりも大きい正味電荷のリン酸化蛍光アミノピレンまたはアミノアクリドン色素、特に化合物6-Rおよび8-Rを合成するための方法であって、アミノアルコールのスルファミド化と、それに続く、ヒドロキシル部におけるリン酸化を含む、方法。
以下の実施例は、本発明をより詳細に例示する。
一般材料および方法
1.1.1 調製方法
別途記述されない限り、反応は、アルゴン雰囲気下で実施した。溶媒は、Reag.PhEur純度標準(p.a.)を満たした。市販の物質は、さらなる精製なしに使用し、Sigma Aldrich、Acros Organics、Alfa Aesar、ABCR、Merck Millipore、Carbolution Chemicalsなどから購入した。
1.1.2 クロマトグラフィー法
1.1.2.1 薄層クロマトグラフィー(TLC)
順相TLCは、シリカゲル60 F254(Merck Millipore)で実施した。TLCについては、逆相シリカゲル60 RP-18 F254(Merck Millipore)を使用した。分取TLCは、10×2.5cmの濃縮ゾーンを有するHPTLCシリカゲル60 F254(Merck Millipore)で実施した。化合物は、TLCプレートをUV光(254または366nm)に曝露することによって検出した。アミンは、ニンヒドリン溶液(EtOH中0.5%)を使用することによって検出した。
1.1.2.2 カラムクロマトグラフィー
粒径40~63μmのシリカゲル60を、Merck Milliporeから購入した。逆相カラムクロマトグラフィーは、POLYGOPREP(登録商標)60~50 C18(Macherey Nagel)で実施した。非活性化シリカゲル60を、MP Biomedicalから購入した。市販のカートリッジを用い、自動化Isolera(商標)One system(Biotage GmbH)で日常的な分離を実施した。
1.1.3 分析機器
1.1.3.1 吸収分光
吸収スペクトルは、二重ビームUV-vis分光光度計(Varian、シリーズ4000)で記録した。吸収スペクトルの決定のために、パス長1cmの石英セルを使用した。発光スペクトルおよび蛍光量子収率は、Quantaurus-QY Absolute PL量子収率分光計C11347(Quantaurus QY)またはCary Eclipse蛍光分光計(Varian)で得た。
1.1.3.2 核磁気共鳴(NMR)
NMRスペクトルは、Agilent 400MR DD2分光計で記録した。すべてのスペクトルは、CDCl中のCHCl(7.26ppm)、CDOD中のCHDOD(3.31ppm)、(CDCO中のCHDCOCD(2.05ppm)またはDMSO-d中のDMSO-dの残留プロトンのシグナルを使用し、内部標準としてテトラメチルシラン(δ=0.00ppm)を参照する。シグナルの多重度は、以下の通り記載される:s=一重項、br.s=広幅一重項、d=二重項、t=三重項、q=四重項、m=多重項。カップリング定数x,yは、単位Hzで示され、nは、結合核xおよびy間の結合数である。13C-シグナルは、HSQCによる間接検出によって明らかにし、H原子に結合した炭素原子の共鳴のみを記録した。
1.1.3.3 質量分析(MS)
エレクトロスプレーイオン化(ESI)による低分解能質量スペクトル(ESI-MS)は、Varian 500-MS分光計で得た。高分解能質量スペクトル(ESI-HRMS)は、Bruker micro TOF(ESI-TOF-MS)分光計で得た。
1.1.3.4 高速液体クロマトグラフィー(HPLC)
HPLC系(Knauer):10mLポンプヘッドを備えるSmartline pump1000(2×)、UV検出器2500、カラムサーモスタット4000、混合チャンバー、分析用の20または50μLループおよび分取カラム用の500μLループを備える注入バルブ;6ポート-3チャネル切り替えバルブ;分析カラム:Eurospher-100 C18 5μm(別途述べない限り)またはKinetex C18 100、5μm、250×4.6mm、流れ1.2mL/分;分取カラム:Kinetex C18 100、5μm、250×21mm、流れ10mL 分/mL、溶媒A:水+0.1% v/vトリフルオロ酢酸(TFA);溶媒B:MeCN+0.1% v/v TFA(別途述べない限り)。分取規模でのリン酸化色素の単離および精製については、0.05~0.1MのEtN*HCO緩衝液(pH=8~8.9;Sigma-Aldrichまたは1M水性EtNおよび固体COの蒸発によって得たCOガスから研究室内で調製)を含有するアセトニトリル-水系。
実施例1
蛍光アクリドン色素およびその前駆体の合成
2-ニトロアクリジン-9(10H)-オン(1-H)
Figure 0007326453000029
COおよび触媒量のCu(NOの存在下での2-クロロ-5-ニトロ安息香酸とアニリン間の反応(185℃、2~4時間)により、R.Ramage、B.Maltman、G.Cotton、S.C.M.CouturierおよびR.A.S.McMordieによってWO2007/049057(03.05.2007)に記載の手順に従って、4-ニトロ-N-フェニルアントラニル酸を得た;J.A.SmithおよびR.M.WestによるUS2012/0015373(19.01.2012)も参照されたい。4-ニトロ-N-フェニルアントラニル酸を、2-ニトロアクリジン-9(10H)-オン(1-H)に環化させた(POCl、還流、3時間)。
Figure 0007326453000030
2-ニトロ-9-オキソ-9,10-ジヒドロアクリジン-7-スルホン酸(2-H)
Figure 0007326453000031
化合物1-Hを乾燥し、20%オレウムによりスルホン化(100℃、1.5時間)して、表題化合物2-Hを得た(US2012/0015373)。例えば、530mg(2.21mmol)の2-ニトロ-10H-アクリジン-9-オン(1-H)に、HSO(25mL)中の20% SOを滴下添加し、反応混合物を100℃で90分間撹拌した。次いで、反応混合物を非常に注意深くゆっくりと氷(>30g)上に注ぎ、4mLの濃水性HClを添加した。褐色沈殿物を遠心分離によって分離し、4M水性HCl(2×5mL)で洗浄し、凍結乾燥した。収量 - 463mg(65%)の褐色固体。HPLC:t=5.6分;HO/ACN(+0.1%TFA):25分で80/20→50/50、254nmで検出。
Figure 0007326453000032
ESI-MS(C13S、M=320)、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=319(100)[M-H]
N,N-(2-ヒドロキシエチル)-2-ニトロ-9-オキソ-9,10-ジヒドロアクリジン-7-スルホンアミド(4-H)
Figure 0007326453000033
化合物2-H(55mg、0.17mmol)を0℃に冷却し、クロロスルホン酸(1.7mL、d=1.75g/mL、3.0g、26mmol)を滴下添加した。反応混合物を室温で6時間撹拌し、氷(7~10g)上に注いだ。ベージュ色沈殿物を遠心分離によって分離し、氷水(2×5mL)で洗浄し、真空で乾燥した。得られた塩化スルホニルを、MeCN/HO(1:1)中のN-メチルエタノールアミン(86mg、0.80mmol)の溶液に0℃で添加した。反応混合物を室温に加温し、50℃で終夜撹拌した。沈殿物は徐々に溶解した。収量 - 真空で反応混合物を濃縮すると(アセトニトリルの蒸発の過程で)、33mg(48%)の黄色固体が得られた。HPLC:t=16.7分 HO/CAN(+0.1% TFA):25分で80/20→50/50、254nm。
Figure 0007326453000034
ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=406(100)[M-H]
