水溶性荧光染料或有色染料及其使用方法
【专利说明】水溶性荧光染料或有色染料及其使用方法
[0001] 发明背景 发明领域
[0002] 本发明涉及新的荧光染料或有色染料及其制备方法和在多种分析方法中的用途。
[0003] 相关技术的描述
[0004] 已知荧光染料和/或有色染料特别适合其中需要高度灵敏的检测试剂的应用。能 够偏好标记样品中特定成分或组分的染料能使研究者确定特定成分或组分的存在、其量和 /或位置。此外，可以就多样环境中其空间分布和时间分布监测特定系统。
[0005] 荧光法和比色法在化学和生物学中应用特别广泛。这些方法产生关于生物分子存 在、结构、距离、取向、复合状态和/或位置的有用信息。此外，时间解析法日益地用于动态 学和动力学的测量。因此，已经开发了用于荧光标记或颜色标记生物分子（如核酸和蛋白 质）的许多策略。
[0006] 茈和相关的染料具有高的光化学持久性（化学、热和光化学稳定性）和高荧光量 子产率并且用于多种复印过程、太阳能电池、光伏器件和染料激光器中。但是，茈衍生物 已经主要用作颜料和荧光染料。已经报道具有多种颜色和光吸收特性的茈染料。例如， BeckerS.等人，Chem. Eur. J.，6, 213, 984,（2000)报告了显示从蓝色至橙色颜色变化的热 致性茈二甲酰亚胺发色团的合成。已经认为茈和相关的发色团作为生物分子探针的用途有 限，这明显地归因于这类分子的强疏水特征及难以用这类分子区域特异性标记生物分子。
[0007] 因此本领域需要在没有事先光照或化学激活或酶促激活情况下允许目视或荧光 检测生物分子的水溶性染料和生物标记物。理想地，这类染料和生物标记物应当强烈显色 或发荧光并且应当以多种颜色和荧光波长可获得。本发明满足这种需要并且进一步提供相 关优点。
[0008] 发明简述
[0009] 简言之，本发明总体上涉及可用作能够目视检测生物分子和其他分析物的水溶性 荧光染料或有色染料和探针的化合物，以及制备它们的试剂。还描述了用于目视检测生物 分子以及用于确定生物分子大小的方法。本发明的水溶性荧光染料或有色染料强烈显色和 /或发荧光并且可以通过视检或其他手段轻易地观察。在一些实施方案中，可以在没有事先 光照或化学激活或酶促激活情况下观察所述化合物。通过适宜地选择染料，如本文所述，可 以获得具有多种颜色的目视可检测生物分子。
[0010] 在一个实施方案中，提供具有以下结构（I)的化合物：
[0011]
[0012] 或其立体异构体、互变异构体或盐，其中R1、R2、R 3、L1、L2、L3、L4、L 5、L6、M1、M2、A、q、 w和n如本文定义。
[0013] 在另一个实施方案中，提供一种用于对样品进行染色的方法，所述方法包括向所 述样品按照足够在所述样品以适宜波长照亮时产生光学响应的量添加如本文所述的代表 性化合物。
[0014] 仍在其他实施方案中，本公开提供一种用于目视检测生物分子的方法，所述方法 包括：
[0015] (a)提供本文所述的代表性化合物；并且
[0016] (b)通过其可视特性检测化合物。
[0017] 所公开的其他方法包括一种用于目视检测生物分子的方法，所述方法包括：
[0018] (a)将任一种所公开的化合物与一种或多种生物分子混合；并且
[0019] (b)通过其可视特性检测化合物。
[0020] 其他实施方案涉及一种组合物，所述组合物包含任一种公开的化合物和一种或多 种生物分子。还提供了这种组合物在检测一种或多种生物分子的分析方法中的用途。
[0021] 本发明的这些方面和其他方面会在参考以下详述而显而易见。
[0022] 发明详述
[0023] 在以下描述中，阐述某些具体细节，旨在提供对本发明多种实施方案的透彻理解。 但是，本领域技术人员将理解本发明可以在没有这些细节的情况下实施。
[0024] 除非情境需要，否则在本说明书和权利要求通篇范围内，词"包含"及其变例，如， "包含了"和"包含着"将解释成是开放、包括性意义，即，理解为"包括但不限于"。
[0025] 本说明书通篇范围内对"一个实施方案"或"某个实施方案"的谈及意指在本发明 的至少一个实施方案中包含与某实施方案联系所描述的具体特点、结构或特征。因此，短语 "在一个实施方案中"或"在某个实施方案中"在本说明书通篇范围内多个位置的出现并不 必然地全都指相同的实施方案。另外，具体特点、结构或特征可以在一个或多个实施方案中 按任何适合的方式组合。
[0026] "氨基"指_順2基。
[0027] "羧基"指-CO2H 基。
[0028] "氰基"指-CN基。
[0029] "甲酰基"指-C ( = 0) H 基。
[0030] "羟"或"羟基"指OH基。
