JPWO2014136781A1 - 蛍光プローブ - Google Patents

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Abstract

【解決課題】新規な蛍光団を有する蛍光プローブを提供すること。【解決手段】下記の一般式(I):【化1】で表される化合物又はその塩。【選択図】なし

Description

本発明は新規な蛍光団を有する蛍光プローブに関するものである。
フルオレセインは1871年に報告された分子であり、高い水溶性、高い蛍光量子収率を有することからpH指示薬やラベル化色素として広く用いられてきた。また、フルオレセインを母核としたカルシウムプローブが開発されて以来、分子内光誘起電子移動(photoinduced electron transfer: PeT)やスピロ環の開環や閉環などを利用した高感度な蛍光off/on型プローブが数多く提供されてきた。特に、分子内光誘起電子移動を利用したプローブでは、フルオレセインにおけるベンゼン環の酸化電位を考慮してプローブの設計をすることにより、測定対象物質の捕捉前後において蛍光のoff/onを生じさせることができ、また、高感度に測定対象物質を測定することができる。
従来、赤色のバイオイメージングを行うことができる蛍光色素としてローダミンを母核とした蛍光プローブが知られており、Rhod−2などのカルシウムプローブなどが分子内光誘起電子移動を利用したプローブとして実用化されている。しかしながら、ローダミンは分子内にアミノ基を有していることから生体内でカチオン性を帯びて特定のオルガネラ、特にミトコンドリアに集積しやすいという問題がある。
一方、フルオレセインのキサンテン環の10位の酸素原子の構造修飾に関しては報告がほとんどなく、10位の酸素原子を他の原子に置換した化合物についての光学特性は従来知られていなかった。ローダミンの基本骨格であるパイロニンY(PY)の酸素原子を珪素原子に置換した化合物(TMDHS)及びこの化合物の蛍光プローブへの応用については既に報告があるが(Best, Qら、Pacifichem 2010, 演題番号2335、2010年12月19日;小出裕一郎ら、第4回日本分子イメージング学会, 演題番号P8−9, 2009年5月14日)、フルオレセインのキサンテン環の10位の酸素原子を珪素原子に置き換えた化合物については、その蛍光特性も従来全く知られていなかった。
本発明者らは、フルオレセイン骨格におけるキサンテン環の10位の酸素原子を珪素原子に置き換えた化合物のベンゼン環上に測定対象物質を捕捉可能な基(以下、本明細書において「捕捉基」と呼ぶ場合がある)を導入することにより、測定対象物質の捕捉の前後において分子内光誘起電子移動を誘起させて蛍光のoff/onを行うことができることを見出した(特許文献1参照)。特に、キサンテン環の9位に位置するベンゼン環にカルシウムイオンを捕捉するための捕捉基を導入した化合物(例えば、CaTM−2−AM等)がカルシウムイオンプローブとして有用であることを示した。
しかしながら、特許文献1に開示されているCaTM−2−AMは水溶性が低く、バッファに溶けないため、細胞イメージングの際に界面活性剤を添加する必要があるが、界面活性剤を加えない場合凝集体を形成するため、細胞イメージングの感度が悪く、高感度の細胞イメージングを得るには十分でないことが認められた。
WO2012/111817
Best,Qら、Pacifichem 2010,演題番号2335、2010年12月19日 小出裕一郎ら、第4回日本分子イメージング学会,演題番号P8−9,2009年5月14日
本発明は、新規な蛍光団を有する蛍光プローブを提供することを目的とする。
より具体的には、フルオレセイン骨格を化学修飾することにより、分子内光誘起電子移動を利用した蛍光off/on型プローブであって、赤色のバイオイメージングを高感度で行うことができる新規な蛍光プローブを提供することが本発明の課題である。
前記の通り、これまで報告したCa2+検出蛍光プローブCaTM−2−AMには水溶性が低くバッファに溶けないため、凝集体を形成し、その結果、細胞イメージングの感度が悪くなるという問題点があった。本発明者らは、カルボキシ基を導入することによって水溶性を高めることで細胞イメージングの感度を改善できると考え、鋭意検討したところ、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、
[1]下記の一般式(I):
Figure 2014136781

(式中、Rはベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基(ただし該置換基のうちの少なくとも1個は測定対象物質に対する捕捉基として作用する置換基である)を示し;R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示し;R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜6個のアルキル基又はアリール基を示し;R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示し;Rは測定対象物質に対する捕捉基として作用する置換基、水素原子、アルキルカルボニル基、又はアルキルカルボニルオキシメチル基を示し;Xは珪素原子、ゲルマニウム原子、又はスズ原子を示す)で表される化合物又はその塩。
[2]Xが珪素原子又はゲルマニウム原子である[1]に記載の化合物又はその塩。
[3]Rのうち捕捉基がプロトン、金属イオン、低酸素環境、又は活性酸素種を捕捉するための捕捉基である[1]又は[2]に記載の化合物又はその塩。
[4]Rのうち捕捉基がカルシウムイオンを捕捉するための捕捉基である[1]〜[3]のいずれか1項に記載の化合物又はその塩。
[5]Rのうちの捕捉基がスペーサーを介してベンゼン環に結合している[1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物又はその塩。
[6]以下の一般式(Ia):
Figure 2014136781

(式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りであり;
201、R202、R203、及びR204が、カルボキシ基又はアルカノイルオキシアルキルオキシカルボニル基であり;
205及びR206がそれぞれ独立に水素原子、C1−6アルキル基、ニトロ基、又はハロゲン原子を示す)で表される、請求項1に記載の化合物又はその塩。
[7]以下の一般式(Ib):
Figure 2014136781

(式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)で表される、[6]に記載の化合物又はその塩。
[8]Rのうち捕捉基がプロトン、活性酸素種、糖加水分解酵素を捕捉するための捕捉基である[1]〜[7]のいずれか1項に記載の化合物又はその塩。
[9][1]〜[8]のいずれか1項に記載の化合物又はその塩を含む蛍光プローブ。
[10](a)4ブロモイソフタル酸とt−ブチルアルコールとを反応させて4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルを得る工程、
(b)4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルとsec−ブチルリチウムとを反応させ、その直後に、以下の式(II)で表される化合物を添加し、その後、酸を添加して式(III)の化合物を得る工程、
Figure 2014136781

