Többszörösen letört fluorogén jelzővegyületek szintézise
Date: 2016
Subject: fluoreszcens jelzővegyületek
bioortogonális kémia
vegyész mesterszak
bioortogonális kémia
vegyész mesterszak
Abstract:
Biomolekulák in vivo tanulmányozásának egyik legelterjedtebb módszere a fluoreszcens képalkotó technika, köszönhetően jó tér- és időbeli felbontásának, relatív olcsó detektálhatósá-gának és többcsatornás vizsgálatokban való alkalmazhatóságának. A biológiai alkalmazhatóság szempontjából ideális fluoreszcens jelzővegyületek fontosabb ismérvei, hogy a vörös/NIR tar-tományában emittálnak, nagy Stokes-eltolódással rendelkeznek és fotostabilak. A biomolekulák kovalens módosítására jó lehetőséget kínálnak a bioortogonális ligációs eljárá-sok, melyek során szervezetidegen funkciós csoportok között történik szelektív, gyors és közel kvantitatív reakció, melyben sem a kiindulási anyagok, sem a végtermékek nem toxikusak a vizsgált rendszerre nézve. Napjainkban a jelzővegyületek fejlesztésében előtérbe kerültek a fluorogén jelzővegyületek, melyek fluoreszcenciája a bioortogonális kapcsolást követően sok-szorosára nő, így csökken a zavaró háttérfluoreszcencia. A fluoreszcencia letörésének egyik leghatékonyabb mechanizmusa a máig sem tökéletesen tisztázott mechanizmus szerint leját-szódó kötésen keresztüli energia transzfer (TBET). A bioortogonális funkciós csoportok közül a tetrazin TBET-mechanizmussal hatékonyan gyengíteni fluoreszcens alapvázak emisszióját, ugyanakkor a szakirodalomban eddig leírt tetrazin-kapcsolt TBET-rendszerek egyike sem felel meg maradéktalanul a fluoreszcens jelzővegyületekkel szemben támasztott követelményeknek.
Szakdolgozati munkám során olyan szilikorodamin-tetrazin származékot terveztem előállí-tani, ami kiküszöbölheti a korábbi hiányosságokat. A szilikorodamin alapváz, illetve prekurzorainak szintézise az irodalomban kevéssé leírt, így először e vegyületek nagyobb mennyiségben való előállításának optimalizálására fókuszáltam. Kis és közepes méretben, az irodalmit megközelítő, illetve azt felülmúló termeléssel előállítottam 3-(p-jódfenil)-6-metil-1,2,4,5-tetrazint, 4-etinil-2-formilbenzoesavat és a szilikorodamin váz részét képező 3,3'-(dimetilszilanediil)bisz(N,N-dimetilanilin)-t. Továbbá megkíséreltem a szilikorodamin váz ki-alakítását ez utóbbi két vegyület kapcsolásával, termék azonban csak nyomokban keletkezett. A preparatív munkám során 3 új vegyületet állítottam elő és karakterizáltam, amit legjobb tu-dásom szerint még nem írt le a szakirodalom, ezek a 2-metilénhidroxi-4-etinilbenzoesav, a 2-formil-4-(trimetilszilil-etinil)benzoesav és a 3,3'-(dimetilszilanediil)bisz(N,N-dimetilanilin).
Abstract:
In vivo imaging of biomolecules by means of fluorescent techniques has gained a great im-portance nowadays due to its excellent spatial and temporal resolution, relative cheapness and the potential application in multichannel imaging. Recently, chemical biologists make signifi-cant efforts to develop red/NIR emitting fluorophores with large Stokes-shift and increased photostability. Bioorthogonal labelling schemes are particularly useful for covalent modifica-tions of biomolecules since these reactions between exogenous, non-toxic functional groups are highly selective, proceed rapidly and quasi-quantitatively. Latest research places special em-phasis on the development of biorthogonal fluorogenic dyes, which fluorescence is increased upon reaction with their counterpart, thus the disturbing background fluorescence is greatly reduced. One of the most efficient yet not fully understood mechanism of fluorescent quenching is the so-called TBET (through-bond energy transfer). Among the widely-used bioorthogonal functional groups tetrazine is capable of queching the emission of fluorescent scaffolds by TBET, although a few tetrazine-bearing TBET-systems have been reported and none of them meet all the criteria that are required in living systems.
The aim of my diploma work was to prepare a tetrazin-substituted silicon-rhodamine probe, which is expected to circumvent the disadvantages of currently existing tetrazine-quenched flu-orogenic dyes. The synthesis of the silicon-rhodamine scaffold and its precursors is not sub-stantially documented, so firstly I focused on the optimization of these reactions. I successfully synthetized 3-(p-iodophenyl)-6-methyl-1,2,4,5-tetrazine, 4-ethynyl-2-formylbenzoic acid and 3,3'-(dimethylsilanediyl)bis(N,N-dimethylaniline) on small and medium scale. Furthermore I made attempts to link the two latter compounds in order to form the spirolactonized silicon-rhodamine, however, the product appeared only in traces. In the course of my preparative work I synthetized 3 new compounds that, to the best of my knowledge, have not been reported pre-viously. These are the 4-ethynyl-2-(hydroxymethyl)benzoic acid, the 2-formyl-4-(trimethylsi-lyl-ethynyl)benzoic acid and the 3,3'-(dimethylsilanediyl)bis(N,N-dimethylaniline), all of which were characterized.
