Biellmann BODIPY类Sonogashira反应产物的合成及其对番茄病原菌Clavibacter michiganensis的荧光标记研究

本研究通过Sonogashira-like反应将Biellmann BODIPY与末端炔烃偶联，成功制备7种新型芳乙炔基取代BODIPY衍生物，其荧光量子产率显著提升并通过理论计算阐明机制。特别发现含-C≡C-SiMe3、对苯氧基苯乙炔基和对苯甲醛基的衍生物能特异性标记番茄病原菌Clavibacter michiganensis，为农业病原检测提供新型分子探针。

　　

在农业生产中，番茄细菌性溃疡病由Clavibacter michiganensis（Cm）引发，每年造成重大经济损失。传统病原检测方法存在灵敏度低、操作复杂等问题，亟需开发新型特异性荧光标记工具。BODIPY（硼二吡咯亚甲基）荧光团因其优异的光稳定性成为理想候选，但如何通过结构修饰实现病原菌特异性标记仍是挑战。

墨西哥瓜纳华托大学（Universidad de Guanajuato）的María del Rocío J. Díaz‐Rivera团队在《European Journal of Organic Chemistry》发表研究，利用Biellmann BODIPY（含甲硫基meso位修饰的BODIPY）与末端炔烃进行类Sonogashira反应，系统构建了7种芳乙炔基取代衍生物。通过稳态/瞬态光谱分析和密度泛函理论（DFT）计算，发现三键结构能有效抑制内转换能量损失，使荧光量子产率提升至0.46-0.68。值得注意的是，含-C≡C-SiMe₃的衍生物因缺乏芳香相互作用无法标记细菌，而对苯氧基苯乙炔基（红移至592 nm发射）和对苯甲醛基衍生物能特异性结合Cm细胞壁，通过激光共聚焦显微镜实现清晰成像。

关键技术包括：1）Sonogashira偶联反应构建BODIPY-炔烃共轭体系；2）时间相关单光子计数（TCSPC）测定荧光寿命；3）密度泛函理论计算电子跃迁机制；4）激光扫描共聚焦显微镜观察细菌标记。

【分子设计与合成】

通过Pd/Cu催化将Biellmann BODIPY与5类炔烃偶联，获得收率45-92%的衍生物。意外分离到meso双键副产物（化合物8），其荧光量子产率（0.08）显著低于三键类似物（0.46-0.68）。

【光物理性质】

含三键衍生物吸收/发射波长红移15-40 nm，理论计算证实芳乙炔基扩展π共轭降低LUMO能级。TCSPC显示三键结构将荧光寿命延长至3.5-4.8 ns，减少非辐射跃迁。

【细菌标记应用】

DMSO溶解的p-苯氧基苯乙炔基BODIPY（化合物6）在激光共聚焦下呈现明亮细菌轮廓标记，而-C≡C-SiMe₃衍生物（化合物3）无结合信号，表明芳香基团对细胞壁粘附至关重要。

该研究不仅拓展了BODIPY在农业病原检测中的应用，更揭示了分子结构-荧光性能-生物识别三者关系。含特定芳香取代基的BODIPY衍生物可作为设计病原特异性探针的新范式，为开发"结构可调-功能可控"的农业生物传感器奠定基础。研究结果对实现作物病害早期诊断、减少农药滥用具有重要实践价值。