一種選擇性SO2熒光探針的合成及性能

陳 挺, 胡曰富, 劉琳霞, 齊慶蓉

(四川大學(xué) 華西藥學(xué)院 靶向藥物與釋藥系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室四川省植物來源工程實(shí)驗(yàn)室和四川省小分子藥物精準(zhǔn)化工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610041)

香豆素廣泛存在于自然界，化學(xué)結(jié)構(gòu)為苯并α-吡喃酮，具有良好的光穩(wěn)定性和制備簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。香豆素結(jié)構(gòu)易修飾，取代基的引入可以改變其衍生物的光化學(xué)性質(zhì)，因此常用于小分子熒光探針的設(shè)計(jì)與合成。Yin等[13]將二乙氨基和醛基引入香豆素母核，設(shè)計(jì)合成了一個(gè)SO2熒光增強(qiáng)型探針，二乙氨基和醛基的推拉電子效應(yīng)使得探針本身表現(xiàn)出熒光淬滅，當(dāng)與SO2響應(yīng)后熒光顯著增強(qiáng)，響應(yīng)時(shí)間為10 min，檢出限為2.0 μM， Yu等[14]在香豆素母核結(jié)構(gòu)與響應(yīng)基團(tuán)之間引入一個(gè)共軛雙鍵，設(shè)計(jì)的熒光探針發(fā)射光譜發(fā)生紅移，發(fā)射波長為625 nm，在20% DMF緩沖體系中可實(shí)現(xiàn)對(duì)SO2的快速響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間為30 s，檢出限為58 μM， Guo等[15]將香豆素與苯并噻唑鹽通過共軛雙鍵連接，設(shè)計(jì)了一個(gè)SO2比率型熒光探針，其中苯并噻唑鹽部分作為響應(yīng)基團(tuán)，經(jīng)加成-重排反應(yīng)對(duì)SO2進(jìn)行響應(yīng)，檢出限為0.38 μM，響應(yīng)時(shí)間為5 min。

基于此，本文設(shè)計(jì)合成了一個(gè)新型的香豆素類SO2熒光探針。以4-(二乙氨基)水楊醛和丙二酸二乙酯為原料，經(jīng)Knoevenagel 縮合反應(yīng)合成7-二乙氨基香豆素(1);1經(jīng)Vilsmeier反應(yīng)引入甲酰基得到7-二乙氨基香豆素-3-甲醛(2);2與磷葉立德試劑發(fā)生Wittig反應(yīng)生成7-二乙氨基香豆素-3-丙烯醛(3)； 2,3,3-三甲基-3H-吲哚與碘甲烷發(fā)生親核反應(yīng)生成1,2,3,3-四甲基-3H-吲哚鹽(4)，最后4與3發(fā)生縮合反應(yīng)生成探針2-(4-(7-二乙氨基香豆素-3-)-丁烯基)-1,3,3-三甲基-3H-吲哚鹽(PA1, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR和HR-MS(ESI)確證。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

UV-2450型紫外可見分光光度計(jì)； Cary Eclipse FL1003M013型熒光分光光度計(jì)；Varian-Unity 400/600 MHz 型核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo))；Waters Q-TOF-Premier型質(zhì)譜儀；pHS-H25型pH計(jì)。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 化合物1的合成[15]

將4-二乙氨基水楊醛(3.86 g, 20 mmol)，丙二酸二乙酯(6.41 g, 40 mmol)和哌啶0.5 mL加入250 mL圓底燒瓶，再加入乙醇50 mL，攪拌均勻，N2保護(hù)下回流反應(yīng)8 h(TLC檢測(cè))。反應(yīng)結(jié)束后除去溶劑，再緩慢加入濃鹽酸30 mL和冰醋酸30 mL，回流反應(yīng)12 h；將反應(yīng)液冷卻至室溫，緩慢倒入200 mL冰水中，用20%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至4～5，析出大量固體。過濾，將濾餅用水洗3次，真空干燥，乙醇重結(jié)晶得淡黃色固體3.00 g，收率69.7%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.82(d,J=9.3 Hz, 1H), 7.42(d,J=8.8 Hz, 1H), 6.68(dd,J=8.9 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.51(d,J=2.5 Hz, 1H), 5.99(d,J=9.3 Hz, 1H), 3.42(q,J=7.0 Hz, 4H), 1.12(t,J=7.0 Hz, 6H)。

(2) 化合物2的合成[15]

