The development of fluorescent chemosensors for detecting ONOO-, GSH and chiral recognition

Abstract

In chapter Ⅰ, we designed and synthesized a new two-photon fluorescence probe 1 based on boronic acid structure for the selective detection of peroxynitrite (ONOO-) near the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor. The probe 1 also contains a naphthalimide moiety as two-photon fluorophore and ifenprodil-like tail as a directing group for NMDA receptor. The peroxynitrite produced by excessive NMDA activity is believed to be strongly associated with the neurodegenerative disorders. Therefore, the imaging probe which can monitor the concentration of ONOO- near the NMDA receptor is required. This probe 1 can selectively and sensitively detect ONOO- in the aqueous solution but also in living cells and tissues. This result suggests that the probe 1 could be employed as an effective detector of ONOO- that localize near the NMDA receptor. In chapter Ⅱ, a new two-photon fluorescence probe 1 containing sulfonamide functional group was synthesized for detection of glutathion (GSH) that localize near the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor. The probe 1 also contains a naphthalimide group as fluorophore. GSH is a major factor in human pathology because GSH protects cell damage caused by free radicals and reactive oxygen species. We demonstrated that this GSH probe can effectively detect GSH near NMDAR in the living cells and tissues. Therefore, this result suggests that this probe 1 can be used to study cellular functions that are related to GSH near NMDA receptor. In chapter Ⅲ, we developed a fluorescence probe for chiral recognition. Chirality plays an important role in biochemical systems and enantiomers often have very different physiological properties. Therefore, chiral recognition is of great significance in chemistry and biochemistry. Various techniques have been used for the chiral recognition, such as NMR, UV/vis, and fluorescence spectroscopy. Among these techniques, chiral fluorescence sensors allow for rapid determination of the enantiometric composition with high sensitivity. In this chapter, naphthoimidazolim-cholesterol derivative (probe 1) as a fluorophore but also as a recognition moiety for anions via imidazolium (C-H)+--anions and cholesterol unit act as a chiral barrier. We demonstrated that this probe 1 display unique and distinct ratiometric change with D-Phe, on the hand, L-Phe induced a negligible change.;1장에서는 N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor 부근의ONOO¬-를 선택적으로 감지할 수 있는 boronic acid 기반 이광자 형광센서를 소개한다. 이 형광센서는 이광자 형광체로서 naphthalimide를 사용했으며 NMDA receptor 지향성기로 ifenprodil-like tail을 사용했다. NMDA의 과잉 활동으로 인해 생성된 ONOO-는 다양한 신경장애에 상당한 관련이 있는 것으로 알려졌다. 따라서, NMDA receptor 부근의 ONOO- 농도를 이미징할 수 있는 센서가 필요하다. 이 센서 1은 수용액뿐만 아니라 세포와 조직에서도 ONOO-를 선택적으로 감지할 수 있음을 확인했다. 이 결과는 센서 1이 NMDA receptor 부근 ONOO-의 효과적인 detector로 쓰일 수 있음을 증명한다. 2장에서는 N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor 부근의 GSH 감지를 위한 sulfonamide 그룹 기반의 이광자 형광센서를 소개한다. 센서 1은 형광체로서 naphthalimide를 사용했다. GSH는 자유레디칼과 활성산소종으로 인한 세포손상을 막아줄 수 있기 때문에 인체병리학의 주요한 요소이다. 이 장에서, GSH 센서가 세포와 조직내에서 NMDAR 부근의 GSH를 효과적으로 감지할 수 있음을 증명했다. 이러한 결과는 센서 1이 NMDA receptor부근의 GSH와 관련된 세포 기능을 연구하는데 유용하게 쓰일 수 있음을 암시한다. 3장에서는, 키랄 인식을 하기 위한 형광센서를 소개한다. 카이랄성은 생화학 시스템에서 중요한 역할을 하며 이성질체는 종종 정 반대의 생리학 성질을 보인다. 따라서, 키랄 인식은 화학과 생화학에서 매우 중요한 연구과제이다. NMR, UV/vis, 형광 분광학과 같은 다양한 기술이 키랄 인식을 위해 사용되어왔다. 이러한 기술들 가운데, 키랄 형광 센서는 뛰어난 민감도로 이성질체의 빠른 구별이 가능하다. 이 장에서, 아미노산의 키랄 인식을 위해naphtoimidazolium chloresterol 형광체 1을 합성했으며 센서 1이 D-form과 L-form의 phenylalanine을 구별하기 위해 활용될 수 있음을 확인했다.