(式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)
Figure 2014136781

(式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)
を含む、式(I)の化合物を調製する方法。
[11]測定対象物質の測定方法であって、下記の工程:(a)[1]〜[8]のいずれか1項に記載の化合物又はその塩と測定対象物質とを接触させる工程、及び(b)上記工程(a)で生成した測定対象物質の捕捉後の化合物の蛍光強度を測定する工程を含む方法。
を、提供するものである。
本発明により提供される一般式(I)で表される化合物又はその塩は、測定対象物質の捕捉前には実質的に無蛍光であり、測定対象物質の捕捉後には分子内光誘起電子移動により高強度の赤色蛍光を発する化合物を与え、また水溶性が高いことから、pH、金属イオン、又は活性酸素種などを高感度に測定可能な蛍光プローブとして有用である。
また、本発明により提供される一般式(Ia)、(Ib)で表される化合物又はその塩は、水溶性が高く、細胞内へ取り込まれやすいため、カルシウムイオンを高感度に測定可能な蛍光プローブとして有用である。更に、本発明の一般式(Ia)、(Ib)で表される化合物又はその塩により、長波長でカルシウムイオンを測定できる蛍光プローブを提供することができるため、青色蛍光プローブ等と併用することができ、細胞のダイナミックな変化を追跡することが可能となる。
ZnTM−1の吸収、蛍光スペクトルのpHによる変化 ZnTM−1のZn2+添加時の吸収、蛍光スペクトルの変化 ZnTM−1を用いた細胞イメージングの結果 図3の各細胞イメージング中での各ROIにおける平均蛍光強度 CaTM−3−AMとCaTM−2−AMの蛍光強度を比較した結果 CaTM−3−AMを加えた細胞を用いてヒスタミンとイオノマイシンによる刺激時のCa2+イメージングを行った結果 図6中のa,b,cの各時点での蛍光像
本明細書中で化合物名を略式記載する場合について説明する。なお、ここでの説明は明細書の記載内容の理解を容易にするためのものであり、例外を排除する意図はなく、又、本明細書中における個別の定義に優先するものではない。
「TokyoMagenta」は、一般式(I)において、ベンゼン環の2位にカルボキシ基を有さず、Rが水素原子であり、R及びRが水素原子であり、R及びRがメチル基であり、R及びRが水素原子であり、Rが水素原子であり、Xが珪素原子である化合物を意味しており、この化合物を「TM」と略す場合がある。
本明細書において、「アルキル基」又はアルキル部分を含む置換基(例えばアルコキシ基など)のアルキル部分は、特に言及しない場合には例えば炭素数1〜6個、好ましくは炭素数1〜4個、さらに好ましくは炭素数1〜3個程度の直鎖、分枝鎖、環状、又はそれらの組み合わせからなるアルキル基を意味している。より具体的には、アルキル基として、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、シクロプロピルメチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などを挙げることができる。本明細書において「ハロゲン原子」という場合には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子のいずれでもよく、好ましくはフッ素原子、塩素原子、又は臭素原子である。
一般式(I)で表される化合物において、Rはベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示すが、該置換基のうちの少なくとも1個は測定対象物質に対する捕捉基として作用する置換基である。捕捉基として作用する置換基は、単独で捕捉基として作用する置換基であってもよく、あるいはベンゼン環上の2個以上の置換基の組み合わせにより、好ましくはベンゼン環上において隣接する2個の置換基の組み合わせにより捕捉基として作用する置換基であってもよい。このような2個の置換基が結合して環状構造を形成していてもよく、測定対象物質との反応後に該環状構造が開環構造に変化するものであってもよい。あるいは隣接する2個の置換基が測定対象物質との反応後にこれらの2個の置換基とともに環状構造を形成するものであってもよい。捕捉基として作用するためにベンゼン環が捕捉基の一部を形成していてもよい。さらに、単独で捕捉基として作用する置換基がベンゼン環上に2個以上結合していてもよく、異なる測定対象物質に対してそれぞれ捕捉基として作用する異なる2種以上の置換基がベンゼン環上に存在していてもよい。ベンゼン環上において捕捉基として作用する1個又は2個以上の置換基の置換位置は特に限定されず、任意の位置に置換することができる。Rが測定対象物質に対する捕捉基のみを示し、ベンゼン環上に捕捉基以外の他の置換基が存在しない場合もある。また、Rが結合するベンゼン環とRとの組み合わせの構造が捕捉基として機能する場合もあるが、このような態様も本発明の範囲に包含される。
測定対象物質の種類は特に限定されず、例えば、金属イオン(例えば、ナトリウムイオンやリチウムイオンなどのアルカリ金属イオン、カルシウムイオンなどのアルカリ土類金属イオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオンなど)、非金属イオン(炭酸イオンや水酸イオンなど)、活性酸素種(例えば、ヒドロキシルラジカル、パーオキシナイトライト、次亜塩素酸、過酸化水素など)、又は酵素などのいずれであってもよいが、本発明においては、好ましくは、金属イオン、更に好ましくは、カルシウムイオンである。
測定対象物質を特異的に捕捉する捕捉基は種々提案されており、測定対象物質の種類に応じて適宜選択可能である。例えば、特開平10−226688号公報、国際公開WO99/51586、特開2000−239272号公報、国際公開WO01/62755などのほか、モレキュラープローブス社のカタログ(Molecular Probes Handbook 11th Edition)の第10章(酵素基質と分析)、第17章シグナル伝達プローブ)、第18章(一酸化窒素を含む活性酸素種プローブ)、第19章(カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、及び他の金属イオンインディケーター)、第20章(pHインディケーター)、及び第21章(ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオン、及び他のイオン)に記載された捕捉基を用いることもできる。もっとも、捕捉基は上記刊行物に記載されたものに限定されることはない。
本明細書において「捕捉」という用語は、捕捉基が実質的に化学変化を起こさずに金属イオンなどをキレート化などにより捕捉する場合のほか、測定対象物質との化学反応により化学構造が変化する場合、酵素との接触によって捕捉基が切断されて脱離する場合を含めて最も広義に解釈しなければならず、いかなる意味においても限定的に解釈してはならない。
捕捉基としては、例えば、下記の(A)から(J)で表される捕捉基が挙げられるが、本発明において使用可能な捕捉基はこれらに限定されることはない。
(A)亜鉛イオンの捕捉基
(A−1)
Figure 2014136781

(式中、R101、R102、R103、及びR104はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、2−ピリジルメチル基、2−ピリジルエチル基、2−メチル−6−ピリジルメチル基、又は2−メチル−6−ピリジルエチル基を示すが、R101、R102、R103、及びR104からなる群から選ばれる基のうち少なくとも1つは2−ピリジルメチル基、2−ピリジルエチル基、2−メチル−6−ピリジルメチル基、及び2−メチル−6−ピリジルエチル基からなる群から選ばれる基を示し;R105は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示し;m及びnはそれぞれ独立に0又は1を示すが、m及びnが同時に0となることはない)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は特許4402191号公報及びJ.Am.Chem.Soc.,127,pp.10197−10204,2005に開示されている。
上記の捕捉基の好適な例としては、以下の式で表される捕捉基が挙げられる。
Figure 2014136781

(a-1-1)
また、これらの捕捉基は、後述するように、例えば−CO−NH−などのスペーサーを介してベンゼン環に結合していてもよい。例えば、式(a-1-1)の捕捉基が−CO−NH−のスペーサーを介してベンゼン環に結合する場合は以下の式で表される。
Figure 2014136781

(a-1-2)
(A−2)
Figure 2014136781

(式中、R111、R112及びR133はそれぞれ独立にカルボキシ基及びその塩を示し、R114は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基はJ.Am.Chem.Soc.,124,pp.776−778,2002に開示されている。
(A−3)
Figure 2014136781

(式中、R115は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は米国特許第5648270号明細書に記載されている。
(A−4)
Figure 2014136781

(式中、R121及びR122はそれぞれ独立にカルボキシ基及びその塩を示し;R123はC1−6アルキル基を示し;R124はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる水素原子を含む一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基はCell Calcium,31,pp.245−251,2002に開示されている。
(A−5)
Figure 2014136781