[0031] "亚胺基"指=NH基。
[0032] "硝基"指_勵2基。
[0033] "氧代"指=0取代基。
[0034] "硫氢基"指-SH基。
[0035] "硫代"指=S基。
[0036] "烷基"指仅由碳原子和氢原子组成的直链或分枝烃链基团，所述烃链基团是饱和 或不饱和的（即，含有一个或多个双键和/或叁键），具有1个至12个碳原子（C 1-C12烷基）、 优选地1个至8个碳原子（C1-C8烷基）或1个至6个碳原子（C ^C6烷基），并且通过单键 与分子的其余部分连接，例如，甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基（异丙基）、正丁基、正戊基、 1，1-二甲基乙基（叔-丁基）、3_甲基己基、2-甲基己基、乙烯基、丙-1-烯基、丁-1-烯基、 戊-1-烯基、戊-1，4-二烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基等。除非在本说明书 中另外声明，否则烷基可以是任选取代的。
[0037] "亚烷基"或"亚烷基链"指仅由碳和氢组成的使分子的其余部分与取代基连接的 直链或分枝二价烃链，所述二价烃链是饱和或不饱和的（即，含有一个或多个双键和/或叁 键）并且具有1个至12个碳原子，例如，亚甲基、亚乙基、亚丙基、正-亚丁基、亚乙烯基、亚 丙烯基、正-亚丁烯基、亚丙炔基、正-亚丁炔基等。亚烷基链通过单键或双键与分子的其 余部分连接并通过单键或双键与取代基连接。亚烷基链与分子其余部分及与取代基的连接 点可以是经过链内部的一个碳或任何两个碳。除非在本说明书中另外声明，否则亚烷基链 可以是任选取代的。
[0038] "烷氧基"指式-ORa的基团，其中Ra是如上文定义的含有1个至12个碳原子的烷 基。除非在本说明书中另外声明，否则烷氧基可以是任选取代的。
[0039] "烷基氨基"指式-NHRJ^ -NR aRa的基团，其中每个R a独立地是如上文定义的含有 1个至12个碳原子的烷基。除非在本说明书中另外声明，否则烷基氨基可以是任选取代的。
[0040] "烷基醚"指如上文定义的任何烷基，其中至少一个碳-碳键用碳-氧键替换。 碳-氧键可以在末端上（如在烷氧基中）或碳氧键可以是内部的（即，C-0-C)。烷基醚包 含至少一个碳氧键，但是可以包括多于一个碳氧键。例如，在烷基醚的含义内部包括聚乙二 醇（PEG)。除非在本说明书中另外声明，否则烷基醚基可以是任选取代的。例如，在一些实 施方案中，烷基醚用醇或磷酸酯取代。
[0041] "亚烷基醚"指如上文定义的任何亚烷基，其中至少一个碳-碳键用碳-氧键替换。 碳-氧键可以在末端上（如在烷氧基中）或碳氧键可以是内部的（即，C-0-C)。亚烷基醚 包含至少一个碳氧键，但是可以包括多于一个碳氧键。例如，在亚烷基醚的含义内部包括聚 乙二醇（PEG)。除非在本说明书中另外声明，否则亚烷基醚基可以是任选取代的。
[0042] "烷基二氧膦基"指-RP ( = 0) (Ra) Rb基团，其中R是亚烷基，R 3是0H、0或OR c;并 且Rb是-氧烷基或-氧烷基醚，其中R。是反离子（例如，Na+等）。除非在本说明书中另 外声明，否则烷基二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基二氧膦基中 的-氧烷基或-氧烷基醚部分（R b)任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、 憐酸酯、硫代憐酸酯、^氧勝基烷基、硫代^氧勝基烷基、^氧勝基烷基酿或硫代^氧勝基 烷基醚。"氧烷基二氧膦基是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基二氧膦基。除非在本 说明书中另外声明，否则氧烷基二氧膦基可以是任选取代的。
[0043] "烷基醚二氧膦基"指-RP ( = 0) (Ra) Rb基团，其中R是亚烷基，R 3是0H、0或OR c; 并且Rb是-氧烷基或-氧烷基醚，其中R。是反离子（例如，Na +等）。除非在本说明书中另 外声明，否则烷基醚二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基醚二氧膦 基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分（R b)任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢 基、憐酸酯、硫代憐酸酯、^氧勝基烷基、硫代^氧勝基烷基、^氧勝基烷基酿或硫代^氧勝 基烷基醚。"氧烷基醚二氧膦基"是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基醚二氧膦基。除 非在本说明书中另外声明，否则氧烷基醚二氧膦基可以是任选取代的。
