Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Термин биоортогональная химия относится к любой химической реакции, которая может происходить внутри живых систем без вмешательства в естественные биохимические процессы. [1] [2] [3] Этот термин был придуман Бертоцци в 2003 году [4] С момента своего появления, понятие bioorthogonal реакции позволило изучение биомолекул , таких как гликаны , белки , [5] и липиды [6]в реальном времени в живых системах без клеточной токсичности. Был разработан ряд стратегий химического лигирования, которые удовлетворяют требованиям биоортогональности, включая 1,3-диполярное циклоприсоединение между азидами и циклооктинами (также называемое щелочной химией без меди ), [7] между нитронами и циклооктинами, [8] оксим / гидразон образование из альдегидов и кетонов , [9] тетразин лигирования, [10] изоцианиды основанного реакцию нажмите, [11]и совсем недавно перевязка квадрицикланов. [12]

Использование биоортогональной химии обычно проходит в два этапа. Сначала клеточный субстрат модифицируется биоортогональной функциональной группой (химический репортер) и вводится в клетку; субстраты включают метаболиты, ингибиторы ферментов и т. д. Химический репортер не должен сильно изменять структуру субстрата, чтобы не повлиять на его биологическую активность. Во-вторых, вводится зонд, содержащий дополнительную функциональную группу, для реакции и мечения субстрата.

Здесь показано биоортогональное лигирование между биомолекулой X и реактивным партнером Y. Чтобы считаться биоортогональными, эти реактивные партнеры не могут нарушать другие химические функции, естественным образом обнаруживаемые в клетке.

Хотя были разработаны эффективные биоортогональные реакции, такие как щелочная химия, не содержащая меди, разработка новых реакций продолжает создавать ортогональные методы мечения, позволяющие использовать несколько методов мечения в одних и тех же биосистемах.

Требования к биоортогональности [ править ]

Чтобы реакция считалась биоортогональной, она должна удовлетворять ряду требований:

  • Селективность: реакция должна быть селективной между эндогенными функциональными группами, чтобы избежать побочных реакций с биологическими соединениями.
  • Биологическая инертность: реактивные партнеры и результирующая связь не должны обладать каким-либо режимом реактивности, способным нарушить естественную химическую функциональность исследуемого организма.
  • Химическая инертность: ковалентная связь должна быть прочной и инертной по отношению к биологическим реакциям.
  • Кинетика: реакция должна быть быстрой, чтобы ковалентное лигирование достигалось до метаболизма и клиренса зонда. Реакция должна быть быстрой в масштабе времени клеточных процессов (минут), чтобы предотвратить конкуренцию в реакциях, которые могут уменьшить слабые сигналы менее распространенных видов. Быстрые реакции также предлагают быстрое реагирование, необходимое для точного отслеживания динамических процессов.
  • Биосовместимость реакций: реакции должны быть нетоксичными и должны функционировать в биологических условиях с учетом pH, водной среды и температуры. Фармакокинетика вызывает растущее беспокойство по мере того, как биоортогональная химия распространяется на модели живых животных.
  • Доступная инженерия: химический репортер должен быть способен встраиваться в биомолекулы посредством какой-либо формы метаболической или белковой инженерии. В оптимальном случае одна из функциональных групп также очень мала, чтобы не мешать нативному поведению.

Перевязка Штаудингера [ править ]

Лигирование Штаудингера представляет собой реакция , разработанная группа Bertozzi в 2000 году , который основан на классической реакцию Staudinger азидов с триарилфосфинами. [13] Она положила начало области биоортогональной химии как первая реакция с полностью абиотическими функциональными группами, хотя она уже не так широко используется. Лигирование по Штаудингеру применялось как на живых клетках, так и на живых мышах. [4]

Биоортогональность [ править ]

Азид может действовать как мягкий электрофил, который предпочитает мягкие нуклеофилы, такие как фосфины . Это контрастирует с большинством биологических нуклеофилов, которые обычно являются твердыми нуклеофилами. Реакция протекает селективно в толерантных к воде условиях с образованием стабильного продукта.

Фосфины полностью отсутствуют в живых системах и не восстанавливают дисульфидные связи, несмотря на умеренный восстановительный потенциал. Было показано, что азиды биосовместимы с лекарствами, одобренными FDA, такими как азидотимидин, а также с другими применениями в качестве перекрестных линкеров. Кроме того, их небольшой размер позволяет им легко встраиваться в биомолекулы через клеточные метаболические пути.

Механизм [ править ]

Классическая реакция Штаудингера

Нуклеофильный фосфин атакует азид по электрофильному концевому азоту. Через четырехчленное переходное состояние N 2 теряется с образованием аза-илида. Нестабильный илид гидролизуется с образованием оксида фосфина и первичного амина. Однако эта реакция не является сразу биоортогональной, поскольку гидролиз разрушает ковалентную связь в аза-илиде.