N,N’-(2-ヒドロキシエチル)-2-ニトロ-9-オキソ-9,10-ジヒドロアクリジン-7-スルホンアミドO,O’-ジホスフェート(5-H)
Figure 0007326453000035
化合物4-H(50mg、0.12mmol)を10mLのMeCNに溶解させ、この溶液をAr下で5mLの新たに蒸留したPOClに添加した。懸濁液を30℃で2時間撹拌した。溶媒および過剰のPOClを真空で除去し、残留物を水性TEAB緩衝液(1M)に溶解させ、表題化合物を、溶離液としてMeCN-0.05M水性TEAB緩衝液(1:3)を使用してRP-18で単離した。収量 - 27mg(40%)の黄色固体(凍結乾燥後)。HPLC:t=3.5分;HO/ACN(+0.1% TFA):25分で70/30→0/100、254nm。HPLC:t=9.2分、HO/ACN(+0.1% TFA):25分で80/20→50/50、254nm。
Figure 0007326453000036
ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=566(100)[M-H]
2-アミノ-N,N-(2-ヒドロキシエチル)-9-オキソ-9,10-ジヒドロアクリジン-7-スルホンアミドO,O’-ジホスフェート(6-H)
Figure 0007326453000037
Pd/C(酸化形態(VWR International、10% Pd、7mg)を、アルゴン下でプロパノール-2と混合し(注意:Pd/Cは、反応の後処理、とりわけろ過の間に、空気中で乾燥すると発火を引き起こす!)、水(1mL)を添加し;混合物を水素でフラッシュし、30分間撹拌した。化合物5-H(27mg、0.48mmol)をプロパノール-2(0.5mL)に溶解させ、この溶液を事前還元した触媒の懸濁液に添加した。反応混合物を水素雰囲気中、終夜撹拌した。HPLCコントロールは、黄色蛍光を有する新しい物質へのほぼ完全な変換を示し、t=2.9分(HPLC面積92%)、8.8分(7.5%;出発材料)HO/ACN(+0.1% TFA):25分で80/20→50/50、254nmであった。反応混合物をアルゴンでフラッシュし、触媒を遠心分離によって分離し、水性プロパノール-2で洗浄し、合わせた上清を真空で濃縮した。表題化合物を、分取HPLCによって単離した(以下を参照)。C172111S(精密質量537.0372)、ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=536(100)[M-H]。ESI-HRMS:536.0278(実測値[M-H])、計算値:536,0299。最終精製(糖の還元的アミノ化について)を、水性0.05M TEAB緩衝液(pH8)およびKinetexカラム(5μm C18 100、250×10mm)、ACN/HO:20分で5/95~30/70、4mL/分;t約10~11分(分析物の濃度に大きく依存する)を使用して分取HPLCによって達成した。純度コントロール:0.05M TEAB水性緩衝液(pH8)およびKinetexカラム(5μm C18 100、250×4.6mm)、ACN/HO:20分で5/95~50/50、1.2mL/分;t=8.1分。
Figure 0007326453000038
λmax(吸収、HO(ε、M-1cm-1)=217(13500)、260(26000)、295(28000)、420(3700)nm;λmax(発光、HO)=485nm(405nmでの励起)、586nm(300nm、420nmまたは470nmでの励起);蛍光寿命 - 22.3ns(405nmでの励起、485nmで検出した発光)および3.7ns(470nmでの励起、585nmで検出した発光)。
10-メチル-2-ニトロアクリジン-9(10H)-オン(1-Me)
Figure 0007326453000039
NaH(鉱油中の60%懸濁液600mg;360mg、15mmol)を、アルゴン雰囲気下、乾燥ペンタン(3×15mL)で洗浄し、乾燥DMSO中に懸濁し、次いで、2-ニトロアクリジン-9(10H)-オン(1-H、2.5g、10.4mmol)をこの懸濁液に少量ずつ添加した。有機物質が徐々に溶解すると、溶液はマゼンタ(紫色)に変化した。これを50~60℃に加温し、30分間撹拌し、室温に冷却し、次いで、MeI(4mL、64mmol)を反応混合物に添加した。室温で終夜撹拌する過程で、懸濁液は徐々に黄色に変化した。次いで、反応混合物を、水(75mL)を含む氷上に注いだ。沈殿物をろ過によって収集し、水で洗浄し、AcOH(200mL)から再結晶化させた。収量 - 2.1g(80%)の黄色固体。HPLC:t=13.9分 A/B:25分で70/30→0/100、254nm。C1410、M=254g/mol)。ESI-MS、ポジティブモード:m/z(相対強度、%)=277.0579(100)[実測値M+Na];277.0584(計算値)。
Figure 0007326453000040
10-メチル-2-ニトロ-9-オキソ-9,10-ジヒドロアクリジン-7-スルホン酸(2-Me)
Figure 0007326453000041
化合物1-Me(400mg、1.57mmol)に、HSO中の20% SO(7.2mL、16.8mmol)を滴下添加し、反応混合物を100℃で90分間撹拌した。次いで、反応混合物を非常に注意深くゆっくりと氷(>30g)上に注ぎ、4mLの濃HClを添加した。褐色沈殿物を遠心分離によって分離し、冷4M HCl(2×5mL)で洗浄し、凍結乾燥した。収量 - 褐色固体として376mg(72%)の表題化合物。HPLC:t=7.9分 A/B:25分で80/20→50/50、254nm。
Figure 0007326453000042
ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=333(100)[M-H]
Figure 0007326453000043
N,N-(2-ヒドロキシエチル)-10-メチル-2-ニトロ-9-オキソ-9,10-ジヒドロアクリジン-7-スルホンアミド(4-H)
Figure 0007326453000044
化合物2-Me(62mg、0.19mmol)に、クロロスルホン酸(3.5mL、53mmol)を0℃で滴下添加した。反応混合物を50℃で30分間、および室温で終夜撹拌した。次いで、反応混合物を氷(10g)中に滴下して注ぎ、ベージュ色の沈殿物を遠心分離によって分離した。これを、氷水(2×10mL)で洗浄し、凍結乾燥した。得られた塩化スルホニルを、THF(2mL)中のジエタノールアミン(185mg、1.76mmol)の溶液に0℃で添加した。反応混合物を室温で終夜撹拌した。沈殿物を遠心分離によって分離し、氷水で洗浄し、凍結乾燥した。収量 - 黄色固体として57mg(70%)の表題生成物。HPLC:t=16.9分 A/B:25分で80/20→50/50、254nm。ESI-MS、ポジティブモード:m/z(相対強度、%)=444(100)[M+Na]。C1819S、M=421g/mol。ESI-MS、ポジティブモード:m/z=422.1005[実測値M+H];422.1016(計算値);444.0829[実測値M+Na];444.0836(計測値)。
Figure 0007326453000045
N,N-(2-ヒドロキシエチル)-9,10-ジヒドロ-9-オキソ-10-メチル-2-ニトロアクリジン-7-スルホンアミドO,O’-ジホスフェート(5-Me)
Figure 0007326453000046
リン酸トリメチル(0.5mL)中の4-Me(31mg、73μmol)の溶液に、POCl(0.2mL)を、Ar下、0℃で添加した。懸濁液を室温で2時間撹拌した。次いで、溶媒および過剰のPOClを真空で除去し、残留物を過剰の水性EtN-HCO緩衝液(pH7.5)で希釈し、4℃で終夜維持した。表題化合物を、溶離液としてMeCN-0.1M水性EtN-HCO緩衝液(1:5)を使用してRP-18で単離し、凍結乾燥し、最終還元ステップに使用した(以下を参照されたい)。C182113S、M=581g/mol。ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=580.0191(100)[実測値M-H];580.0198(計算値)。