[0044] "烷基硫代二氧膦基"指-P ( = Ra) (Rb) R。基团，其中R 3是0或S，R b是0H、0、S、 ORdSSRd;并且R。是-氧烷基或-氧烷基醚，其中R ,是反离子（例如，Na+等）并且条件 是：1^是3或Rb是S或SRd;S条件是1? 3是3和Rb是S或SRd。除非在本说明书中另外声 明，否则烷基硫代二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基硫代二氧膦 基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫氢基、磷 酸酯、硫代憐酸酯、^氧勝基烷基、硫代^氧勝基烷基、^氧勝基烷基酿或硫代^氧勝基烧 基醚。"氧烷基硫代二氧膦基"是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基硫代二氧膦基。除 非在本说明书中另外声明，否则氧烷基硫代二氧膦基可以是任选取代的。
[0045] "烷基醚硫代二氧膦基"指-P ( = Ra) (Rb) R。基团，其中R 3是0或S，R b是0H、0-、 S-、0心或SR d;并且R。是-氧烷基或-氧烷基醚，其中R ,是反离子（例如，Na +等）并且条 件是：1^是S或R b是S-或SR ^或条件是R 3是S和R b是S-或SR d。除非在本说明书中另外 声明，否则烷基醚硫代二氧膦基可以是任选取代的。例如，在某些实施方案中，烷基醚硫代 二氧膦基中的-氧烷基或-氧烷基醚部分任选用以下一种或多种基团取代：羟基、氨基、硫 氛基、憐酸酯、硫代憐酸酯、^氧勝基烷基、硫代^氧勝基烷基、^氧勝基烷基酿或硫代^氧 膦基烷基醚。"氧烷基醚硫代二氧膦基"是通过氧原子与分子剩余部分连接的烷基醚硫代二 氧膦基。除非在本说明书中另外声明，否则氧烷基醚硫代二氧膦基可以是任选取代的。
[0046] "酰胺"指-NRaRb原子团，其中R 3和R b独立地是H、烷基或芳基。除非在本说明书 中另外声明，否则酰胺基可以是任选取代的。
[0047] "芳基"指包含氢、6至18个碳原子和至少一个芳环的烃环系统基团。出于本发明 的目的，芳基可以是单环状、双环状、三环状或四环状环系统，其可以包括稠合或桥环系统。 芳基包括但不限于衍生自苯并危（aceanthrylene)、危稀、焚蒽（acephenanthrylene)、蒽、 奧、苯、窟、焚烧、荷、不对称引达省（as-indacene)、对称引达省（s-indacene)、讳满、讳、 萘、非那稀（phena lene)、菲、七曜稀（pleiadene)、花、和三亚苯的芳基。除非在本说明书 中另外声明，否则术语"芳基"或前缀"ar_"（如"芳烷基"中）意在包括任选取代的芳基。
[0048] "芳氧基"指式-ORa的基团，其中Ra是如上文定义的芳基，例如苯氧基等。除非在 本说明书中另外声明，否则芳氧基可以是任选取代的。
[0049] "芳烷基"指式-Rb_R。的基团，其中Rb是如上文定义的亚烷基链并且R。是如上文 定义的一种或多种芳基，例如，苄基、二苯甲基等。除非在本说明书中另外声明，否则芳烷基 可以是任选取代的。
[0050] "氧芳烷基"是通过氧键与分子剩余部分连接的芳烷基。"0DMT"指通过0原子与 分子其余部分连接的二甲氧基三苯甲基。除非在本说明书中另外声明，否则氧芳烷基可以 是任选取代的。
[0051] "氰烷基"指包含至少一个氰基取代基的烷基。一个或多个-CN取代基可以在伯、 仲或叔碳原子上。除非在本说明书中另外声明，否则氰烷基可以是任选取代的。
[0052] "环烷基"或"碳环状环"指仅由碳原子和氢原子组成的稳定非芳族单环状或多环 状烃基，所述非芳族单环状或多环状烃基可以包括稠合或桥环系统，具有3个至15个碳原 子，优选地具有3个至10个碳原子，并且饱和或不饱和的以及通过单键与分子的其余部分 连接。单环状环烷基例如包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。多环状环 烷基例如包括金刚烷基、降冰片基、萘烷、7, 7-二甲基-双[2. 2. 1]庚基等。除非在本说明 书中另外声明，否则环烷基可以是任选取代的。
[0053] "环烷基烷基"指式-RbRd的基团，其中R b是如上文定义的亚烷基链并且R d是如上 文定义的环烷基。除非在本说明书中另外声明，否则环烷基烷基可以是任选取代的。
