Construction and study of fluorescent properties of dyes obtained via Knoevenagel condensation reaction of 2-(pyridin-2-yl)acetonitrile and other CH-acids with various aromatic mono-, di-, and trialdehydes

Złożoność struktur komórkowych i pozakomórkowych powoduje, że ksenobiotyki mogą lokalizować się w różnych tkankach oraz różnych miejscach w komórce. W celu zobrazowania miejsca działania leku w testach in vitro bardzo często stosowane jest obrazowanie fluorescencyjne. W dotychczasowych sondach fluorescencyjnych przyłączenie sondy do biomolekuły stanowiło wyzwanie, natomiast w celu zwiększenia skuteczności znakowania można zastosować reakcje bioortogonalne. Celem opisywanych badań była synteza barwników w reakcji kondensacji Knoevenagla, które wykazują fluorescencję, aby umożliwić wizualizację lokalizacji w komórce leków przeciwnowotworowych w testach in vitro. Aldehydy stosowane w trakcie badań otrzymano metodą formylowania Duffa. Ze względu na potencjalne zastosowanie reakcji jako bioortogonalnych, wszystkie syntezy prowadzono w wodzie jako rozpuszczalniku w temperaturze pokojowej i z wodorotlenkiem sodu jako katalizatorem. Jeżeli w takich warunkach wyizolowanie produktu było nieskuteczne, stosowano metody mechanochemiczne lub katalizę octanem amonu w środowisku lodowatego kwasu octowego. Struktury otrzymanych związków ustalono na podstawie analizy widm NMR, HRMS oraz IR, a następnie zmierzono elektronowe widma absorpcyjne i emisyjne w zakresie UV-Vis. Związki, które w swojej strukturze zawierają grupę elektronoakceptorową w pozycji orto względem grupy elektronodonorowej wykazują właściwości fluorescencyjne. Najbardziej obiecujący barwnik otrzymano w reakcji kondensacji Knoevenagla 6-hydroksybenz-1,3,5-trikarbaldehydu z 2-(pirydyn-2-ylo)acetonitrylem, wykazuje on maksimum emisji dla światła o największej długości fali (λmax = 594 nm). W kondensacji Knoevenagla z tym samym CH-kwasem i 2-hydroksy-1-naftaldehydem uzyskano związek o największej wydajności kwantowej (φ = 76,77%), natomiast w syntezie 2-(pirydyn-2-ylo)acetonitrylu z 3,4,5-trimetoksybenzaldehydem otrzymano produkt wykazujący intensywną emisję w ciele stałym (λmax = 452 nm).

The complexity of cellular and extracellular structures causes xenobiotics to localize in various tissues and different cellular sites. Fluorescence imaging is frequently employed to visualize the site of drug action in in vitro assays. In prior fluorescent probes, attaching the probe directly to a biomolecule has been challenging; however, bioorthogonal reactions can be used to enhance labeling efficiency. The aim of the described research was to synthesize dyes via the Knoevenagel condensation reaction that exhibit fluorescence to enable visualization of anticancer drug localization in the cell in in vitro assays. The aldehydes used in the studies were obtained by the Duff formylation reaction. Due to the potential application of these reactions as bioorthogonal, all syntheses were conducted in water as the solvent, at room temperature, using sodium hydroxide as a catalyst. If product isolation was ineffective under these conditions, alternative methodes were employed, such as mechanochemical techniques or ammonium acetate catalysis in glacial acetic acid. The structures of the obtained compounds were determined based on NMR, HRMS, and IR spectral analyses, followed by measurements of electronic absorption and emission spectra in the UV-Vis range. Compounds with an electron-accepting group positioned ortho to the electron-donating group in their structure exhibit fluorescent properties. The most promising dye was obtained in the Knoevenagel condensation reaction of 2-hydroxybenzene-1,3,5-tricarbaldehyde with 2-(pyridin-2-yl)acetonitrile, showing an maximum emission for light at the longest wavelength (λmax = 594 nm). The highest quantum yield was achieved in the condensation of the same CH-acid with 2-hydroxy-1-naphthaldehyde (φ = 76,77%), whereas the synthesis with 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde yielded a product that exhibited intense solid-state emission (λmax = 452 nm).