BODIPY
| |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК
5,5-Дифтор-5 H -4λ 5 -дипирроло[1,2- c :2',1'- f ][1,3,2]диазаборинин-4-илий-5-уид | |
| Другие имена
дифторид дипиррометебора
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| 8139995 | |
| КЭБ | |
| ХЭМБЛ | |
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID
|
|
| Характеристики | |
| С 9 Ч 7 Б Ж 2 Н 2 | |
| Молярная масса | 191.98 g/mol |
| Появление | красное кристаллическое вещество [1] |
| Температура плавления | 450 °С [1] |
| Растворимость | метанол, дихлорметан [1] |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
BODIPY — это общее техническое название химического соединения формулы C.
99Ч
77БН
22F
2 , молекула которого состоит из дифторида бора группы BF
2 присоединен к дипиррометеновой группе C
99Ч
7 Н
2 ; в частности, соединение 4,4-дифтор-4-бора-3а,4а-диаза -с -индацен по номенклатуре ИЮПАК . [1] Общее название представляет собой аббревиатуру от «бор-дипиррометен». Это красное кристаллическое твердое вещество, стабильное при температуре окружающей среды, растворимое в метаноле. [1]
Само соединение было выделено только в 2009 году. [2] [1] [3] но многие производные, формально полученные путем замены одного или нескольких атомов водорода другими функциональными группами, известны с 1968 года и составляют важный класс красителей BODIPY . [4] Эти борорганические соединения вызвали большой интерес в качестве флуоресцентных красителей и маркеров в биологических исследованиях. [1]
Структура
[ редактировать ]В своей кристаллической твердой форме ядро BODIPY почти, но не полностью, плоское и симметричное; за исключением двух атомов фтора, которые лежат на перпендикулярной биссектрисе. [1] Его связь можно объяснить, если предположить формальный отрицательный заряд на атоме бора и формальный положительный заряд на одном из атомов азота.
Синтез
[ редактировать ]BODIPY и его производные могут быть получены взаимодействием соответствующих производных 2,2'-дипиррометена с трифторид бора - диэтиловый эфир комплексом ( BF
3 · (С
22Ч
5 )
2 O ) в присутствии триэтиламина или 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ена (ДБУ). [1] Трудность синтеза была связана с нестабильностью обычного предшественника дипиррометена, а не самого BODIPY. [1] [5]
Предшественники дипиррометена получают из подходящих производных пиррола несколькими способами. Обычно одно альфа-положение в используемых пирролах замещено, а другое свободно. Конденсация такого пиррола, часто получаемого в результате синтеза пиррола Кнорра , с ароматическим альдегидом в присутствии трифторуксусной кислоты дает дипиррометан, который окисляется до дипиррометена с использованием хинонового окислителя, такого как DDQ. [1] или п-хлоранил . [6]
Альтернативно дипиррометены получают обработкой пиррола активированным производным карбоновой кислоты, обычно ацилхлоридом. Несимметричные дипиррометены можно получить конденсацией пирролов с 2-ацилпирролами. Промежуточные дипиррометаны можно выделить и очистить, но выделение дипиррометенов обычно затруднено из-за их нестабильности.
Производные
[ редактировать ]
Ядро BODIPY имеет богатый химический состав производных из-за высокой толерантности к заменам в исходных материалах пиррола и альдегида (или ацилхлорида). [5]
Атомы водорода в положениях 2 и 6 циклического ядра могут быть заменены атомами галогена с использованием сукцинимидных реагентов, таких как NCS , NBS и NIS , что позволяет провести дальнейшую пост-функционализацию посредством реакций сочетания палладия с боронатными эфирами, реагентами олова и т. д. [5]
Два атома фтора на атоме бора могут быть заменены во время или после синтеза другими сильными нуклеофильными реагентами, такими как литированные алкины или арильные соединения. [5] хлор , [6] метокси , [6] или двухвалентный «ремешок». [9] Реакцию катализируют BBr 3 или SnCl 4 . [10]
флуоресценция
[ редактировать ]BODIPY и многие его производные недавно привлекли внимание как флуоресцентные красители с уникальными свойствами. Они сильно поглощают УФ-излучение и переизлучают его в очень узком диапазоне частот с высокими квантовыми выходами , в основном на длинах волн ниже 600 нм . Они относительно нечувствительны к полярности и pH окружающей среды и достаточно стабильны к физиологическим условиям. Небольшие модификации их структуры позволяют настроить характеристики их флуоресценции. [7] Красители BODIPY относительно химически инертны. Флуоресценция гасится в растворе, что ограничивает применение. Эта проблема была решена путем синтеза асимметричных комплексов бора и замены групп фтора фенильными группами.