2-アミノ-N,N’-(2-ヒドロキシエチル)-9,10-ジヒドロ-9-オキソ-10-メチルアクリジン-7-スルホンアミドO,O’-ジホスフェート(6-Me)
Figure 0007326453000047
Pd/C(VWR International、酸化形態、10% Pd)7mgを、アルゴン下、プロパノール-2と混合し、水(1mL)を添加し;混合物を水素でフラッシュし、30分間撹拌した。化合物5-Me(27mg)をプロパノール-2(0.5mL)に溶解し、この溶液を、事前還元した触媒の懸濁液に添加した。反応混合物を水素雰囲気中、終夜撹拌した。HPLCコントロールは、黄色蛍光を有する新しい物質へのほぼ完全な変換を示し、t=16.1分(HPLC面積95%)、19.2分(5%;出発材料?)HO/ACN(水性相中の+0.05M EtN*HCO緩衝液):20分で99/1→80/20、ダイオードアレイ検出器、Kinetexカラム5μm C18 100、4.6×250mm、20℃、1.2mL/分であった。反応混合物をアルゴンでフラッシュし、触媒を遠心分離によって分離し、水性プロパノール-2で洗浄し、合わせた上清を真空で濃縮した。表題化合物を、水性0.05M TEAB緩衝液(pH8)およびKinetexカラム(5μm C18 100、250×10mm)、ACN/HO:20分で5/95~30/70、4mL/分;t約11.4分を使用する分取HPLCによって単離した。C182311S(精密質量551.0529)。ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=550(100)[M-H]。ESI-HRMS:550.0441(実測値[M-H]、計算値:550,0456。
Figure 0007326453000048
λmax(0.05M水性EtN*HCO緩衝液、pH8、ε、M-1cm-1)=219(10300)、263(18600)、299(18500)、430(2900)nm;λmax(発光、0.05M水性EtN*HCO緩衝液、pH8)=485nmおよび585nm(およそ1:2の比の2つの極大、300nm、420nmまたは470nmであり得る励起波長とは独立);蛍光量子収率:5~6%(絶対値)。
実施例2
蛍光1-アミノピレン色素およびその前駆体の合成
3-アミノピレン-1,6,8-トリスルホン酸三ナトリウム塩(APTS)を、Z.Sharrett、S.Gamsey、L.Hirayama、B.Vilozny、J.T.Suri、R.A.Wessling、B Singaram、Org.Biomol.Chem.2009、7、1461~1470によって記載の通りにNaSOの存在下で1-アミノピレンおよび20%オレウムから調製した。
3-アミノ-N,N’,N’’-トリス(2-ヒドロキシエチル)-N,N’,N’’-トリメチルピレン-1,6,8-トリスルホンアミド(7-H)
Figure 0007326453000049
446mg(0.98mmol)のAPTS(三ナトリウム塩)を氷浴中、0℃に冷却し、次いで、クロロスルホン酸(7.5mL、0.11mol)を撹拌しながら滴下添加した。反応混合物を65℃で3時間撹拌した。室温に冷却した後、反応混合物を砕氷上に移した。塩化トリスルホニルの赤色沈殿物を、遠心分離によって単離し、氷水(2×10mL)で洗浄し、水性アセトニトリル(1:1、25mL)中N-メチルエタノールアミン(1.0g、13mmol)の溶液に0℃で添加した。反応混合物を、均質になるまで室温で激しく撹拌し、次いで、凍結乾燥した。表題化合物を、溶離液としてCHCl/MeOH/HO(80:18:2)混合物を用いるSiO(100g)上でのクロマトグラフィーによって単離した。収量 - 252mg(41%)の褐色-橙色固体が、2回目のクロマトグラフィー精製後に得られた。HPLC:t=15.8分、ACN/HO:25分で20/80~50/50、1.2mL/分、254nm。C2532(精密質量628.1331);ESI-HRMS:651.1212(実測値[M+Na])、計算値:651,1224。
Figure 0007326453000050
λmax(吸収)=477nm(ε=22400M-1cm-1、MeOH)、λmax(発光)=535nm(MeOH、470nmでの励起);蛍光寿命5.6ns(MeOH);蛍光量子収率(0.96;MeOH中、絶対値)。
3-アミノ-N,N’,N’’-トリス(2-ヒドロキシエチル)-N,N’,N’’-トリメチル-ピレン-1,6,8-トリスルホンアミドO,O’,O’’-トリホスフェートトリス(トリエチルアンモニウム塩)(8-H)
Figure 0007326453000051
化合物7-H(40mg、64μmol)を(MeO)PO(5mL)に溶解させ、この溶液を、新たに蒸留したPOCl(0.2mL)に、室温で撹拌しながら添加した。弱い発熱反応が観察され、溶液は橙色-褐色に変化した。反応混合物を室温で数時間撹拌した。すべての揮発性材料(過剰のPOClおよびリン酸トリメチルの大部分)を真空で除去した(リン酸トリメチルおよびPOClを収集するために、最初にロータリーエバポレーター、次いで、オイルポンプ;0.5mbar、60℃、ドライアイスで冷却したコールドトラップを使用)。残留物を1M EtN*HCO緩衝液(TEAB;初期pH=8)で処理および撹拌し、pHを制御した。アミノ基のリン酸化も起こるが、このリン酸基は容易に切断される。溶液が酸性になった場合、pHが約5~7で安定するまで、TEAB緩衝液を新たに少しずつ添加した。通常のSiOのTLCコントロールは、iPrOH/HO/25%水性NH(10/5/1)中で可能であった;R約0.3(緑色蛍光を有する黄色スポット)。反応混合物を凍結乾燥し、表題化合物を、溶離液としてiPrOH/HO/25%水性NH3(10/5/1)混合物を使用する通常のSiOでのクロマトグラフィーによって単離した。HPLCコントロールは、t=10.2分(ACN/HO(+0.1% TFA):25分で20/80~50/50、1.2mL/分、254nm)で物質を含有する均質な画分を示した。凍結乾燥により60mgの赤色-橙色泡状物を得た。C253518(精密質量868.0321)×NH ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=867(100)[M-H]、889(60)[M-2H+Na]
最終精製を、0.1M TEAB緩衝液を使用する分取HPLCおよび分取Kintexカラム(例えば、Kinetex、5μm C18 100、250×4.6mm、ACN/HO:20分で10/90~30/70、1.2mL/分;t=10.8分)によって達成した。溶出物の凍結乾燥により、表題化合物を黄色泡状物として得た。
Figure 0007326453000052
λmax(吸収)=205、237、305および471nm(0.05M水性EtN*HCO緩衝液、pH8)、λmax(発光)=544(0.05M水性EtN*HCO緩衝液、pH8);蛍光寿命5.9ns(HO中;470nmでの励起);蛍光量子収率:0.77(HO、標準:エタノール中0.54の放出効率のクマリン153、λexcit=400nm)、0.88(0.05M水性EtN*HCO緩衝液中の絶対値、pH8;460nmでの励起)。
3-(トリフルオロアセチル)アミノ-N,N’,N’’-トリス(2-ヒドロキシエチル)-N,N’,N’’-トリメチルピレン-1,6,8-トリスルホンアミド(9-H)
Figure 0007326453000053
