Щелочная химия без меди - Copper-free click chemistry

Щелочная химия без меди это биоортогональная реакция как вариант азида алкина Циклоприсоединение Huisgen. Устраняя цитотоксический медные катализаторы, реакция протекает без токсичности для живых клеток.[1] Он был разработан как более быстрая альтернатива Лигирование по Штаудингеру, причем первое поколение производит константы скорости более чем в 63 раза быстрее.

Хотя реакция вызывает региоизомерный смесь триазолов, отсутствие региоселективности в реакции не является серьезной проблемой для ее применения в биоортогональный химия. Более региоспецифичные и менее биоортогональные требования лучше всего удовлетворяются традиционными Циклоприсоединение Huisgen, особенно с учетом низкой доходности и сложности синтеза (по сравнению с добавлением терминала алкин ) синтеза напряженного циклооктин.

Биоортогональность реакции позволила применить реакцию щелчка без Cu внутри культивируемых клеток, живых данио, и мыши.

Развитие циклооктинов

Фторированные циклооктины

ОКТ был первым из циклооктинов, разработанных для щелочной химии, не содержащей Cu; у него была только кольцевая деформация, чтобы продвинуть реакцию вперед, и кинетика почти не улучшилась по сравнению с лигированием Штаудингера. После ОКТ и МОФО (монофторированный циклооктин) дифторированный циклооктин (DIFO) был разработан.[2] Был представлен улучшенный синтетический подход к монофторзамещенному циклооктину (MFCO), который можно было легко превратить в полезный реакционноспособный промежуточный продукт для приложений биоконъюгирования, хотя реакционная способность была несколько ниже, чем у DIFO. MFCO продемонстрировал отличные характеристики стабильности при длительном хранении.[3]

Замещенный циклооктин активируется для 1,3-диполярного циклоприсоединения за счет своего напряжение кольца и электроноакцепторные заместители фтора, что позволяет реакции протекать с кинетикой, сравнимой с циклоприсоединением Хьюисгена, катализируемым медью. Напряжение кольца (~ 18 ккал / моль) возникает из-за отклонения валентных углов от идеального 180, чтобы образовалось восьмичленное кольцо, наименьшее из всех циклоалкинов. Электроноакцепторные заместители фтора были выбраны из-за простоты синтеза и совместимости с живыми биологическими системами. Кроме того, группа не может производить перекрестно реагирующие акцепторы Михаэля, которые могли бы действовать как алкилирующие агенты по отношению к нуклеофильным видам внутри клеток.

Как и большинство циклооктинов, DIFO предпочитает конформацию стула как в основном состоянии, так и в тракте с минимальной энергией тяги, хотя могут быть задействованы и переходные состояния лодочки. Региоселективность газовой фазы рассчитана так, чтобы добавить 1,5 добавлению по сравнению с добавлением 1,4 при энергии активации до 2,9 ккал / моль в газовой фазе; Поправки на сольватацию дают одинаковые энергетические барьеры для обоих региоизомеров, объясняя региоизомерную смесь, которая является результатом циклоприсоединения DIFO. В то время как 1,4-изомер неблагоприятен из-за его большего дипольного момента (все электронно-богатые заместители с одной стороны), сольватация стабилизирует его сильнее, чем 1,5 изомер, разрушая региоселективность. Экспериментальные исследования Бертоцци сообщают о соотношении региоизомеров почти 1: 1, подтверждая предсказанное отсутствие региоселективности при добавлении.

Кроме того, почти вся энергия искажения (92%) возникает из-за искажения 1,3-диполя, а не циклооктина, который имеет предварительно искаженную геометрию основного состояния, что увеличивает его реактивность. Фторирование снижает энергию искажения, позволяя достичь переходного состояния с меньшим искажением 1,3-диполя во время реакции, что приводит к большему углу диполя.

Арил циклооктины

Слияние циклооктин к двум арильным кольцам увеличивает скорость реакции, циклооктинные реагенты Бертоцци группа провела серию слияний, которые стремились еще больше увеличить напряжение кольца. ДИБО (дибензоциклооктин) был разработан как предшественник BARAC (биарилазациклооктинона), хотя расчеты предсказывали, что единственное конденсированное арильное кольцо будет оптимальным. Попытки получить дифторбензоциклооктин (DIFBO) оказались безуспешными из-за нестабильности соединения.


Проблемы с DIFO в исследованиях на мышах in vivo иллюстрируют сложность возникновения биоортогональных реакций.

Рекомендации

  1. ^ Джереми М. Баскин; Дженнифер А. Прешер; Скотт Т. Лафлин; Николас Дж. Агард; Памела В. Чанг; Исаак А. Миллер; Андерсон Ло; Джулиан А. Коделли; Кэролайн Р. Бертоцци (2007). «Щелочная химия без меди для динамической визуализации in vivo». Труды Национальной академии наук. 104 (43): 16793–16797. Bibcode:2007PNAS..10416793B. Дои:10.1073 / pnas.0707090104. ЧВК  2040404. PMID  17942682.
  2. ^ Эллен М. Слеттен; Кэролайн Р. Бертоцци (2011). «От механизма к мыши: рассказ о двух биоортогональных реакциях». Отчеты о химических исследованиях. 44 (9): 666–676. Дои:10.1021 / ar200148z. ЧВК  3184615. PMID  21838330.
  3. ^ Майкл К. Шульц; Шаравати Г Парамасваррапа; Ф. Кристофер Пигге (2010). «Синтез конъюгата DOTA-биотин для хелатирования радионуклидов с помощью щелочной химии без меди». Органические буквы. 12 (10): 2398–401. Дои:10.1021 / ol100774p. ЧВК  5506828. PMID  20423109.