Незамещенный BODIPY имеет широкую полосу поглощения примерно от 420 до 520 нм (с максимумом при 503 нм) и широкую полосу испускания примерно от 480 до 580 нм (максимум при 512 нм) со временем жизни флуоресценции 7,2 нс . Его квантовый выход флуоресценции около 1, что больше, чем у замещенных красителей BODIPY, и сравнимо с выходом родамина и флуоресцеина , но флуоресценция теряется при температуре выше 50 ° C. [2]
Красители BODIPY отличаются уникально малым стоксовским сдвигом , высокими, независимыми от окружающей среды квантовыми выходами флуоресценции , часто приближающимися к 100% даже в воде, острыми пиками возбуждения и эмиссии, способствующими общей яркости, а также высокой растворимостью во многих органических растворителях. Сочетание этих качеств делает флуорофоры BODIPY перспективными для визуализации. Положение полос поглощения и эмиссии практически не меняется в растворителях различной полярности, поскольку изменение постоянного дипольного момента при возбуждении мало.
Возможные применения
[ редактировать ]Преимуществами BODIPY являются низкая фотодеградация, низкая токсичность и полярность, высокая биосовместимость, нейтральность заряда и высокий квантовый выход флуоресценции, что делает BODIPY эффективными маркерами. [11] [12] Конъюгаты BODIPY широко изучаются в качестве потенциальных сенсоров и для маркировки биообъектов (например, клеточных органелл). [13] [14] [15] [16] используя его легко настраиваемые оптоэлектронные свойства. [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]
Многочисленные производные BODIPY исследуются в качестве электроактивных частиц для однокомпонентных окислительно-восстановительных проточных батарей . [24] В последние годы производные BODIPY также исследуются в качестве фотосенсибилизаторов для применения в фотодинамической терапии. [25] и фотокатализ. [26]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к К. Трамвай; Х. Ян; Х.А. Дженкинс; С. Васильев; Д. Брюс (2009). «Синтез и кристаллическая структура незамещенного 4,4-дифтор-4-бора-3а,4а-диаза-с-индацена (BODIPY)». Красители и пигменты . 82 (3): 392–395. дои : 10.1016/j.dyepig.2009.03.001 .
- ^ Jump up to: а б А. Шмитт; Б. Хинкельди; М. Вильд; Г. Юнг (2009). «Синтез основного соединения класса красителей BODIPY: 4,4'-дифтор-4-бора-(3а,4а)-диаза-с-индацен». Дж. Флюоресц . 19 (4): 755–759. дои : 10.1007/s10895-008-0446-7 . ПМИД 19067126 . S2CID 7012021 .
- ^ Эй Джей Арройо; Р. Ху; Г. Мерино; БЗ Тан; Э. Пенья-Кабрера (2009). «Самый маленький и один из самых ярких. Эффективное получение и оптическое описание исходной борондипиррометеновой системы». Дж. Орг. Хим . 74 (15): 5719–22. дои : 10.1021/jo901014w . ПМИД 19572588 .
- ^ Альфред Трейбс и Франц-Генрих Крейцер. Дифторборильные комплексы ди- и трипиррилметенов. Анналы химии Юстуса Либиха 1968, 718 (1): 208–223. doi: 10.1002/jlac.19687180119
- ^ Jump up to: а б с д Берджесс, Кевин (октябрь 2007 г.). «Красители BODIPY и их производные: синтез и спектроскопические свойства». Химические обзоры . 107 (11): 4891–4932. дои : 10.1021/cr078381n . ПМИД 17924696 .
- ^ Jump up to: а б с Гроувс, Брэндон Р.; Кроуфорд, Сара М.; Лундриган, Трэвис; Матта, Шериф Ф.; Солати-Хаджин, Шахин; Томпсон, Элисон (2013). «Синтез и характеристика незамещенного дипиррина и 4,4-дихлор-4-бора-3а,4а-диаза-с-индацена: улучшенный синтез и функционализация простейшего каркаса BODIPY». хим. Коммун . 49 (8): 816–818. дои : 10.1039/c2cc37480c . ПМИД 23235887 .