Перевязка Штаудингера

Реакция была модифицирована для включения сложноэфирной группы в орто-ориентации по отношению к атому фосфора на одном из арильных колец, чтобы направить аза-илид по новому пути реакционной способности, чтобы противостоять немедленному гидролизу путем позиционирования сложного эфира для увеличения локальной концентрации. Первоначальная нуклеофильная атака на азид является лимитирующей стадией. Илид реагирует с электрофильной ловушкой сложного эфира посредством внутримолекулярной циклизации с образованием пятичленного кольца. Это кольцо подвергается гидролизу с образованием стабильной амидной связи.

Ограничения [ править ]

В живых системах фосфиновые реагенты медленно окисляются воздухом. Кроме того, вполне вероятно , что они метаболизируются в пробирке с помощью цитохрома P450 ферментов.

Кинетика реакций медленная, с константами скорости второго порядка около 0,0020 М -1 • с -1 . Попытки увеличить скорость нуклеофильной атаки путем добавления электронодонорных групп к фосфинам улучшили кинетику, но также увеличили скорость окисления воздухом.

Плохая кинетика требует использования высоких концентраций фосфина, что приводит к проблемам с высоким фоновым сигналом при визуализации. Были предприняты попытки решить проблему высокого фона за счет разработки флуорогенных фосфиновых реагентов на основе флуоресцеина и люциферина , но внутренняя кинетика остается ограничением. [14]

Щелочная химия без меди [ править ]

Щелочная химия без меди - это биоортогональная реакция, впервые разработанная Кэролайн Бертоцци как активированный вариант азид-алкинового циклоприсоединения Huisgen , основанная на работе Karl Barry Sharpless et al. В отличие от CuAAC, химия щелчков, не содержащая Cu, была изменена, чтобы стать биоортогональной за счет устранения цитотоксического медного катализатора, что позволяет реакции протекать быстро и без токсичности для живых клеток. Вместо меди реакция представляет собой штамм-промотируемое алкино-азидное циклоприсоединение ( SPAAC). Он был разработан как более быстрая альтернатива перевязке Штаудингера, при этом первые поколения реагировали более чем в 60 раз быстрее. Невероятная биоортогональность реакции позволила применить реакцию щелчка, не содержащую Cu, в культивируемых клетках, живых рыбках данио и мышах.

Токсичность меди [ править ]

Классическое катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение представляет собой чрезвычайно быструю и эффективную щелчок-реакцию для биоконъюгирования, но оно не подходит для использования в живых клетках из-за токсичности ионов Cu (I). Токсичность возникает из-за окислительного повреждения активных форм кислорода, образованных медными катализаторами. Также было обнаружено, что комплексы меди вызывают изменения клеточного метаболизма и поглощаются клетками.

Были разработаны лиганды для предотвращения повреждения биомолекул и облегчения удаления при применении in vitro . Однако было обнаружено, что различные лигандные окружения комплексов все еще могут влиять на метаболизм и поглощение, внося нежелательные нарушения в клеточную функцию. [15]

Биоортогональность [ править ]

Азидная группа особенно биоортогональна, потому что она чрезвычайно мала (благоприятна для проницаемости клеток и позволяет избежать нарушений), метаболически стабильна и в природе не существует в клетках и, таким образом, не имеет конкурирующих биологических побочных реакций. Хотя азиды не являются наиболее реакционноспособными 1,3-диполями, доступными для реакции, они предпочтительны из-за их относительного отсутствия побочных реакций и стабильности в типичных условиях синтеза. [16] алкина не столь мало, но она все еще имеет стабильность и ортогональность , необходимую для в естественных условиях маркировки. Циклооктины традиционно являются наиболее распространенными циклоалкинами для исследований по маркировке, поскольку они представляют собой наименьшее стабильное алкиновое кольцо.

Механизм [ править ]

Реакция протекает как стандартное 1,3-диполярное циклоприсоединение, тип асинхронного согласованного перициклического сдвига. Двойственное характер 1,3-диполь должно сделать идентификацию электрофильного или нуклеофильного центр на азида невозможно таким образом, чтобы направление циклического потока электронов не имеет смысла. [p] Однако расчеты показали, что распределение электронов среди атомов азота заставляет самый внутренний атом азота нести наибольший отрицательный заряд. [17]

Региоселективность [ править ]

Хотя реакция дает региоизомерную смесь триазолов, отсутствие региоселективности реакции не является серьезной проблемой для большинства современных приложений. Более региоспецифическим и менее биоортогональным требованиям лучше всего удовлетворяет катализируемое медью циклоприсоединение Хьюсгена, особенно с учетом синтетической сложности (по сравнению с добавлением концевого алкина) синтеза напряженного циклооктина.

Развитие циклооктинов [ править ]

ЦиклооктинКонстанта скорости второго порядка (M −1 с −1 )
Октябрь0,0024
ALO0,0013
MOFO0,0043
DIFO0,076
ДИБО0,057
БАРАК0,96
ДИБАК (АДИБО)0,31
DIMAC0,0030

ОКТ был первым циклооктином, разработанным для щелочной химии, не содержащей Cu. В то время как линейные алкины не реагируют при физиологических температурах, ОКТ легко реагирует с азидами в биологических условиях, не проявляя токсичности. Однако он был плохо растворим в воде, и кинетика почти не улучшилась по сравнению с лигированием по Штаудингеру. ALO (безарил-октин) был разработан для улучшения растворимости в воде, но у него все еще была плохая кинетика.

