研究进展:分子光开关,如基于双键异构化原理的二苯乙烯和偶氮苯,在分子机器、智能材料、催化、光药理学等广泛研究领域具有重要意义。然而,通常无法简单有效地获得这种分子工具,往往需要精细的合成和取代方案来获得有效的光开关性质。靛蓝发色团是双键异构化光开关的另一种选择,其可以使用可见光进行Z到E和E到Z的光异构化,良好的光化学性质以及合成的多功能性使其能够应用于许多不同的领域。并且,最近的一项调查进一步强调了半靛蓝发色团作为光药理学工具的潜力。解决方案:在本文中,作者提出了一类独特的基于罗丹宁光开关,其含有部分半硫靛蓝(HTI)基序,但苄环化的硫靛蓝片段被二苯乙烯片段连接的罗丹宁或氧-罗丹宁单元取代。作者据此提出了一系列基于罗丹宁的光开关,它们可以在一个简单的合成步骤中制备,而不需要精细的纯化(图1)。该光开关是由紫外线和可见光在两个开关方向上诱导的,具有高量子产率和强可调性,亚稳态的热稳定性可以通过简单地将高度双稳态的含氧罗丹宁结构改变为硫取代的罗丹宁结构来精确地调节。同时,对于后者,观察到高达57 nm的吸收红移。并且通过引入咪唑或吲哚等杂环结构,能够获得增强的光致变色和提高的热双稳态。接着,展示了这类光开关作为化学生物学工具的应用。已知衍生物1是PMI激酶(癌症治疗的一个药物靶点)的抑制剂,其是一种可以光开关的细胞凋亡诱导剂,作者证明了其生物活性可以通过非活性E和活性Z异构体之间的可逆光异构化有效地开启或关闭。并且发现衍生物5具有相似的活性(图2),且具有明显的红移吸收。
图1:含氧罗丹宁和罗丹宁基发色团1-14的Z异构体的结构。
图2:对DNA(红色)和F-肌动蛋白(白色)进行染色的Hela细胞的共聚焦显微镜图像。
结论:本文提出了一系列基于罗丹宁的光开关,他们可以通过简单的合成步骤制备,并且允许通过结构调节在大范围内调节热和光化学/物理性质。并且,光开关5的性质被证明与1相似,可以通过非活性E和活性Z异构体之间的可逆光异构化,有效地开启和关闭诱导细胞凋亡的活性。基于罗丹宁的光开关是一类易于制备且非常有前途的光可控分子工具,其在生物和医学领域具有巨大潜力。
参考文献:Henry Dube et al. Rhodanine-Based
Chromophores: Fast Access to Capable Photoswitches and Application in
Light-Induced Apoptosi . J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.3c07710.