多元杂环化合物与制备方法及其在检测半胱氨酸中的应用技术

本公开提供了多元杂环化合物与制备方法及其在检测半胱氨酸中的应用，多元杂环化合物的化学结构如式Ⅰ所示：

Heterocyclic compounds and their preparation and application in the detection of cysteine

【技术实现步骤摘要】
多元杂环化合物与制备方法及其在检测半胱氨酸中的应用
本公开涉及多元杂环化合物与制备方法及其在检测半胱氨酸中的应用。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。半胱氨酸(Cys)是一种含巯基的氨基酸，在许多生物活动过程中起着十分重要的作用，如生物酶中金属辅因子结合剂，蛋白质结构稳定剂，生物体解毒剂等。此外，半胱氨酸本身作为二十种基本氨基酸之一，参与蛋白质的合成以及细胞生长。半胱氨酸的缺陷还与许多人类的流行疾病有关，如半胱氨酸缺乏会导致儿童生长缓慢、脱发、水肿、嗜睡以及皮肤损害、肝损伤、肌肉和脂肪的损失、体重显着下降，骨骼肌也会出现功能异常；如若半胱氨酸含量过高，则会导致神经毒性。因此，快速可靠的对体内半胱氨酸的检测具有十分重要的意义，也越来越引起人们的高度重视。目前对半胱氨酸的检测的方法有很多，有比色法、HPLC和荧光探针等方法，但是本公开专利技术人研究发现，这些分析方法中，比色法检测精密度较低；HPLC的使用需要耗费大量的有机溶剂，对环境污染大，检测费用高，且难以实现微量检测；荧光探针法由于存在对激发光源的依赖性从而产生光漂白和自发荧光等不可忽视的缺点，也限制了其进一步的应用。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供多元杂环化合物与制备方法及其在检测半胱氨酸中的应用，以实现高选择性、高灵敏度地定性、半定量分析检测半胱氨酸。为了实现上述目的，本公开的技术方案为：一方面，一种多元杂环化合物，化学结构如式Ⅰ所示：r>另一方面，一种多元杂环化合物的制备方法，包括以化合物1作为起始原料通过以下反应路线获得式Ⅰ所示化合物：第三方面，一种上述多元杂环化合物在检测半胱氨酸中的应用。第四方面，一种上述多元杂环化合物在制备检测半胱氨酸的生物发光探针中的应用。第五方面，一种检测半胱氨酸的生物发光探针，包括上述多元杂环化合物。第六方面，一种检测半胱氨酸的方法，将上述多元杂环化合物或上述生物发光探针加入至含有半胱氨酸的待测溶液中孵育，孵育后添加含有ATP的萤光素酶溶液，然后检测生物发光强度。本公开的有益效果为：本公开提供的多元杂环化合物对检测半胱氨酸具有选择性好、灵敏性高、检测限低及良好生物相容性等优点。经过实验发现，该多元杂环化合物在体外环境中的生物发光强度的与半胱氨酸浓度呈现良好的线性关系，说明该多元杂环化合物可用于半定量检测半胱氨酸，同时也实现了活体水平内源性半胱氨酸的高灵敏检测，响应较快，生物发光信号较稳定等优点。响应性好，其可在0～100μM进行检测，其检测限低至0.005μM。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物检测半胱氨酸的原理图；图2为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物和实施例2制备的式Ⅰ所示化合物体外检测选择性的表征图；图3为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物的体外检测响应性表征图，A为图为探针对半胱氨酸响应的时间动力学表征图(在黑色96孔板中加入50μL半胱氨酸和50μL探针溶液于37℃孵育30min，随后加入50μL酶工作液，分别测定50，100，150，200min的生物发光总光子数)，B为荧光光谱图，C为光子数柱状图；图4为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物检测不同浓度半胱氨酸的通量柱状图，插图为拟合曲线；图5为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物的在不同时间内的的紫外吸收光谱；图6为不同浓度抑制剂下生物发光