化合物7-H(179mg、0.28mmol)を10mLのDCMに懸濁し、DCM中の無水トリフルオロ酢酸の10%溶液(d=1.33g/mL、0.9mL、約0.57mmol)、続いてEtN(126μL、d=0.73g/mL、0.91mmol)を室温で添加した。反応混合物を30分間撹拌した。すべての揮発性材料を減圧下で蒸発させ、残留物をメタノール(50mL)に溶解させ、NaHCO(50mg)を添加した。室温で30分間撹拌した後、反応混合物を酢酸で中和し、すべての揮発性材料を真空で除去した。これらの操作は、トリフルオロアセテート基をヒドロキシル基から除去する。表題化合物を、溶離液としてCHCl/アセトン(2:1)を使用する通常のシリカゲル(50g)でのクロマトグラフィーによって単離した。収量 - 165mg(82%)の黄色固体。HPLC:t=10.8分、ACN/HO:25分で20/80~100/0、254nm。C273110、(精密質量724.1154)。ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=723(100)[M-H]
Figure 0007326453000054
3-[N-メチル-N-(トリフルオロアセチル)]アミノ-N,N’,N’’-トリス(2-ヒドロキシエチル)-N,N’,N’’-トリメチルピレン-1,6,8-トリスルホンアミド(9-Me)
Figure 0007326453000055
DMF(2mL)中の化合物7-H(120mg、0.17mmol)の溶液に、CsCO(42mg、0.13mmol)およびCHI(960mg、6.7mmol)をアルゴン下で添加した。反応混合物を70℃で40分間撹拌し、溶媒を減圧下で蒸発させた。表題化合物を、溶離液としてDCMおよびメタノールの15:1混合物を使用する、通常のSiO(50g)でのクロマトグラフィーによって単離した;収量 - 110mg(88%)の黄色固体。第二級アミド基の存在に起因して、2つの回転異性体(2組のシグナル)が、この物質のH NMRスペクトルで検出され、したがって、解釈は困難であった。HPLC:t=12.2分、ACN/HO:25分で20/80~100/0、254nm。C283310(精密質量738.1311)。ESI-MS、ポジティブモード:m/z(相対強度、%)=739(100)[M+H]、761(35)[M+Na]
3-メチルアミノ-N,N’,N’’-トリス(2-ヒドロキシエチル)-N,N’,N’’-トリメチルピレン-1,6,8-トリスルホンアミド(7-Me)
Figure 0007326453000056
反応混合物が均質なまま維持されるように、飽和溶液として水性メタノール中に過剰に溶かしたNaCO(およそ1:1)による処理により対応するN-メチル-N-トリフルオロアセトアミド(9-Me;上記を参照されたい)から表題化合物を得た。生成物を、溶離液としてDCMおよびメタノールの15:1混合物を使用する、SiOでのクロマトグラフィーによって、橙色固体(20mg)として単離した。
Figure 0007326453000057
HRMS(ESI):665.1353(実測値[M+Na])、計算値:665.1380。λmax(吸収)=493nm(ε=23000M-1cm-1、MeOH)、λmax(発光)=549nm(MeOH);蛍光寿命5.9ns(MeOH)、蛍光量子収率:0.97(MeOH中の絶対値);0.83(標準としてローダミン6G(QY=エタノール中0.94)を使用してMeOH中で得られた相対値、480nmでの励起)。
トリス(トリエチルアンモニウム塩)として3-メチルアミノ-N,N’,N’’-トリス(2-ヒドロキシエチル)-N,N’,N’’-トリメチルピレン-1,6,8-トリスルホンアミドO,O’,O’’-トリホスフェート(8-Me)
Figure 0007326453000058
0.1mLの(MeO)PO中のPOCl(74mg、480μmol)の溶液に、0.5mLの(MeO)PO中の化合物7-Me(40mg、54μmol)の溶液を0℃で滴下添加した。次いで、反応混合物を室温で1.5時間撹拌した。すべての揮発性材料(過剰のPOClおよびリン酸トリメチルの大部分)を真空で除去した(リン酸トリメチルを収集するために、最初にロータリーエバポレーター、次いで、オイルポンプ;0.5mbar、60℃、ドライアイスで冷却したコールドトラップを使用)。残留物を1M EtN*HCO緩衝液(TEAB;初期pH=8)で処理および撹拌し、pH値を制御した。溶液が酸性になった場合、pH値が約5~7で安定するまで、TEAB緩衝液を新たに少しずつ添加した。次いで、反応混合物をRP-18(およそ30g)に充填し、表題化合物を、MeCNおよび水性0.1M EtN*HCO緩衝液(pH7.5)の1:4混合物を使用して溶出した。収率 - 63%、黄色固体。HPLC:t=6.9分 HO/ACN(+0.1% TFA):25分で80/20→0/100、254nm。C263718(精密質量882.0478)。ESI-MS、ネガティブモード:m/z(相対強度、%)=881(100)[M-H]、440(15)[M-2H]2-。λmax(吸収)=502nm(HO)、λmax(発光)=563nm(HO);蛍光量子収率0.85(HO、標準:エタノール中0.94の発光効率を有するローダミン6G、λexcit=500nm)。この物質は、糖の還元的アミノ化において非反応性であることが分かった。
2,2,2-トリフルオロ-N-(ピレン-1-イル)アセトアミド(11)
Figure 0007326453000059
1-アミノピレン(10)(1.00g、4.60mmol)を、超音波浴を使用することによって、撹拌下、乾燥DCM(30mL)に溶解させた。無水トリフルオロ酢酸(d=1.51、772μL、1.17g、5.55mmol、1.21当量)を10分間かけて滴下添加した。得られた懸濁液を室温で30分間撹拌した。沈殿物をろ過によって除去し、シクロヘキサン(3×15mL)で洗浄し、真空で乾燥した。ろ液中に白色沈殿物が観察され、これもろ別した。合わせた沈殿物(明灰色粉末)は、表題化合物(1.13g、3.61mmol、79%)を表した。
Figure 0007326453000060
およびOシグナルは、強度の低さに起因して検出されなかった。
Figure 0007326453000061
1810NO(313.0714)HR-MS(ESI):実測値314.0783[M+H];計算値314.0787。
2,2,2-トリフルオロ-N-[3,6,8-トリス(ブロモ)ピレン-1-イル]-アセトアミド(12)
Figure 0007326453000062
N-トリフルオロアセチル-1-アミノピレン11(870mg、2.76mmol)を、ニトロベンゼン(30mL)に懸濁し、50℃で30分間撹拌した。ニトロベンゼン(5mL)に溶解させた臭素(500μL、19.5mmol、7.07当量)をピレンの溶液に添加した。反応混合物を80℃で30分間、密閉容器中で撹拌した。その後、混合物を室温にした。シクロヘキサン(20mL)で希釈した後、沈殿物をろ過によって除去し、シクロヘキサン(2×25mL)で洗浄し、真空で乾燥した。生成物が、明黄色粉末(1224mg、2.26mmol、81%)として得られた。
Figure 0007326453000063
MS(ESI):m/z(ネガティブモード、%)=548(100)[M]。HR-MS(ESI):C18NOF 79Br 80Br([M-H])について計算値547.7937、実測値547.7930。
2,2,2-トリフルオロ-N-[3,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルファニル]ピレン-1-イル]-アセトアミド(14)
Figure 0007326453000064
