Mechanistic Insight into the Thermal “Blueing” of Cyanine Dyes

化学 光化学 吸热过程 有机化学 荧光 量子力学 物理 吸附
作者
Aria Vahdani,Mehdi Moemeni,Daniel Holmes,Richard R. Lunt,James E. Jackson,Babak Borhan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (29): 19756-19767 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02171
摘要

In recent work to develop cyanine dyes with especially large Stokes shifts, we encountered a "blueing" reaction, in which the heptamethine cyanine dye Cy7 (IUPAC: 1,3,3-trimethyl-2-((1E,3E,5E)-7-((E)-1,3,3-trimethylindolin-2-ylidene)hepta-1,3,5-trien-1-yl)-3H-indol-1-ium) undergoes shortening in two-carbon steps to form the pentamethine (Cy5) and trimethine (Cy3) analogs. Each step blue-shifts the resulting absorbance wavelength by ca. 100 nm. Though photochemical and oxidative chain-shortening reactions had been noted previously, it is simple heating alone or with amine bases that effects this unexpected net C2H2 excision. Explicit acetylene loss would be too endothermic to merit consideration. Our mechanistic studies using 2H labeling, mass spectrometric and NMR spectroscopic analyses, and quantum chemical modeling point instead to electrocyclic closure and aromatization of the heptamethine chain in Cy7 forming Fischer's base FB (1,3,3-trimethyl-2-methyleneindoline), a reactive carbon nucleophile that initiates chain shortening of the cyanine dyes by attack on their polymethine backbones. The byproduct is the cationic indolium species TMP (IUPAC: 1,3,3 trimethyl-2-phenyl indolium).

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