氮杂环丁烷取代的荧光化合物制造技术

本发明专利技术公开的主题包括氮杂环丁烷取代的荧光化合物，其中所述化合物可用作探针、染料、标记物等。本发明专利技术公开的主题还包括包含所述化合物的试剂盒以及使用所述化合物来检测目标物质的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求于2014年4月1日提交的第61/973,795号美国临时专利申请和于2014年5月9日提交的第61/991,109号美国临时专利申请的权益，其全部公开内容通过引用并入于此。
本专利技术公开的主题涉及荧光化合物。具体地，本专利技术公开的主题涉及氮杂环丁烷取代的多环化学荧光团以及其制备和使用方法。
技术介绍
荧光显微术使活细胞内的特定分子成像成为可能。这种技术依赖于明亮、耐光的荧光染料对生物分子的精确标记。遗传编码的荧光团如绿色荧光蛋白(GFP)是荧光成像的主要基础，其允许标记遗传特异性。然而，这些蛋白质染料缺乏许多应用例如单分子成像实验所必需的光稳定性。在过去二十年中，已经开发了许多替代的标记策略，其将荧光蛋白的遗传特异性与小分子荧光团的良好的光物理学相结合。引人注目的替代选择包括FlAsH、酶基自标记标签(例如SnapTag和HaloTag)、亲电子配体-受体对(例如TMPTag和香豆素-PYP)和硫辛酸连接酶变体。自标记标签允许标记与不同合成荧光团融合的特定蛋白质融合物。自标记标签已使活细胞内的许多成像实验成为可能。尽管化学染料的总集数量巨大，但是相对较少的化学染料表现出细胞内标记所需的细胞渗透性。因此，细胞内自标记标签配体的可用调色板被限制在基于香豆素和罗丹明骨架的经典的纯中性荧光团，其显示出膜渗透性和快速标记动力学，但不具有最佳的亮度和光稳定性。先前改进染料性能(例如Cy、AlexaFluor)的工作涉及实质性修饰，例如结构刚性化和添加磺酸酯(或盐)基。通过这些努力得到了高极性、细胞不渗透的染料，其在体外或在细胞外部有用，但与活细胞的细胞内应用不相容。尽管自标记标签与罗丹明染料相容，但是对于优化这类用于活细胞标记实验的荧光团没有进行多少工作。以前的努力集中在增加水溶性以及荧光亮度和光稳定性上，这通常是通过显著的结构修饰实现的。这种染料对于体外和细胞外应用起作用，但是极性太高以至于不能顺从地进入细胞。因此，仍然需要容易合成并具有改善的亮度和适当的细胞渗透性的化合物。仍然需要可以在体内充当自标记标签的化合物。
技术实现思路
如在本文中体现和广泛描述的，本专利技术公开的主题一方面涉及用作荧光标记物的化合物、其制备方法、使用所述化合物成像一种或多种可能存在于活细胞中的目标物质的方法以及使用所述化合物的试剂盒。在一些实施方案中，本专利技术化合物是氮杂环丁烷-取代的已知荧光标记物的衍生物。在一些实施方案中，本专利技术的氮杂环丁烷取代的化合物相对于其原始母体化合物能够表现出更大的量子产率。本专利技术公开的化合物的实施方案包括下式：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、C(O)NR2、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Q选自CR(2)、NR、O、S、SiR(2)和Se；W选自C和N；X选自孤对电子、H、烷基、芳基、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H，X任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Y选自H、CR(2)、C(O)NR2、NR、O和S；且Z选自H、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、COO(烷基)、COO(芳基)、C(O)NR2、PO3H2、SO3H、芳基和烷基，烷基和芳基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H取代，或者其中Z和Y与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环；本专利技术公开的实施方案还包括下式的化合物：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、C(O)NR2、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Q选自CR(2)、NR、O、S、SiR(2)和Se；W选自C和N；M选自CR(2)、C(O)、SO2和PO2；L选自O、S、NR和CN2，其中任选地L和W与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环；U和V独立地选自H、烷基、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H，烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代，或者其中U和V与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环；Y选自H、CR(2)、C(O)NR2、NR、O和S；且Z选自H、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H、芳基和烷基，烷基和芳基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H取代，或者其中Z和Y与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环。本专利技术公开的主题的实施方案还包括试剂盒。该试剂盒可包括本文所述的任何化合物以及可逆地或不可逆地结合所述化合物的结合元件。在一些实施方案中，结合元件包括蛋白质。在一些实施方案中，试剂盒包括具有下式的化合物：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、C(O)NR2、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、COO(烷基)、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