CO(221.2mg、400μmol、0.53当量)およびNEt(40μL)を乾燥DMF(4mL)に懸濁し、アルゴンで15分間フラッシュした。3-メルカプト-1-プロパノール(d=1.067mg/mL、272μL、290mg、3160μmol、4.35当量)、臭素化ピレン誘導体12(400mg、757μmol)および乾燥DMF(40mL)を添加し、溶液にアルゴン流を穏やかに20分間吹き込んだ。その後、Pd(dba)(197.6mg、216μmol、0.30当量)およびキサントホス(140.4mg、242.8μmol、0.33当量)を添加した。混合物をアルゴン下、85℃で18時間撹拌した。溶媒を真空で除去し、残留物をMeOHに溶解し、Celite(登録商標)を適用し、フラッシュクロマトグラフィー(SNAP Ultra 100gカートリッジ、15CVで2~18%MeOH勾配のDCM/MeOH)にかけて、表題化合物14(298mg、511μmol、70%)を淡黄色固体として得た。この手順を、様々な規模で数回繰り返し、確実に50~70%収率の表題生成物を得た。
Figure 0007326453000065
HPLC:t=8.3分(25分でMeCN/HO 50:50→100:0+0.1% TFA、254nmで検出)。HR-MS(ESI):C2728NOF([M-H])について計算値582.1060、実測値582.1049。
2,2,2-トリフルオロ-N-[3,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルホニル]ピレン-1-イル]-アセトアミド(13a)
Figure 0007326453000066
トリオール14(135mg、232μmol)を、AcOH(20mL)およびHO(1mL)の混合物に懸濁した。その後、タングステン酸ナトリウム二水和物(19.1mg、57.9μmol、0.25当量)を添加し、溶液を、混合物が粘性になるまで氷浴で冷却した。次いで、水性H溶液(85~90%、d=約1.45、5.00mL、約189mmol、約82当量)を10分間かけて添加した。溶液を氷浴中、30分間撹拌した。氷浴を取り除いた後、混合物を、反応が完了するまで(TLC)、室温で2の間撹拌した。溶媒を凍結乾燥によって除去し、残留物をMeCN/HOに溶解した。Celite(登録商標)を添加し、すべての溶媒を真空で除去した後、試料をフラッシュクロマトグラフィー(SNAP Ultra 25gカートリッジ、20CVでACN/MeOH+5% DCM、MeOH 1~10%勾配)にかけた。単離した化合物13aは、黄色固体(113mg、116μmol、50%)として得られた。
Figure 0007326453000067
HR-MS(ESI):C2728NO10([M-H])について計算値678.0755、実測値678.0756。
3,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルホニル]-ピレン-1-アミン(13b)
Figure 0007326453000068
保護ピレン誘導体13a(20mg、29μmol)を、MeOH(6mL)に懸濁した。希水性NaCO(5mLのHOと混合した750μLの飽和水性NaCO溶液)を添加し、溶液を室温で30分間、続いて50℃で30分間および室温で90分間、撹拌した。Celite(登録商標)およびMeOHを添加し、溶媒を減圧下で除去した。粗生成物をfcc(SNAP Ultra 10gカートリッジ、12CVで2~20%MeOH勾配のDCM/MeOH)によって精製し、表題生成物13bを、橙色固体(14mg、24μmol、81%)として単離した。
Figure 0007326453000069
HPLC:t=13.1分(25分でMeCN/HO 10:90→100:0+0.1% TFA、225nmで検出。TLC(SiO):R=0.38(DCM:MeOH=9:2)。HR-MS(ESI):C2529NO([M-H])について計算値582.0932、実測値582.0927。UV-VIS(MeOH中):ε=21000M-1cm-1、λmax(吸収)=486nm、λmax(蛍光)=534nm、QY=0.80。
トリ-O-リン酸化3,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルホニル]-ピレン-1-アミン(15)
Figure 0007326453000070
リン酸トリメチル(0.2mL)中の脱保護ピレン誘導体13b(2.00mg、3.43μmol)の溶液をアルゴン雰囲気下、新たに蒸留し、氷冷したPOCl(0.25mL、2.69mmol)に滴下添加した。混合物を0℃で30分間および室温で4時間撹拌した。すべての揮発性成分を、ドライアイス/アセトン浴で冷却したフラスコに真空(0.7mbar)で蒸留(最初は室温、後に60℃まで加熱)し、残留物を凍結乾燥によってさらに乾燥した(0.02mbar)。水性EtN-HCO緩衝液(1M、およそ6~8mL)を、pHが8に調節されるまで残留物に添加した(気体発生)。試料を、凍結乾燥によっておよそ1mLの体積に濃縮し、分取HPLC(Kinetex 5μm EVO C18 100A 250×21mmカラム、MeCN/水+0.05M TEAB、20分かけてMeCN勾配10~30%、9.1分でピーク)によって精製した。
Figure 0007326453000071
HPLC:t=5.48分(20分でMeCN/HO 10:90→100:0+0.05M TEAB、254nmで検出)。TLC(RP-SiO C18):R=0.7~0.8(MeCN:HO+0.05M TEAB=9:2)。MS(ESI):C2532NO18について計算値(822.9994):[M-H]821.9922。UV-VIS(0.05M水性EtN*HCO(TEAB)緩衝液、pH8~8.5):λmax(吸収)=203、236、305、477nm;λmax(発光)=542nm、ε=19600M-1cm-1、QYfl.=標準としてそのQYfl.=496nmでの励起下0.1M NaOH中90%であるフルオレセインのアルカリ性溶液と比べて、それぞれ92%(TEAB緩衝液中絶対値、pH8~8.5、積分球を備えるHamamatsu aparatus C11347-12によって測定)および74~76%(R2658 PMTを備えるFluorolog-3分光計で測定)。
N-[3,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルホニル]ピレン-1-イル]グリシン(16)
Figure 0007326453000072
脱保護アミノピレン13b(19mg、34μmol)をMeOH(11mL)に懸濁した。グリオキシル酸一水和物(12.6mg、136μmol、4.0当量)を添加し、混合物を濃HCl(12μL、140μmol、4.3当量)の添加によって酸性化した。室温で1時間撹拌した後、NaBHCN(17mg、270μmol、8.0当量)を添加した。3時間後、さらなるグリオキシル酸一水和物(11mg、120μmol、3.5当量)を添加した。終夜撹拌した後、2回目のNaBHCN(29mg、460μmol、14当量)および濃HCl(20μL、240μmol、7.1当量)を添加した。室温でさらに1日撹拌した後、3回目のグリオキシル酸一水和物(91mg、990μmol、29当量)、NaBHCN(27mg、430μmol、12.6当量)および濃HCl(20μL、240μmol、7.1当量)を添加し、反応を一晩撹拌した。溶媒を真空で除去し、粗生成物を、9~25% ACN勾配のHO/ACN+0.2% TFAを用いるRPカラムクロマトグラフィーによって精製した。生成物を、赤色固体(8.3mg、13μmol、38%)として単離した。
Figure 0007326453000073
HPLC:t=4.4分(25分でMeCN/HO 30:70→100:0+0.1% TFA、254nmで検出)。HPLC:t=9.5分(25分でMeCN/HO 10:90→100:0+0.1% TFA、465nmで検出)。MS(ESI):m/z(ネガティブモード、%)=641(100)[M]。HR-MS(ESI):C2731NO11([M+Na])について計算値664.0951、実測値664.0925。UV-VIS(MeOH中):ε=18000M-1cm-1、λmax.(吸収)=499nm、λmax.(蛍光)=553nm、QY=0.71。