[0054] "多环的"指具有多于一个环的任何分子。这些环可以稠合、为螺环状或由一个或 多个原子分隔（例如，通过非环接头连接）。
[0055] "螺环"指其中两个环共有单个碳原子的多环分子。
[0056] "稠合"指本文所述的与本发明化合物中的现有环结构稠合的任何环结构。当稠环 是杂环基环或杂芳基环时，在变成稠合杂环基环或稠合杂芳基环组成部分的现有环结构上 的任何碳原子可以由氮原子替换。
[0057] "齒"或"卤素"指溴、氯、氟或碘。
[0058] "卤代烷基"指如上文定义的烷基，所述烷基由一个或多个如上文定义的卤素基团 取代，例如，三氟甲基、二氟甲基、三氯甲基、2, 2, 2-三氟乙基、1. 2-二氟乙基、3-溴-2-氟丙 基、1，2-二溴乙基等。除非在本说明书中另外声明，否则卤代烷基可以是任选取代的。
[0059] 如本文所用，"杂环"指由2至12个碳原子和1至6个选自氮、氧和硫的杂原子组 成的稳定3元至18元非芳族环基团。除非在本说明书中另外声明，否则杂环基可以是单环 状、双环状、三环状或四环状环系统，所述环系统可以包括稠合或桥环系统；并且杂环基中 的氮、碳或硫原子可以任选地氧化；氮原子可以任选地季化；并且杂环基可以是部分或完 全饱和的。这类杂环基的例子包括但不限于二氧戊环基、噻吩基[1.3]二噻烷基、十氢异喹 啉基、咪唑啉基、咪唑烷基、异噻唑烷基、异P恶唑烷基、吗啉基、八氢吲哚基、八氢异吲哚基、 2_氧代哌嗪基、2-氧代哌啶基、2-氧代吡咯烷基、P恶唑啉基、哌啶、哌嗪基、4-哌啶酮基、吡 咯烷基、吡唑烷基、奎宁环基、噻唑烷基、四氢呋喃基、三噻烷基、四氢吡喃基、硫代吗啉、硫 吗啉基、1-氧代-硫代吗啉、和1，1-二氧代-硫代吗啉基。除非在本说明书中另外声明，否 则杂环基可以是任选取代的。
[0060] "N-杂环基"指如上文定义的杂环基，所述杂环基含有至少一个氮并且其中杂环基 与分子其余部分接合的点经过杂环基中的氮原子。除非在本说明书中另外声明，否则N-杂 环基基可以是任选取代的。
[0061] "杂环基烷基"指式-RbRe的基团，其中Rb是如上文定义的亚烷基链并且R e是如上 文定义的杂环基，并且如果杂环基是含氮杂环基，则该杂环基可以与烷基在氮原子处连接。 除非在本说明书中另外声明，否则杂环基烷基可以是任选取代的。
[0062] "杂芳基"指包含氢原子、1个至13碳原子、1个至6个选自氮、氧和硫的杂原子和 至少一个芳环的5元至14元环系统基团。出于本发明的目的，杂芳基可以单环状、双环状、 三环状或四环状环系统，所述环系统可以包括稠合或桥环系统；并且杂芳基中的氮、碳或硫 原子可以任选地氧化；氮原子可以任选地季化。例子包括但不限于吖庚因基、叮啶基、苯并 咪唑基、苯并噻唑、苯并吲哚基、苯并二氧杂环戊烯基、苯并呋喃基、苯并0恶唑基、苯并噻唑、 苯并噻二唑基、苯并[b][l，4]二氧杂环庚基、1，4-苯并二0恶烷基、苯并萘呋喃基、苯并#恶 唑基、苯并二氧杂环戊烯基、二穩烯基、苯并P比喃基、苯并P比喃酮基、苯并呋喃基、苯并吡喃 酮基、苯并噻吩基（苯并苯硫基）、苯并三唑基、苯并[4, 6]咪唑并[1.2-a]吡啶基、咔唑 基、噌啉基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、呋喃基、呋喃酮基、异噻唑基、咪唑基、吲唑基、吲 哚基、吲唑基、异吲哚基、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、异喹啉基、吲嗪基、异0恶唑基、萘啶基、 _二唑基、2-氧代吖庚因基、嚙唑基、环氧乙烷基、1-氧化吡啶基、1-氧化嘧啶基、1-氧化 吡嗪基、1-氧化哒嗪基、1-苯基-IH-吡咯、吩嗪基、吩噻嗪基、吩嗪基、酞嗪基、蝶啶基、嘌 呤基、吡咯基、吡唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、喹唑啉基、喹t慈啉基、喹啉基、奎宁 环基、异喹啉基、四氢喹啉基、噻唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、三嗪基和苯硫基（即，噻 吩基）。除非在本说明书中另外声明，否则杂芳基可以是任选取代的。
[0063] "N-杂芳基"指如上文定义的杂芳基，所述杂芳基含有至少一个氮并且其中杂芳基 与分子其余部分接合的点经过杂芳基中的氮原子。除非在本说明书中另外声明，否则N-杂 芳基可以是任选取代的。
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