ボディピー

BODIPY（ボロンジピロメテン）は_、化学式C9H7BN2F2で表される化合物の技術的な一般名であり、その分子は二フッ化ホウ素基BF_から構成されている_{。2 が}ジピロメテン基C₉H₇N₂に結合した化合物。具体的には、IUPACでは4,4-ジフルオロ-4-ボラ-3a,4a-ジアザ-s-インダセンで。 ^{[ 1 ]}赤色の結晶性固体で、室温で安定であり、メタノールに可溶である。 ^{[ 1 ]}

この化合物自体は2009年に単離されたばかりですが^{[ 2 ] [ 1 ] [ 3 ]}、1つ以上の水素原子を他の官能基で置換することによって得られる多くの誘導体は1968年から知られており、BODIPY色素の重要なクラスを構成しています^{[ 4 ]}。これらの有機ホウ素化合物は、生物学研究における蛍光色素やマーカーとして^{[ 1 ]}、また固体色素レーザーの利得媒体として大きな注目を集めています^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}。

結晶固体状態では、コアBODIPYはほぼ平面で対称ですが、完全に平面で対称ではありません。ただし、垂直二等分面上にある2つのフッ素原子は例外です。^{[ 1 ]} その結合は、ホウ素原子に形式的な負電荷、窒素原子の1つに形式的な正電荷があると仮定することで説明できます。

BODIPYとその誘導体は、対応する2,2'-ジピロメテン誘導体と三フッ化ホウ素-ジエチルエーテル錯体（BF4）を反応させることによって得られる。₃ ·(C₂時間₅）₂ Oトリエチルアミンまたは1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)の存在下で合成が困難であったのは、BODIPY 自体ではなく、通常のジピロメテン前駆体の不安定性によるもので^{あった。[ 1 ] [ 8 ]}

ジピロメテン前駆体は、適切なピロール誘導体からいくつかの方法で得られる。通常、使用されるピロールの1つのα位は置換されており、もう1つは遊離している。このようなピロール（多くの場合、クノールピロール合成で入手可能）をトリフルオロ酢酸の存在下で芳香族アルデヒドと縮合させるとジピロメタンが得られ、これをDDQ ^{[ 1 ]}やp-クロラニル^{[ 9 ]}などのキノン酸化剤を用いてジピロメテンに酸化する。

あるいは、ジピロメ​​テンは、ピロールを活性化カルボン酸誘導体（通常は塩化アシルクロリド）で処理することによって調製される。非対称ジピロメテンは、ピロールと2-アシルピロールを縮合させることによって得られる。中間体であるジピロメタンは単離・精製できるが、ジピロメ​​テンの単離は通常、その不安定性によって困難となる。

BODIPYコアは、ピロールおよびアルデヒド（またはアシルクロリド）出発物質の置換基に対する高い許容度により、豊富な誘導体化学を有しています。^{[ 8 ]} BODIPY色素の誘導体化および官能基化は、BODIPYコアが強酸性または強塩基性条件に対して敏感であるため複雑です。このpH感受性は、ホウ素に存在する置換基に依存します。BODIPY色素の酸促進分解は、BODIPYコアの脱ホウ素化によって起こります。^{[ 12 ] [ 13 ]}

環状コアの 2 位と 6 位の水素原子は、NCS、NBS、NISなどのスクシンイミド試薬を使用してハロゲン原子に置換することができ、これにより、ボロン酸エステル、スズ試薬などとのパラジウムカップリング反応によるさらなる後官能化が可能になります。^{[ 8 ]} BODIPY の α-メチル (3 位と 5 位) は部分的に求核性があり、NBS で容易に臭素化できます。^{[ 14 ]}

ホウ素原子上の 2 つのフッ素原子は、合成中または合成後に、リチウム化アルキンまたはアリール種^{[ 8 ]} 、塩素^{[ 9 ]} 、メトキシ^{[ 9 ]}、または二価の「ストラップ」 ^{[ 15 ]}などの他の強力な求核試薬で置換することができる 。この反応は BBr ₃または SnCl ₄によって触媒される。^{[ 16 ]}

BODIPYとその誘導体の多くは、独自の特性を持つ蛍光色素として最近注目を集めている。これらは紫外線を強く吸収し、非常に狭い周波数範囲で再放出し、量子収率が高く、主に600 nm以下の波長で発光する。環境の極性やpHに対して比較的鈍感で、生理的条件下でも比較的安定している。構造を少し変更することで、蛍光特性を調整できる。^{[ 8 ]} BODIPY色素は化学的に比較的不活性である。溶液中では蛍光が消光するため、用途が制限される。この問題は、非対称ホウ素錯体を合成し、フッ素基をフェニル基に置き換えることで解決されている。

無置換BODIPYは、約420～520 nm（ピークは503 nm）の幅広い吸収帯と、 約480～580  nm（ピークは512  nm）の幅広い発光帯を持ち、蛍光寿命は7.2 nsです。蛍光量子収率は1に近く、置換BODIPY色素よりも高く、ローダミンやフルオレセインと同程度ですが、50 °Cを超えると蛍光が失われます 。^{[ 2 ]}

BODIPY色素は、ストークスシフトが非常に小さいこと、環境に依存しない高い蛍光量子収率（水中でも100%近くに達することが多い）、全体的な明るさに寄与するシャープな励起および発光ピーク、そして多くの有機溶媒への高い溶解性といった特徴で知られています。これらの特性の組み合わせにより、BODIPY蛍光体はイメージング用途に有望視されています。励起による永久双極子モーメントの変化が小さいため、吸収帯と発光帯の位置は極性の異なる溶媒中でもほとんど変化しません。

BODIPYの利点は、光分解性が低く、毒性と極性が低く、生体適合性が高く、電荷中性で、蛍光量子収率が高いことであり、これらすべてがBODIPYを効果的なマーカーにしています。^{[ 17 ] [ 18 ] BODIPYコンジュゲートは、その高度に調整可能な光電子特性を利用して、}潜在的なセンサーとして、また生体分子や細胞小器官（細胞小器官など）の標識として広く^研究されています。^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27][ 28 ] [ 29 ]}メソメチル位（ベンジル位に類似）で官能基化されたBODIPY色素は、 _SN1のような光ヘテロリシス機構を介してカーゴを放出する光ケージとして一般的に使用されています。 BODIPYフォトケージからの光放出量子収率は、重原子効果によって向上させることができる。^{[ 30 ]}

多数のBODIPY誘導体が、単一物質レドックスフロー電池の電気活性種として研究されている。^{[ 31 ]}近年、BODIPY誘導体は、光線力学療法^{[ 32 ]や光触媒[ 33 ]}への応用における光増感剤としても研究されている。

• アザジピロメテン