Монофторированные ( MOFO ) и дифторированные ( DIFO ) циклооктины были созданы для увеличения скорости за счет добавления электроноакцепторных фторных заместителей в пропаргильном положении. Фтор - это хорошая электроноакцепторная группа с точки зрения доступности для синтеза и биологической инертности. В частности, он не может образовывать электрофильный акцептор Михаэля, который может побочно реагировать с биологическими нуклеофилами. [7] ДИБО(дибензоциклооктин) был разработан как сплав двух арильных колец, что привело к очень высокой деформации и снижению энергии искажения. Было высказано предположение, что замещение биарила увеличивает напряжение кольца и обеспечивает конъюгацию с алкином для улучшения реакционной способности. Хотя расчеты предсказывали, что замещение моноарила обеспечит оптимальный баланс между стерическим конфликтом (с молекулой азида) и деформацией, [18] моноарилированные продукты оказались нестабильными.

BARAC (биарилазациклооктинон) с последующим добавлением амидной связи, которая добавляет sp 2 -подобный центр для увеличения скорости искажения. Амидный резонанс вносит дополнительную деформацию, не создавая дополнительной ненасыщенности, которая могла бы привести к нестабильной молекуле. Кроме того, добавление гетероатома в циклооктиновое кольцо улучшает как растворимость, так и фармакокинетику молекулы. BARAC обладает достаточной скоростью (и чувствительностью), поэтому смывание лишнего зонда не требуется для уменьшения фона. Это делает его чрезвычайно полезным в ситуациях, когда мытье невозможно, как при визуализации в реальном времени или при визуализации всего животного. Хотя BARAC чрезвычайно полезен, его низкая стабильность требует хранения при 0 ° C в защищенном от света и кислорода месте.[19]

Синтез был разработан группой Бертоцци как модульный путь для облегчения будущих модификаций SAR-анализа. Первый шаг - синтез индола по Фишеру. Продукт алкилируется аллилбромидом в качестве ручки для будущего крепления зонда; Затем добавляется ТМС. Окисление открывает центральные кольца с образованием циклического амида. Кетон обрабатывают как енолят для добавления трифлатной группы. Реакция концевого алкена генерирует линкер для конъюгации с молекулой. В конечной реакции с CsF на последней стадии вводится деформированный алкин.

Дальнейшие корректировки вариаций BARAC для получения DIBAC / ADIBO были выполнены для добавления деформации дистального кольца и уменьшения стерических свойств вокруг алкина для дальнейшего повышения реактивности. Кето-ДИБО, в котором гидроксильная группа преобразована в кетон, имеет трехкратное увеличение скорости из-за изменения конформации кольца. Попытки получить дифторбензоциклооктин ( DIFBO ) не увенчались успехом из-за нестабильности.

Проблемы с DIFO в исследованиях на мышах in vivo иллюстрируют сложность возникновения биоортогональных реакций. Хотя DIFO был чрезвычайно реактивен при маркировке клеток, он плохо работал в исследованиях на мышах из-за связывания с сывороточным альбумином . Гидрофобность циклооктина способствует секвестрации мембранами и белками сыворотки, снижая биодоступные концентрации. В ответ на это был разработан DIMAC (диметоксиазациклооктин) для увеличения растворимости в воде, полярности и фармакокинетики [20], хотя усилия по биоортогональной маркировке моделей мышей все еще находятся в разработке.

Реакционная способность [ править ]

Вычислительные усилия были жизненно важны для объяснения термодинамики и кинетики этих реакций циклоприсоединения, которые сыграли жизненно важную роль в продолжении улучшения реакции. Есть два метода активации алкинов без ущерба для стабильности: уменьшение энергии переходного состояния или снижение стабильности реагента.

Красная стрелка показывает направление изменения энергии. Черные стрелки показывают разницу в энергии активации до и после воздействия.

Снижение стабильности реагента: Хоук [21] предположил, что разница в энергии (E d ‡ ), необходимая для искажения азида и алкина в геометрии переходного состояния, контролирует высоту барьера для реакции. Энергия активации (E ‡ ) представляет собой сумму дестабилизирующих искажений и стабилизирующих взаимодействий (E i ‡ ). Наиболее значительное искажение происходит в функциональной группе азида с меньшим вкладом искажения алкина. Однако только циклооктин можно легко модифицировать для повышения реакционной способности. Расчетные барьеры реакции для фенилазида и ацетилена (16,2 ккал / моль) по сравнению с циклооктином (8,0 ккал / моль) приводят к прогнозируемому увеличению скорости на 106 . Циклооктин требует меньшей энергии искажения (1,4 ккал / моль по сравнению с 4,6 ккал / моль), что приводит к более низкой энергии активации, несмотря на меньшую энергию взаимодействия.

