Биоорганическая химия, 2019, T. 45, № 3, стр. 333-336

Синтетические аналоги хромофоров флуоресцентных белков – различные бензилиденимидазолоны – являются предметом пристального внимания исследователей вот уже почти четыре десятилетия. Интенсивная окраска, небольшой размер, высокая растворимость и легко варьируемые с помощью заместителей спектральные характеристики позволяют успешно использовать данные соединения в химических и биологических исследованиях [1]. В качестве флуоресцентных [2] и флуорогенных [3] красителей такие молекулы могут применяться при визуализации разнообразных клеточных структур, мечения различных объектов, разработке ионных или рН-чувствительных сенсоров [4, 5].

Основной характеристикой, определяющей возможность применения аналога хромофора в качестве красителя, является положение максимумов абсорбции и эмиссии. В связи с тем, что область поглощения большинства биологических объектов лежит в коротковолновой части спектра, получение соединений, демонстрирующих существенный батохромный сдвиг, представляет актуальную задачу.

Как известно, подобного смещения часто удается добиться путем увеличения размера сопряженной π-системы молекулы красителя. Так, для различных производных хромофора GFP (5-(4-гидроксибензилиден)-3,5-дигидро-4Н-имидазол-4-она) (схема 1) подобная модификация чаще всего производится по второму положению имидазолонового цикла. В частности, введение в это положение стирольного фрагмента приводит к образованию производных хромофора белка Kaede (схема 1), обладающих заметным батохромным смещением [6]. Эти соединения находят применение в качестве красителей, а также могут использоваться как сенсибилизирующие краски в солнечных батареях [7].

В настоящей работе мы предложили альтернативный вариант увеличения системы сопряженных связей производного хромофора GFP для смещения положений максимумов абсорбции и эмиссии – модификацию по бензилиденовому фрагменту (схема 1).

Схема 1. Схема синтеза производного (IV).

Синтез соединения (IV) был проведен с использованием производного коричного альдегида (схема 1), так как одним из наиболее универсальных методов синтеза бензилиденимидазолонов является взаимодействие оснований Шиффа, полученных из альдегидов, с карбоксиимидатом [8]. Необходимый альдегид (III) был получен с достаточно хорошим выходом из коммерчески доступного силилированного производного этилфенилакрилата (I) восстановлением и последующим окислением (схема 1). Удивительным образом образование основания Шиффа не было затруднено побочными реакциями α,β-непредельного альдегида. Из-за наличия сопряженных двойных связей конечное соединение (IV) было получено в виде смеси Е- и Z-изомеров по обеим двойным связям, которую, однако, легко удалось перевести в индивидуальный изомер, а именно E- по положению 3' и Z- по положению 1' аллилиденового остатка (схема 1) в ходе медленного переосаждения из метанола, что хорошо подтверждается данными ЯМР: константа спин-спинового взаимодействия между атомами водорода при связи 2'-3' составляет 11.4 Гц, что соответствует транс-конфигурации, а положение сигнала протона при атоме 1' соответствует типичному положению для Z-изомеров других производных хромофора GFP, у которых эта конфигурация является наиболее стабильной [9].

Рис. 1.

Нормализованные спектры абсорбции (слева) и эмиссии (справа) растворов хромофора GFP (черный) и соединения (IV) (серый) в воде при pH 10.

Изучение оптических свойств полученного соединения (IV) (рис. 1, табл. 1), а также сравнение их со свойствами GFP показало, что введение увеличенной сопряженной π-системы в безилиденовой части молекулы приводит к батохромному смещению максимумов абсорбции и эмиссии.

Таким образом, нами был получен новый аналог хромофора GFP из производного коричного альдегида. Максимумы абсорбции и эмиссии данного соединения лежат в более длинноволновой области, чем у аналога хромофора GFP, за счет увеличения сопряженной системы π-связей в бензилиденовом фрагменте.