JP7713216B2 - 新規複素環式化合物及びその塩、並びに、発光基質組成物 - Google Patents
新規複素環式化合物及びその塩、並びに、発光基質組成物Info
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生体内イメージング技術は、新型コロナウィルスの研究に引きずられるように、ウィルスの標識への応用が広がっている。これは、複数事象の同時計測のニーズとなり、これが発光波長域の拡大へつながり、近赤外発光基質から波長域を拡大するために、短波長の光を発する発光基質、特には、青色発光基質が必要とされている。
R2は、結合するベンゼン環と共に5員環又は6員環を形成しており、該環の構成元素として、O及び/又はSを1つ又は2つ含む2価の置換炭化水素基であり、
Xは、N又はCR3であり、ここで、R3は、水素又は炭素数1~4のアルキル基であり、
Yは、S又はOであり、
nは、0~2の整数である]で表されることを特徴とする、複素環式化合物が提供される。
かかる本発明の複素環式化合物は、ホタル生物発光系における発光基質として機能する上、短波長の光を発することができる。
本発明の複素環式化合物は、下記一般式(1):
本発明の複素環式化合物は、X及びYを含む5員の複素環を有し、分子構造がホタルルシフェリンと類似しているため、ホタル生物発光系における発光基質として機能する。
また、本発明の複素環式化合物は、R2とベンゼン環とが形成する5員環又は6員環が、環の構成元素として、O及び/又はSを1つ又は2つ含む特徴的な構造を有し、該構造に起因して、短波長の光を発することができる。なお、一般式(I)中のベンゼン環に対して、R2により5員環又は6員環を形成し、更に、該5員環又は6員環の構成元素として、O及び/又はSを1つ又は2つ含ませることで、上記非特許文献2に記載のように、ジメチルアミノ基をヒドロキシル基で置換するよりも、発光波長を短波長化できる。
上記一般式(1)で表される複素環式化合物は、塩とすることもでき、該塩も、ホタル生物発光系における発光基質として機能する上、短波長の光を発することができる。
例えば、出発物質として、2,3-ジヒドロベンゾフラン-5-カルボキシアルデヒド、3,4-エチレンジオキシベンズアルデヒド、ピペロナール等の複素環を有するアルデヒドを使用し、該複素環を有するアルデヒドに対して、(カルベトキシメチレン)トリフェニルホスホラン、4-ホスホノクロトン酸等を反応させて、所望により、オレフィン数を増やしつつ、エステル体を得る。次に、該エステル体を加水分解して、カルボキシル体を得る。次に、該カルボキシル体を、S-トリチル-D-システインメチルエステル(D-cys(Trt)-OMe)と、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボイミド塩酸塩(EDC)と、N,N-ジメチルアミノピリジン(DMAP)によりアミド化させて、アミド体を得る。次に、該アミド体を、トリフェニルホスフィンオキシド(Ph3PO)、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(Tf2O)により、チアゾリン環化させてチアゾリンメチルエステル体を得る。次いで、所望により、チアゾリンメチルエステル体のメチルエステル部分を加水分解して、チアゾリン環を有するカルボキシル体を得る。また、出発物質を適宜変更したり、種々の置換基を導入したりする等して、或いは、他の合成経路を利用して、所望の複素環式化合物を得ることができる。
ここで、本発明の複素環式化合物の塩は、酸との付加塩でも、塩基との付加塩でもよい。例えば、本発明の複素環式化合物と酸との付加塩における酸としては、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、スルファミン酸、リン酸、硝酸、亜リン酸、亜硝酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、マレイン酸、乳酸、酒石酸、フマル酸、安息香酸、マンデル酸、ケイ皮酸、パモ酸、ステアリン酸、グルタミン酸、アスパラギン酸、メタンスルホン酸、エタンジスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、サリチル酸、コハク酸、トリフルオロ酢酸等が挙げられ、また、酸付加塩としては、塩酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩、硫酸塩、スルファミン酸塩、リン酸塩、硝酸塩、亜リン酸塩、亜硝酸塩、クエン酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、マレイン酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、フマル酸塩、安息香酸塩、マンデル酸塩、ケイ皮酸塩、パモ酸塩、ステアリン酸塩、グルタミン酸塩、アスパラギン酸塩、メタンスルホン酸塩、エタンジスルホン酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、サリチル酸塩、コハク酸塩、トリフルオロ酢酸塩等が挙げられる。一方、本発明の複素環式化合物と塩基との付加塩における塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられ、また、塩基付加塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩等が挙げられる。
本発明の発光基質組成物は、上述した一般式(1)で表される複素環式化合物又はその塩を含み、上述した一般式(1)で表される複素環式化合物又はその塩のみからなってもよい。本発明の発光基質組成物は、天然のホタルルシフェラーゼ(Luc)やその変異酵素等の発光酵素と共にホタル生物発光系を構成でき、また、短波長の光を発することができる。
構造式(I-1)の化合物の合成経路は、以下の通りである。
ESI-MS [M + H]+ : m/z 219.10
HR-ESI-MS : m/z : [M + H]+ C11H11O3の計算値 191.07082 ; 実測値 191.07253
ESI-MS [M + Na]+ : m/z 572.21
