Флуоресцентный сенсор H2S и его применение для биовизуализации

На основе 4-бром-1,8-нафталимида и этанамина разработан и синтезирован флуоресцентный зонд II – 6-азидо-2-(2-гидроксиэтил)-1H-бензо[де]изохинолин-1,3(2H)-дион со специфической идентификационной средой H₂S. Для синтеза реактивного флуоресцентного зонда нового типа, основанного на механизме внутримолекулярного переноса заряда, использован 4-бром-1,8-нафтимид. Эти материалы легко получить, они дешевы и могут быть синтезированы посредством простой двухстадийной реакции. Ангидрид 1,8-нафталина обладает умеренной флуоресцентной способностью, поскольку вводит электронодонорную группу в положение 4. Изменение его сопряженной системы может вызывать двухтактный электронный эффект в молекуле и приводить к очень сильному световому эффекту. Строение зонда II охарактеризовано методами ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии и ЯМР. Предварительное тестирование осуществлено с помощью ультрафиолетовой лампы. Обнаружено, что зонд II имеет определенный специфический эффект распознавания H₂S в растворителе диметилсульфоксиде (ДМСО). После скрининга ДМСО выбран в качестве растворителя для идентификации H₂S специально для зонда. Зонд II демонстрирует зеленую флуоресценцию в растворе ДМСО. При непрерывном добавлении H2S зонд II показывает красную флуоресценцию при 510 нм, что дает сильный максимум флуоресценции, который выделяется из остальной части спектра. Показана хорошая чувствительность зонда при обнаружении H₂S (минимальная концентрация 1 ^. 10^–7моль/л). При этом десятки катионов и анионов не мешают распознаванию H₂S молекулой зонда в системе ДМСО. Зонд II может распознавать H₂S также с помощью технологии визуализации клеток.

1. Q. Zhao, J. Kang, Y. Wen, F. Huo, Y. Zhang, C. Yin, Spectrochim. Acta A, 189, 8–12 (2018).

2. Y. Chen, W. Yao, Y. Ding, B. Geng, M. Lu, C. Tang, Pulmonart. Pharmacol. Ther., 21, 40–46 (2008).

3. V. S. Fernandes, A. S. Ribeiro, M. P. Martinez, L. M. Orensanz, M. V. Barahona, A. Martinezsaenz, P. Recio S. Benedito, S. Bustamante, J. Carballido, J. Urol., 189, No. 4, 1567–1573 (2013).

4. J. W. Calvert, S. Jha, S. Gundewar, J. W. Elrod, A. Ramachandran, C. B. Pattillo, C. G. Kevil, D. J. Efer, Circ. Res., 105, No. 4, 365 (2009).

5. S. Sowmya, Y. Swathi, L. Y. Ai, L. S. Mei, P. K. Moore, M. Bhatia, Vasc. Pharmacol., 53, No. 4, 138–143 (2010).

6. B. Renga, Allergy Drug Targets, 10, No. 2, 85–91 (2011).

7. N. Shibuya, M. Tanaka, M. Yoshida, Y. Ogasawara, T. Togawa, K. Ishii, H. Kimura, Antioxid. Redox Signal., 65, No. 4, 703–714 (2009).

8. T. S. Bailey, M. D. Pluth, J. Am. Chem. Soc., 135, 16697–16704 (2013).

9. Y. Zhao, H. Wang, M. Xian, J. Am. Chem. Soc., 133, 15–17 (2011).

10. D. G. Searcy, S. H. Lee, J. Exp. Zool., 282, 310–322 (1998).

11. H. Beinert, R. H. Holm, E. Munck, Science, 277, 653–659 (1997).

12. M. Shariati-Rad, M. Irandoust, F. Jalilvand, Int. J. Environ. Sci. Technol., 13, 1347–1356 (2016).

13. B. Li, L. Li, K. Wang, C. Wang, L. Zhang, K. Liu, et al., Anal. Bioanal. Chem., 1–7 (2016)

14. C. D. Pearson, W. J. Hines, Anal. Chem., 49, 123–126 (1977).

15. M. A. H. Khan, M. E. Whelan, R. C. Rhew, Talanta, 88, 581–586 (2012).

16. A. R. Lippert, E. J. New, C. J. Chang, J. Am. Chem. Soc., 133, 10078–10080 (2011).

17. H. Peng, Y. Cheng, C. Dai, A. L. King, B. L. Predmore, D. J. Lefer, B. Wang, Angew. Chem. Int., Ed., 50, 9672–9675 (2011).

18. X. Zhou, S. Lee, Z. Xu. J. Yoon, Chem. Rev., 115, 7944–8000 (2015).

19. L. Chen, D. Wu, C. S. Lim, D. Kim, S. J. Nam, W. Lee, G. Kim, H. M. Kim, J. Yoon, Chem. Commun., 53, 4791–4794 (2017).

20. Y. L. Pak, J. Li, K. C. Ko, G. Kim, J. Y. Lee, J. Yoon, Anal. Chem., 88, 5476–5481 (2016).

21. M. D. Hartle, M. D. Pluth, Chem. Soc. Rev., 45, 6107–6117 (2016).

22. Z. Yuan, F. Lu, M. Peng, C. W. Wang, Y. T. Tseng, Y. Du, N. Cai, C. W. Lien, H. T. Chang, Y. He, E. S. Yeung, Anal. Chem., 87, 7267–7273 (2015).

23. A. R. Lippert, J. Inorg. Biochem., 133, 136–142 (2014).

24. L. A. Montoya, T. F. Pearce, R. J. Hansen, L. N. Zakharov, M. D. Pluth, J. Org. Chem., 78, 6550–6557 (2013).

25. L. Yi, Z. Xi, Org. Biomaol. Chem., 15, 3828–3839 (2017).

26. V. S. Lin, C. J. Chang, Curr. Opin. Chem. Biol., 16, 595–601 (2012).

27. C. C. Zhao, X. L. Zhang, K. B. Li, et al., J. Am. Chem. Soc., 137, 8490–8498 (2015).

28. X. Wang, J. Sun, W. H. Zhang, et al., Chem. Sci., 4, 2551–2556 (2013).

29. Z. S. Wu, Y. L. Feng, B. Geng, J. Y. Liu, X. J. Tang, RSC Adv., 4, 30398–30401 (2014).

30. H. J. Peng, Y. F. Cheng, C. F. Dai, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 50, 9672–9675 (2011).

31. S. Chen, Z. J. Chen, W. Ren, H. W. Ai, J. Am. Chem. Soc., 134, 9589–9592 (2012).

32. K. J. Wu, G. Q. Li, Y. Li, L. X. Dai, S. L. You, Chem. Commun., 47, 493–495 (2011).

33. C. R. Liu, J. Pan, S. Li, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 50, 10327–10329 (2011).

34. C. R. Liu, B. Peng, S. Li, et al., Org. Lett., 14, 2184–2187 (2012).

35. K. Sasakura, K. Hanaoka, N. Shibuya, et al., J. Am. Chem. Soc., 133, 18003–18005 (2011).

36. F. P. Hou, L. Huang, P. X. Xi, et al., Inorg. Chem., 51, 2454–2460 (2012).

37. X. W. Cao, W. Y. Lin, K. B. Zheng, L. W. He, Chem. Commun., 48, 10529–10530 (2012).