(式中、R125は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる水素原子を含む一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は特開2000−239272号公報に開示されている。
(B)一酸化窒素の捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R131及びR132はベンゼン環上の隣接した位置に置換する置換基を示し、それぞれ独立にアミノ基又はC1−6アルキルモノ置換アミノ基を示すが、R131及びR132が同時にC1−6アルキルモノ置換アミノ基を示すことはなく;R133は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は特許第3200024号公報、米国特許第6441197号明細書、米国特許第675623号明細書、及び特許第3967943号公報に開示されている。
(C)活性酸素種の捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R141はアミノ基又はヒドロキシ基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は国際公開WO2001/064664号公報に開示されている。
(D)低酸素環境の捕捉基
(D−1)
Figure 2014136781

[式中、R151及びR152はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1ないし6個のアルキル基を示し、R151及びR152は互いに結合して炭素数2ないし6個のアルキレン基となってもよく;Yは炭素数1ないし6個のアルキレン基を示し;Xは単結合、−CO−、又は−SO−を示し;Xは−O−Y−N(R154)−(式中、Yは炭素数1ないし6個のアルキレン基を示し、R154は水素原子又は炭素数1ないし6個のアルキル基を示す)を示し;rは0又は1を示し;p−C−はp−フェニレン基を示し;Arはアリールジイル基を示し;R153はモノアルキルアミノ基又はジアルキルアミノ基を示す]で表される捕捉基。
上記の捕捉基は国際公開WO2010/026743に開示されている。
(D−2)
Figure 2014136781

上記の捕捉基は特開2009−275006号公報に開示されている。
(E)過酸化水素の捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R161はベンゼン環上に存在する1個又は2個以上の電子吸引性置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は国際公開WO2009/110487号公報に開示されている。
(F)一重項酸素の捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R171及びR172それぞれ独立にC1−4アルキル基又はアリール基を示し;R173は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は特許第4373608号公報及び国際公開WO2002/018362に開示されている。
(G)pH環境の捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R181、R182、R183はそれぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよいC1−6アルキル基、若しくは置換基を有していてもよいアリール基であるか、又はR181とR182とが結合してC1−3アルキレン基を示すか、若しくはR181とR183とが結合してC1−3アルキレン基を示し;Aは置換基を有していてもよいC1−3アルキレン基を示し;R184は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基は国際公開WO2008/099914号公報及び国際公開WO2008059910号公報に開示されている。
(H)マグネシウムイオンの捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R191、R192及びR193はそれぞれ独立にカルボキシ基及びその塩を示し;R194は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基はAmerican Journal of Physiology,256,C540−548,1989に開示されている。
(I)ナトリウムイオン及びカリウムイオンの捕捉基
Figure 2014136781

(式中、R195は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる一価の置換基を示す)で表される捕捉基。
上記の捕捉基はBioorg.Med.Chem.Lett.,15,pp.1851−1855,2005に開示されている。
(J)カルシウムイオンの捕捉基
Figure 2014136781

のうちの捕捉基又はRが結合するベンゼン環とRとの組み合わせで形成される捕捉基が式(j−1)で表される捕捉基である場合(式中、R201、R202、R203及びR204はそれぞれ独立にカルボキシ基及びその塩を示し;R205、R206及びR207はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子)、C1−6アルキル基、又はニトロ基を示し;R208は水素原子であるか、又はベンゼン環上に存在する1ないし3個の同一又は異なる一価の置換基を示す)。これらの捕捉基は、例えば−CO−NH−などのスペーサーを介してベンゼン環に結合していてもよい。
カルシウム捕捉基を導入した本発明の好ましい化合物は、以下の一般式(Ia)で表される化合物である。
Figure 2014136781

(式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りであり;
201、R202、R203、及びR204が、カルボキシ基又はアルカノイルオキシアルキルオキシカルボニル基であり;
205及びR206がそれぞれ独立に水素原子、C1−6アルキル基、ニトロ基、又はハロゲン原子を示す)
一般式(Ia)で表される化合物の中でも、
(1)R、R、R、及びRがそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又は塩素原子であり、R及びRがそれぞれ独立にメチル基、エチル基などのC1−6アルキル基であり、Rが水素原子であり、R201、R202、R203、及びR204がカルボキシ基であり、R205及びR206がそれぞれ独立に水素原子、メチル基などのC1−6アルキル基、ニトロ基、又はフッ素原子である化合物;
(2)R、R、R、及びRがそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又は塩素原子であり、R及びRがそれぞれ独立にメチル基、エチル基などのC1−6アルキル基であり、Rが水素原子、アセチル基などのアルカノイル基、又はアセトキシメチル基などのアルカノイルオキシアルキル基であり、R201、R202、R203、及びR204がアセトキシメチルオキシカルボニル基などのアルカノイルオキシアルキルオキシカルボニル基であり、R205及びR206がそれぞれ独立に水素原子、メチル基などのC1−6アルキル基、ニトロ基、又はフッ素原子である化合物;
などを挙げることができる。
上記一般式(Ia)で表される化合物の中でも、より好ましい化合物としては、以下の一般式(Ib)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014136781