下式的化合物：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Q选自CR(2)、NR、O、S、SiR(2)和Se；W选自C和N；X选自孤对电子、H、烷基、芳基、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H，X任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、C(O)NR2、PO3H2和/或SO3H取代；Y选自H、CR(2)、C(O)NR2、NR、O和S；且Z选自H、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H、芳基和烷基，所述烷基和芳基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H取代，或者其中Z和Y与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5‑7元环。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.01 US 61/973,795;2014.05.09 US 61/991,1091.下式的化合物：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Q选自CR(2)、NR、O、S、SiR(2)和Se；W选自C和N；X选自孤对电子、H、烷基、芳基、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H，X任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、C(O)NR2、PO3H2和/或SO3H取代；Y选自H、CR(2)、C(O)NR2、NR、O和S；且Z选自H、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H、芳基和烷基，所述烷基和芳基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H取代，或者其中Z和Y与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环。2.根据前述权利要求任一项所述的化合物，其中胺基独立地选自NH2、NH(烷基)、NH(芳基)、N(烷基)2和N(芳基)2。3.根据权利要求1所述的化合物，其中Y和Z与它们所键合的原子一起形成5-7元环，所述5-7元环被选自N、O和S的一个或多个另外的杂原子取代，和/或被一个或多个选自卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基的取代基取代。4.根据权利要求3所述的化合物，其中Y和Z与它们所键合的原子一起形成被未取代或取代的氮杂环丁烷基取代的5-7元环。5.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：其中R’选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代。6.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：其中R’选自未取代的氮杂环丁烷基或被下述取代基中的一个或多个取代的氮杂环丁烷基：卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基。7.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：8.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：9.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：10.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：11.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：12.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：13.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：14.根据权利要求1所述的化合物，其化学式如下：15.根据前述权利要求任一项所述的化合物，其中X是取代的芳基。16.根据权利要求1所述的化合物，其中X选自：17.根据权利要求1所述的化合物，其中X选自H和孤对电子。18.根据权利要求1所述的化合物，其化学式选自：19.下式的化合物：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Q选自CR(2)、NR、O、S、SiR(2)和Se；W选自C和N；M选自CR(2)、C(O)、SO2和PO2；L选自O、S、NR和CN2，其中任选地L和W与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环；U和V独立地选自H、烷基、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代，或者其中U和V与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环；Y选自H、CR(2)、C(O)NR2、NR、O和S；且Z选自H、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H、芳基和烷基，所述烷基和芳基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和SO3H取代，或者其中Z和Y与它们所键合的原子一起形成取代的或未取代的5-7元环。20.根据权利要求19所述的化合物，其中胺基独立地选自NH2、NH(烷基)、NH(芳基)、N(烷基)2和N(芳基)2。21.根据权利要求19所述的化合物，其中Y和Z与它们所键合的原子一起形成5-7元环，所述5-7元环被选自N、O和S的一个或多个另外的杂原子取代，和/或被一个或多个选自卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基的取代基取代。22.根据权利要求21所述的化合物，其中Y和Z与它们所键合的原子一起形成被未取代或取代的氮杂环丁烷基取代的5-7元环。23.根据权利要求19所述的化合物，其化学式如下：其中R’选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H或氮杂环丁烷基取代，所述氮杂环丁烷基是未取代的或被下述取代基中的一个或多个取代：卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基。24.根据权利要求19所述的化合物，其化学式如下：25.根据权利要求19所述的化合物，其化学式如下：26.根据权利要求19所述的化合物，其化学式如下：27.根据权利要求19所述的化合物，其中U和V与它们所键合的原子一起包括取代的芳基。28.根据权利要求19所述的化合物，其化学式选自：29.试剂盒，其包括：下式的化合物：其中：每个R独立地选自卤素、H、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2、SO3H和烷基，所述烷基任选地被独立地选自N、O和S的一个或多个杂原子、卤素、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、PO3H2和/或SO3H取代；Q选自CR(2)、NR、O、S、SiR(2)和Se；W选自C和N；X选自孤对电子、H、烷基、芳基、卤素、CN、OH、O(烷基)、O(芳基)、SH、S(烷基)、S(芳基)、胺基、NO2、CHO、COOH、C(O)NR2、COO(烷基)、COO(芳基)、P...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克·D·拉维斯，乔纳森·B·格林姆，陈吉集，蒂莫西·莱昂纳特，张正健，奥德丽·莱薇埃金，乔尔·斯劳特，
申请(专利权)人：霍华德休斯医学研究所，
类型：发明
国别省市：美国;US