Связь между энергией активации, энергией искажения и энергией взаимодействия

Уменьшение переходного состояния энергии: Электроноакцепторные группы , такие как фтор скорость нарастания пути уменьшения Lumo энергии и разрыв HOMO-LUMO. Это приводит к большему переносу заряда от азида к фторированному циклооктину в переходном состоянии, увеличению энергии взаимодействия (более низкое отрицательное значение) и общей энергии активации. [22] Снижение LUMO является результатом гиперконъюгации между π-донорными орбиталями алкина и акцепторами σ * CF. Эти взаимодействия обеспечивают стабилизацию прежде всего в переходном состоянии в результате увеличения донорно-акцепторной способности связей при их искажении. Расчеты NBO показали, что искажение переходного состояния увеличивает энергию взаимодействия на 2,8 ккал / моль.

Сверхсопряжение между π-связями вне плоскости больше, потому что плоскостные π-связи плохо выровнены. Однако изгиб переходного состояния позволяет плоскостным π-связям иметь более антиперипланарное расположение, что облегчает взаимодействие. Дополнительная стабилизация энергии сверхсопряженного взаимодействия достигается за счет увеличения электронной заселенности σ * за счет образования связи CN. Отрицательное сверхсопряжение со связями σ * CF усиливает это стабилизирующее взаимодействие. [17]

Региоселективность [ править ]

Несмотря на то, что региоселективность не является большой проблемой в современных приложениях для визуализации щелочной химии, не содержащей меди, это проблема, которая препятствует будущим применениям в таких областях, как создание лекарств или пептидомиметика. [23]

В настоящее время большинство циклооктинов реагируют с образованием региоизомерных смесей. [m] Вычислительный анализ показал, что, хотя региоселективность газовой фазы рассчитана так, что добавление 1,5 по сравнению с добавлением 1,4 при энергии активации до 2,9 ккал / моль, сольватационные поправки приводят к одинаковым энергетическим барьерам для обоих региоизомеров. В то время как 1,4-изомер в циклоприсоединении DIFO неблагоприятен из-за его большего дипольного момента, сольватация стабилизирует его сильнее, чем 1,5-изомер, разрушая региоселективность. [22]

Симметричные циклооктины, такие как BCN (бицикло [6.1.0] нонин), образуют единый региоизомер при циклоприсоединении [24] и могут служить для решения этой проблемы в будущем.

Приложения [ править ]

Наиболее распространенное применение химии щелчков, не содержащих меди, - это биологическая визуализация живых клеток или животных с использованием биомолекулы, меченной азидом, и циклооктина, несущего визуализирующий агент.

Флуоресцентные кето- и оксимные варианты DIBO используются в реакциях щелчка флуоресцентного переключателя, в которых флуоресценция циклооктина гасится триазолом, который образуется в реакции. [25] С другой стороны, конъюгированные с кумарином циклооктины, такие как coumBARAC , были разработаны таким образом, что алкин подавляет флуоресценцию, а образование триазола увеличивает квантовый выход флуоресценции в десять раз. [26]

Флуоресценция coumBARAC увеличивается по мере реакции

Пространственный и временной контроль мечения субстрата был исследован с использованием фотоактивируемых циклооктинов. Это позволяет уравновесить алкин перед реакцией, чтобы уменьшить артефакты в результате градиентов концентрации. Замаскированные циклооктины не могут реагировать с азидами в темноте, но становятся реакционноспособными алкинами при облучении светом. [27]

В настоящее время изучается не содержащий меди щелочной химический состав для использования при синтезе агентов для получения изображений ПЭТ , которые должны быть быстро получены с высокой чистотой и выходом, чтобы минимизировать изотопный распад перед введением соединений. И высокие константы скорости, и биоортогональность SPAAC поддаются химии ПЭТ. [28]

Другие биоортогональные реакции [ править ]

Нитрон дипольное циклоприсоединение [ править ]

Щелочная химия, не содержащая меди, была адаптирована для использования нитронов в качестве 1,3-диполя, а не азидов, и использовалась в модификации пептидов. [8]

Это циклоприсоединение между нитроном и циклооктином образует N-алкилированные изоксазолины. Скорость реакции увеличивается за счет воды, и она чрезвычайно высока с константами скорости второго порядка в диапазоне от 12 до 32 М -1 • с -1 , в зависимости от замещения нитрона. Хотя реакция происходит очень быстро, возникают проблемы с включением нитрона в биомолекулы посредством метаболического мечения. Мечение было достигнуто только за счет посттрансляционной модификации пептида.

Циклоприсоединение норборнена [ править ]

1,3-диполярные циклоприсоединения были разработаны как биоортогональная реакция с использованием оксида нитрила в качестве 1,3-диполя и норборнена в качестве диполярофила. Его основное применение заключалось в маркировке ДНК и РНК в автоматических синтезаторах олигонуклеотидов. [29]

Норборнены были выбраны как диполярофилы из-за их баланса между реактивностью и стабильностью, вызванной штаммом. К недостаткам этой реакции относятся перекрестная реакционная способность оксида нитрила из-за сильной электрофильности и медленной кинетики реакции.