强度与细胞内外源性半胱氨酸浓度的关系柱状图；图7为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物的外源性半胱氨酸的活体成像结果表征图，A为小鼠注射不同浓度半胱氨酸的生物发光成像表征图，B为小鼠注射不同浓度半胱氨酸30min内产生的总光子数柱状图，C为小鼠注射不同浓度半胱氨酸不同时间点下产生的光子数趋势图；图8为本公开实施例1制备的式Ⅰ所示化合物的内源性半胱氨酸的活体成像结果表征图，A为图为小鼠注射DEM(300μM)和空白对照组30min内不同时刻的生物发光成像表征图，B为小鼠注射DEM(300μM)和空白对照组30min不同时刻生物发光强度图，C为小鼠注射DEM(300μM)和空白对照组30min内产生的总光子数对照图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。现有半胱氨酸光学探针存在选择性差、灵敏度低、条件苛刻等的问题，本公开提出了多元杂环化合物与制备方法及其在检测半胱氨酸中的应用。本公开的一种典型实施方式，提供了一种多元杂环化合物，化学结构如式Ⅰ所示：本公开的另一种实施方式，提供了一种多元杂环化合物的制备方法，包括以化合物1作为起始原料通过以下反应路线获得式Ⅰ所示化合物：该实施方式的一种或多种实施例中，化合物1与甲基丙烯酸或甲基丙烯酸的羧酸衍生物进行取代反应获得化合物2，化合物2与半胱氨酸进行环化反应获得式Ⅰ所示化合物。甲基丙烯酸的羧酸衍生物的结构式为其中，R为卤素或烷氧基。当化合物1与甲基丙烯酸进行反应时，取代反应为酯化反应。化合物1与甲基丙烯酸的羧酸衍生物进行反应，当甲基丙烯酸的羧酸衍生物为酰卤(即R为卤素)时，取代反应为醇解反应；当甲基丙烯酸的羧酸衍生物为酯(即R为烷氧基)时，取代反应为酯交换反应。为了提高化合物2的收率，该实施方式的一种或多种实施例中，化合物1与甲基丙烯酰卤进行醇解反应。甲基丙烯酰卤包括甲基丙烯酰氯、甲基丙烯酰溴、甲基丙烯酰碘等，为了降低生成成本，该系列实施例中，甲基丙烯酰卤为甲基丙烯酰氯。化合物1与甲基丙烯酰氯的摩尔比为1～3:2～6。该系列实施例中，所述醇解反应的条件为碱性条件。所述碱性条件为体系中添加三乙胺、碳酸钾、碳酸铯或碳酸氢钠，当添加三乙胺时，反应效果更好。化合物1与三乙胺的摩尔比为1～3:2～6。该系列实施例中，醇解反应的溶剂为二氯甲烷、乙腈、醇类有机物。当溶剂为二氯甲烷时，反应效率更快。醇类有机物为含有醇羟基的有机物，例如甲醇、乙醇、丙醇等。该系列实施例中，环化反应的溶剂为甲醇、二氯甲烷和去离子水中的一种或多种。该系列实施例中，化合物2与半胱氨酸的摩尔比为1:1.1～1.3。当化合物2与半胱氨酸的摩尔比为1:1.2时，化合物2的转化率更高。该系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元杂环化合物，其特征是，化学结构如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种多元杂环化合物，其特征是，化学结构如式Ⅰ所示：





2.一种多元杂环化合物的制备方法，其特征是，包括以化合物1作为起始原料通过以下反应路线获得式Ⅰ所示化合物：





3.如权利要求2所述的多元杂环化合物的制备方法，其特征是，化合物1与甲基丙烯酸或甲基丙烯酸的羧酸衍生物进行取代反应获得化合物2，化合物2与半胱氨酸进行环化反应获得式Ⅰ所示化合物。


4.如权利要求2所述的多元杂环化合物的制备方法，其特征是，化合物1与甲基丙烯酰卤进行醇解反应获得化合物2；
优选的，甲基丙烯酰卤为甲基丙烯酰氯；
优选的，化合物1与甲基丙烯酰氯的摩尔比为1～3:2～6。
优选的，所述醇解反应的条件为碱性条件；进一步优选的，所述碱性条件为体系中添加三乙胺；更进一步优选的，化合物1与三乙胺的摩尔比为1～3:2～6；
优选的，醇解反应的溶剂为二氯甲烷、乙腈、醇类有机物；进一步优选的，溶剂为二氯甲烷。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏勇，陈新新，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37