(式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)
式(Ib)において、好ましくは、R、R、R、及びRがそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、又は塩素原子であり、R及びRがそれぞれ独立にメチル基、エチル基などのC1−6アルキル基であり、Rが水素原子、アセチル基などのアルカノイル基、又はアセトキシメチル基などのアルカノイルオキシアルキル基である。また、Xは、好ましくは珪素原子又はゲルマニウム原子であり、より好ましくは珪素原子である。
上記で示したカルシウム捕捉基はモレキュラープローブス社のカタログ(Molecular Probes Handbook 11th Edition)の第19章(カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、及び他の金属イオンインディケーター)及びJ.Biol.Chem.,260,pp.3440−3450,1985に開示されている。
上記の(A)から(J)で表される捕捉基は、Rとして上記一般式(I)で表される化合物のベンゼン環に直接置換するほか、適当なスペーサーを介して上記一般式(I)で表される化合物のベンゼン環に置換してもよい。例えば、スペーサーとしては上記の式(R1a)及び(R1b)に示したように−CO−NH−などを用いることができる。また、末端がベンゼン環(多環のものも含む)である捕捉基、例えば(A)、(B)、(F)、(G)、(H)、(I)、及び(J)などは、該末端のベンゼン環が一般式(I)で表される化合物のRが置換するベンゼン環を含んだものであってもよい。
上記の(A)から(J)で表される捕捉基は、本発明により提供される一般式(I)で表される化合物又はその塩に上記刊行物に開示された方法やその他の上記特許公報及び参照文献の開示のすべてを参照により本明細書の開示に含める。
いかなる特定の理論に拘泥するわけではないが、本発明の化合物の蛍光off/onの特性は分子内光誘起電子移動(PeT)により達成されるものである(PeTについては、J.Am.Chem.Soc.,125,8666−8671,2003、J.Am.Chem.Soc.,127,4888−4894,2005、J.Am.Chem.Soc.,128,10640−10641,2006、J.Am.Chem.Soc.,126,14079−14085,2004、YAKUGAKU ZASSHI,126,901−913,2006に詳細に開示されている)。PeTとは蛍光消光の1つの方法であり、励起光照射により生成する1重項励起蛍光団が蛍光を発して基底状態に戻る速度よりも速く近隣の電子供与部位(PeTドナー)から電子移動が起き、蛍光消光が起こる現象(a−PeT)、及び励起光照射により生成する1重項励起蛍光団が蛍光を発して基底状態に戻る速度よりも速く近隣の電子受容部位(PeTアクセプター)へ電子移動が起き、蛍光消光が起こる現象(d−PeT)である。なお、Rが結合するベンゼン環や捕捉基の酸化電位の情報は、例えば該ベンゼン環や捕捉基の酸化電位を量子化学的手法に従って計算することにより容易に入手することができる。該ベンゼン環や捕捉基の酸化電位が低くなることは該ベンゼン環や捕捉基の電子密度が上昇することを意味しており、これはHOMO軌道エネルギーが高くなることに対応している。例えば、該ベンゼン環部位や捕捉基部位のHOMOエネルギーを密度汎関数法(B3LYP/6−31G(d))により求めることができる。Rとして測定対象物質に対する捕捉基を含む場合には、測定対象物質の捕捉後にRが結合するベンゼン環部位や捕捉基部位自身の酸化電位が変化するものを選択するか、捕捉基部位自身が測定対象物質の捕捉前には一般式(I)で表される化合物が実質的に無蛍光性になる酸化電位を有する基を持ち、かつ該基が測定対象物質の捕捉時に切断されて離脱するものを選択する必要がある。
一般式(I)で表される本発明の化合物において、捕捉基として作用するR、又は捕捉基以外のRが存在する場合には該Rと捕捉基であるRとの組み合わせは、捕捉基として作用するRが、Rが結合するベンゼン環の酸化電位を変化させる捕捉基である場合には、例えば、(1)測定対象物質の捕捉前には一般式(I)で表される化合物が実質的に無蛍光性になるように、Rが結合するベンゼン環の酸化電位が1.57V以下、好ましくは1.26V以下、になるように、かつ(2)測定対象物質の捕捉後には、一般式(I)で表される化合物に由来する捕捉後の化合物が実質的に高い蛍光性になるように、Rが結合するベンゼン環の酸化電位が1.75V以上、好ましくは1.98V以上、になる組み合わせとして選択される。また、一般式(I)で表される本発明の化合物において、捕捉基として作用するRが測定対象物質の捕捉後にRが結合するベンゼン環の酸化電位に実質的に影響を与えない捕捉基であり、該捕捉基自身の酸化電位の変化によって測定対象物質の捕捉を検出する場合には、Rが結合するベンゼン環の酸化電位が蛍光のoff/onに影響を与えないように、すなわち捕捉基捕捉後の化合物が実質的に高い蛍光性になるように、例えば、Rが結合するベンゼン環の酸化電位が1.75V以上、好ましくは1.98V以上、になる組み合わせとして選択される。
一般式(I)で表される本発明の化合物において、捕捉基として作用するRが、一般式(I)で表される化合物が実質的に無蛍光性になるように該捕捉基自身が実質的に低い酸化電位を有する基である場合には、例えば、(1)該実質的に低い酸化電位を持つ基の酸化電位が1.57V以下、好ましくは1.26V以下、になるように、かつ(2)測定対象物質の捕捉によって、一般式(I)で表される化合物に由来する捕捉後の化合物が実質的に高い蛍光性になるように、該実質的に低い酸化電位を持つ基の酸化電位が1.75V以上、好ましくは1.98V以上、に上昇する組み合わせとして選択される。
一般式(I)で表される本発明の化合物において、Rが捕捉基として作用する場合も上記理論は適用される。
また、特願2012−032373には、本発明の一般式(I)のRが水素原子でない化合物又はその塩が、測定対象物質との接触によりRが水素原子となることによって、分子内スピロラクトン環が開環して強い赤色蛍光を発する化合物に変化する性質を有していることから、この性質を利用することにより、活性酸素種、又は各種酵素などを高感度に測定可能な蛍光プローブを製造するための母核化合物として有用であることが示されている。よって、本発明の一般式(I)で表される化合物又はその塩の上記の性質と本発明の一般式(I)で表される化合物又はその塩におけるRとを組み合わせれば、複数の測定対象物質を捕捉した場合にのみ蛍光特性が大きく変化する蛍光プローブとすることができる。例えば、本発明の一般式(I)で表される化合物又はその塩に、一般式(I)で表される化合物又はその塩におけるRにβ−ガラクトシダーゼによって切断される1価の基を導入し、Rにカルシウムイオンを捕捉するための基を導入して580nm付近の励起光で測定を行えば、β−ガラクトシダーゼ、カルシウムイオンがそれぞれ単独で存在する場合には発蛍光せず、β−ガラクトシダーゼとカルシウムイオンが同時存在する場合にのみ発蛍光する蛍光プローブとして使用できる。
上記の蛍光化合物と本発明により提供される一般式(I)で表される化合物又はその塩を結合させるために、本発明により提供される一般式(I)で表される化合物又はその塩に置換する置換基に結合のための基、例えば、アミノ基、カルボキシ基及びその活性エステル基(スクシミジルエステルなど)、ホルミル基、ヒドロキシ基、メルカプト基、マレイミド基、イソチアシアネート基及びイソシアネート基などを導入することができる。
一般式(I)で表される化合物において、ベンゼン環上に存在するRが示す置換基のうち、捕捉基として作用する以外の置換基もベンゼン環上の任意の位置に置換することができる。捕捉基として作用する以外の置換基がベンゼン環上に存在しないことが好ましい場合もある。捕捉基として作用する以外の置換基がベンゼン環上に存在する場合には、該置換基が1ないし2個程度存在していることが好ましい。捕捉基として作用する以外の置換基がベンゼン環上に存在する場合には、該置換基はベンゼン環上の任意の位置に置換することができる。
が示す一価の置換基のうち、捕捉基として作用する以外の置換基の種類は特に限定されないが、例えば、炭素数1〜6個のアルキル基、炭素数1〜6個のアルケニル基、炭素数1〜6個のアルキニル基、炭素数1〜6個のアルコキシ基、水酸基、カルボキシ基、スルホニル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、又はアミノ基からなる群から選ばれることが好ましい。これらの一価の置換基はさらに任意の置換基を1個又は2個以上有していてもよい。例えば、Rが示すアルキル基にはハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよく、例えばRが示すアルキル基はハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基、又はアミノアルキル基などであってもよい。また、例えばRが示すアミノ基には1個又は2個のアルキル基が存在していてもよく、Rが示すアミノ基はモノアルキルアミノ基又はジアルキルアミノ基であってもよい。さらに、Rが示すアルコキシ基が置換基を有する場合としては、例えば、カルボキシ置換アルコキシ基又はアルコキシカルボニル置換アルコキシ基などが挙げられ、より具体的には4−カルボキシブトキシ基又は4−アセトキシメチルオキシカルボニルブトキシ基などを挙げることができる。
が示す一価の置換基のうち、捕捉基として作用する以外の置換基がベンゼン環上に2個存在する場合には、それらの2個の置換基は例えば炭素数1〜6個のアルキル基、炭素数1〜6個のアルコキシ基、及びカルボキシ基からなる群から選択されることが好ましく、炭素数1〜6個のアルキル基及び炭素数1〜6個のアルコキシ基からなる群から選ばれることがさらに好ましい。アルコキシ基(例えば無置換アルコキシ基、モノカルボキシ基置換アルコキシ基、モノアルコキシカルボニル置換アルコキシ基、又は4−アセトキシメチルオキシカルボニルブトキシ基など)がベンゼン環上の他の位置に存在することが好ましい。
及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示す。R又はRがアルキル基を示す場合には、該アルキル基にはハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよく、例えばR又はRが示すアルキル基はハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基などであってもよい。R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はハロゲン原子であることが好ましく、R及びRがともに水素原子である場合、又はR及びRがともに塩素原子又はフッ素原子である場合がより好ましい。
及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜6個のアルキル基又はアリール基を示すが、R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜3個のアルキル基であることが好ましく、R及びRがともにメチル基であることがより好ましい。R及びRが示すアルキル基にはハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよく、例えばR又はRが示すアルキル基はハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシアルキル基などであってもよい。R又はRがアリール基を示す場合には、アリール基は単環の芳香族基又は縮合芳香族基のいずれであってもよく、アリール環は1個又は2個以上の環構成ヘテロ原子(例えば窒素原子、イオウ原子、又は酸素原子など)を含んでいてもよい。アリール基としてはフェニル基が好ましい。アリール環上には1個又は2個以上の置換基が存在していてもよい。置換基としては、例えばハロゲン原子、カルボキシ基、スルホニル基、水酸基、アミノ基、アルコキシ基などが1個又は2個以上存在していてもよい。
及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示すが、R及びRについて説明したものと同様である。
Xは珪素原子、ゲルマニウム原子、又はスズ原子を示すが、珪素原子であることが好ましい。
は測定対象物質に対する捕捉基として作用する置換基、水素原子、アルキルカルボニル基、又はアルキルカルボニルオキシメチル基を示す。アルキルカルボニル基としては、例えば、炭素原子数1〜13個程度、好ましくは炭素原子数1〜7個程度、さらに好ましくは炭素原子数1〜5個程度のアルキルカルボニル基を用いることができる。アルキルカルボニルオキシメチル基におけるアルキルカルボニル基についても同様である。例えば、アセトキシメチル基などを好ましく用いることができる。一般式(I)で表される化合物においてRがアルキルカルボニル基又はアルキルカルボニルオキシメチル基である化合物は、一般式(I)で表される化合物の脂溶性が高まり、細胞膜を通過して細胞内部に取り込まれ易くなるので、細胞内の測定対象物質をバイオイメージング手法により測定する場合にはRがアルキルカルボニル基又はアルキルカルボニルオキシメチル基である化合物を好適に使用できる。
上記一般式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される化合物は塩として存在する場合がある。塩としては、塩基付加塩、酸付加塩、アミノ酸塩などを挙げることができる。塩基付加塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などの金属塩、アンモニウム塩、又はトリエチルアミン塩、ピペリジン塩、モルホリン塩などの有機アミン塩を挙げることができ、酸付加塩としては、例えば、塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩などの鉱酸塩、メタンスルホン酸塩、パラトルエンスルホン酸塩、クエン酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩を挙げることができる。アミノ酸塩としてはグリシン塩などを例示することができる。もっとも、本発明の化合物の塩はこれらに限定されることはない。
一般式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される本発明の化合物は、置換基の種類に応じて1個又は2個以上の不斉炭素を有する場合があり、光学異性体又はジアステレオ異性体などの立体異性体が存在する場合がある。純粋な形態の立体異性体、立体異性体の任意の混合物、ラセミ体などはいずれも本発明の範囲に包含される。また、一般式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される本発明の化合物又はその塩は、水和物又は溶媒和物として存在する場合もあるが、これらの物質はいずれも本発明の範囲に包含される。溶媒和物を形成する溶媒の種類は特に限定されないが、例えば、エタノール、アセトン、イソプロパノールなどの溶媒を例示することができる。
本発明の化合物の合成方法
本発明の一般式(I)の化合物は、下記の合成スキームの工程(a)及び(b)を含む方法により合成することができる。以下においては、本発明の一般式(Ib)の化合物を例にして説明するが、それ以外の化合物も同様の方法により合成することができる。
Figure 2014136781