Оксанорборнадиен циклоприсоединение [ править ]

Oxanorbornadiene циклоприсоединения является 1,3-диполярное циклоприсоединением с последующим ретроориентированным Дильсом - Альдером реакцией , чтобы генерировать триазол-связанный конъюгат с отщеплением фурана молекулы. [30] Предварительная работа установила его полезность в экспериментах по маркировке пептидов, а также его использовали при создании соединений для визуализации ОФЭКТ . [31] Совсем недавно использование оксанорборнадиена было описано в реакции «iClick» без катализатора при комнатной температуре, в которой модельная аминокислота связана с фрагментом металла, в новом подходе к биоортогональным реакциям. [32]

Кольцевой штамм и недостаток электронов в оксанорборнадиене увеличивают реактивность по отношению к стадии, ограничивающей скорость циклоприсоединения. После этого быстро происходит ретро-реакция Дильса-Альдера с образованием стабильного 1,2,3-триазола. Проблемы включают плохую переносимость заместителей, которые могут изменить электронику оксанорборнадиена, и низкие скорости (константы скорости второго порядка порядка 10 -4 ).

Перевязка тетразином [ править ]

Тетразин лигирование является реакция транс-циклооктен и втор- тетразин в обратной реакции Дильса - Альдера спроса реакции с последующей реакцией ретро-Дильса - Альдера , чтобы устранить газообразный азот. [33] Реакция является чрезвычайно быстрой с константой скорости второго порядка 2000 M -1 –s -1 (в 9: 1 метанол / вода), что позволяет модифицировать биомолекулы при чрезвычайно низких концентрациях.

Согласно расчетам Баха, энергия деформации для Z-циклооктенов составляет 7,0 ккал / моль по сравнению с 12,4 ккал / моль для циклооктана из-за потери двух трансаннулярных взаимодействий. E-циклооктен имеет сильно закрученную двойную связь, что приводит к энергии деформации 17,9 ккал / моль. [34] Таким образом, сильно напряженный транс-циклооктен используется в качестве реактивного диенофила . Диен представляет собой 3,6-диарил-S-тетразин , который был заменен, чтобы противостоять немедленной реакции с водой. Реакция протекает через начальное циклоприсоединение с последующим обратным процессом Дильса-Альдера для удаления N 2 и предотвращения обратимости реакции. [10]

Не только реакция толерантна к воде, но было обнаружено, что скорость увеличивается в водной среде. Реакции также были выполнены с использованием норборненов в качестве диенофилов со скоростью второго порядка порядка 1 M -1 • s -1 в водной среде. Реакция применялась для мечения живых клеток [35] и связывания полимеров. [36]

[4 + 1] Циклоприсоединение [ править ]

Эта реакция щелчка изоцианида представляет собой [4 + 1] циклоприсоединение с последующим ретро-элиминированием по Дильсу-Альдеру N 2 . [11]

Реакция протекает с начальным [4 + 1] циклоприсоединением, за которым следует реверсия, чтобы устранить термодинамический сток и предотвратить обратимость. Этот продукт стабилен, если используется третичный амин или изоцианопропаноат. Если используется вторичный или первичный изоцианид, продукт будет образовывать имин, который быстро гидролизуется.

Изоцианид является предпочтительным химическим репортером из-за его небольшого размера, стабильности, нетоксичности и отсутствия в системах млекопитающих. Однако реакция идет медленно, с константами скорости второго порядка порядка 10 -2  М -1 • с -1 .

Химия фотокликов тетразола [ править ]

В химии Photoclick используется фотоиндуцированная циклореверсия для высвобождения N 2 . Это приводит к образованию короткоживущего 1,3-нитрилиминового промежуточного соединения за счет потери газообразного азота, который подвергается 1,3-диполярному циклоприсоединению с алкеном с образованием пиразолиновых циклоаддуктов. [11]

Фотоиндукция происходит при кратковременном воздействии света (длина волны зависит от тетразола) для минимизации фотоповреждения клеток. Реакция усиливается в водных условиях и дает единственный региоизомер.

Переходный нитрилимин очень реактивен для 1,3-диполярного циклоприсоединения из-за изогнутой структуры, которая снижает энергию искажения. Замена электронодонорных групп на фенильных кольцах увеличивает энергию ВЗМО при размещении на 1,3-нитрилимине и увеличивает скорость реакции.

Преимущества этого подхода включают возможность пространственного или временного контроля реакции и способность включать как алкены, так и тетразолы в биомолекулы с использованием простых биологических методов, таких как генетическое кодирование. [37] Кроме того, тетразол может быть флюорогенным, чтобы контролировать ход реакции. [38]

Перевязка квадрицикланов [ править ]

Квадрицикланового лигирование использует очень напряженными квадрицикланового пройти [2 + 2 + 2] циклоприсоединение с п систем. [12]

Квадрициклан абиотичен, не реагирует с биомолекулами (из-за полного насыщения), относительно мал и сильно деформирован (~ 80 ккал / моль). Однако он очень стабилен при комнатной температуре и в водных условиях при физиологическом pH. Он избирательно способен реагировать с бедными электронами π-системами, но не с простыми алкенами, алкинами или циклооктинами.

Бис (дитиобензил) никель (II) был выбран в качестве партнера реакции из списка кандидатов, основанного на реакционной способности. Чтобы предотвратить индуцированное светом обратное превращение в норборнадиен, добавляют диэтилдитиокарбамат для хелатирования никеля в продукте.

