Kismolekulás zöld fluoreszcens protein (GFP) analógok szintézise és fluoreszcenciás mechanizmusa

Synthesis and fluorescence mechanism of small-molecular aminoimidazolone analogues of the Green Fluorescent Protein (GFP)

Abstract

In order to expand and improve the small-molecular green fluorescence protein (GFP) chromophore family and to deepen the understanding of their fluorescence mechanism, novel analogues featuring an aminoimidazolone moiety are synthesized using a straightforward divergent synthetic approach. The introduction of the phenylamino group and the variation of the benzylidene substituents resulted in up to 28-fold quantum yield enhancements compared to the reference compound. Experimental and theoretical investigation found good correlation between the emission wavelength and the Hammett constant. In the case of 2-hydroxybenzylidene derivatives, the experimental and computational results describe a dual fluorescence involving both excited-state intramolecular proton transfer and internal charge transfer (ESIPT–ICT) mechanisms. The systematic variation of substituents at position 4 of the chromophore’s 2-hydroxybenzylidene unit led to further improvements in the quantum yields. Moreover, the novel compounds also exhibited significant two-photon absorption, which makes them attractive for bioimaging applications.

Kivonat

A zöld fluorescens protein (GFP) kromofórjának új, kismolekulás, aminoimidazolon-egységet tartalmazó analógjait állítottuk elő egy egyszerű divergens szintézis segítségével, hogy kibővítsük a vegyületcsaládot miközben a fluoreszcens tulajdonságaikat javítjuk és fluoreszcenciás mechanizmusukat vizsgáljuk. A fenilamino-csoport beépítésével és a benzilidén-szubsztituens variálásával akár 28-szoros kvantumhatékonyság javulás is lehetővé vált a referenciavegyülethez képest. Kísérleti és elméleti vizsgálatok korrelációt mutattak ki az emissziós hullámhossz és a Hammett-konstans között. A 2-hidroxibenzilidén-származékok esetén a kísérleti és számításos eredmények duális fluoreszcenciát írtak le gerjesztett-állapotbeli intramolekuláris protonátadás és belső töltésszétválás (ESIPT–ICT) mechanizmusoknak köszönheően. A kromofór 2-hidroxibenzilidén-egységének 4-es pozíciójában található szubsztituens szisztematikus változtatása további kvantumhatékonyság növekedést idézett elő. Továbbá, az új vegyületek jelentős két-foton abszorpciót mutattak, mely vonzóvá teszi azokat biológai képalkotásban történő felhasználásra.