式(II)、(III)中、R〜R及びXは、式(I)で定義した通りである。また、式(II)のTBDMSは、tert−ブチルジメチルシリル基を意味する。
(1)工程(a)
4−ブロモイソフタル酸を、DCC、DMAPと共にジクロルメタン等の溶媒中に加え撹拌し、そこにtBuOHを溶かしたジクロルメタンを加え室温で一晩程度攪拌することにより、4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルを合成することができる。
(2)工程(b)
乾燥させアルゴン置換したフラスコに、工程(a)で得た4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルと脱水THFを加え、−78℃に冷却後、0.5〜0.7当量のsec−BuLiを滴下し、その直後(好ましくは、10秒〜30秒後)に一般式(II)で表される化合物を脱水THF5mLに溶解したものを加え、室温に戻す。室温で1時間攪拌後、HClなどの酸を加えて攪拌し、ジクロルメタン等の溶媒で抽出し、乾燥させたのちに残渣にTFA5mLを加え室温で1時間撹拌することにより、一般式(III)で表される化合物を合成することができる。
なお、一般式(II)で表される化合物は、国際公開WO2012/111817等を参照して合成することができる。
(3)工程(c)
工程(b)で得られた一般式(III)で表される化合物、2当量の5−アミノBAPTA−テトラアセトキシメチルエステル、2.5当量のHATU、2.5当量のHOBt、をDMF等の溶媒に溶解させ、室温で一晩程度撹拌することにより、一般式(Ib)で表される化合物を得ることができる。
なお、5−アミノBAPTA−テトラアセトキシメチルエステルに代えて、前記した(A)から(J)で表される捕捉基を与える化合物(例えば、N,N−ビス(2−ピリジニルメチル)−1,4−ベンゼンジアミン)を用いることにより、一般式(I)、(Ia)で表される化合物を同様に合成することができる。
本発明の一般式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される化合物又はその塩は測定対象物質の捕捉前には実質的に無蛍光であり、測定対象物質の捕捉後には高強度の赤色蛍光を発する性質を有していることから、測定対象物質の測定のための蛍光プローブとして使用することができる。本明細書において用いられる「測定」という用語は、定量、定性、又は診断などの目的で行われる測定、検査、検出などを含めて、最も広義に解釈しなければならない。
本発明の蛍光プローブを用いた測定対象物の測定方法は、一般的には、(a)上記式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される化合物と測定対象物質とを接触させてRのうちの捕捉基(又はR1a、R1b)及び/又はRの捕捉基により測定対象物質を捕捉させる工程、及び(b)上記工程(a)で生成した化合物(Rのうちの捕捉基に金属イオンがキレート結合した化合物や、測定対象物質の捕捉後に化学構造が変化し、例えば環状構造を形成したり、開環するなどの化学修飾を受けた化合物、及び/又はRが測定対象物質の補足後に切断されるなどの化学修飾を受けた化合物に相当する)の蛍光を測定する工程を含んでいる。例えば、生理食塩水や緩衝液などの水性媒体、又はエタノール、アセトン、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの水混合性の有機溶媒と水性媒体との混合物などに本発明の蛍光プローブ又はその塩を溶解し、細胞や組織を含む適切な緩衝液中にこの溶液を添加して、測定対象物質との接触の前後における蛍光スペクトルを測定すればよい。
測定対象物質を捕捉後の化合物の蛍光の測定は通常の方法で行うことができ、インビトロで蛍光スペクトルを測定する方法や、バイオイメージングの手法を用いてインビボで蛍光スペクトルを測定する方法などを採用することができる。例えば、定量を行う場合には、常法に従って予め検量線を作成しておくことが望ましい。例えば、励起波長として582nm程度、蛍光波長が598nm程度の蛍光を測定することができる。
本発明の蛍光プローブは、必要に応じて試薬の調製に通常用いられる添加剤を配合して組成物として用いてもよい。例えば、生理的環境で試薬を用いるための添加剤として、溶解補助剤、pH調節剤、緩衝剤、等張化剤などの添加剤を用いることができ、これらの配合量は当業者に適宜選択可能である。これらの組成物は、粉末形態の混合物、凍結乾燥物、顆粒剤、錠剤、液剤など適宜の形態の組成物として提供される。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。
[実施例1]
(1)ZnTM−1(5−[[[4−[[2−[ビス(2−ピリジニルメチル)アミノ]エチル]アミノ]フェニル]アミノ]カルボニル]−2−(1,8−ジフルオロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−安息香酸)の合成
以下のスキーム1に従って、Zn2+検出蛍光プローブZnTM−1を合成した。
Figure 2014136781
Figure 2014136781
工程(a):4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルの合成
Figure 2014136781
4−ブロモイソフタル酸(6.20g、25.3mmol)、DCC(13.1g、63.5mml)、DMAP(60mg、0.49mmol)をジクロルメタン(100mL)に加え撹拌した。そこにtBuOH(12mL)を溶かしたジクロルメタン(20mL)をゆっくりと加え室温で一晩攪拌した。反応液を食塩水で洗った後に、有機層をNaSOで乾燥させて溶媒を除去した後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、4/1ヘキサン/ジクロルメタン)で精製することにより、4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチル(6.09g、17.4mmol、収率67%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ 1.59 (s, 9H), 1.62 (s, 9H), 7.66 (d, 1H, J = 8.1 Hz), 7.86 (dd, 2H, J = 8.1, 2.1 Hz), 8.24 (d, 1H, J = 2.1 Hz);
HRMS (ESI+): m/z Found 379.0552, calculated 379.0521 for [M+Na]+ (3.1 mmu).
工程(b):2,4−diCOOH DFTM(4−(1,8−ジフルオロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−1,3−ベンゼンジカルボン酸)の合成
Figure 2014136781
乾燥させアルゴン置換したフラスコに、4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチル(357mg、1.00mmolと脱水THF(10mL)を加えた。−78℃に冷却後、1Msec−BuLi(0.6mmol)を滴下し、30秒後に4,5−ジフルオロ−3,6−diOTBDMS−Si−キサントン(その合成方法は国際公開WO2012/111817等を参照)(10.3mg、0.019mmol)を脱水THF5mLに溶解したものを加え、室温に戻した。室温で1時間攪拌後、2NのHClを10mL加えて20分間攪拌した。それをジクロルメタンで抽出して食塩水で洗った。有機層をNaSOで乾燥させ、溶媒を除去した後、残渣にTFA(2mL)を加えて室温で1時間攪拌した。溶媒を除去した後、HPLCで部分的に精製して2,4−diCOOH DFTM(crude、3.8mg、0.0084mmol、44%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CD3COCD3): δ 0.69 (s, 3H), 0.82 (s, 3H), 6.81 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.04 (dd, 2H, J = 10.3, 8.8 Hz), 7.32 (d, 1H, J = 8.1 Hz), 8.31 (dd, 1H, J = 8.1, 1.5 Hz), 8.47 (s, 1H)
HRMS (ESI+): m/z Found 455.0750, calculated 455.0763 for [M+H]+ (-1.3 mmu).