Эти реакции усиливаются в водных условиях с константой скорости второго порядка 0,25 М -1 • с -1 . Особый интерес представляет то, что было доказано, что он является биоортогональным как для образования оксима, так и для щелочной химии, не содержащей меди.

Использует [ редактировать ]

Биоортогональная химия - привлекательный инструмент для предварительного нацеливания экспериментов в области ядерной визуализации и лучевой терапии . [39]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Sletten, Ellen M .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2009). «Биоортогональная химия: ловля селективности в море функциональности» . Angewandte Chemie International Edition . 48 (38): 6974–98. DOI : 10.1002 / anie.200900942 . PMC  2864149 . PMID  19714693 .
  2. ^ Прешер, Дженнифер А .; Dube, Danielle H .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2004). «Химическое ремоделирование клеточных поверхностей у живых животных». Природа . 430 (7002): 873–7. Bibcode : 2004Natur.430..873P . DOI : 10,1038 / природа02791 . PMID 15318217 . S2CID 4371934 .  
  3. ^ Прешер, Дженнифер А; Бертоцци, Кэролайн Р. (2005). «Химия в живых системах». Природа Химическая биология . 1 (1): 13–21. DOI : 10.1038 / nchembio0605-13 . PMID 16407987 . S2CID 40548615 .  
  4. ^ a b Sletten, Ellen M .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2011). «От механизма к мыши: рассказ о двух биоортогональных реакциях» . Счета химических исследований . 44 (9): 666–676. DOI : 10.1021 / ar200148z . PMC 3184615 . PMID 21838330 .  
  5. ^ Пласс, Тилман; Миллес, Сигрид; Келер, Кристина; Шульц, Карстен; Лемке, Эдвард А. (2011). «Генетически закодированная химия щелчков, не содержащая меди» . Angewandte Chemie International Edition . 50 (17): 3878–3881. DOI : 10.1002 / anie.201008178 . PMC 3210829 . PMID 21433234 .  
  6. ^ Ниф, Энн Б.; Шульц, Карстен (2009). «Селективное флуоресцентное маркирование липидов в живых клетках». Angewandte Chemie International Edition . 48 (8): 1498–500. DOI : 10.1002 / anie.200805507 . PMID 19145623 . 
  7. ^ а б Баскин, JM; Прешер, JA; Лафлин, СТ; Агард, штат Нью-Джерси; Чанг, ПВ; Миллер, ИА; Lo, A .; Codelli, JA; Бертоцци, CR (2007). «Щелочная химия без меди для динамической визуализации in vivo» . Труды Национальной академии наук . 104 (43): 16793–7. Bibcode : 2007PNAS..10416793B . DOI : 10.1073 / pnas.0707090104 . PMC 2040404 . PMID 17942682 .  
  8. ^ а б Нин, Синхай; Temming, Rinske P .; Доммерхольт, Ян; Го, Цзюнь; Бланко-Аня, Даниэль; Debets, Marjoke F .; Wolfert, Margreet A .; Бунс, Герт-Ян; Ван Делфт, Флорис Л. (2010). «Модификация белка с помощью штамма-промотированного алкин-нитронного циклоприсоединения» . Angewandte Chemie International Edition . 49 (17): 3065–8. DOI : 10.1002 / anie.201000408 . PMC 2871956 . PMID 20333639 .  
  9. ^ Ярема, KJ; Махал, ЛК; Брюль, RE; Родригес, ЕС; Бертоцци, CR (1998). «Метаболическая доставка кетоновых групп к остаткам сиаловой кислоты. ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ КЛЕТОЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ГЛИКОФОРМ ИНЖИНИРИНГ» . Журнал биологической химии . 273 (47): 31168–79. DOI : 10.1074 / jbc.273.47.31168 . PMID 9813021 . 
  10. ^ a b Блэкман, Мелисса Л .; Ройзен, Максим; Фокс, Джозеф М. (2008). «Лигирование тетразина: быстрое биоконъюгирование, основанное на реактивности Дильса-Альдера с обратным потреблением электронов» . Журнал Американского химического общества . 130 (41): 13518–9. DOI : 10.1021 / ja8053805 . PMC 2653060 . PMID 18798613 .  
  11. ^ a b c Штёкманн, Хеннинг; Невес, Андре А.; Лестница, Шон; Brindle, Кевин М .; Липер, Финиан Дж. (2011). «Изучение щелочной химии на основе изонитрила для лигирования с биомолекулами». Органическая и биомолекулярная химия . 9 (21): 7303–5. DOI : 10.1039 / C1OB06424J . PMID 21915395 . 
  12. ^ a b Sletten, Ellen M .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2011). «Биоортогональное лигирование квадрицикланов» . Журнал Американского химического общества . 133 (44): 17570–3. DOI : 10.1021 / ja2072934 . PMC 3206493 . PMID 21962173 .  
