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ClickChemistry点击化学反应常见类型

发布时间:2022-03-24   点击次数:232次

点击化学(Click chemistry)是2001年美国诺贝尔化学奖获得者贝瑞.夏普利斯(K.Barry Sharpless)等提出的一系列反应,其核心是开辟一整套以含杂原子链接单元C-X-C为基础的组合化学新方法,用少量简单可靠和高选择性的化学转变来获得更广泛的分子多样性。点击化学的原理是在一定环境条件(温和、含水)下,一对功能性基团彼此快速、有选择性地相互反应(“咔嚓")。即两个相兼容的具有点击功能基团A和B被激活,被激活的两个分子形成稳定的偶联体。


一般来说,一个理想的点击反应的特征有以下几点:

  1、反应应用“组合"的概念,应用范围广;

  2、产率高;

  3、副产物无害;

  4、反应有很强的立体选择性;

  5、反应条件简单;

  6、原料和反应试剂易得;

  7、合成反应快速;

  8、不使用溶剂或在良性溶剂中进行,最好是水;

  9、产物易通过结晶和蒸馏分离,无需层析柱分离;

  10、产物对氧气和水不敏感;

  11、反应需要高的热力学驱动力(>84kJ/mol);

  12、符合原子经济性,等等。

常见点击化学反应

自2001年点击化学提出以来,点击化学已在合成化学、生物靶标、药物设计、ADMET、酶学研究、基因组学、蛋白质组学、免疫学等多个领域得到广泛应用。蛋白质的二级结构,特别是α-螺旋与β-折叠,是生物相互作用的关键,运用点击化学使非天然氨基酸侧链上叠氮化物与炔基或者氰基形成的五元杂环,能够达到在多肽中稳定这类二级结构,从而提高其生物活性的目的,例如,通过分子模拟优化后,这类杂环结构已成功应用于生物分子cJun(转录过程中的一种α-螺旋同源二聚体)和抗菌肽中。


蛋白质活性表达谱(Activity-Based Protein Profiling,ABPP)是研究重要药物靶点蛋白质的结构与功能的主要方法之一,是利用活性位点导向探针对蛋白质的结构与功能进行研究的新型技术,以一种相对简单明了的方法在分子、细胞水平研究活性小分子与生物大分子之间的复杂相互作用,从而从分子水平揭示生物体在生理或者病理状态下的关键调控机制。Cravatt和合作者通过点击化学将活性位点导向探针链接到蛋白质中,实现实时在位观察细胞环境中蛋白质活性的变化。


点击化学可分为两类:

1.铜催化反应类型

  • 铜(I)催化叠氮化物-炔烃反应(Cu(I)- catalyzed Azide - Alkyne Click Chemistry reaction,CuAAC);

  • 特点

  • 小型的叠氮化物和炔烃具有优良的底物性质

  • 试验适用条件的优化(类型&铜来源、还原剂和铜配体)

  • 适用于对铜毒性不碍事的实验(不推荐用于体内或活细胞标记)

  • 反应速率慢(相对其它两种反应)


2. 无铜反应类型

  • 引发的的叠氮-炔基偶合反应(Strain-promoted Azide - Alkyne Click Chemistry reaction,SPAAC

  • 特点

  • 检测小分子叠氮化物比CuAAC反应更快

  • 不需要铜离子,无毒性

  • 没有催化剂或者配体,因此无需大量的条件优化


3. 四氮杂苯-反式环辛烯连接反应(Tetrazine–trans- Cyclooctene Ligation,TCO


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