- ^ Jump up to: а б Аврора Луде и Кевин Берджесс (2007): «Красители BODIPY и их производные: синтез и спектроскопические свойства». Chemical Reviews , том 107, выпуск 11, страницы 4891–4932. два : 10.1021/cr078381n
- ^ Чжун-Хуа Пань; Гэн-Гэн Ло; Цзин-Вэй Чжоу; Цзю-Сюй Ся; Кай Фанг; Руй-Бо Ву (2014). «Простой флуоресцентный хемосенсор на основе BODIPY-анилина с множеством логических операций для обнаружения pH и газа CO2». Транзакции Далтона . 43 (22): 8499–507. дои : 10.1039/C4DT00395K . ПМИД 24756338 .
- ^ Стачелек, Патриция; Алсимари, Абдулрахман А.; Алноман, Руа Б.; Гарриман, Энтони; Найт, Джулиан Г. (16 марта 2017 г.). «Термически активированная замедленная флуоресценция в O,B,O- и N,B,O-связанных производных дипиррометена бора». Журнал физической химии А. 121 (10): 2096–2107. Бибкод : 2017JPCA..121.2096S . дои : 10.1021/acs.jpca.6b11131 . ISSN 1089-5639 . ПМИД 28245114 .
- ^ Сырбу, Дмитрий; Беннистон, Эндрю К.; Гарриман, Энтони (07 апреля 2017 г.). «Однореакторный синтез моно-O,B,N-производного BODIPY, демонстрирующего яркую флуоресценцию в твердом состоянии». Органические письма . 19 (7): 1626–1629. doi : 10.1021/acs.orglett.7b00435 . ISSN 1523-7060 . ПМИД 28319396 .
- ^ Лу, Хуа; Мак, Джон; Ян, Юнчао; Шен, Чжэнь (2014). «Стратегии структурной модификации для рационального проектирования BODIPY красной / NIR-области» . хим. Соц. Преподобный . 43 (13): 4778–4823. дои : 10.1039/C4CS00030G . ISSN 0306-0012 . ПМИД 24733589 .
- ^ Ван, Дунчуань; Фан, Цзянли; Гао, Синьцинь; Ван, Биншуай; Сунь, Шиго; Пэн, Сяоцзюнь (16 октября 2009 г.). «Карбоксильные красители BODIPY из бикарбоновых ангидридов: приготовление в одной ванне, спектральные свойства, фотостабильность и биомаркировка» . Журнал органической химии . 74 (20): 7675–7683. дои : 10.1021/jo901149y . ISSN 0022-3263 . ПМИД 19772337 .
- ^ Перронет, К.; Буйер, П.; Уэстбрук, Н.; Солер, Н.; Фурми, Д.; Ёсидзава, С. (ноябрь 2007 г.). «Одномолекулярное флуоресцентное обнаружение молекул BODIPY-FL для мониторинга синтеза белка» . Журнал люминесценции . 127 (1): 264–268. Бибкод : 2007JLum..127..264P . дои : 10.1016/j.jlumin.2007.02.051 .
- ^ Купер, Марк С.; Сзето, Дэниел П.; Соммерс-Херивел, Грег; Топчевский, Яцек; Солница-Крезель, Лила; Канг, Хи-Чол; Джонсон, Иэн; Кимельман, Дэвид (февраль 2005 г.). «Визуализация морфогенеза трансгенных эмбрионов рыбок данио с использованием красителя на основе метилового эфира BODIPY TR в качестве жизненно важного контрастного красителя для GFP» . Динамика развития . 232 (2): 359–368. дои : 10.1002/dvdy.20252 . ISSN 1058-8388 . ПМИД 15614774 .
- ^ Guseva, Galina B.; Antina, Elena V.; Berezin, Mikhail B.; Ksenofontov, Alexander A.; Bocharov, Pavel S.; Smirnova, Anastassia S.; Pavelyev, Roman S.; Gilfanov, Ilmir R.; Pestova, Svetlana V.; Izmest'ev, Evgeny S.; Rubtsova, Svetlana A.; Kayumov, Airat R.; Kiselev, Sergei V.; Azizova, Zulfiya R.; Ostolopovskaya, Olga V. (March 2022). "Conjugate of meso-carboxysubstituted-BODIPY with thioterpenoid as an effective fluorescent probe: Synthesis, structure, spectral characteristics, and molecular docking" . Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy . 268 : 120638. Bibcode : 2022AcSpA.26820638G . doi : 10.1016/j.saa.2021.120638 . PMID 34840052 . S2CID 244408920 .
