光學(xué)成像和光治療在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和癌癥診療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的可見光區(qū)（< 650 nm）成像和治療相比，近紅外（650–1700 nm）光學(xué)成像和治療具有更深的組織穿透能力和更弱的組織吸收，表現(xiàn)出更好的成像信噪比和治療效果。而近紅外有機染料因其相對分子量較小、生物相容性好等優(yōu)勢，具有更大的轉(zhuǎn)化潛力，近年來受到了研究者的高度關(guān)注。 延長氧雜蒽類熒光染料的波長主要有兩種途徑：一種是通過擴展傳統(tǒng)染料的π共軛體系，另一種是采用雜原子替代氧雜蒽染料中的氧橋。盡管這些策略在一定程度上有效，但引入大π體系會降低染料的生物相容性和穩(wěn)定性，增加其分子量和空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并可能影響染料在活體內(nèi)的代謝速度，進而引發(fā)器官毒性。另一方面，雜原子取代的氧雜蒽類染料具有較好的生物相容性和光穩(wěn)定性，但其化學(xué)穩(wěn)定性顯著下降。 近日，湖南大學(xué)袁林教授和任天兵副教授等通過在氧雜蒽了染料中引入模塊化助色基團-二氫吡啶并吡嗪，通過強化染料分子內(nèi)電荷分離，構(gòu)建了高穩(wěn)定的近紅外吸收和發(fā)射的氧雜蒽類染料。
首先，利用逆向合成分析，作者優(yōu)化了目標(biāo)染料NIR-Rs的制備路線；隨后，通過引入吡啶環(huán)，作者合成了穩(wěn)定的關(guān)鍵中間體；最后，基于前期高產(chǎn)率中間體的制備，作者成功合成了目標(biāo)染料NIR-R1N，并可以放大到克級規(guī)模的制備。 相比于母體染料羅丹明B（553/578 nm），NIR-R1N的吸收和發(fā)射波長顯著紅移，分別紅移至705和772 nm。然而，相比NIR-R1N，通過削弱助色團供電子能力構(gòu)建的參比染料NIR-R2N，NIR-R3 和 NIR-R4的波長明顯發(fā)生藍移。DFT計算表明，引入二氫吡啶并吡嗪環(huán)助色團強化了染料NIR-R1N的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移程度，進而導(dǎo)致其波長顯著紅移（> 150 nm）。 最后，為了證明該策略的通用性，作者將二氫吡啶并吡嗪基團修飾到其他氧雜蒽染料骨架上（以羅丹熒和惡嗪染料為例）。實驗結(jié)果表明，相比于母體染料，重構(gòu)后的羅丹熒和惡嗪染料（NIR-Rho & NIR-OX）均具有顯著紅移的波長，同時維持優(yōu)良的穩(wěn)定性和生物相容性以及小的分子量。尤其是，惡嗪染料NIR-OX（386.2 Da），其分子量只有少許的增加，但其發(fā)射波長紅移至近紅外二區(qū)（尾峰可至1200 nm）。得益于以上優(yōu)良特性，NIR-OX染料表現(xiàn)出比商業(yè)化ICG染料更好的活體代謝能力，具有優(yōu)良的活體應(yīng)用潛力。 論文信息 Dihydropyridopyrazine Functionalized Xanthene: Generating Stable NIR Dyes with Small-Molecular Weight by Enhanced Charge Separation Dr. Xing-Xing Zhang, Feiyu Yang, Xinyu Zhao, Dr. Qian Wu, Dr. Long He, Dr. Zhe Li, Prof. Zhixuan Zhou, Dr. Tian-Bing Ren, Prof. Xiao-Bing Zhang, Prof. Lin Yuan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410666