工程(c):N−(2,2−ジメトキシエチル)−N−ピリジニルメチル−2−ピリジンメタンアミンの合成
Figure 2014136781
乾燥させたフラスコに、2,2’−ジピコリルアミン(1.8mL、10.0mmol)と2−ブロモ−1,1−ジメトキシエタン(4.8mL、40.6mmol)、NaCO(10.0g、94.3mmol)を加え、アセトニトリル(40mL)に溶解させ、80℃で三晩加熱還流した。不溶物をろ過によって除き、溶媒を除去した後、カラムクロマトグラフィー(シリガゲル、19/1ジクロルメタン/メタノール)で精製することによりN−(2,2−ジメトキシエチル)−N−ピリジニルメチル−2−ピリジンメタンアミン(1.93g、6.72mmol、収率67%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CDCl3 ): δ 2.79 (d, 2H, J = 5.1 Hz), 3.29 (s, 3H), 3.93 (s, 4H), 4.54 (t, 1H, J = 5.1 Hz), 7.14 (t, 2H, J = 5.9 Hz), 7.56 (d, 2H, J = 8.1 Hz), 7.66 (td, 2H, J = 7.7, 1.5 Hz), 8.52 (d, 2H, J = 4.4 Hz);
13C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ 53.5, 55.6, 60.9, 103.6, 121.9, 123.0, 136.3, 148.9, 159.7;
HRMS (ESI+): m/z Found 310.1490, calculated 310.1532 for [M+Na]+ (-4.2 mmu).
工程(d):2−[ビス(2−ピリジニルメチル)アミノ]−1,1−エタンジオールの合成
Figure 2014136781
N−(2,2−ジメトキシエチル)−N−ピリジニルメチル−2−ピリジンメタンアミン(574mg、2.00mmol)に1NのHClを30mL加え、室温で7時間撹拌した。飽和NaHCO溶液を加えて塩基性にした後、ジクロルメタンで抽出して食塩水で洗った。有機層をNaSOで乾燥させ、溶媒を除去することにより2−[ビス(2−ピリジニルメチル)アミノ]−1,1−エタンジオール(470mg、1.95mmol、収率95%)を得た。
1H-NMR (400 MHz, CD3OD ): δ 2.73 (t, 2H, J = 4.8 Hz), 3.92 (d, 2H, J = 2.4 Hz), 4.65 (t, 1H, J = 4.8 Hz), 7.26 (dd, 2H, J = 6.4, 4.8 Hz), 7.63 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 7.78 (td, 2H, J = 7.6, 1.6 Hz), 8.42 (d, 2H, J = 4.8 Hz)
13C-NMR (75 MHz, CD3OD): δ 60.4, 61.8, 98.4, 123.7, 124.9, 138.6, 149.3, 160.7
HRMS (ESI+): m/z Found 264.1094, calculated 264.1113 for [M-H2O+Na]+ (-1.9 mmu)
工程(e):N−Boc−1,4−フェニレンジアミンの合成
Figure 2014136781
1,4−フェニレンジアミン(1.15g、10.6mmol)をジクロルメタン(50mL)に溶解させアルゴン置換した後0℃に冷やして撹拌した。その溶液に二炭酸ジtertブチル(463mg、2.1mmol)をジクロルメタン(10mL)に溶解させた液をゆっくりと滴下し、0℃で3.5時間撹拌した。溶媒を除去した後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、1/1酢酸エチル/ヘキサン)で精製することによりN−Boc−1,4−フェニレンジアミン(419mg、2.01mmol、収率97%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CDCl3 ): δ 1.52 (s, 9H), 6.63 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.13 (d, 2H, J = 8.8 Hz);
13C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ 28.3, 79.9, 115.5, 120.9, 139.6, 142.3, 153.3;
HRMS (ESI+): m/z Found 209.1322, calculated 209.1290 for [M+H]+ (3.2 mmu).
工程(f):2−COOH−4−COPDA DFTM(5−[[(4−アミノフェニル)アミノ]カルボニル]−2−(1,8−ジフルオロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9− ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−安息香酸)の合成
Figure 2014136781
2,4−diCOOH DFTM(3.8mg、0.0084mmol)、HATU(15.2mg、0.042mmol)、HOBt(6.0mg、0.039mmol)、N−Boc−1,4−フェニレンジアミン(20.8mg、0.100mmol)をDMF(1mL)に溶解させ、DIEA(12.9mg、0.100mmol)を加えて室温で6時間攪拌した。AcOEt(20mL)を加え、2NのHClで洗い、食塩水で洗った。有機層をNaSOで乾燥させ、溶媒を除去した後、HPLCで精製して2−COOH−4−COPDA DFTM(2.1mg、0.0039mmol、収率46%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CD3OD ): 0.69 (s, 3H), 0.82 (s, 3H), 6.71 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.90 (t, 2H, J = 9.2 Hz), 7.23-7.25 (m, 3H), 7.79 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 8.20 (d, 1H, J = 8.1 Hz), 8.47 (s, 1H);
HRMS (ESI+): m/z Found 545.1382, calculated 545.1344 for [M+H]+ (3.8 mmu).
工程(g):ZnTM−1(5−[[[4−[[2−[ビス(2−ピリジニルメチル)アミノ]エチル]アミノ]フェニル]アミノ]カルボニル]−2−(1,8−ジフルオロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−安息香酸)の合成
Figure 2014136781
2−COOH−4−COPDA DFTM(2.1mg、0.0039mmol)、2−[ビス(2−ピリジニルメチル)アミノ]−1,1−エタンジオール(9.6mg、0.033mmol)、NaSO(10mg)をメタノール(3mL)に溶解させ、室温で2時間撹拌した後、NaBHCN(2.1mg、0.033mmol)を加えて室温で一晩攪拌した。飽和NHCl水溶液を加えて中和した後、ジクロルメタンで抽出し、食塩水で洗い、有機層をNaSOで乾燥させ、溶媒を除去した後、HPLCで精製してZnTM−1(0.7mg、0.00091mmol、収率24%)を得た。
1H-NMR (400 MHz, acetone-d6 ): 0.69 (s, 3H), 0.82 (s, 3H), 3.47-3.62 (m, 4H), 4.63 (s, 4H), 6.67 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.79 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.05 (t, 2H, J = 9.3 Hz), 7.32 (d, 1H, J = 8.3 Hz), 7.44 (t, 2H, J = 6.1 Hz), 7.56 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.65 (d, 2H, J = 7.3 Hz), 7.92 (td, 2H, J = 7.7, 2.1 Hz), 8.28 (d, 1H, J = 8.3 Hz), 8.45 (s, 1H), 8.62 (d, 2H, J = 3.4 Hz)