3,6,8-トリス[(3-ヒドロキシプロピル)スルホニル]ピレン-1-(メチルアミン)(18)
Figure 0007326453000074
化合物14(75mg、0.13mmol)を、アルゴン下、乾燥DMF(0.1mL)に懸濁し、CsCO(55mg、0.17mmol)、続いてMeI(0.15mL)を添加した。反応混合物を、ねじ蓋チューブ中、50℃で1時間撹拌した。HPLCは、反応が完了したことを示した。HPLC:出発材料t=13.7分(25分でMeCN/HO 30:70→100:0+0.1% TFA、254nmで検出)。HPLC:生成物t=15.8分(25分でMeCN/HO 30:70→100:0+0.1% TFA、254nmで検出)。DMFを真空で除去し、残留物をジクロロメタン-水混合物に溶かした。有機層を分離し、ブラインで洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過し、真空で蒸発させた。化合物17(56mg、78%、N-メチル化生成物、構造については合成の一般スキームを参照されたい)を、酢酸エチル中0~5% MeOHを用いた溶出の過程で、SiO(25g)でのクロマトグラフィーによって単離した。これをスルホンに酸化するために、化合物17を酢酸(5mL)に溶解させ、水(3mL)、続いてNaWO*2HO(12mg、触媒)を添加し、混合物を0℃に冷却した。過酸化水素(1.5mLのおよそ80%溶液)を0℃で添加した。反応混合物は暗色に変化し、次いで、暗色は消失した。HPLCは、t=8.48分(25分でMeCN/HO 30:70→100:0+0.1% TFA、254nmで検出)で新しい物質への完全な変換を示した。すべての揮発性材料を真空で除去し、乾燥残留物を水性アセトニトリルに溶解させた。中間体化合物のCFCO基(脱保護)の切断は以下の通り実施した:NaCO(およそ20重量%、1.5mL)の飽和水溶液を添加し、溶液を室温で撹拌した。アセトニトリル-水の比は、1.5mLの飽和NaCO水溶液の添加により均質反応混合物になるように選択されなくてはならない。反応混合物は、数分で明橙色に変化し;これを、室温で終夜撹拌した。HPLCは、t=6.4分(25分でMeCN/HO 30:70→100:0+0.1% TFA、254nmで検出)で新しい物質(表題化合物)への完全な変換を示した。炭酸ナトリウムを、氷状AcOHの添加によって中性化し、凍結反応混合物を凍結乾燥した。固体残留物を、熱水性アセトニトリルに溶解させ、RP-SiO(C18、50g)を含むカラム上に適用した。アセトニトリル-水混合物(1/3~1/2、+1% AcOH)による溶出の結果、最初に不純物の緑色-黄色「バンド」、続いて表題化合物(17)の橙色ゾーンが生じた。橙色溶液の凍結乾燥により、48mg(80%)の表題化合物を橙色-赤色粉末(メタノールおよび水にわずかに可溶性)を得た。HPLC:t=6.0分(20分でMeCN/HO 30:70→100:0+0.1% TFA、254nmで検出;Kinetexカラム)。
Figure 0007326453000075
HR-MS(ESI):C2631NO(597.1116);[M-H]実測値596、1078、計算値596.1088。UV-VIS(MeOH):ε=23400M-1cm-1、λmax.(吸収)=502nm、λmax.(蛍光)=550nm、QY=0.88。UV-VIS(HO):ε=19500M-1cm-1、λmax.(吸収)=509nm、λmax.(蛍光)=563nm、QY=0.88。
大きな正味負電荷および好ましいスペクトル特性を有するいくつかの追加の選択された蛍光色素(スキーム12および表2も参照されたい)。
Figure 0007326453000076
構造20の複数のイオン化可能基を有する赤色発光ローダミン色素を、K.Kolmakov、C.A.Wurm、R.Hennig、E.Rapp、S.Jakobs、V.N.BelovおよびS.W.HellによってChem.Eur.J.2012、18、12986~12998(性質およびリン酸化の詳細についてはその化合物7-Hを参照されたい)に以前に記載された通り、対応するヒドロキシル置換ローダミン前駆体のリン酸化によって得、化合物19(別のリン酸化ローダミン色素、上記スキーム6および11を参照されたい)と同様に単離した。化合物20のヒドロキシル置換前駆体を、K.Kolmakov、C.A.Wurm、D.N.H.Meineke、F.Gottfert、V.P.Boyarskiy、V.N.BelovおよびS.W.Hell(Chem.Eur.Journal、2013、20、146~157;その化合物14-Etを参照されたい)に従って合成した。リン酸化の後に、記載の通りの日常的な手順を介したエチルエステル基の鹸化が続いた。
化合物20の純度および同一性を、以下の分析データによって確認した:
Figure 0007326453000077
HPLC:t=3.9分(Kinetex EVO C-18カラム、0.02M水性EtN(A)および3% MeCN(B)、均一濃度流0.5mL/分、254nmで検出)。TLC:R=0.25(シリカゲルプレート、MeCN/HO 5:1+0.2% EtN)。HR-MS(ESI):C353513 ([M-H])について計算値753.1614、実測値753.1672。非常に強烈な赤色蛍光を有する赤色-紫色の非常に水溶性の色素:UV-VIS(PBS緩衝液、pH=7.4)λmax.abs.=582nm、λmax.fl.=609nm、ε=120000M-1cm1、QYfl.=0.76%(TEAB緩衝液中絶対値、540nmで励起)。
3,6,8-トリス[(3-スルホプロピル)スルホニル]-ピレン-1-アミン(23a)
スルホアルキルスルホニル置換1-アミノピレン誘導体23aおよびその相同体23bの合成は、トリブロモ置換前駆体12におけるSHおよびSOH官能基を含有するシントンとのハロゲン交換(上記スキーム11を参照されたい)に続いて、スルホンへの酸化を含んだ。
2,2,2-トリフルオロ-N-[3,6,8-トリス[(3-スルホプロピル)スルファニル]ピレン-1-イル]-アセトアミド(21a)
Figure 0007326453000078
2,2,2-トリフルオロ-N-[3,6,8-トリス(ブロモ)ピレン-1-イル]-アセトアミド(トリブロモ置換前駆体12、180mg、0.33mmol;調製および性質については上記を参照されたい)およびナトリウム3-メルカプト-1-プロパンスルホネート(600mg、3.37mmol、10当量)を、塩基としてトリエチルアミン(0.6mL)と、触媒としてPd(dba)(20mg、0.02mmol)およびキサントホス試薬(30mg、0.05mmol)の存在下、アルゴン雰囲気下で撹拌しながら、乾燥DMF(20mL)中、90℃で反応させた。反応が完了したら(3~5時間)、粗生成物(21aのNa塩)を、逆相シリカゲル(C-18)および移動相としてHO-MeCN(勾配0~70%)で最初に精製した。均質画分を合わせ、ろ過(シリンジフィルター0.45μm)し、濃縮し、凍結乾燥した。粗生成物(340mg、無機塩を含有する)のさらなる精製を、勾配(0~20%B)条件下、50mmolのTEAB緩衝液(A)およびMeCN(B)を用い、Kinetex Gemini NX C-18固相(5μm)を使用する反復分取HPLCによって実施した。純粋画分を合わせ、t≦40℃で濃縮し、凍結乾燥して、化合物21aのトリエチルアンモニウム塩として70~80%の黄色結晶性水溶性固体が得られた。
分析データ:
Figure 0007326453000079