冰浴下將DMF 5 mL緩慢滴加于5 mL 三氯氧磷中，滴畢，攪拌30 min。再將1(2.00 g, 9.21 mmol)溶于DMF 8 mL滴加到上述混合體系中，滴畢，升溫至60 ℃反應(yīng)12 h(TLC檢測(cè))。反應(yīng)停止后降至室溫，將反應(yīng)液倒入100 mL冰水中，析出大量固體。過濾，濾餅水洗3次，真空干燥，乙醇重結(jié)晶得橙黃色固體1.38 g，收率61.3%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 10.13(s, 1H), 8.25(s, 1H), 7.41(d,J=9.0 Hz, 1H), 6.64(dd,J=9.0 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.49(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.48(q,J=7.2 Hz, 4H), 1.26(t,J=7.1 Hz, 6H)。

(3) 化合物3的合成[14,16]

將2(500 mg， 2.04 mmol)和(1，3-二氧戊環(huán)-2-基甲基)-三苯基溴化磷(2.63 g， 6.12 mmol)溶解于50 mL 二氯甲烷，室溫?cái)嚢?0 min，然后加入20% NaOH溶液10 mL，繼續(xù)反應(yīng)3 h。再緩慢滴加濃鹽酸3 mL，滴畢，室溫?cái)嚢?0 min。向混合體系加入二氯甲烷50 mL，萃取分離有機(jī)層，水洗3次，有機(jī)層用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱(洗脫劑：環(huán)己烷/乙酸乙酯=2/1,V/V)層析純化得橙紅色固體470 mg，產(chǎn)率85.0%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 9.65(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.83(s, 1H), 7.45(d,J=15.8 Hz, 1H), 7.34(d,J=8.9 Hz, 1H), 7.00(dd,J=15.8 Hz, 7.8 Hz, 1H), 6.65(dd,J=9.0 Hz, 2.5 Hz, 1H), 6.51(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.46(q,J=7.4 Hz, 4H), 1.25(t,J=7.1 Hz, 6H)。

(4) 化合物4的合成[17]

將2,3,3-三甲基-3H-吲哚(4.0 g, 25.12 mmol)和碘甲烷(5.35 g, 37.68 mmol)溶于40 mL無水乙醇，80 ℃回流反應(yīng)8 h后析出大量粉色固體，停止反應(yīng)。反應(yīng)液冷卻至室溫，過濾，濾餅用少許丙酮洗滌得粉色固體5.87 g，收率77.1%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.93～7.89(m, 1H), 7.85～7.81(m, 1H), 7.66～7.59(m, 2H), 3.97(s, 3H), 2.77(s, 3H), 1.53(s, 6H)。此固體不經(jīng)純化，直接用于后續(xù)反應(yīng)。

(5) 化合物PA1的合成

將3(100 mg， 0.37 mmol)和4(111 mg， 0.37 mmol)加入10 mL無水乙醇中，攪拌均勻，氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流反應(yīng)12 h(TLC檢測(cè))。反應(yīng)液由橙紅色逐漸變?yōu)樗{(lán)紫色，停止反應(yīng)。將反應(yīng)液降至室溫，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱(洗脫劑：二氯甲烷/甲醇=60/1,V/V)層析純化得藍(lán)紫色固體76 mg，產(chǎn)率37.1%；1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 8.31(dd,J=15.3 Hz, 10.7 Hz, 1H), 8.19(s, 1H), 7.82(dt,J=7.4 Hz, 1.9 Hz, 2H), 7.74(dd,J=14.9 Hz, 10.6 Hz, 1H), 7.69～7.62(m, 1H), 7.62～7.52(m, 3H), 7.19(d,J=15.2 Hz, 1H), 6.84(dd,J=9.1 Hz, 2.4 Hz, 1H), 6.62(d,J=2.4 Hz, 1H), 3.98(s, 3H), 3.52(q,J=7.0 Hz, 4H), 1.73(s, 6H), 1.16(t,J=7.0 Hz, 6H);13C NMR(101 MHz, DMSO)δ: 180.89, 159.95, 157.05, 156.00, 152.86, 145.97, 145.69, 143.64, 142.40, 131.73, 129.34, 129.12, 123.26, 115.04, 114.55, 110.81, 109.40, 96.76, 51.93, 44.99, 34.15, 26.02, 12.91; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H31N2O2{[M+1]+} 427.2380, found 427.2375。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外-可見光譜

λ/nm

2.2 熒光發(fā)射光譜

λ/nm

λ/nm

2.3 選擇性

λ/nm

2.4 試紙實(shí)驗(yàn)