Synthesis of a new flavone based probe bearing nitroolefin moiety for the detection of cysteine

Synthesis of a new flavone based probe bearing nitroolefin moiety for the detection of cysteine

Author

Al-Hamamiyah, Nadia Khalifah Nasser

Publisher

Sultan Qaboos University

Gregorian

2017

Language

English

Subject

Chemistry

English abstract

Up to date, the design of highly selective probes for amino acid cysteine is still a challenge and very few examples have been reported so far. This research is principally focused on the synthesis, characterization and optical properties investigation of a new fluorescent probe based on flavone skeleton and bearing a nitroolefin moiety in different media. In this work, the probe, 4' nitroolefinylflavone (4'-NOF) 9 was synthesized through an Aldol type of reaction between nitromethane and an aldehyde group of corresponding 4'-formylflavone. The formed probe consists of flavone as the fluorophore, linked via C-4' to nitroolefin moiety which contain a double bond as a functional trigger moiety. The chemical structure of the probe was confirmed by IR, 'H NMR, 13C NMR and MALDI-TOF spectral data. In order to expand its application potential, its photophysical properties have been investigated using absorption and emission spectroscopic techniques. Indeed, the choice of nitroolefin group not only offers us the desired functionality for participating in the Michael-type reaction in specific detection of cysteine, but also helps in achieving a favorable intramolecular charge transfer (ICT) transition. The probe exhibited absorption maximum at 340 nm and emission maximum at 454 nm (ex= 330 nm). Upon the addition of Cys to the solution of 4'-NOF, remarkable shifts in its spectra can be observed from 340 nm to 300 nm in absorption spectrum (hypsochromic shift) and from 454 nm to 456 nm in emission spectrum (bathochromic shift). The emission intensity of 4'-NOF was greatly enhanced while adding 0.05 mM Cys. This fluorescence enhancement and absorption change are attributed to the Michael addition of SH group of cysteine to the double bond of nitroolefin moiety in the sensor, resulting in switching off the intramolecular charge transfer (ICT) from flavone moiety to nitroolefin moiety. The Michael addition mechanism of the reaction between 9 and cysteine was confirmed by 'H-NMR spectroscopy and mass spectrometry. The detection limit of 9 to Cys was evaluated to be 1.633 UM, which is lower than the normal human intracellular cysteine concentration 30-200 UM.

Member of

Theses and Dissertations

Resource URL

https://hdl.handle.net/20.500.12408/335

Arabic abstract

حتى اليوم، تصميم مسار كيميائية عالية الأختيار الحمض الأميني الستين (Cys) ما زالت تحديا وقليل من الأمثلة عليها قد سجلت حتى الآن. لذلك هذا البحث ركز أساسا على تصنيع ودراسة الخواص الفيزيائية والضوئية لمسبار كيميائي جديد يعتمد على فئة الفلافون ويحمل مجموعة النيتروأوليفين في أوساط مختلفة. في هذا العمل، المسبار الكيميائي 4- نيتروأوليفينيل فلافون (9)، تم تصنيعه من خلال تفاعل الألدول بين مركب النيتروميثان ومجموعة الألدهيد التابعة للمركب 4 فورميل فلافون. المسبار الكيميائي الذي تم تصنيعه يحتوي على الفلافون كفلوروفور متصل عن طريق ذرة الكربون C-4 بمجموعة النيتروأوليفين التي تحتوي على الرابطة الثنائية كمجموعة وظيفية مستقبلة يحدث عندها التفاعل. وقد تم التحقق من صحة الهيكل الكيميائي لهذا المركب باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، الرنين النووي المغناطيسي للبروتون والكربون وقياس الطيف الكتلي بانتزاز أو تأين جزيئاته في مصفوفة باستخدام الليزر. و من أجل التوسع في التطبيق الفعلي لهذا المركب، تم التحقق من خواصه الفوتوفيزيائية من خلال دراسة خواصه الإمتصاصية والإمبعاثية. في الحقيقة، اختيار مجموعة النيتروأوليفين لا تزود المركب فقط بالمجموعه الوظيفية للمشاركة في تفاعل مايكل الإضافة في الكشف الخاص عن السيستين، بل ايضا تساعد في تحقيق انتقال الشحنات خلال المسبار الكيميائي الذي يعرض أعلى خاصية امتصاص له عند 240 نانومتر و أعلى خاصية انبعاث له عند 330 نانو متر. عند اضافة الحمض الأميني السيستين إلى محلول المسبار الكيميائي يمكن مشاهدة تزحزح ملحوظ في أطياف أطواله الموجية من 340 نانو متر إلى 300 نانو متر في طيف الإمتصاص ( بلوشفت أو هيبسوكروماك شفت) ومن 454 نانومتر الى 456 نانومتر في طيفه الانبعاث (ريد شفت او بالوكرومك شفت). كما أن كثافة إشعاعات المركب قد تحسنت كثيرا عند اضافة 0 . 05 مل مولار من الحمض الأميني السيستين تحسن الخاصية الفوسفورية والتغير في خاصية الإمتصاص لهذا المركب يعزى إلى تفاعل إضافة المجموعة الوظيفية سلفهايدريل (SH) في الحمض الأميني السيستين إلى الرابطة الثنائية في مجموعة النيترواوليفين في المسبار الكيميائي والذي يؤدي إلى توقف إنتقال الشحنات في الجزية من مجموعة الفلافون إلى مجموعة النيترواوليفين. أضف إلى ذلك أن الية هذا التفاعل بين المسبار الكيميائي والحمض الأميني السيستين أثبتت باستخدام الرنين النووي المغناطيسي للبروتون وقياس الطيف الكتلي. وفد وجد أن حد الكشف لهذا المركب الحمض الأميني السيستين هو 1 . 633 مایکرو مولار أقل من تركيزه بين خلايا الإنسان العادي والذي يقع بين 30 إلى 200 مايكرومولار.