氰菁染料作为一类重要的有机荧光探针，被广泛应用于标记核酸和蛋白质，以及在光动力疗法、生物传感器和成像剂中的使用。这些染料因其在近红外区域的优越光学特性，尤其是五甲亚甲基（Cy5）和七甲亚甲基（Cy7）氰菁染料，在癌症成像和靶向治疗中展现了巨大的潜力。通过改变这些染料的结构，可以影响它们的理化性质，从而实现组织特异性靶向。然而，对氰菁染料的聚烯链的进一步合成修饰仍是一个研究较少的领域。近期，光截断现象（即通过光诱导的多步骤反应将长链氰菁染料转化为短链氰菁染料）被描述，但热截断（即通过热诱导的反应将长链氰菁染料截断为短链氰菁染料）的研究却相对稀少。本研究旨在系统地探讨七甲亚甲基氰菁（Cy7）染料在酸碱催化的均相亲核交换反应下截断为五甲亚甲基（Cy5）和三甲亚甲基（Cy3）染料的机制。作者团队分析了不同取代基、不同杂环末端基团、碱、亲核试剂和氧的存在、溶剂性质和温度对截断过程的影响。（图1）此外，通过各种分析和光谱技术，结合高精度从头算计算，作者深入研究了聚烯链的反应性，阐明了截断机制，并提出了减轻合成氰菁衍生物过程中可能出现的副反应的方法。
图片来源：JACS
本研究深入解析了七甲亚甲基氰菁染料在酸碱催化下的热截断机制，通过系统优化反应条件，详细探讨不同取代基、溶剂、温度等因素对截断过程的影响。采用紫外-可见光光谱、高效液相色谱、高分辨率质谱和核磁共振等多种光谱技术进行实验分析，并结合高精度从头算计算验证实验结果，从而揭示截断反应的具体机制，提供一种高效的新合成策略，为氰菁染料的实际应用和进一步开发奠定基础。本研究不仅拓展了氰菁染料的合成策略，通过热截断反应有效地将长链氰菁染料转化为短链氰菁染料，提供了新的合成途径，提升了目标产物的纯度和收率。同时，这些截断产物在近红外区域具有优异的光学性能，促进了其在癌症成像、靶向治疗和生物传感等生物医学领域的应用。研究还展示了高精度从头算方法在复杂有机反应中的应用，推动了理论计算在有机化学中的发展，为未来的研究提供了重要参考。
标题：Thermal Truncation of Heptamethine Cyanine Dyes
作者：Jana Okoročenkova, Josef Filgas, Nasrulla Majid Khan, Petr Slavíček*, and Petr Klán*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02116
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