HPLC:t=8.2分(KinetexカラムEVO C-18 100、5μm、4.6×250mm)、0.05M水性TEAB(A)および25% MeCN(B)、均一濃度流0.5mL/分、254nmで検出)。TLC:R=0.6(シリカゲルプレート、MeCN/HO 7:1+0.2% EtN、365nmでUV光による照明下のその強烈な青色蛍光によっても分かる)。HR-MS(ESI):C2727NO10 ([M-H])についての計算値773.9911、実測値773.9845。UV-VIS(PBS緩衝液、pH=7.4)λmax.(吸収)=428nm。合成は、C.Mispeleare-Canivetおよび共同研究者ら、Tetrahedron 2005、61、5253~5259によって記載されるチオールおよび臭化アリールのパラジウム触媒クロスカップリングのための一般的配合法に基づく。
2,2,2-トリフルオロ-N-[3,6,8-トリス[(3-スルホプロピル)スルホニル]ピレン-1-イル]-アセトアミド(22a)
Figure 0007326453000080
チオエーテル21a(トリエチルアンモニウム塩として)を以下の通り、スルホンに酸化した:50mg(0.046mmol、M=1077のEtN塩として)の物質を、HOAc(4mL)および水(0.4mL)の混合物に溶解させた。+5℃に冷却しながら、1mlの50重量% Hおよび0.5mLのNaWO×2HOの1重量%水溶液(触媒)を添加した。反応混合物をこの温度で30分間維持し、室温で終夜静置し、水(20mL)で希釈し、凍結乾燥した。生成物を、勾配(0~50%B)条件下、0.5体積%水性HOAc(A)およびMeCN(B)を用い、Kinetex Gemini NX C-18固相(5μm)を使用する分取HPLCによって精製した。純粋画分をプールし、t≦40℃で濃縮し、凍結乾燥して、28mg(52%)の赤色結晶性固体をトリエチルアンモニウム塩(M.W.=1173)として得、これは、水中で強烈な黄色-橙色蛍光を有する。
化合物22aに関する分析データ:
Figure 0007326453000081
HPLC:t=5.2分(KinetexカラムEVO C-18 100、0.05M水性TEAB(A)および25% MeCN(B)、均一濃度流0.5mL/分、254nmで検出)。TLC:R=0.5(シリカゲルプレート、MeCN/HO 7:1+0.2% EtN、365nmでUV光による照明下のその強烈な橙色蛍光によっても分かる)。HR-MS(ESI):C2727NO16 ([M-H])についての計算値869.9606、実測値869.9536。UV-VIS(PBS緩衝液、pH=7.4)λmax.abs.=476nm。
3,6,8-トリス[(3-スルホプロピル)スルホニル]-ピレン-1-アミン(23a)
Figure 0007326453000082
化合物22aのCOCF保護基を、塩基性条件下、室温で、従来の方法によって切断した(T.W Greene、P.G.M.Wuts、「Protective groups in organic synthesis」第3版、1999、557頁を参照されたい)。反応の進行をTLCによってモニタリングし、反応混合物を、HOAcでpH7~8に中性化し、t≦40℃で濃縮した。残留物を、均一濃度モード下、0,3体積%水性EtN(A)および10% MeCN(B)を用い、Gemini NX C-18固相(5μm)を使用する分取HPLCにかけた。純粋画分を濃縮し、凍結乾燥して、22mg(79%)の化合物23aを、トリエチルアンモニウム塩として得た。性質:赤色結晶性固体、水に十分溶解性で溶液となり、非常に強烈な黄色-緑色がかった蛍光を有する。
分析データ:
Figure 0007326453000083
HPLC:t=4.7分(KinetexカラムEVO C-18 100、0.05M水性TEAB(A)および25%MeCN(B)、均一濃度、0.5mL/分、254nmで検出)。TLC:R=0.4(シリカゲルプレート、MeCN/HO 7:1+0.2% EtN、365nmでUV光による照明下のその強烈な緑色蛍光によって分かる)。HR-MS(ESI)ネガティブモード:C2528NO15-([M-H])についての計算値774.9873、実測値774.9804;ポジティブモード:C253315 ([M+NH)についての計算値793.0205、実測値793.0146。UV-VIS(TEAB緩衝液、pH=8.5):ε=21000M-1cm-1、λmax.abs.=486nm、λmax.fl.=542nm、Φfl=86%(TEAB緩衝液中、参照色素として496nmでの励起下、0.1M NaOH中Φfl=0.9のフルオレセインと比べて)。
市販のナトリウム2-メルカプト-エタンスルホネートをより短いアルキル鎖を有するチオール含有試薬として使用して、色素23b(上に示される色素23aの相同体、これも一般式C(各X=SOH、n=1)に属する)を、まったく同様にして、高い収率で臭素12から得た。そのスペクトルおよび光物理学的性質(ε、λmaxおよびΦfl、表2も参照されたい)は、色素23aのスペクトルおよび光物理的性質と完全に同一であることが判明した。
実施例3
グリカンの還元的アミノ化
本発明の化合物を使用したグリカンの還元的アミノ化については、8-アミノピレン-1,3,6-トリスルホン酸三ナトリウム塩(APTS)およびボラン系還元剤を用いたN-グリカンの蛍光標識のための従来技術のプロトコール(Bigge JC、Patel TP、Bruce JA、Goulding PN、Charles SM、Parekh RB、Analytical Biochemistry 1995、230、229~238;Ruhaak LR、Hennig R、Huhn C、Borowiak M、Dolhain RJEM、Deelder AM、Rapp E、Wuhrer M、Journal of Proteome Research 2010、9、6655~6664)またはその変形例に従うことができる。

Claims (16)

  1. 少なくとも1つのアルキルスルホニル基を有する、式C
    [式中、
    n=1~12
    および/またはRは、互いに独立しており、
    H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は重水素原子で交換されることができる)、または置換C ~C 12 アルキル基であり;
    ---Rは、4、5、6または7員非芳香族炭素環を形成してもよく、この炭素環は、環の炭素原子の1つに結合したさらなる第一級アミノ基NH 、第二級アミノ基NHR (式中、R =C ~C アルキル)、またはヒドロキシル基OHを有するまたは、---Rは、4、5、6または7員非芳香族複素環(この複素環にはO、NまたはSなどのさらなるヘテロ原子が含まれる)を形成してもよく;
    ヒドロキシアルキル基(CHOH(式中、m=2~12直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する);RまたはR基のうちの一方は、カーボネートまたはカルバメート誘導体(CHOCOORまたは(CHNHCOOR(式中、m=1~12、R=メチル、エチル、2-クロロエチル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、フェニル基または置換フェニル基2-ピリジルまたは4-ピリジルである);
    (CHNR(式中、m=2~12直鎖状または分枝状アルキル鎖を有し;R、Rは、互いに独立しており、Hまたは置換されていてもよいC~Cアルキル基(単数又は複数)であってもよい)であってもよく
    またはR基のうちの一方は、アルキルアジド基(CH(式中、m=2~6、直鎖状または分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;
    またはR基のうちの一方は、(CHCOOR(式中、n=1~5、直鎖状または分枝状アルキル鎖(CHを有し、Rは、H、直鎖状または分枝状C~Cアルキル、CHCN、2-および4-ニトロフェニル、2,3,5,6-テトラフルオロフェニル、ペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリルから選択される)であってもよく;