13C-NMR (126 MHz, CDCl3) δ = 171.5, 170.4, 161.9, 142.6, 129.0, 128.2, 128.0, 124.0, 119.4, 109.8, 77.9, 71.9, 52.9, 34.6, 29.4
HR-ESI-MS : m/z : [M + H]+ C15H16NO3Sの計算値 291.08448 ; 実測値 291.07584
ESI-MS [M + H]- : m/z 274.07
構造式(I-2)の化合物の合成経路は、以下の通りである。
構造式(I-3)の化合物の合成経路は、以下の通りである。
HR-ESI-MS : m/z : [M + H]+ C13H14O4の計算値 234.08921 ; 実測値 234.08281
HR-ESI-MS : m/z : [M + Na]+ C11H10NaO4の計算値 229.04768 ; 実測値 229.05374
ESI-MS [M + Na]+ : m/z 588.19
ESI-MS [M + H]+ : m/z 306.06
HR-ESI-MS : m/z : [M + H]+ C14H13NO4Sの計算値 292.05592 ; 実測値 292.05883
構造式(I-4)の化合物の合成経路は、以下の通りである。
構造式(I-5)の化合物の合成経路は、以下の通りである。
13C-NMR (126 MHz, CHLOROFORM-D) δ 167.3, 148.6, 148.4, 144.8, 140.2, 130.7, 124.6, 123.0, 120.5, 108.6, 105.9, 101.5, 60.4, 14.4
13C-NMR (126 MHz, ACETONE-D6) δ 167.0, 148.7, 148.5, 145.2, 140.1, 131.0, 124.8, 123.1, 120.5, 108.4, 105.7, 101.6
13C-NMR (126 MHz, CHLOROFORM-D) δ 171.1, 165.6, 148.5, 148.3, 144.4, 142.0, 139.6, 130.9, 129.6, 128.1, 127.0, 124.6, 122.9, 122.4, 108.6, 105.9, 101.5, 67.0, 52.8, 51.2, 34.1
13C-NMR (126 MHz, CHLOROFORM-D) δ 171.4, 170.0, 148.5, 148.3, 142.7, 138.5, 130.8, 125.4, 124.7, 122.8, 108.6, 105.9, 101.4, 78.0, 52.9, 34.7
13C-NMR (126 MHz, METHANOL-D4) δ 176.8, 169.3, 148.4, 142.1, 138.1, 131.1, 125.3, 124.3, 122.5, 108.0, 105.4, 101.4, 80.8, 35.5
上記のようにして合成した構造式(1-1)~(1-5)で表される化合物(発光基質)を用いて、発光スペクトルの測定を行った。
・発光スペクトル測定
ATTO株式会社製微弱発光蛍光スペクトル装置AB-1850を用いて、発光スペクトルを測定した。測定したスペクトルは、全て検出器の特性を補正したスペクトルである(データ間隔0.25nm、測定範囲400-750nm)。
堀場製作所製F-23型ガラス電極式水素イオン濃度指示計を用いて、pH測定を行なった。
・超純水
MILLIPORE製Milli-RX12αから採水したものを使用した。
Promega社製の組み換え型(QuantiLum(登録商標)、カタログ番号E1701)を用いた。
Sigma社製(カタログ番号00386-41)を用いた。
和光純薬工業株式会社製のリン酸水素二カリウム・12水和物(特級)とリン酸二水素カリウム・2水和物(特級)を超純水に溶かし、pHを調整して用いた。
室温下にて、KPB溶液(pH8.0、500mM)を5μL、発光基質溶液(100μM)を5μL、1mg/mLのPpyルシフェラーゼ溶液を5μL、200μMのATP-Mg溶液を10μL、混合し、発光スペクトルの測定装置(AB-1850)で180秒間発光スペクトルを測定した。結果を図1~図5に示す。
図1~図5は、発光強度の最大値が1となるように正規化した発光スペクトルである。
図1~図5から、一般式(I)中のベンゼン環に対して、R2により5員環又は6員環を形成し、更に、環の構成元素として、Oを1つ又は2つ含ませることで、上記非特許文献2に記載のように、ジメチルアミノ基をヒドロキシル基で置換するよりも、発光波長が短波長化することが分かる。
Claims (6)
- 下記一般式(I):
[式中、R1は、水素又は炭素数1~4のアルキル基であり、
R2は、-CH 2 -CH 2 -O-、-O-CH 2 -O-、-CH 2 -CH 2 -CH 2 -O-、-O-CH 2 -CH 2 -O-、-O-CH 2 -S-、-O-CH 2 -CH 2 -S-のいずれかで表される基、或いは、これらの基中の水素が炭素数1~4のアルキル基で置換された基であり、
nは、0~2の整数である]で表されることを特徴とする、複素環式化合物。 - 上記一般式(I)中のR2が、-CH2-CH2-O-、-O-CH2-O-、-CH2-CH2-CH2-O-、-O-CH2-CH2-O-のいずれかで表される、請求項1に記載の複素環式化合物。
- 上記一般式(I)中のnが、1又は2である、請求項1又は2に記載の複素環式化合物。
- 下記構造式(I-1)~(I-5):
のいずれかで表される、請求項1~3のいずれか一項に記載の複素環式化合物。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の複素環式化合物の塩。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の複素環式化合物又は請求項5に記載の塩を含むことを特徴とする、発光基質組成物。
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| Anal. Chem. ,2020年,92,4235-4243 |
| Chem. Asian J.,2010年,5,2053-2061 |
| REGISTRY(STN)[online],2013年11月28日(検索日:2024年12月9日)、CAS登録番号1483223-78-4 |
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