HRMS (ESI+): m/z Found 770.2591, calculated 770.2610 for [M+H]+ (-1.9 mmu).
(2)ZnTM−1の光学特性の評価
得られたZnTM−1の光学特性、吸収、蛍光スペクトルのpHによる変化を図1に示す。また、ZnTM−1のZn2+添加時の吸収、蛍光スペクトルの変化を図2に示す。
pHによる変化の測定は15%DMSOを含む0.1Mリン酸ナトリウムバッファー中でZnTM−1(1μM)にて行った。
Zn2+の添加実験は15%DMSOを含む0.1MHEPESバッファー中(pH7.4)中にZnTM−1(1μM)を加えた溶液に、ZnSOを添加することによって行った。
pKは吸収極大波長の吸光度を用いて2相性のフィッティングによって求めた。Zn2+未添加時の量子収率の測定時には微量の金属イオンの影響を除外するためにEDTA(100μM)を加えて測定した。表1にZnTM−1の光学特性を示す。
Figure 2014136781
(3)ZnTM−1の細胞イメージングへの応用
ZnTM−1を用いて細胞イメージングを行った。1%のDMSOを含むハンクス平衡塩溶液(HBSS)中でHela細胞を10μMのZnTM−1とともに37℃で30分間インキュベーションした。HBSSで1回洗浄した後にHBSSを加えて落射蛍光顕微鏡IX−71(オリンパス)を用いて、励起波長565−585nm、蛍光波長600−690nmにて観察した。30秒おきに観察し、観察を開始してから2分30秒後にZnSO(50μM)とイオノフォアであるピリチオン(pyrithione)(5μM)を加え、観察を開始してから6分後に細胞膜透過性の亜鉛キレーターであるTPEN(100μM)を加えた。
図3に細胞イメージングの結果を示す。また、図3の各細胞イメージング中での各ROIにおける平均蛍光強度を図4に示す。
図3及び4から、ZnTM−1は細胞内に取り込まれ、Zn2+検出蛍光プローブとして有効に機能することが確認された。
[実施例2]
(1)CaTM−3−AM(5−[[[4−[ビス[2−[(アセチルオキシ)メトキシ]−2−オキソエチル]アミノ]−5−[2−[2−[ビス[2−[(アセチルオキシ)メトキシ]−2−オキソエチル]アミノ]フェノキシ]エトキシ]−フェニル]アミノ]カルボニル]−2−(1,8−ジクロロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−安息香酸)の合成
以下のスキーム2に従って、Ca2+検出蛍光プローブCaTM−3−AMを合成した。
Figure 2014136781
Figure 2014136781
工程(h):2,4−diCOOH DCTM(4−(1,8−ジクロロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−1,3−ベンゼンジカルボン酸)の合成
Figure 2014136781
乾燥させアルゴン置換したフラスコに、4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチル(357mg、1.00mmolと脱水THF(5mL)を加えた。−78℃に冷却後、1Msec−BuLi(0.7mmol)を滴下し、10秒後に4,5−ジクロロ−3,6−diOTBDMS−Si−キサントン(その合成方法は国際公開WO2012/111817等を参照)(40.0mg、0.0705mmol)を脱水THF5mLに溶解したものを加え、室温に戻した。室温で1時間攪拌後、2NのHClを10mL加えて20分間攪拌した。それをジクロルメタンで抽出して食塩水で洗った。有機層をNaSOで乾燥させ、溶媒を除去した後、残渣にTFA(5mL)を加えて室温で1時間攪拌した。溶媒を除去した後、HPLCで精製して2,4−diCOOH DCTM(18.1mg、0.0371mmol、収率53%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CD3OD): δ 0.91 (s, 6H), 6.87 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 6.91 (d, 2H, J = 8.8 Hz), 7.05 (d, 1H, J = 8.1 Hz), 8.21 (dd, 1H, J = 8.1, 1.5 Hz), 8.49 (d, 1H, J = 1.5 Hz)
13C-NMR (100 MHz, CD3OD): δ -0.1, 0.5, 91.4, 119.7, 124.0, 124.9, 127.8, 128.0, 128.3, 133.5, 135.6, 135.9, 137.5, 154.4, 162.3, 167.7, 171.9
HRMS (ESI+): m/z Found 487.0210, calculated 487.0171 for [M+H]+ (3.9 mmu).
工程(i):CaTM−3−AM(5−[[[4−[ビス[2−[(アセチルオキシ)メトキシ]−2−オキソエチル]アミノ]−5−[2−[2−[ビス[2−[(アセチルオキシ)メトキシ]−2−オキソエチル]アミノ]フェノキシ]エトキシ]−フェニル]アミノ]カルボニル]−2−(1,8−ジクロロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−安息香酸)の合成
2,4−diCOOH DCTM(9.8mg、0.020mmol)、5−アミノBAPTA−テトラアセトキシメチルエステル(31.2mg、0.040mmol)、HATU(18.5mg、0.050mmol)、HOBt(7.7mg、0.050mmol)、をDMF(1mL)に溶解させ、室温で一晩撹拌した。溶媒を除去した後、HPLCで精製してCaTM−3−AM(8.6mg、0.0069mmol、収率34%)を得た。
1H-NMR (300 MHz, CD3OD): δ 0.84 (s, 3H), 1.00 (s, 3H), 2.00 (s, 6H), 2.02 (s, 6H), 4.17 (s, 8H), 4.30 (s, 4H), 5.58 (s, 4H), 5.59 (s, 4H), 6.83-7.09 (m, 9H), 7.08 (d, 1H, J = 8.1 Hz), 7.17 (dd, 1H, J = 8.8, 2.2 Hz), 7.46 (d, 1H, J = 2.2 Hz), 8.11 (dd, 1H, J = 8.1, 1.5 Hz), 8.44 (s, 1H);
HRMS (ESI+): m/z Found 1248.2420, calculated 1428.2451 for [M+H]+ (-3.1 mmu).
(2)CaTM−3−AMの細胞イメージングへの応用
CaTM−3−AMを用いて生細胞Ca2+イメージングを行った。その有用性について検討するために、ベンゼン環の2位がカルボキシ基ではなくメチル基であるCaTM−2−AM(N−[2−[(アセチルオキシ)メトキシ]−2−オキソエチル]−N−[2−[2−[2−[ビス[2−[(アセチルオキシ)メトキシ]−2−オキソエチル]アミノ]−5−[[4−(1,8−ジクロロ−2,9−ジヒドロ−7−ヒドロキシ−9,9−ジメチル−2−オキソ−9−シラアントラセン−10−イル)−3−メチルベンゾイル]アミノ]フェノキシ]エトキシ]フェニル]−グリシン(アセチルオキシ)メチルエステル)と比較した。0.03%のDMSOを含むハンクス平衡塩溶液(HBSS)中でHela細胞を3μMのCaTM−2−AMまたはCaTM−3−AMとともに37℃で30分間インキュベーションした。HBSSで3回洗浄した後にHBSSを加えて共焦点顕微鏡SP5(Leica)で、励起波長590nm、蛍光波長610−680nmにて観察した。その結果を図5に示す。
図5から、ベンゼン環の2位がカルボキシ基を導入したCaTM−3−AMではCaTM−2−AMに比べてより明るい蛍光像が得られていることが分かる。このことから、CaTM−3−AMでは細胞内により多くの量の蛍光プローブが取り込まれていることが示される。
また、CaTM−3−AMを加えた細胞を用いてヒスタミンとイオノマイシンによる刺激時のCa2+イメージングを行った。観察を開始してから1分後にヒスタミン塩酸塩(1μM)を加え、観察を開始してから4分後にイオノマイシン(5μM)を加えた。その結果を図6に示す。また、図6中のa,b,cの各時点での蛍光像を図7に示す。図6及び7から、CaTM−3−AMを用いることにより、ヒスタミンとイオノマイシンによる刺激時の細胞内でのCa2+の変化を的確に捉えることができることが示される。