- ^ Кауфман, Николь Э.М.; Мэн, Цяньли; Гриффин, Кейтлин Э.; Сингх, Ситаншу С.; Дахал, Ачют; Чжоу, Цзэхуа; Фрончек, Фрэнк Р.; Матис, Дж. Майкл; Джойс, Ситарама Д.; Висенте, М. Граса Х. (11 апреля 2019 г.). «Синтез, характеристика и оценка биоконъюгатов бор-дипиррометена ближнего ИК-диапазона для маркировки аденокарцином путем избирательного воздействия на рецептор эпидермального фактора роста» . Журнал медицинской химии . 62 (7): 3323–3335. doi : 10.1021/acs.jmedchem.8b01746 . ISSN 0022-2623 . ПМК 6693348 . ПМИД 30835998 .
- ^ Сырбу, Дмитрий; Лули, Саймир; Лесли, Джек; Окли, Фиона; Беннистон, Эндрю К. (17 мая 2019 г.). «Улучшенная оптическая визуализация in vivo воспалительной реакции на острое повреждение печени у мышей C57BL/6 с использованием очень яркого красителя BODIPY, работающего в ближнем инфракрасном диапазоне». ХимМедХим . 14 (10): 995–999. дои : 10.1002/cmdc.201900181 . ISSN 1860-7179 . ПМИД 30920173 . S2CID 85544665 .
- ^ Ковада, Тосиюки; Маэда, Хироки; Кикучи, Казуя (2015). «Зонды на основе BODIPY для флуоресцентной визуализации биомолекул в живых клетках». Обзоры химического общества . 44 (14): 4953–4972. дои : 10.1039/C5CS00030K . ПМИД 25801415 .
- ^ Ни, Ён; Ву, Цзишань (2014). «Красители BODIPY в дальнем красном и ближнем инфракрасном диапазоне: синтез и применение флуоресцентных зондов pH и биовизуализации». Органическая и биомолекулярная химия . 12 (23): 3774–91. дои : 10.1039/c3ob42554a . ПМИД 24781214 .
- ^ Абрахамс, Хайди; Хэмблин, Майкл Р. (2016). «Новые фотосенсибилизаторы для фотодинамической терапии» . Биохимический журнал . 473 (4): 347–364. дои : 10.1042/BJ20150942 . ПМЦ 4811612 . ПМИД 26862179 .
- ^ Лу, Хуа; Мак, Джон; Ян, Юнчао; Шен, Чжэнь (2014). «Стратегии структурной модификации для рационального проектирования BODIPY красной / ближней ИК-области». хим. Соц. Преподобный . 43 (13): 4778–4823. дои : 10.1039/C4CS00030G . ПМИД 24733589 .
- ^ Ронкали, Жан (2009). «Молекулярные объемные гетеропереходы: новый подход к органическим солнечным элементам». Отчеты о химических исследованиях . 42 (11): 1719–1730. дои : 10.1021/ar900041b . ПМИД 19580313 .
- ^ Ким, Ха На; Рен, Вэнь Сю; Ким, Чон Сын; Юн, Джуён (2012). «Флуоресцентные и колориметрические датчики для обнаружения ионов свинца, кадмия и ртути». хим. Соц. Преподобный . 41 (8): 3210–3244. дои : 10.1039/C1CS15245A . ПМИД 22184584 .
- ^ Косваттаарачи, Анджула М.; Фридман, Алан Э.; Кук, Тимоти Р. (2016). «Характеристика красителя BODIPY как активного вещества для проточных окислительно-восстановительных батарей» . ChemSusChem . 9 (23): 3317–3323. Бибкод : 2016ЧСЧ...9.3317К . дои : 10.1002/cssc.201601104 . ПМИД 27863048 .
- ^ Турксой, Абдуррахман; Йылдыз, Дениз; Аккая, Энгин У. (15 января 2019 г.). «Фотосенсибилизация и контролируемая фотосенсибилизация красителями BODIPY» . Обзоры координационной химии . Новые и умные фотосенсибилизаторы от молекулы до наночастицы. 379 : 47–64. дои : 10.1016/j.ccr.2017.09.029 . hdl : 11693/52868 . ISSN 0010-8545 . S2CID 104018445 .
- ^ Де Бонфилс, Пол; Пео, Луи; Монахиня, Пьеррик; Коффард, Винсент (26 марта 2021 г.). «Состояние фотокатализаторов на основе бодипи в органическом синтезе» . Европейский журнал органической химии . 2021 (12): 1809–1824. дои : 10.1002/ejoc.202001446 . ISSN 1434-193Х . S2CID 233683967 .