    またはRのうちの一方はアリールヒドラジンAr-NR NH (式中、Arは全ピレン残基であり、R =Hまたはアルキル)を形成する第一級アミノ基であってもよく;または
    またはR基のうちの一方はアリールヒドロキシルアミンAr-NR OH(式中、Arは全ピレン残基であり、R =Hまたはアルキル)を形成するヒドロキシ基であってもよく;または
    またはR基のうちの一方は、アルキルオキシアミノ基(CHONH(式中、n=1~12)であってもよく;
    さらに、RもしくはRのうちの一方は、(CHCONHR(式中、n=1~12=H、C~Cアルキル、(CH、(CH-N-マレイミド、(CH-NHCOCHX(式中、X=BrもしくはI)、m=2~6、(CH)nおよびR中に直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖を有する)であってもよく;またはRもしくはRのうちの一方は、CH-C-NH、COC-NH、CONHC-NHもしくはCSNHC-NH(Cは、1,2-、1,3-もしくは1,4-フェニレンである)、COCN-NHもしくはCH-CN-NH(CNは、ピリジン-2,4-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,6-ジイルもしくはピリジン-3,5-ジイルである)を表してもよく
    X=SH、COOH、SOH、OSOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(式中、R=置換されていてもよいC~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=置換されていてもよいC~Cアルキル)であり;
    ただし、式Cによって表されるすべての化合物において、塩基性条件下、すなわち7<pH<14で、残基Xに3または6つの負荷電基が存在し、これらの負荷電基は、以下:SH、COOH、SOH、OSOH、OP(O)(OH)、OP(O)(OH)R(R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)、P(O)(OH)、P(O)(OH)R(式中、R=C~Cアルキルまたは置換C~Cアルキル)から選択されるイオン化可能基の少なくとも部分的に脱プロトン化された残基を表す]
    またはその塩を有する蛍光色素。
  2. Xが、各出現において、SO Hであり、nが、1~12である、請求項に記載の蛍光色素。
  3. 式CのR および/またはR は、互いに独立しており、
    H、重水素、アルキルまたは重水素置換アルキル(アルキル基の1個、いくつかまたはすべてのH原子は重水素原子で交換されることができる)である、請求項1に記載の蛍光色素
  4. 式CのRおよび/またはRは、互いに独立しており、4,6-ジハロ-1,3,5-トリアジニル(C)(Xは、ハロゲンである)、2-、3-もしくは4-アミノベンゾイル(COCNH)、N-[(2-,N-[(3-またはN-[(4-アミノフェニル)ウレイド基(NHCONHCNH)、N-[(2-,N-[(3-またはN-[(4-アミノフェニル)チオウレイド基(NHCSNHCNH)、または一般式(CHm1COOR、(CHm1OCOOR、(CHn1COORもしくは(CO)m1(CHm2(CO)n1(NH)n2(CO)n3(CHn4COORの結合カルボン酸残基およびその反応性エステル(式中、整数m1、m2およびn1、n2、n3、n4は、独立して、それぞれ1~12および0~12の範囲であり、鎖(CHm/nは、直鎖状、分枝状、飽和、不飽和、部分もしくは完全重水素化であるおよび/またはN、OもしくはSを含有する炭素環もしくは複素環に含まれ、Rは、H、Dまたは求核反応性脱離基でありこれらに限定されないが、N-スクシンイミジル、スルホ-N-スクシンイミジル、1-オキシベンゾトリアゾリル、シアノメチル、ポリハロゲノアルキル、ポリハロゲノフェニル2-または4-ニトロフェニルを含む)を表す、請求項1に記載の蛍光色素。
  5. 以下の式
    のうちの1つを有する、請求項1からに記載の蛍光色素またはその塩。
  6. 負荷電スルホン酸基および/またはリン酸基、ならびに無機または有機カチオンから選択される対イオンを含み、ならびに/または正荷電基もしくは式の色素の窒素部N(R)Rに形成された電荷移動錯体を、強鉱酸、有機酸もしくはルイス酸のアニオンから選択される対イオンと共に含む、請求項1からのいずれか一項に記載の蛍光色素塩。
  7. ヒドラジンN(R)NH、ヒドロキシルアミンN(R)OHまたはアミノオキシONH基(式中、Rは、H、アルキル、ヘテロアルキル、アルケニルまたはペルフルオロアルキルである)から選択される、炭水化物-反応性基が、式Cの色素の窒素部N(R )R に、二価または多価のリンカーLを介して連結される、
    リンカーLは、少なくとも1個の炭素原子を含み、任意の出現において、C ~C 12 の範囲の長さの直鎖状または分枝状の、アルキル、ヘテロアルキル、ペルフルオロアルキル、アルキルオキシ、単一または複数のジフルオロメチル(CF )、アルケンまたはアルキン部分を任意の組合せで含んでもよく;または、リンカーLは、カルボニル(CH CO、CF CO)部分、1,3,5-トリアジンの残基を含んでもよい、請求項1から6のいずれか一項に記載の蛍光色素。
  8. 還元的アミノ化に、および還元糖、すなわち、グリカンを含む遊離形態のまたはセミアセタールとしてのアルデヒド基を有するモノマー、オリゴマーまたはポリマー炭水化物との縮合における、請求項1からのいずれか一項に記載の蛍光色素およびその塩の使用。
  9. アミノ酸、ペプチド、一次および二次抗体、単一ドメイン抗体、ドセタキセル、アビジン、ストレプトアビジンおよびそれらの変形を含むタンパク質、アプタマー、ヌクレオチド、核酸、毒素、脂質、2-デオキシ-2-アミノグルコースおよび他の2-デオキシ-2-アミノアミノピラノシド、グリカンを含む炭水化物、ビオチンならびに他の低分子、すなわち、1500Da未満の分子質量を有する分子のための蛍光標識としての、請求項1から7のいずれか一項に記載の蛍光色素およびその塩の使用
  10. 分析物へのコンジュゲーションのための蛍光試薬としての、請求項1からのいずれか一項に記載の蛍光色素およびその塩の使用であって、コンジュゲーションが、任意の化学実体、ペプチド、タンパク質、炭水化物、核酸、毒素および脂質とカップリングした、アミン、カルボン酸、アルデヒド、アルコール、芳香族化合物、複素環、色素、アミノ酸、アミノ酸残基を含む、化学実体または物質との少なくとも1つの共有化学結合または少なくとも1つの分子錯体の形成を含む、使用。
  11. 請求項1からのいずれか一項に記載の蛍光色素を含む、炭水化物-色素コンジュゲート。
  12. 色素が、以下に示される式15、23aおよび23b
    の化合物から選択される、請求項11に記載の炭水化物-色素コンジュゲート。
  13. 請求項1からのいずれか一項に記載の色素のうちの1つもしくは複数、または請求項11または12に記載の炭水化物コンジュゲートの1つもしくは複数を含む、キットまたは組成物。
  14. 請求項1で定義される一般式を有する、水中での477~510nmの吸収極大、0または-6までの正味電荷、535~560nmの発光極大を有する蛍光アミノピレン色素合成するための方法であって、アリールハロゲンの置換チオアルキル官能基への交換反応と、それに続く、スルホンへの酸化を含む、方法。
  15. ヒドロキシル部におけるリン酸化のステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
  16. 蛍光アミノピレン色素が、式15、23aおよび23bの化合物からなる群から選択される、請求項14に記載の方法
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