  13. ^ Saxon, E .; Бертоцци, CR (2000). «Инженерия клеточной поверхности с помощью модифицированной реакции Штаудингера». Наука . 287 (5460): 2007–10. Bibcode : 2000Sci ... 287.2007S . DOI : 10.1126 / science.287.5460.2007 . PMID 10720325 . S2CID 19720277 .  
  14. ^ Памела, Чанг .; Прешер, Дженнифер А .; Хангауэр, Мэтью Дж .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2008). «Визуализация гликанов клеточной поверхности с биоортогональными химическими репортерами» . J Am Chem Soc . 129 (27): 8400–8401. DOI : 10.1021 / ja070238o . PMC 2535820 . PMID 17579403 .  
  15. ^ Кеннеди, Дэвид C .; Маккей, Крейг С .; Лего, Марк CB; Danielson, Dana C .; Блейк, Джесси А .; Пегораро, Адриан Ф .; Столов, Альберт; Местер, Золтан; Pezacki, Джон Пол (2011). «Клеточные последствия комплексов меди, используемых для катализа биоортогональных щелчковых реакций». Журнал Американского химического общества . 133 (44): 17993–8001. DOI : 10.1021 / ja2083027 . PMID 21970470 . 
  16. ^ Huisgen, Рольф. (1976). «1,3-Диполярные циклоприсоединения. 76. Согласованная природа 1,3-диполярных циклоприсоединений и вопрос о бирадикальных интермедиатах». Журнал органической химии . 41 (3): 403–419. DOI : 10.1021 / jo00865a001 .
  17. ^ a b Голд, Брайан; Шевченко, Николай Е .; Бонус, Натали; Дадли, Грегори Б.; Алабугин, Игорь В. (2011). «Селективная стабилизация переходного состояния с помощью гиперконъюгативной и сопряженной помощи: стереоэлектронная концепция для щелочной химии без меди». Журнал органической химии . 77 (1): 75–89. DOI : 10.1021 / jo201434w . PMID 22077877 . 
  18. ^ Ченовет, Кимберли; Ченовет, Дэвид; Годдард III, Уильям А. (2009). «Реагенты на основе циклооктина для некаталитической щелочной химии: вычислительный обзор» (PDF) . Органическая и биомолекулярная химия . 7 (24): 5255–8. DOI : 10.1039 / B911482C . PMID 20024122 .  
  19. ^ Джуэтт, Джон С .; Sletten, Ellen M .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2010). «Быстрая химия щелчка без Cu с легко синтезируемыми биарилазациклооктинонами» . Журнал Американского химического общества . 132 (11): 3688–90. DOI : 10.1021 / ja100014q . PMC 2840677 . PMID 20187640 .  
  20. ^ Sletten, Ellen M .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2008). «Гидрофильный азациклооктин для щелочной химии без Cu» . Органические буквы . 10 (14): 3097–9. DOI : 10.1021 / ol801141k . PMC 2664610 . PMID 18549231 .  
  21. ^ Ess, Дэниел Х .; Джонс, Гэвин O .; Houk, KN (2008). «Переходные состояния безметалловой щелочной химии с деформацией: 1,3-диполярные циклоприсоединения фенилзида и циклооктинов». Органические буквы . 10 (8): 1633–6. DOI : 10.1021 / ol8003657 . PMID 18363405 . 
  22. ^ a b Шенебек, Франциска; Ess, Daniel H .; Джонс, Гэвин O .; Houk, KN (2009). «Реакционная способность и региоселективность в 1,3-диполярных циклоприсоединениях азидов к напряженным алкинам и алкенам: компьютерное исследование». Журнал Американского химического общества . 131 (23): 8121–33. DOI : 10.1021 / ja9003624 . PMID 19459632 . 
  23. Перейти ↑ Lutz, Jean-François (2008). "Бездомные азидные алкиновые циклоприсоединения: новые взгляды и перспективы". Angewandte Chemie International Edition . 47 (12): 2182–4. DOI : 10.1002 / anie.200705365 . PMID 18264961 . 
  24. ^ Dommerholt, Ян; Шмидт, Самуэль; Темминг, Ринске; Хендрикс, Линда Дж. А.; Rutjes, Floris PJT; Ван Хест, Ян К.М.; Lefeber, Dirk J .; Фридл, Питер; Ван Делфт, Флорис Л. (2010). «Легкодоступные бициклононины для биоортогональной маркировки и трехмерной визуализации живых клеток» . Angewandte Chemie International Edition . 49 (49): 9422–5. DOI : 10.1002 / anie.201003761 . PMC 3021724 . PMID 20857472 .  
  25. ^ Мбуа, Нгалле Эрик; Го, Цзюнь; Wolfert, Margreet A .; Стет, Ричард; Бунс, Герт-Ян (2011). «Штамм-промотированные алкино-азидные циклоприсоединения (SPAAC) раскрывают новые особенности биосинтеза гликоконъюгатов» . ChemBioChem . 12 (12): 1912–21. DOI : 10.1002 / cbic.201100117 . PMC 3151320 . PMID 21661087 .  
