Effiziente Far-Red/Nah-IR absorbierende BODIPY-Photokäfige durch Blockierung unproduktiver konischer Übergänge

Photokäfige sind lichtempfindliche chemische Schutzgruppen, die es Forschern ermöglichen, die Aktivierung von Biomolekülen durch gezielte Lichtbestrahlung zu steuern. Eine überzeugende Anwendung von far-red/nah-IR absorbierenden Photokäfigen ist ihr Potenzial zur Aktivierung von Biomolekülen und Phototherapeutika in tiefem Gewebe. In diesem Sinne berichteten wir kürzlich über BODIPY-Photokäfige, die nah-IR Licht absorbieren. Diese Photokäfige weisen jedoch im Vergleich zu Photokäfigen, die kürzwelliges Licht absorbieren, eine verringerte Photorelease-Effizienz auf, was ihre Anwendung behindert hat. Da die Photochemie ein Nullsummenwettbewerb der Raten ist, kann die Verbesserung des quantenmechanischen Ertrags einer Photoreaktion entweder erreicht werden, indem die gewünschte Photoreaktion effizienter gemacht wird oder indem konkurrierende Zerfallskanäle eingeschränkt werden. Diese letztere Strategie, unproduktive Zerfallskanäle zu hemmen, wurde verfolgt, um die Freisetzungseffizienz von langwellig absorbierenden BODIPY-Photokäfigen zu verbessern, indem Strukturen synthetisiert wurden, die den Zugang zu unproduktiven Singulett-internen Umwandlungs-Kegelübergängen blockieren, die kürzlich für einfache BODIPY-Strukturen aus dynamischen Simulationen im angeregten Zustand erkannt wurden. Diese Strategie führte zur Synthese neuer konformativ restriktiver boron-methylierter BODIPY-Photokäfige, die stark Licht um 700 nm absorbieren. Im besten Fall wurde ein Photokäfig mit einem Extinktionskoeffizienten von 124000 M-1 cm-1, einem Quanten-ertrag der Photorelease von 3,8 % und einer Gesamtquanten-effizienz von 4650 M-1 cm-1 bei 680 nm identifiziert. Dieses Derivat hat eine Quanten-Effizienz, die 50-fach höher ist als die besten bekannten BODIPY-Photokäfige, die >600 nm absorbieren, was die Effektivität einer Strategie zur Gestaltung effizienter Photoreaktionen durch die Verhinderung konkurrierender Zerfallskanäle im angeregten Zustand validiert. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass 1,7-Diaryl-Substitutionen die Quanten-Erträge der Photorelease durch Teilnahme des angeregten Zustands und Blockierung der Ionenpaarkombination durch interne nucleophile Falle verbessern. Es wurde keine zelluläre Toxizität (Trypanblau-Exklusion) bei 20 μM beobachtet, und die Photoaktivierung wurde in HeLa-Zellen unter Verwendung von rotem Licht demonstriert.