Claims (11)

  1. 下記の一般式(I):
    Figure 2014136781

    (式中、Rはベンゼン環上に存在する1ないし4個の同一又は異なる一価の置換基(ただし該置換基のうちの少なくとも1個は測定対象物質に対する捕捉基として作用する置換基である)を示し;R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示し;R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜6個のアルキル基又はアリール基を示し;R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6個のアルキル基、又はハロゲン原子を示し;Rは測定対象物質に対する捕捉基として作用する置換基、水素原子、アルキルカルボニル基、又はアルキルカルボニルオキシメチル基を示し;Xは珪素原子、ゲルマニウム原子、又はスズ原子を示す)で表される化合物又はその塩。
  2. Xが珪素原子又はゲルマニウム原子である請求項1に記載の化合物又はその塩。
  3. のうち捕捉基がプロトン、金属イオン、低酸素環境、又は活性酸素種を捕捉するための捕捉基である請求項1又は2に記載の化合物又はその塩。
  4. のうち捕捉基がカルシウムイオンを捕捉するための捕捉基である請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物又はその塩。
  5. のうちの捕捉基がスペーサーを介してベンゼン環に結合している請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物又はその塩。
  6. 以下の一般式(Ia):
    Figure 2014136781

    Figure 2014136781

    (式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りであり;
    201、R202、R203、及びR204が、カルボキシ基又はアルカノイルオキシアルキルオキシカルボニル基であり;
    205及びR206がそれぞれ独立に水素原子、C1−6アルキル基、ニトロ基、又はハロゲン原子を示す)で表される、請求項1に記載の化合物又はその塩。
  7. 以下の一般式(Ib):
    Figure 2014136781

    (式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)で表される、請求項6に記載の化合物又はその塩。
  8. のうち捕捉基がプロトン、活性酸素種、糖加水分解酵素を捕捉するための捕捉基である請求項1〜7のいずれか1項に記載の化合物又はその塩。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の化合物又はその塩を含む蛍光プローブ。
  10. (a)4ブロモイソフタル酸とt−ブチルアルコールとを反応させて4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルを得る工程、
    (b)4−ブロモイソフタル酸ジ−tert−ブチルとsec−ブチルリチウムとを反応させ、その直後に、以下の式(II)で表される化合物を添加し、その後、酸を添加して式(III)の化合物を得る工程、

    Figure 2014136781

    (式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)
    Figure 2014136781

    (式中、R〜R及びXは、上記で定義した通りである)
    を含む、式(I)の化合物を調製する方法。
  11. 測定対象物質の測定方法であって、下記の工程:(a)請求項1〜8のいずれか1項に記載の化合物又はその塩と測定対象物質とを接触させる工程、及び(b)上記工程(a)で生成した測定対象物質の捕捉後の化合物の蛍光強度を測定する工程を含む方法。
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