  26. ^ Джуэтт, Джон С .; Бертоцци, Кэролайн Р. (2011). «Синтез флуорогенного циклооктина, активированного с помощью щелочной химии без Cu» . Органические буквы . 13 (22): 5937–9. DOI : 10.1021 / ol2025026 . PMC 3219546 . PMID 22029411 .  
  27. ^ Полухтин, Андрей А .; Мбуа, Нгалле Эрик; Wolfert, Margreet A .; Бунс, Герт-Ян; Попик, Владимир В. (2009). «Селективное маркирование живых клеток с помощью реакции щелчка по фото» . Журнал Американского химического общества . 131 (43): 15769–76. DOI : 10.1021 / ja9054096 . PMC 2776736 . PMID 19860481 .  
  28. ^ Карпентер, Ричард Д .; Hausner, Sven H .; Сатклифф, Джули Л. (2011). "Click-Free без меди для ПЭТ: быстрое 1,3-диполярное циклоприсоединение с циклооктином фтора-18" . Письма по медицинской химии ACS . 2 (12): 885–889. DOI : 10.1021 / ml200187j . PMC 4018166 . PMID 24900276 .  
  29. ^ Гуцмидл, Катрин; Wirges, Christian T .; Эмке, Вероника; Карелл, Томас (2009). Щелчок "без меди" "Модификация ДНК посредством нитрилоксида норборнена 1,3-диполярного циклоприсоединения". Органические буквы . 11 (11): 2405–8. DOI : 10.1021 / ol9005322 . PMID 19405510 . 
  30. ^ Ван Беркель, Сандер С .; Диркс, А. (Тон) Дж .; Debets, Marjoke F .; Van Delft, Floris L .; Корнелиссен, Йерун JLM; Нолти, Руланд Дж. М .; Рутес, Флорис PJT (2007). «Безметалловое образование триазола как инструмент биоконъюгации». ChemBioChem . 8 (13): 1504–8. DOI : 10.1002 / cbic.200700278 . PMID 17631666 . 
  31. ^ Ван Беркель, Сандер С .; Диркс, А. (Тон) Дж .; Meeuwissen, Silvie A .; Пинген, Деннис Л.Л.; Boerman, Otto C .; Лаверман, Питер; Van Delft, Floris L .; Корнелиссен, Йерун JLM; Рутес, Флорис PJT (2008). «Применение образования триазола без металлов в синтезе циклических конъюгатов RGD DTPA». ChemBioChem . 9 (11): 1805–18015. DOI : 10.1002 / cbic.200800074 . PMID 18623291 . 
  32. ^ Генри, Лукас; Шнайдер, Кристофер; Мютцель, Бенедикт; Симпсон, Питер V .; Нагель, Кристоф; Бля, Катарина; Шацшнайдер, Ульрих (2014). «Биоконъюгация аминокислот посредством реакции iClick алкина, замаскированного оксанорборнадиеном, с MnI (bpy) (CO) 3-координированным азидом» (PDF) . ChemComm . 50 (99): 15692–95. DOI : 10.1039 / C4CC07892F . PMID 25370120 .  
  33. ^ Роу, Р. Дэвид; Прешер, Дженнифер А. (2016). «Тетразин - это пятно» . АСУ Центральная Наука . 2 (8): 493–494. DOI : 10.1021 / acscentsci.6b00204 . PMC 4999966 . PMID 27610408 .  
  34. ^ Бах, Роберт Д. (2009). «Энергия деформации кольца в циклооктильной системе. Влияние энергии деформации на реакции [3 + 2] циклоприсоединения с азидами». Журнал Американского химического общества . 131 (14): 5233–43. DOI : 10.1021 / ja8094137 . PMID 19301865 . 
  35. ^ Деварадж, Нил К .; Вайследер, Ральф; Хильдербранд, Скотт А. (2008). «Циклоаддины на основе тетразина: применение для предварительно заданной визуализации живых клеток» . Биоконъюгатная химия . 19 (12): 2297–9. DOI : 10.1021 / bc8004446 . PMC 2677645 . PMID 19053305 .  
  36. ^ Ханселл, Клэр Ф .; Эспил, Питер; Стаменович, Милан М .; Баркер, Ян А .; Голубь, Эндрю П .; Du Prez, Filip E .; o Рейли, Рэйчел К. (2011). «Щелчок без добавок для функционализации полимера и связывания с помощью химии тетразина норборнена». Журнал Американского химического общества . 133 (35): 13828–31. DOI : 10.1021 / ja203957h . PMID 21819063 . 
  37. ^ Лим, Рейна KV; Линь, Цин (2011). «Фотоиндуцируемая биоортогональная химия: пространственно-временной управляемый инструмент для визуализации и возмущения белков в живых клетках» . Счета химических исследований . 44 (9): 828–839. DOI : 10.1021 / ar200021p . PMC 3175026 . PMID 21609129 .  
  38. ^ Песня, Вэньцзяо; Ван, Ичжун; Цюй, июнь; Линь, Цин (2008). «Селективная функционализация генетически кодируемого алкенсодержащего белка с помощью« химии фотокликов »в бактериальных клетках». Журнал Американского химического общества . 130 (30): 9654–5. DOI : 10.1021 / ja803598e . PMID 18593155 . 
  39. ^ Рыцарь, Джеймс С .; Корнелиссен, Барт (2014). «Биоортогональная химия: значение для предварительно направленной ядерной (ПЭТ / ОФЭКТ) визуализации и терапии» . Американский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 4 (2): 96–113. ISSN 2160-8407 . PMC 3992206 . PMID 24753979 .